Тваринництво та технології харчових продуктів

Оцінка технологічних параметрів у виробництві напоїв на основі ферментованих рослинних інгредієнтів

Олена Петрова, Наталя Шевчук, Руслан Трибрат, Володимир Болодурін
Завантажити статтю
Анотація

Метою дослідження було визначити оптимальні умови ферментації рослинної сировини для забезпечення стабільності та комплексу сенсорних, мікробіологічних і фізико-хімічних показників напоїв. Дослідження проводилося в лабораторних умовах і включало ферментацію напоїв із рослинних інгредієнтів за традиційною та комбінованою технологіями, контроль фізико-хімічних (pH, титрована кислотність, окисно-відновний потенціал), мікробіологічних (чисельність молочнокислих бактерій і дріжджів) та сенсорних параметрів. Встановлено, що комбінована ферментація сприяла інтенсивнішому зниженню кислотності напоїв (рН до 4,0 на 72 годині) порівняно з традиційним молочнокислим бродінням (4,6). Найнижчий рН (3,8) та найвищу титровану кислотність (8,5 г/л) мали напої з фруктових екстрактів, що забезпечувало їхню мікробіологічну стабільність. Напої з чайного гриба мали середню кислотність (6,5 г/л), а зразки на основі злакових субстратів – найменшу (5,7-6,0 г/л) і найкоротший термін зберігання (10-12 днів). Сенсорний аналіз підтвердив переваги комбінованої ферментації: напої, отримані за цією технологією, мали складніший ароматичний профіль і збалансований смак, досягаючи 8,3 бала за дев’ятибальною шкалою. Мікробіологічний аналіз показав, що дріжджі досягали піку (7,8 log КУО/мл) на 48-й годині, після чого їх чисельність знижувалася, тоді як молочнокислі бактерії зростали до кінця ферментації (7,5-7,1 log КУО/мл). Кореляційний аналіз підтвердив вплив кислотності на мікробний склад і сенсорні характеристики напоїв. Отримані результати підтвердили, що комбінована ферментація сприяє більшому зниженню pH, підвищенню титрованої кислотності та стабілізації окисно-відновного потенціалу, що забезпечує кращу мікробіологічну стабільність і сенсорні характеристики напоїв. Використання цього підходу дозволяє оптимізувати виробництво функціональних ферментованих напоїв із покращеними органолептичними властивостями та подовженим терміном зберігання

Ключові слова

бродіння; кислотність; окисно-відновний потенціал; молочнокислі бактерії; дріжджі; сенсорний аналіз; мікробіологічна стабільність

ЦИТУВАТИ
Petrova, O., Shevchuk, N., Trybrat, R., & Bolodurin, V. (2025). Evaluation of technological parameters in the production of beverages based on fermented plant ingredients. Animal Science and Food Technology, 16(2), 129-147. https://doi.org/10.31548/animal.2.2025.129
Використані джерела
  1. Abbaspour, N. (2024). Fermentation’s pivotal role in shaping the future of plant-based foods: An integrative review of fermentation processes and their impact on sensory and health benefits. Applied Food Research, 4(2), article number 100468. doi: 10.1016/j.afres.2024.100468.
  2. Asrani, P., Patial, V., & Asrani, R.K. (2019). Production of fermented beverages: Shedding light on indian culture and traditions. In A.M. Grumezescu & A.M. Holban (Eds.), Production and management of beverages (pp. 409-437). Duxford: Woodhead Publishing. doi: 10.1016/B978-012-815260-7.00014-6.
  3. Battistini, C., Gullón, B., Ichimura, E.S., Gomes, A.M.P., Ribeiro, E.P., Kunigk, L., Moreira, J.U.V., & Jurkiewicz, C. (2018). Development and characterization of an innovative synbiotic fermented beverage based on vegetable soybean. Brazilian Journal of Microbiology, 49(2), 303309. doi: 10.1016/j.bjm.2017.08.006.
  4. Bekbayev, K., Mirzoyan, S., Toleugazykyzy, A., Tlevlessova, D., Vassilian, A., Poladyan, A., & Trchounian, K. (2024). Growth and hydrogen production by Escherichia coli during utilization of sole and mixture of sugar beet, alcohol, and beer production waste. Biomass Conversion and Biorefinery, 14(1), 909-919. doi: 10.1007/s13399-022-02692-x.
  5. Bibra, M., Krishnaraj, R.N., & Sani, R.K. (2021). Fermentation strategies in the food and beverage industry. In R.N. Krishnaraj & R.K. Sani (Eds.), Biomolecular engineering solutions for renewable specialty chemicals: Microorganisms, products, and processes (pp. 141-164). Hoboken: John Wiley and Sons. doi: 10.1002/9781119771951.ch5.
  6. Bogoyavlenskiy, A., Alexyuk, M., Alexyuk, P., Amanbayeva, M., Anarkulova, E., Imangazy, A., Bektuganova, A., & Berezin, V. (2022). Metagenomic exploration of koumiss from Kazakhstan. Microbiology Resource Announcements, 11(1), article number e01082-21. doi: 10.1128/mra.01082-21.
  7. Cichońska, P., Kowalska, E., & Ziarno, M. (2022). Fermentation of plant-based beverages using lactic acid bacteria – a review®. Technological Progress in Food Processing, 2, 86-97.
  8. Codex Alimentarius. International Food Standards. (n.d.). Retrieved from https://www.fao.org/fao-who-codexalimentarius/en/.
  9. Dudarev, І. (2024). Development of craft drinks with oat milk and fruit and berry powders. Commodity Bulletin, 17(1), 105-115. doi: 10.62763/ef/1.2024.105.
  10. Esperança, V.J.D.R., Coelho, C.C.D.S., Tonon, R., Torrezan, R., & Freitas-Silva, O. (2022). A review on plant-based tree nuts beverages: Technological, sensory, nutritional, health and microbiological aspects. International Journal of Food Properties, 25(1), 2396-2408. doi: 10.1080/10942912.2022.2134417.
  11. European Food Safety Authority. (n.d.). Good Laboratory Practice (GLP). Retrieved from https://www.efsa.europa.eu/en/applications/good-laboratory-practice.
  12. Food and Agriculture Organization. (n.d.). Retrieved from https://www.fao.org/home/en.
  13. Gadhoumi, H., Gullo, M., De Vero, L., Martinez-Rojas, E., Saidani Tounsi, M., & Hayouni, E.A. (2021). Design of a new fermented beverage from medicinal plants and organic sugarcane molasses via lactic fermentation. Applied Sciences, 11(13), article number 6089. doi: 10.3390/app11136089.
  14. Gungor, G., Akpinar, A., & Yerlikaya, O. (2024). Production of plant-based fermented beverages using probiotic starter cultures and Propionibacterium spp. Food Bioscience, 59, article number 103840. doi: 10.1016/j.fbio.2024.103840.
  15. Han, Z., Shi, S., Yao, B., Shinali, T.S., Shang, N., & Wang, R. (2025). Recent insights in Lactobacillus-fermented fruit and vegetable juice: Compositional analysis, quality evaluation, and functional properties. Food Reviews International, 41(6), 1836-1870. doi: 10.1080/87559129.2025.2454284.
  16. Harper, A.R., Dobson, R.C.J., Morris, V.K., & Moggré, G.J. (2022). Fermentation of plantbased dairy alternatives by lactic acid bacteria. Microbial Biotechnology, 15(5), 1404-1421. doi: 10.1111/1751-7915.14008.
  17. Hashimoto, E.H., de Cassia Campos Pena, A., da Cunha, M.A.A., de Freitas Branco, R., de Lima, K.P., Couto, G.H., & Pagnoncelli, M.G.B. (2025). Fermentation-mediated sustainable development and improvement of quality of plant-based foods: From waste to a new food. Systems Microbiology and Biomanufacturing, 5, 69-100. doi: 10.1007/s43393-024-00292-6.
  18. Hrushchetskyi, R., Hrinenko, I., & Khomichak, L. (2023). Promising plant raw materials for new fermented beverages. Restaurant and Hotel Consulting. Innovations, 6(1), 50-66. doi: 10.31866/2616-7468.6.1.2023.278471.
  19. Ismayilov, V., Safarov, G., Sadigova, S., Asadov, Z., & Muradova, S. (2023). Technology of production and primary processing of milk in farm conditions. Scientific Horizons, 26(10), 138149. doi: 10.48077/scihor10.2023.138.
  20. ISO 22000:2018. (2018). Food safety management systems – requirements for any organization in the food chain. Retrieved from https://www.iso.org/standard/65464.html.
  21. ISO 7889:2003. (2003). Yogurt – enumeration of characteristic microorganisms – colony-count technique at 37 °C. Retrieved from https://www.iso.org/standard/31880.html.
  22. Ivanova, I., Serdyuk, M., Tymoshchuk, T., Malkina, V., Shkinder-Barmina, A., Drobitko, A., Zahorko, N., Mulienok, Y., Shepel, A., & Savchuk, Y. (2024). Prediction of cherry fruit technological characteristics by ridge-regression method. Future of Food: Journal on Food, Agriculture and Society, 12(1), 39-50.
  23. Karputina, M.V., & Oliinyk, S.I. (2024). Safety and quality of low-alcohol fermented beverages based on plant raw materials. In Proceedings of the International scientific and practical conference “Biotechnology of food products: Problems and prospects” (pp. 113-115). Kyiv: State Scientific Institution “Ukrainian Research Institute of Alcohol and Biotechnology of Food Products”.
  24. Keșa, A., Pop, C.R., Mudura, E., Salanță, L.C., Pasqualone, A., Dărab, C., Burja-Udrea, C., Zhao, H., & Coldea, T.E. (2021). Strategies to improve the potential functionality of fruit-based fermented beverages. Plants, 10(11), article number 2263. doi: 10.3390/plants10112263.
  25. Kondratenko, K.V. (2023). Development of technology for fermented beverages using vegetable raw materials. (Qualification work for obtaining a Master’s degree, National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine).
  26. Konrade, D., Lidums, I., Klava, D., Ence, E., & Kirse-Ozolina, A. (2019). Investigation of extruded cereals enriched with plant by-products and their use in fermented beverage production. Agronomy Research, 17(2), 1346-1346. doi: 10.15159/AR.19.029.
  27. Kovalova, O., Vasylieva, N., Dikhtyar, A., Andrieieva, S., Omelchenko, S., Kotliar, O., Kariyk, A., Rudakov, S., Harbuz, S., & Onyshchenko, L. (2024b). Development of oat malt production technology using plasma-chemically activated aqueous solutions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(11(131)), 80-91. doi: 10.15587/1729-4061.2024.311477.
  28. Kovalova, O., Vasylieva, N., Zhulinska, O., Balandina, I., Zhukova, L., Bezpalko, V., Horiainova, V., Trybrat, R., Zazymko, O., & Barkar, Y. (2024a). Development of lentil malt production technology using plasma-chemically activated aqueous solutions. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(11(130)), 76-86. doi: 10.15587/1729-4061.2024.308298.
  29. Liang, S., Granato, D., Zou, C., Gao, Y., Zhu, Y., Zhang, L., Yin, J., Zhou, W., & Xu, Y. (2021). Processing technologies for manufacturing tea beverages: From traditional to advanced hybrid processes. Trends in Food Science & Technology, 118(A), 431-446. doi: 10.1016/j.tifs.2021.10.016.
  30. Liu, H., Xu, X., Cui, H., Xu, J., Yuan, Z., Liu, J., Li, C., Li, J., & Zhu, D. (2023). Plant-based fermented beverages and key emerging processing technologies. Food Reviews International, 39(8), 5844-5863. doi: 10.1080/87559129.2022.2097256.
  31. Malakar, S., Paul, S.K., & Pou, K.J. (2020). Biotechnological interventions in beverage production. In A.M. Grumezescu & A.M. Holban (Eds.), Biotechnological progress and beverage consumption (pp. 1-37). Duxford: Woodhead Publishing. doi: 10.1016/B978-0-12-816678-9.00001-1.
  32. Maleš, I., Pedisić, S., Zorić, Z., Elez-Garofulić, I., Repajić, M., You, L., Vladimir-Knežević, S., Butorac, D., & Dragović-Uzelac, V. (2022). The medicinal and aromatic plants as ingredients in functional beverage production. Journal of Functional Foods, 96, article number 105210. doi: 10.1016/j.jff.2022.105210.
  33. Mishra, T., Machireddy, J., & Vuppu, S. (2024). Comprehensive study on hygiene and quality assessment practices in the production of drinkable dairy-based and plant-based fermented products. Fermentation, 10(9), article number 489. doi: 10.3390/fermentation10090489.
  34. O’Sullivan, M.G. (2017). A handbook for sensory and consumer-driven new product development: Innovative technologies for the food and beverage industry. Duxford: Woodhead Publishing. doi: 10.1016/C2014-0-03843-9.
  35. Oyewole, O., Kareem, S., & Adeleye, T. (2022). Biotechnologies/fermentation technologies for large-scale industrial enzyme production for the food and beverage industry. In J.C. Ogbonna, S. Uzochukwu, E.G. Nwoba, C.O. Adetunij, N. Esiobu, A.B. Ibrahim & B.E. Ubi (Eds.), Fermentation and algal biotechnologies for the food, beverage and other bioproduct industries (pp. 41-67). Boca Raton: CRC Press. doi: 10.1201/9781003178378-3.
  36. Penha, C.B., Santos, V.D.P., Speranza, P., & Kurozawa, L.E. (2021). Plant-based beverages: Ecofriendly technologies in the production process. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 72, article number 102760. doi: 10.1016/j.ifset.2021.102760.
  37. Petrenko, Y., Tlevlessova, D., Syzdykova, L., Kuzembayeva, G., & Abdiyeva, K. (2022). Development of technology for the production of turkish delight from melon crops on a natural base. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 3(11-117), 6-18. doi: 10.15587/17294061.2022.258534.
  38. Pinto, T., Vilela, A., & Cosme, F. (2022). Chemical and sensory characteristics of fruit juice and fruit fermented beverages and their consumer acceptance. Beverages, 8(2), article number 33. doi: 10.3390/beverages8020033.
  39. Rodríguez, L.G.R., Gasga, V.M.Z., Pescuma, M., Van Nieuwenhove, C., Mozzi, F., & Burgos, J.A.S. (2021). Fruits and fruit by-products as sources of bioactive compounds. Benefits and trends of lactic acid fermentation in the development of novel fruit-based functional beverages. Food Research International, 140, article number 109854. doi: 10.1016/j.foodres.2020.109854.
  40. Shydlovska, O., & Koiba, А. (2023). Obtaining a functional product based on fermented Lactobacillus acidophilus apple juice and studying its properties. Biological Systems: Theory and Innovation, 14(1), 13-25. doi: 10.31548/biologiya14(1-2).2023.004.
  41. Tangyu, M., Muller, J., Bolten, C.J., & Wittmann, C. (2019). Fermentation of plant-based milk alternatives for improved flavour and nutritional value. Applied Microbiology and Biotechnology, 103, 9263-9275. doi: 10.1007/s00253-019-10175-9.
  42. Terefe, N.S. (2022). Recent developments in fermentation technology: Toward the next revolution in food production. In P. Juliano, R. Buckow, M.H. Nguyen, K. Knoerzer & J. Sellahewa (Eds.), Food engineering innovations across the food supply chain (pp. 89-106). London: Academic Press. doi: 10.1016/B978-0-12-821292-9.00026-1.
  43. Vavilova, A.I. (2023). Biotechnology of fermented beverages based on unconventional raw materials. (Qualification work for obtaining a Master’s degree, National University of Food Technologies, Kyiv, Ukraine).
  44. Viejo, C.G., Torrico, D.D., Dunshea, F.R., & Fuentes, S. (2019). Emerging technologies based on artificial intelligence to assess the quality and consumer preference of beverages. Beverages, 5(4), article number 62. doi: 10.3390/beverages5040062.
  45. WMA Declaration of Helsinki – Ethical Principles for Medical Research Involving Human Participants. (1964, June). Retrieved from https://www.wma.net/policies-post/wmadeclaration-of-helsinki/.
  46. World Health Organization. (n.d.). Retrieved from https://www.who.int/.
  47. Zhang, L., Zhang, M., & Mujumdar, A.S. (2021). New technology to overcome defects in production of fermented plant products-a review. Trends in Food Science & Technology, 116, 829-841. doi: 10.1016/j.tifs.2021.08.014.