Μελέτη βιοδραστικών ιδιοτήτων φυσικών εδώδιμων πρώτων υλών και ανάπτυξη νέων ροφημάτων υψηλής βιοδραστικότητας

Abstract

The consumption of functional drinks to prevent chronic diseases and maintain good health is now recognised worldwide. Despite the availability on the market of various beverages with functional properties, there is a need to search for new combinations and ratios of raw materials to improve bioactivity in final products. According to recent market research, Kombucha has emerged as the fastest growing fermentation beverage in the global functional beverage industry. The conventional ingredients used to make Kombucha are black tea (Camellia sinensis) and sugar. In fact, manufacturing companies are developing and promoting new offerings to expand the market using alternative raw materials. The global market for Kombucha is expected to reach $5 billion by 2025. The aim of this study is to develop and study new high bioactivity beverages from natural edible raw materials. The proposal presented is a new version of Kombucha with Greek edible raw materials. The main ingredients of the traditional Kombucha are replaced with Mountain tea (Sideritis scardica) and thyme honey. Initially, a fermentation of Mountain tea (Sideritis scardica) and thyme honey was applied, with symbiotic Kombucha cultivation. Then the possibility of producing a new beverage with functional properties was experimentally investigated. In this context, the effect of fermentation on the physico-chemical and functional properties of this new version of Kombucha was evaluated. During fermentation, macroscopic changes in the beverage were observed, pH and titratable acidity were determined, yeasts and acetic acid bacteria were enumerated, ethanol, sugars, organic acids, minerals, vitamins C and B complex, total phenolic content and total flavonoid content were determined. The antioxidant activity was also measured and tests for inhibition of α-amylase, α-glucosidase, acetylcholinesterase and butyrylcholinesterase were carried out. This study implemented Kombucha fermentation of Mountain tea (Sideritis scardica) sweetened with thyme honey to investigate the potential for producing a novel beverage with functional properties. The increase in the total count of bacteria and yeast suggests that the Mountain tea sweetened with thyme honey (MTWH) is a viable substrate for supporting the proliferation of the microorganisms of the Kombucha symbiotic culture. The fermentation resulted in a reduction in pH and increased total titratable acidity. After fermentation, a statistically significant increase in the vitamins C, B1, B2, B6, B7, and B12 content was observed (p < 0.05). Total phenolics and antioxidant activity of the fermented beverage was significantly enhanced, as assessed by the method of Folin–Ciocalteu and ABTS assay, respectively. Results revealed that MTWH had a potent inhibitory activity of α-amylase, α-glucosidase, acetylcholinesterase, and butyrylcholinesterase; MTWH fermented with a Kombucha consortium exhibited even higher inhibition. Hence, the process of Kombucha fermentation can convert MTWH into a novel beverage with enhanced functional properties. Furthermore, the study examined the effects of adding herbs, spices, and fruits to Mountain tea sweetened with honey and fermented with Kombucha culture. The study evaluated how these additions affected the tea's physical, chemical and functional characteristics. Two different enrichments were made. A ‘Golden Mountain tea and honey Kombucha’ (KG) with fresh ginger, turmeric powder, lemon zest, and juice, and a ‘Red Mountain tea and honey Kombucha’ (KR) with dried hibiscus calyces, rose petals, and lavender blossoms. In KR, the levels of Vitamin C increased. Additionally, the levels of calcium increased, while the levels of potassium practically doubled. An increased potassium concentration was observed in KG, and iron ionic was found for the first time after both enrichments. The Total phenolic and flavonoid content, along with the antioxidant capacity, as assessed by ABTS and DPPH methods were found substantially enhanced in KR. In KG, the total phenolic content increased, together with the antioxidant activity, as assessed by ABTS. The enrichment with hibiscus calyces, rose petals, and lavender blossoms significantly increased the inhibitory effect against α-amylase, α-glucosidase, acetylcholinesterase, and butyrylcholinesterase. On the other hand, the enrichment with ginger, turmeric, lemon zest, and juice decreased the inhibition effect against α-glucosidase and increased it against α-amylase, acetylcholinesterase, and butyrylcholinesterase. KR had the strongest inhibitory activity of all the enzymes studied, with the α-glucosidase inhibitory activity increased by approximately 18 times. The sensory evaluation showed that the addition ameliorates the beverage's taste, aroma, appearance, and total acceptability. Therefore, the enrichment with selected herbs, spices, and fruits can transform the Kombucha-fermented Mountain Tea sweetened with honey into a novel beverage with enhanced functional and sensorial properties. This study highlights new functional beverages from edible raw materials with high bioactivity that could contribute to the prevention of chronic diseases and the maintenance of good health. Further, in vivo studies are needed to validate the beneficial effects on human health.

Η κατανάλωση λειτουργικών ποτών για την πρόληψη χρόνιων ασθενειών και τη διατήρηση της καλής υγείας έχει πλέον αναγνωριστεί παγκοσμίως. Παρά τη διαθεσιμότητα στην αγορά διαφόρων ποτών με λειτουργικές ιδιότητες, υπάρχει ανάγκη αναζήτησης νέων συνδυασμών και αναλογιών πρώτων υλών για τη βελτίωση της βιοδραστικότητας στα τελικά προϊόντα. Σύμφωνα με πρόσφατη έρευνα αγοράς, η Κομπούχα έχει αναδειχθεί ως το πιο ταχέως αναπτυσσόμενο ποτό ζύμωσης στην παγκόσμια βιομηχανία λειτουργικών ποτών. Τα συμβατικά συστατικά που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή Κομπούχα είναι το μαύρο τσάι (Camellia sinensis) και η ζάχαρη. Οι εταιρείες παραγωγής αναπτύσσουν και προωθούν νέες προτάσεις για να διευρύνουν την αγορά, χρησιμοποιώντας εναλλακτικές πρώτες ύλες. Η παγκόσμια αγορά Κομπούχα αναμένεται να φθάσει τα 5 δισεκατομμύρια δολάρια μέχρι το 2025. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η ανάπτυξη και η μελέτη νέων ροφημάτων υψηλής βιοδραστικότητας από φυσικές εδώδιμες πρώτες ύλες. Η πρόταση που παρουσιάζεται είναι μια νέα εκδοχή της Κομπούχα με ελληνικές εδώδιμες πρώτες ύλες. Τα κύρια συστατικά της παραδοσιακής Κομπούχα, αντικαθίστανται με τσάι του βουνού (Sideritis scardica) και θυμαρίσιο μέλι. Αρχικά εφαρμόστηκε ζύμωση του τσαγιού του βουνού (Sideritis scardica) και θυμαρίσιου μελιού, με συμβιωτική καλλιέργεια Κομπούχα. Στη συνέχεια διερευνήθηκε πειραματικά η δυνατότητα παραγωγής ενός νέου ροφήματος με λειτουργικές ιδιότητες. Στο πλαίσιο αυτό αξιολογήθηκε η επίδραση της ζύμωσης στις φυσικοχημικές και λειτουργικές ιδιότητες αυτής της νέας εκδοχής της Κομπούχα. Κατά τη διάρκεια της ζύμωσης, παρατηρήθηκαν οι μακροσκοπικές αλλαγές στο ρόφημα, προσδιορίστηκε το pH και η τιτλοδοτούμενη οξύτητα, απαριθμήθηκαν οι ζύμες και τα βακτήρια οξικού οξέος, προσδιορίστηκαν η αιθανόλη, τα σάκχαρα, τα οργανικά οξέα, τα μέταλλα, οι βιταμίνες C και του συμπλέγματος B, το ολικό φαινολικό περιεχόμενο και η συνολική περιεκτικότητα σε φλαβονοειδή. Επίσης, μετρήθηκε η αντιοξειδωτική δράση και έγιναν δοκιμές αναστολής της α-αμυλάσης, α-γλυκοσιδάσης, ακετυλοχολινεστεράσης και βουτυρυλοχολινεστεράσης. Η αύξηση του συνολικού αριθμού των βακτηρίων και των ζυμών υποδήλωσε ότι το τσάι του βουνού με θυμαρίσιο μέλι (Mountain Tea With thyme Honey; MTWH) είναι ένα βιώσιμο υπόστρωμα για την υποστήριξη του πολλαπλασιασμού των μικροοργανισμών της συμβιωτικής καλλιέργειας Κομπούχα. Η ζύμωση είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του pH και την αύξηση της ολικής τιτλοδοτούμενης οξύτητας. Μετά τη ζύμωση παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική αύξηση της περιεκτικότητας σε βιταμίνες C, B1, B2, B6, B7 και B12 (p < 0,05). Τα ολικά φαινολικά και η αντιοξειδωτική δράση του ζυμωμένου ροφήματος ενισχύθηκαν σημαντικά, όπως αξιολογήθηκαν με τη μέθοδο Folin-Ciocalteu και τη δοκιμασία ABTS, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι το MTWH είχε ανασταλτική δράση έναντι της α-αμυλάσης, της α-γλυκοσιδάσης, της ακετυλοχολινεστεράσης και της βουτυρυλοχολινεστεράσης. Το MTWH μετά τη ζύμωση παρουσίασε ακόμη μεγαλύτερη αναστολή. Ως εκ τούτου, η ζύμωση με συμβιωτική καλλιέργεια Κομπούχα μπορεί να μετατρέψει το MTWH σε ένα νέο ποτό με ενισχυμένες λειτουργικές ιδιότητες. Επιπλέον, προστέθηκαν βότανα, μπαχαρικά και φρούτα στο MTWH που είχε ζυμωθεί με συμβιωτική καλλιέργεια Κομπούχα και αξιολογήθηκαν οι επιδράσεις στα φυσικά, χημικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά των τελικών ροφημάτων. Έγιναν δύο διαφορετικοί εμπλουτισμοί. Ένα ρόφημα «Χρυσή Κομπούχα από τσάι του βουνού και μέλι» (KG) με φρέσκο τζίντζερ, σκόνη κουρκουμά, ξύσμα και χυμό λεμονιού και ένα δεύτερο «Κόκκινη Κομπούχα από τσάι του βουνού και μέλι» (KR) με αποξηραμένους κάλυκες ιβίσκου, ροδοπέταλα και άνθη λεβάντας. Στο KR, τα επίπεδα της βιταμίνης C αυξήθηκαν. Επιπλέον, τα επίπεδα ασβεστίου αυξήθηκαν, ενώ τα επίπεδα καλίου σχεδόν διπλασιάστηκαν. Αυξημένη συγκέντρωση καλίου παρατηρήθηκε στο KG , ενώ ιόντα σιδήρου βρέθηκαν για πρώτη φορά μετά και από τους δύο εμπλουτισμούς . Η περιεκτικότητα σε ολικά φαινολικά και φλαβονοειδή, καθώς και η αντιοξειδωτική δράση, όπως εκτιμήθηκε με τις μεθόδους ABTS και DPPH, βρέθηκαν σημαντικά αυξημένες στο KR. Στο KG, η περιεκτικότητα σε ολικά φαινολικά αυξήθηκε, μαζί με την αντιοξειδωτική δράση, όπως εκτιμήθηκε με τη μέθοδο ABTS. Ο εμπλουτισμός με κάλυκες ιβίσκου, ροδοπέταλα και άνθη λεβάντας αύξησε στατιστικά σημαντικά την ανασταλτική δράση έναντι της α-αμυλάσης, της α-γλυκοσιδάσης, της ακετυλοχολινεστεράσης και της βουτυρυλοχολινεστεράσης. Από την άλλη πλευρά, ο εμπλουτισμός με τζίντζερ, κουρκουμά, ξύσμα λεμονιού και χυμό μείωσε την ανασταλτική δράση έναντι της α-γλυκοσιδάσης και την αύξησε έναντι της α-αμυλάσης, της ακετυλοχολινεστεράσης και της βουτυρυλοχολινεστεράσης. Το KR είχε την ισχυρότερη ανασταλτική δράση από όλα τα ένζυμα που μελετήθηκαν, με την ανασταλτική δράση της α-γλυκοσιδάσης να αυξάνεται κατά περίπου 18 φορές. Η οργανοληπτική αξιολόγηση έδειξε ότι ο εμπλουτισμός βελτιώνει τη γεύση, το άρωμα, την εμφάνιση και τη συνολική αποδοχή του ποτού. Επομένως, ο εμπλουτισμός με επιλεγμένα βότανα, μπαχαρικά και φρούτα μπορεί να μετατρέψει το ζυμωμένο με συμβιωτική καλλιέργεια Κομπούχα MTWH, σε ένα νέο ποτό με περαιτέρω βελτιωμένες λειτουργικές και αισθητηριακές ιδιότητες. Η μελέτη αυτή αναδεικνύει νέα λειτουργικά ροφήματα από εδώδιμες πρώτες ύλες με μεγάλη βιοδραστικότητα που θα μπορούσαν να συμβάλλουν στην πρόληψη χρόνιων ασθενειών και τη διατήρηση της καλής υγείας. Περαιτέρω, in vivo μελέτες είναι απαραίτητες για την πιστοποίηση των ευεργετικών δράσεων στην ανθρώπινη υγεία.