Développement et normalisation de la technique de traitement pour le prêt

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 185 (2023) Citer cet article

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Les carottes noires sont riches en bioactifs mais sous-utilisées en raison de leur disponibilité à court terme et de leur nature périssable. Traditionnellement, les carottes noires ont été utilisées pour la préparation de Kanji, une boisson non laitière fermentée préparée à l'aide d'une fermentation naturelle par des bactéries lactiques et quelques épices. Cette boisson probiotique à base de plantes a des propriétés antioxydantes élevées, mais il existe un risque de contamination par des agents pathogènes en raison d'une fermentation incontrôlée pendant le stockage. Pour améliorer la disponibilité de cette boisson nutritive tout au long de l'année et pour assurer la sécurité microbiologique du produit fermenté traditionnel, la présente étude a été planifiée pour optimiser le processus de fermentation contrôlée à l'aide d'une culture bactérienne lactique lyophilisée (LAB) et d'une fenêtre de réfraction. poudre de carotte noire séchée. Les profils physicochimiques et microbiologiques des kanji fermentés au LAB ont été analysés. Le mélange de kanji séché peut être reconstitué en une boisson probiotique naturellement fermentée avec une saveur et un arôme uniques, ainsi qu'une sécurité microbiologique garantie et une valeur commerciale améliorée.

La demande des consommateurs pour des produits non laitiers fonctionnels a augmenté et les probiotiques sont utilisés pour créer des boissons prêtes à boire à base de fruits et de légumes. Les aliments fermentés d'origine végétale ont été évalués comme vecteurs d'administration de cultures de bactéries lactiques probiotiques suite à la maîtrise de la production de produits fermentés d'origine végétale via les bactéries lactiques1. En outre, la ressemblance des consommateurs avec les boissons prêtes à servir fraîches, peu transformées, hautement nutritives, bonnes pour la santé et désaltérantes est en augmentation2. Traditionnellement, la fermentation des aliments à l'aide de bactéries lactiques est pratiquée depuis des temps immémoriaux et l'utilisation de ferments fonctionnels améliore la qualité fonctionnelle des produits.

Les carottes noires (Daucus carota subsp. sativus) intéressent davantage les consommateurs en raison de leur richesse en antioxydants, en anthocyanes et en autres composés phytochimiques3,4. Cependant, une mauvaise gestion post-récolte et une commercialisation tardive modifient considérablement les concentrations de ses composés bioactifs5,6. La boisson de carotte noire fermentée et probiotique est une option saine en raison de sa forte activité antioxydante qui aide à lutter contre les maladies liées au mode de vie et les maladies chroniques, notamment l'amélioration du métabolisme du lactose, la prévention des infections intestinales, le renforcement de l'immunité, la réduction du taux de cholestérol sérique, la stimulation de l'absorption du calcium, synthèse de vitamines (vitamine B, acide folique et acide nicotinique), amélioration de la digestibilité des protéines et neutralisation des effets néfastes des agents pathogènes d'origine alimentaire7.

Boisson traditionnelle à base de carottes noires fermentée à l'acide lactique, communément appelée "Kanji", utile dans le traitement de l'indigestion, de la perte d'appétit et des troubles hépatiques. Au cours de la fermentation traditionnelle des carottes noires, la fermentation naturelle de l'acide lactique confère des propriétés probiotiques aux boissons peu transformées, mais un risque de contamination par des agents pathogènes Cronobacter sakazakii, Klebsiella pneumonia et Enterobacter hormaechei a été détecté dans la boisson de carotte noire fermentée naturellement « Kanji »8. Par conséquent, le besoin se fait sentir d'assurer la sécurité microbiologique du produit fermenté traditionnel en utilisant des techniques de fermentation contrôlée et une manipulation aseptique pour la production à grande échelle.

Des conditions de fermentation contrôlées utilisant une culture starter d'acide lactique à fonction pure permettent un meilleur contrôle du processus de fermentation et de l'uniformité du produit. Cependant, la valeur nutritionnelle élevée du kanji fermenté se prête à la croissance de plusieurs microbes de détérioration pendant le stockage pendant une durée plus longue. En conséquence, il n'est pas disponible pour la consommation hors saison. La disponibilité de cette boisson nutritive peut être améliorée plusieurs fois si elle est rendue stable, ce qui est possible grâce à des techniques de séchage avancées. Bien que de nombreuses techniques de séchage des fruits/légumes soient en pratique, certaines sont incapables de préserver les composés bioactifs comme le séchage au soleil, le séchage solaire et le séchage à l'air chaud, etc.9,10. Alors que les techniques de séchage qui peuvent préserver les bioactifs sont assez chères comme la lyophilisation.

Le séchage par fenêtre de réfraction (RWD) est un nouveau procédé révolutionnaire développé par MCD Technologies Inc (Tacoma, Washington, États-Unis)11,12. L'approche RWD s'est avérée efficace pour sécher les matériaux sensibles à la chaleur tels que les liquides et les purées en poudres, flocons ou feuilles13. Cette technique de séchage surpasse la méthode conventionnelle en raison de la réduction de la température de séchage, du temps de séchage, de la consommation d'énergie et d'une meilleure conservation de la qualité. Les chercheurs ont découvert que les résultats de la pomme de terre séchée RW14, de la carotte15, de la tomate16, de la baie d'or17 et de l'aloe vera18 présentaient une rétention de qualité maximale. Compte tenu de l'avantage de la technique RWD, la présente étude a été planifiée pour sécher la purée de carottes noires à l'aide d'un séchoir RW ​​puis fermenter avec du LAB lyophilisé pour produire des Kanji reconstitués.

Des carottes noires fraîches (cv. Punjab Black Beauty) ont été récoltées en février et ont été obtenues auprès du Département des sciences végétales de la Punjab Agricultural University (PAU) à Ludhiana, Punjab, Inde. Avant utilisation, les carottes noires ont été prérefroidies dans une chambre froide à 10°C et 85% d'humidité relative. Des expériences ont été menées dans les laboratoires du Département de transformation et de génie alimentaire de l'Université agricole du Pendjab (PAU), Ludhiana, Inde pour obtenir le résultat souhaité. Pour l'expérimentation, les carottes noires prérefroidies ont été lavées, pelées à l'aide d'un éplucheur manuel et le dessus des carottes a été retiré. Les carottes noires pelées ont été traitées par trempage dans une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) à trois concentrations différentes (c'est-à-dire 0, 1 et 2 % v/v). Les échantillons traités ont ensuite été transformés en purée à l'aide d'un pulpeur. La purée fraîchement préparée a été séchée en utilisant une réfraction à l'échelle pilote de type batch.

Le RSM a été utilisé pour évaluer l'effet de deux variables indépendantes, à savoir la température de l'eau (x1) et la concentration de NaOH (x2), sur plusieurs paramètres de qualité tels que le changement de couleur, la teneur totale en flavonoïdes, la teneur totale en phénols et le taux de réhydratation. Les expériences ont été menées en double. Sur la base d'un plan expérimental divers à deux facteurs et à trois niveaux, treize essais expérimentaux ont été développés. L'expérience a été randomisée, le point central étant répété cinq fois. L'ANOVA et l'analyse de surface de régression ont été utilisées pour décrire la signification statistique des variables du modèle et pour ajuster une connexion de régression appropriée à la conception expérimentale. Les termes qui étaient statistiquement significatifs (p < 0,05) ont été inclus dans le modèle final19. Voici le modèle polynomial généralisé développé pour prédire les variables de réponse en fonction de facteurs indépendants :

où yk est la valeur de réponse projetée du modèle ; β0, βi, βii et βij sont des constantes, des coefficients de régression pour les facteurs d'effets linéaires, quadratiques et d'interaction, et xi est la variable indépendante codée. Le programme expert Miscellaneous 3-Level Factorial in Design (Version 7.0.0) a été utilisé pour la conception expérimentale et l'analyse des données (Stat-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA). La surface de réponse et les courbes de niveau ont été créées pour diverses interactions. Ces surfaces tridimensionnelles pourraient donner une représentation géométrique précise ainsi que des informations importantes sur le comportement du système dans le cadre de la conception expérimentale. La poudre noire séchée par RW a été réglée pour déterminer les quantités de composants indépendants qui entraîneraient le moindre degré de changement de couleur et la teneur totale en flavonoïdes, la teneur phénolique totale et le taux de réhydratation les plus élevés.

L'échantillon séché optimisé obtenu sur la base du changement de couleur minimal et de la teneur totale maximale en flavonoïdes, de la teneur totale en composés phénoliques et du taux de réhydratation a été utilisé dans la préparation d'une boisson probiotique à base de carotte noire (Kanji).

Des bactéries lactiques fonctionnelles comme culture de démarrage pour la préparation de la boisson traditionnelle Kanji à partir de poudre de carottes noires séchées ont été achetées au Département de microbiologie, PAU, Ludhiana, Inde. Une culture de 24 h du consortium de dix LAB dans le bouillon MRS a été réalisée à 37 °C, pour obtenir une densité cellulaire de 107 cfu/ml (avant lyophilisation). Les cellules ont été extraites par centrifugation à 11 000 × g pendant 5 min à 4 ° C, suivie de trois lavages avec de l'eau distillée stérile. Le surnageant a ensuite été jeté et les cellules capturées ont été remises en suspension dans 100 mL de milieu (comptes viables finaux dans la plage de 7 à 8 log UFC/mL). Avant la lyophilisation, toutes les cellules remises en suspension ont été congelées à 20°C. Les suspensions congelées ont été lyophilisées pendant 48 h (température − 40 ± 2 °C ; pression de vide 10 −1 torr) à l'aide d'un lyophilisateur de paillasse (lyophilisateur de paillasse Modulyo, Edwards, Burgess Hill, Royaume-Uni). La rétention de la charge microbienne dans la culture lyophilisée (5 à 8 % p/v) utilisait un protocole standard. Le nombre de bactéries lactiques équivalent à 7,9–8,96 log ufc/g constitue une culture starter idéale pour la production de kanji fermenté à l'acide lactique prêt à l'emploi.

Le mélange a été préparé en utilisant différentes charges de LAB lyophilisé et différentes concentrations de poudre de carotte noire séchée RW optimisée avec les épices standard pour obtenir la formulation Kanji souhaitée lors de la reconstitution. Les formulations de Kanji reconstituées ont été analysées pour la qualité en utilisant des procédures standard. Le mélange Kanji a été optimisé à l'aide de RSM sur la base des réponses de l'expérience conçue. La qualité de la boisson Kanji reconstituée préparée dans des conditions optimisées a été comparée à la boisson Kanji témoin préparée par la méthode traditionnelle à l'aide de carottes noires fraîches pour déterminer l'acceptabilité du mélange de Kanji prêt à l'emploi développé.

La standardisation de la réhydratation de la poudre de carotte noire séchée RW dans l'eau pour obtenir le même goût de boisson Kanji traditionnel souhaité a été effectuée en utilisant différentes proportions de poudre avec de l'eau 10:50, 10:60 et 10:70, sur la base des caractéristiques physicochimiques, analyse microbiologique et évaluation sensorielle.

La fermentation de la boisson Kanji traditionnelle a été réalisée par des bactéries lactiques autochtones inhérentes aux carottes noires, en extrayant le jus de carotte et les carottes râpées et en le diluant avec trois volumes d'eau bouillie puis refroidie à température ambiante et laissée fermenter à température ambiante ( 25 ± 2 °C) pendant 5 jours avec addition de sel et de seigle à 1,5 %. La préparation de boisson kanji par fermentation contrôlée a été réalisée avec une boisson diluée pasteurisée à 82 ° C pendant 10 à 15 s à l'aide d'un pasteurisateur (Dairy Tech, Maharashtra, Inde) et inoculée avec 8% (v / v) d'inoculum de démarrage fonctionnel activement cultivé (108 cfu mL−1) du consortium bactérien lactique fonctionnel. Autres épices : sel gemme rose (1,5 %), seigle (1,5 %) ont été stérilisés avant d'être utilisés dans le mélange. Une partie de la boisson pasteurisée a été conservée pour contrôler le processus de fermentation. La boisson inoculée a été incubée à 37 °C pendant 24 à 36 h (conditions déterminées lors des tests préliminaires). Des échantillons ont été prélevés de manière aseptique et analysés pour les paramètres microbiologiques et physicochimiques.

Pour la poudre de carotte noire séchée RW, la qualité a été mesurée sur la base du changement de couleur, de la teneur totale en flavonoïdes, de la teneur totale en composés phénoliques et du taux de réhydratation. Alors que la qualité de la boisson Kanji fermentée LAB et de la boisson Kanji traditionnelle a été mesurée sur la base de l'acidité titrable, du pH, du rapport Brix-Acid, des sucres totaux, des sucres réducteurs totaux, de l'activité antioxydante, de la teneur totale en flavonoïdes, de la teneur totale en phénols, des caroténoïdes totaux, de l'acide ascorbique contenu. Les méthodes suivantes de chaque paramètre ont été expliquées ci-dessous dans divers sous-titres :

Un colorimètre portable (Konica Minolta Sensing Inc, Japon) a été utilisé pour déterminer la couleur des échantillons20. La couleur est définie par les valeurs tristimulus L, a et b. Le changement de couleur a été déterminé en utilisant la relation suivante21 :

où, Lo, ao et bo représentent les lectures respectives de la purée de carottes noires fraîches.

A 95 °C, les échantillons ont été immergés dans l'eau à un rapport de 1:15 pendant 20 min. L'excès d'eau a été éliminé à l'aide du papier Whatman n°. 1, et les échantillons ont été pesés22.

Le pH de la boisson Kanji réhydratée a été évalué à l'aide d'un pH-mètre numérique (type 101, Electronic Corporation of India Limited, Hyderabad).

Les solides solubles totaux (TSS) dans le jus de carotte réhydraté et la boisson ont été examinés par un réfractomètre manuel Erma de 0 à 32 ° Brix (UNICO). Le réfractomètre a été calibré à la ligne zéro sur l'échelle en plaçant une goutte d'eau distillée sur un prisme propre et sec à 20 °C. La valeur TSS des échantillons a été déterminée en ajoutant une goutte d'échantillon sur le prisme propre et en lisant la ligne de démarcation claire sur l'échelle.

L'acidité titrable, exprimée en % d'acide lactique, a été estimée selon la procédure de Helrich23. Une quantité connue de boisson a été utilisée et quelques gouttes d'une solution de phénolphtaléine à 1 % comme indicateur ont été ajoutées. Le titrage de la solution a été effectué contre de l'hydroxyde de sodium standardisé 0,1 N (NaOH) jusqu'au point final de couleur rose persistant pendant 15 s.

Le rapport Brix-acide a été calculé en divisant la valeur totale des solides solubles par l'acidité totale du jus réhydraté et de la boisson pour évaluer la maturité des carottes.

Les sucres totaux ont été déterminés selon la technique de DuBois et al.24. Dans les tubes à essai, des volumes mesurés de 0,1 à 0,5 ml d'échantillon/étalon ont été placés et le volume a été augmenté à 1 ml en utilisant de l'eau distillée. Chaque tube à essai a reçu 1 ml d'une solution de phénol à 5 ​​%, qui a été bien agitée. Ensuite, 5 ml d'acide sulfurique fort ont été ajoutés. Pour obtenir la meilleure apparence de coloration jaune, de l'acide sulfurique a été versé directement au centre du tube à essai et la température a été portée à 70 °C. Les tubes à essai ont été laissés à température ambiante pendant 10 minutes avant d'être refroidis. L'absorbance de la couleur jaune-orange stable produite a été mesurée à 490 nm avec un spectrophotomètre (Bausch & Laumb Spectronic-20) contre un blanc de réactif. Les sucres solubles totaux ont été déterminés en utilisant le glucose comme courbe standard (20–100 mg mL−1).

La méthode Miller25 a été utilisée pour la quantification des sucres réducteurs totaux dans les échantillons. 3 ml de l'échantillon et 3 ml de réactif DNS ont été ajoutés dans le tube à essai et conservés dans le bain d'eau chaude à 60 ° C pendant 15 min. 1 ml de solution de sel de Rochelle a ensuite été ajouté aux tubes et laissé refroidir. L'absorbance a été prise à 575 nm en utilisant un spectrophotomètre (Bausch & Laumb Spectronic-20). La courbe standard a été utilisée pour calculer la concentration en sucres réducteurs (20–100 g mL−1).

La technique DPPH donnée par de Ancos et al.26 a été utilisée pour calculer le pourcentage d'activité antioxydante. Des aliquotes de 0,1 ml d'échantillon ont été recueillies dans un tube à essai pour estimation. Il a été placé dans l'obscurité pendant 45 min après l'ajout de 3,9 mL de solution DPPH (1 M DPPH). La décoloration dans la solution a été mesurée avec un Bausch & Laumb Spectronic-20 à 515 nm.

La teneur totale en flavonoïdes a été évaluée par la méthode donnée par Carvalho et Clemente27 avec de petites modifications. Dans un tube à essai, 0,2 ml de chaque étalon ou échantillon a été placé, puis 1 ml de méthanol a été ajouté. 1 ml de méthanol a été utilisé pour réaliser le blanc. Chaque tube à essai a reçu 0,1 mL d'une solution de nitrate d'aluminium à 10 %. Après cela, 0,1 ml d'acétate de potassium 1 M a été ajouté, suivi de 4,6 ml d'eau distillée. Les matériaux ont été correctement combinés et laissés à température ambiante pendant 45 min. L'absorbance a été mesurée à 415 nm contre un blanc de référence de méthanol. La teneur totale en flavonoïdes (mg d'équivalents de Quercétine) a été estimée à l'aide de la courbe standard de Quercétine.

Le contenu phénolique total a été déterminé en utilisant la technique de Slinkard et Singleton28, avec des modifications mineures. 0,2 ml de chaque échantillon/étalon a été placé dans un tube à essai et un volume de 1 ml a été produit avec du méthanol. Les matériaux ont été bien mélangés après avoir ajouté 2 ml de réactif de Folin-ciocalteu, puis 2 ml de solution de Na2CO3 à 15 % ont été ajoutés après quatre minutes. Le mélange a été maintenu à température ambiante pendant deux heures. L'absorbance de chaque échantillon a été prise à 760 nm contre une référence a été mesurée à 760 nm contre un blanc préparé de la même manière que pour les échantillons sans ajout d'échantillon ou de standard. La teneur totale en composés phénoliques (mg équivalents d'acide gallique) a été calculée à partir de la courbe standard de l'acide gallique.

La méthode titrimétrique avec le colorant 2,6-dichlorophénol indophénol a été utilisée dans l'estimation de l'acide ascorbique29. Le volume mesuré d'une aliquote (10 ml) a été prélevé et 15 ml de solution d'acide oxalique (0, 4%) ont été ajoutés, suivis d'un titrage contre une solution de colorant standardisée (0, 04%) jusqu'à un point final de couleur rose avec 15 s de persistance.

L'extraction des caroténoïdes était basée sur la procédure décrite par Rodriguez-Amaya et Kimura30. 5 ml de chaque échantillon ont été homogénéisés à l'aide d'acétone réfrigérée et filtrés à l'aide d'un entonnoir Büchner. La technique a été répétée jusqu'à ce que le résidu et les pigments soient décolorés et transférés à l'éther de pétrole ; chaque fraction a été rincée à l'eau distillée pour éliminer toute trace d'acétone. Après extraction complète, la teneur totale en caroténoïdes des pigments isolés a été mesurée par spectrophotométrie à 450 nm.

La viabilité des bactéries dans la boisson Kanji réhydratée a été évaluée par la méthode standard de comptage sur plaque. Le nombre de bactéries sur plaque a été enregistré après 24 à 48 h à 37 ° C sur Man Ragosa Sharpe Agar (HiMedia Laboratories Pvt Ltd, Mumbai) pour le nombre de bactéries lactiques8.

Les boissons Kanji fermentées au LAB de 30 ml ont été placées séparément dans des gobelets en plastique étiquetés. Ces tasses ont été conservées à température ambiante (28 ± 3 °C) à l'intérieur de cubiques à la lumière du jour. Trente panélistes (15 hommes et 15 femmes) ont été recrutés parmi le personnel et les étudiants de l'Université d'agriculture de l'Université du Punjab. De l'eau potable a été fournie aux sujets pour qu'ils se rincent la bouche entre deux verres et un temps de cinq minutes a été accordé entre chaque verre. Un panel de juges semi-formés a évalué les propriétés organoleptiques de la boisson à la carotte noire en fonction de l'apparence, du goût, de la couleur, de l'arôme, du corps, de la saveur, de l'astringence et de l'acceptabilité globale. L'"échelle hédonique" d'acceptabilité par le consommateur a été utilisée pour calculer l'acceptation du produit31.

La poudre de carotte noire séchée RW a été produite en ajustant deux variables de processus, à savoir la température de l'eau (70, 80 et 90 ° C) et la concentration de la solution de NaOH (0, 1 et 2% v / v), et la méthode a été ajustée en fonction des impacts sur les réponses choisies (changement de couleur, flavonoïdes, contenu phénolique total et taux de réhydratation). Le tableau 1 montre l'analyse de variance pour toutes les réponses, et des parcelles de surface de réponse tridimensionnelle (Fig. 1) ont été créées pour montrer l'influence des facteurs de processus sur les paramètres de réponse de la poudre de carotte noire séchée RW.

Effet de la température de l'eau et de la concentration de NaOH sur les paramètres de qualité de la carotte noire séchée.

La couleur est un facteur de qualité clé utilisé pour évaluer la qualité de tout produit alimentaire. Par conséquent, les changements de couleur aident à identifier les changements dans la qualité du produit32. Le changement de couleur de la carotte noire séchée variait de 1,48 à 4,61. Le changement de couleur maximal a été observé pour les échantillons prétraités dans une solution de NaOH à 2 % et séchés à une température de l'eau de 90 °C, tandis que le minimum a été trouvé pour les échantillons non traités séchés à 70 °C. Le terme linéaire de la température de l'eau et de la concentration de NaOH a eu un effet positif significatif sur le changement de couleur (p < 0,05). Il a été observé qu'avec l'augmentation de la concentration de NaOH pendant le prétraitement de la carotte noire, le changement de couleur de la poudre de carotte noire avait augmenté (Fig. 1). Cela était dû à l'augmentation de la valeur « L » de la carotte, augmentant ainsi la valeur globale de changement de couleur par rapport aux produits frais. L'augmentation de la température de l'eau a également entraîné une augmentation du changement de couleur, qui peut être attribuée à une augmentation de la valeur « a » par rapport à la valeur « b » de la poudre de carotte noire33. L'augmentation de la valeur « a » a été signalée dans divers aliments en raison de la réaction chimique qui se produit entre les acides aminés et les sucres réducteurs lors du traitement à des températures plus élevées qui génèrent une couleur brune et l'apparition ultérieure de la réaction de Milliard34.

Il a été démontré que les flavonoïdes sont utiles à la santé humaine en raison de leur capacité à servir de piégeurs de radicaux libres et d'agents réducteurs du potentiel oxydatif, protégeant ainsi contre les dommages oxydatifs produits par les groupes hydroxyle35. La teneur totale en flavonoïdes de la carotte noire séchée variait de 5,97 à 10,75 mg/100 g de poids sec. La teneur totale minimale en flavonoïdes a été observée pour les échantillons prétraités dans une solution de NaOH à 2 % et séchés à une température de l'eau de 90 °C, tandis qu'un maximum a été trouvé pour les échantillons non traités séchés à 70 °C. Le terme linéaire de température de l'eau a eu un effet négatif significatif sur la teneur totale en flavonoïdes (p < 0,05). Il a été découvert que la teneur totale en flavonoïdes de la poudre de carotte noire diminuait avec une augmentation de la température de l'eau (Fig. 1). Cela pourrait être dû au fait que des températures plus élevées ont provoqué une dégradation partielle de la lignine et une dégradation thermique des composés phénoliques36.

La teneur totale en composés phénoliques de la carotte noire séchée variait de 22 876,40 à 23 444,30 mg/100gdw. Le changement de couleur maximal a été observé pour les échantillons non traités séchés à 70 ° C minimum a été trouvé pour les échantillons prétraités dans une solution de NaOH à 2% et séchés à une température de l'eau de 90 ° C. Le terme linéaire de température de l'eau a eu un effet négatif significatif sur la teneur totale en composés phénoliques (p < 0,05). Il a été observé qu'avec l'augmentation de la température de l'eau du séchoir, la teneur totale en composés phénoliques de la poudre de carotte noire diminuait (Fig. 1). Une telle explication de la diminution de la teneur phénolique globale à haute température est l'impact de la chaleur sur les composés tanniques et la mort des cellules et de leurs vacuoles, ce qui provoque la fixation des composés phénoliques à d'autres composés tels que les protéines ou des modifications de leurs structures chimiques18.

Le taux de réhydratation de la carotte noire séchée variait de 4,99 à 6,30. Le taux de réhydratation minimum a été observé pour les échantillons prétraités dans une solution de NaOH à 2 % et séchés à une température de l'eau de 90 °C, tandis qu'un maximum a été trouvé pour les échantillons non traités séchés à 70 °C. Le terme linéaire de température de l'eau a eu un effet positif significatif sur le taux de réhydratation (p < 0,05). Il a été constaté que le taux de réhydratation de la poudre de carotte noire diminuait avec une augmentation de la température de l'eau du séchoir. (Fig. 1). Cela peut être dû à une surchauffe de la surface du produit provoquant le développement d'une couche imperméable rendant difficile la réhydratation du produit séché à son volume et sa forme réels33,37.

En utilisant la technique d'optimisation numérique, les conditions de traitement optimales pour la poudre de carotte noire ont été obtenues en trempant la carotte noire dans une solution de NaOH à 0 %, suivie d'un séchage de la fenêtre de réfraction à une température de l'eau de 70 °C. La poudre de carotte noire produite dans des conditions optimisées devrait avoir la valeur la plus élevée de teneur totale en flavonoïdes : 11,11 mg/100 g de poids sec, teneur totale en phénols : 23 493,50 mg/100 g de poids sec et taux de réhydratation : 6,49 alors que le moindre changement de couleur possible : 2,08 avec désirabilité globale de 94,8 %. Les échantillons ont ensuite été séchés en vrac dans les conditions de traitement optimisées pour produire de la poudre de carotte noire pour la boisson Kanji reconstituée.

Pour l'évaluation du bon rapport de reconstitution de la poudre de carotte noire séchée RW pour formulation de boisson, les trois proportions de poudre avec de l'eau, c'est-à-dire 10:50, 10:60 et 10:70 ont été préparées et soumises à une évaluation sensorielle. L'évaluation sensorielle a été réalisée sur une échelle hédonique en 9 points. Le score obtenu des panélistes a été donné dans le tableau 2. D'après les scores sensoriels, il est clairement observé que la combinaison 10:60 de poudre de carotte noire séchée RW et d'eau a montré une meilleure acceptabilité (7,8 ± 0,2) par rapport aux autres combinaisons.

La concentration fonctionnelle d'inoculum bactérien d'acide lactique, contenant la charge cellulaire de 107 cfu/ml, a été utilisée comme inoculum dans le développement de la boisson kanji fermentée à l'acide lactique. Les pourcentages variés de concentration d'inoculum lyophilisé ont été prélevés (4 à 8 % p/v) et incorporés dans la boisson Kanji séchée RW standardisée reconstituée (10:60) et fermentée pendant 24 h à 37 °C pour voir la variation de la charge cellulaire par rapport à la charge en cellules bactériennes lactiques dans la boisson traditionnelle fermentée. Les données obtenues après les études de dénombrement dans la fermentation traditionnellement fermentée et après la fermentation par lyophilisation ont été présentées dans le tableau 3. charge cellulaire dans une boisson Kanji traditionnellement fermentée. Par conséquent, une concentration d'inoculum lyophilisé d'au moins 7 % (p/v) est requise pour répondre aux exigences d'une boisson Kanji traditionnellement fermentée.

La poudre de carotte noire a été reconstituée selon la standardisation avec de l'eau et fermentée avec une concentration d'inoculum lyophilisée standardisée à 7 % (p/v) avec une charge cellulaire de 9,21 log ufc/ml à 37 °C pendant 28 h et la cinétique de fermentation a été étudiée. en termes de croissance bactérienne lactique au cours de la fermentation, de pH et de cinétique d'acidité totale titrable. La prolifération des bactéries lactiques pendant la fermentation peut fournir des informations vitales sur les propriétés de la boisson fermentée Kanji. La figure 2A représente l'évolution de la quantité de bactéries lactiques. Les bactéries se sont adaptées rapidement dans la boisson reconstituée, ce qui a entraîné une augmentation de la viabilité de la fermentation d'origine. Le nombre de bactéries lactiques dans la boisson a rapidement augmenté au cours des 24 premières heures, ce qui correspond à la courbe habituelle de développement microbien. Après les premières 24h, le nombre de bactéries lactiques diminue légèrement puis se stabilise. En outre, la figure 2A a montré que le modèle polynomial du 3e ordre présentait le modèle le mieux adapté pour décrire l'augmentation de la viabilité des bactéries avec la valeur R2 la plus élevée de 0, 985. Costa et al.38 ont découvert qu'après 24 h de fermentation par L. casei NRRL B-442, la viabilité dans le jus d'ananas atteignait 8,65 log ufc/ml. Après les 24 premières heures, l'accumulation importante d'acide lactique et d'autres métabolites a entravé la prolifération des bactéries lactiques. En bref, la poudre de carotte noire séchée RWD reconstituée avec de l'eau (rapport 10:60) est un substrat approprié pour les probiotiques et peut être utilisée comme milieu nutritionnel pour améliorer le développement des LAB.

(A) La quantité de microbes (bactéries lactiques), (B) le pH et l'acidité titrable totale pendant la fermentation LAB de la boisson Kanji reconstituée à une concentration de 10:60.

La figure 2B illustre les résultats d'une enquête sur la dynamique du pH et de l'acidité titrable des boissons fermentées. En raison de l'augmentation de la teneur en acidité titrable, le pH a chuté pendant la fermentation. Après 12 h de fermentation, le pH de la boisson Kanji était inférieur à 4,0, ce qui était un seuil d'inhibition des bactéries pathogènes et de nombreuses bactéries septiques38. Sur la figure 2B, le modèle polynomial de 3e ordre a montré le modèle le mieux adapté pour décrire la diminution du pH et l'augmentation de l'AT par rapport au temps, ayant la valeur R2 la plus élevée de 0,955 et 0,994 pour le pH et l'AT, respectivement. Après 28 h de fermentation, l'acidité titrable est passée de 0,13 g/100 ml à 0,96 g/100 ml. Une augmentation similaire a été observée lors de la fermentation d'une boisson à base de riz par Ghosh et al.39. La concentration croissante d'acides organiques produits par le processus de fermentation des bactéries lactiques, en particulier la formation d'acide lactique, pourrait expliquer les variations de pH et d'acidité titrable7.

La teneur phénolique totale, la teneur totale en flavonoïdes et la capacité antioxydante de la boisson fermentée après 24 h de fermentation par rapport à la 0 h initiale indiquée dans le tableau 4. Les concentrations phytochimiques augmentent après 24 h par rapport à la première étape, indiquant que LAB a amélioré la concentration phytochimique de la boisson pendant le processus de fermentation. La quantité plus élevée de concentrations phytochimiques dans les boissons fermentées pourrait être attribuée à la capacité de LAB à créer des enzymes hydrolytiques, qui hydrolysaient les composés phytochimiques complexes en des formes plus simples31,40. La teneur totale en composés phénoliques des échantillons fermentés pendant 24 h est passée de 32,73 ± 0,61 mg (à 0 h) à 41,84 ± 0,10 mg GAE/ml. Les contenus phénoliques totaux sont des métabolites secondaires répandus des plantes qui sont impliqués dans la défense des plantes contre les rayons UV ou l'agressivité des agents pathogènes. La recherche épidémiologique et les méta-analyses qui l'accompagnent suggèrent clairement que l'apport à long terme de régimes alimentaires riches en polyphénols végétaux protège contre le développement de tumeurs malignes, de maladies cardiovasculaires, de diabète, d'ostéoporose et de troubles neurologiques41. De plus, le pH inférieur de la boisson Kanji fermentée au LAB (3,76) stabilise les polyphénols car ils s'auto-oxydent avec l'augmentation du pH8.

L'activité antioxydante (%), telle que présentée dans le tableau 4, a montré une augmentation de 0 à 24 h de fermentation. Kwaw et al.42 ont découvert une relation entre les activités polyphénoliques et antioxydantes. Les résultats suggèrent que le traitement des boissons fermentées améliore la teneur totale en composés phénoliques et la teneur totale en flavonoïdes, entraînant une activité antioxydante plus élevée dans le produit développé.

Les paramètres physicochimiques variaient légèrement dans la boisson kanji fermentée préparée par reconstituée par rapport à la boisson kanji fermentée traditionnelle standard, comme indiqué dans le tableau 5. Malgré un pH plus élevé et une acidification moindre ont été observées pour la boisson reconstituée par rapport à la boisson traditionnelle, il n'y a pas de différences significatives (p > 0,05) observées pour le pH et l'acidité titrable.

La teneur totale en phénols, la teneur totale en flavonoïdes et les valeurs d'activité antioxydante de la boisson Kanji traditionnelle et réhydratée sont dans la même ligne. Tangüler43 a trouvé des résultats similaires dans la production de poudre de shalgame à partir de shalgame fermenté (une boisson turque traditionnelle). La poudre de Shalgam reconstituée à 3,2% a des propriétés physico-chimiques similaires à celles de la boisson de Shalgam traditionnelle en termes de pH, d'acidité titrable, de solides totaux, de polyphénols, de teneur en flavonoïdes et de capacité antioxydante. Ainsi, la boisson Kanji préparée à partir de la reconstitution de poudre séchée RWD peut être une bonne alternative avec une durée de conservation accrue pour obtenir les avantages fonctionnels de la boisson Kanji tout au long de l'année.

Les scores moyens d'acceptabilité de la boisson Kanji reconstituée et de la boisson conventionnelle sont présentés à la Fig. 3. Pour les qualités gustatives et l'acceptabilité générale, la reconstituée a été légèrement mieux acceptée (p < 0,5) que la traditionnelle. Il n'y a eu aucun changement significatif de couleur, d'astringence ou d'arôme dans les échantillons (p > 0,05). Les cotes d'acceptation moyennes de la boisson reconstituée étaient d'environ (7,9) sur l'échelle hédonique, ce qui correspond à "beaucoup aimé", montrant une forte acceptation de l'échantillon, qui a également été observée pour la boisson conventionnelle. Santos et al.44 ont étudié des yaourts lyophilisés et ont découvert des pourcentages d'humidité, de solides totaux et d'acide lactique de 79,44, 20,86 et 0,92, respectivement, ainsi qu'un pH de 4,37 et un diacétyle de 11,13 mg/50 mL dans le produit reconstitué (5 g/20 °C). Ces chercheurs ont reçu des notes de 6,67, 6,82, 6,77 et 6,45 sur une échelle hédonique de 9 points pour l'apparence, la saveur, le goût, la texture et l'approbation globale du produit réhydraté, respectivement.

Score d'acceptation global de la boisson Kanji traditionnelle et de la fermentation LAB de la boisson Kanji reconstituée à une concentration de 10:60.

Les boissons probiotiques à base de plantes ont connu une augmentation de la demande ainsi qu'une acceptation dans le régime alimentaire des consommateurs en raison de la demande des consommateurs pour des produits non laitiers fonctionnels. La boisson fermentée à la carotte noire 'Kanji' est une boisson traditionnelle qui a été préparée dans les foyers indiens depuis des siècles. Cette boisson est très riche en bioactifs et en flavonoïdes, ayant des avantages considérables pour la santé des consommateurs. Dans cette étude, un effort a été fait pour préparer une boisson riche en nutriments qui peut être mise à disposition dans un format prêt à l'emploi pour être consommée tout au long de l'année en utilisant des technologies de séchage avancées. L'étude s'est concentrée sur le développement et la normalisation de la technologie des bioprocédés pour le mélange de Kanji de longue conservation incorporant une culture bactérienne d'acide lactique lyophilisée dans de la poudre de carotte noire séchée RW et des épices. La poudre de carotte noire a été obtenue en trempant la carotte noire dans une solution de NaOH à 0% et en séchant la purée à une température de l'eau de 70 ° C dans un séchoir RW. Le mélange Kanji a été reconstitué avec de l'eau à une concentration de 10:60 et soumis à une fermentation contrôlée pendant 24 h. La boisson reconstituée s'est avérée microbiologiquement sûre avec une acceptabilité équivalente à celle de la boisson Kanji traditionnellement préparée. Il a été conclu qu'en utilisant cette technique, des boissons fermentées LAB similaires peuvent être préparées car la méthode traditionnelle de fermentation n'est pas contrôlée, ce qui entraîne une augmentation du nombre de bactéries et rend la boisson impropre à la consommation.

Les ensembles de données générés pendant et/ou analysés pendant l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Preetinder Kaur & Ruchika Zalpouri

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Tarsem Singh Dhillon

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Amrit Kaur

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PK, PPS et TSD ont aidé à la conceptualisation, fourni des ressources pour l'investigation, supervisé et édité le manuscrit. RZ et RM ont mené l'expérience et ont écrit le texte principal du manuscrit et ont fait l'analyse formelle. AK a aidé dans l'analyse statistique. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Ruchika Zalpouri.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Kaur, P., Zalpouri, R., Modi, R. et al. Développement et normalisation de la technique de traitement pour le mélange de kanji fermenté en laboratoire prêt à l'emploi à l'aide de poudre de carotte noire séchée par fenêtre de réfraction. Sci Rep 13, 185 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27450-5

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Reçu : 25 août 2022

Accepté : 02 janvier 2023

Publié: 05 janvier 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-27450-5

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