Влияние управляемой ферментации какао в биореакторах на качество: расшифровка влияния температуры, перемешивания и pH на метаболомный, сенсорный и летучий профили
Influence of driven fermentation of cacao in bioreactors on quality: decoding the effect of temperature, mixing, and pH on metabolomic, sensory, and volatile profiles
Santander M, Leguizamón L, Vaillant F, Boulanger R, Zuluaga M, Maraval I, Rodríguez J, Llano S, Sommerer N, Meudec E, Meter A, Escobar S
Аннотация (перевод)
Контролируемая ферментация какао ограничена традиционными методами, что затрудняет понимание динамики формирования вкусоароматического профиля. Поэтому в данном исследовании изучалось влияние параметров контролируемой ферментации — температурного профиля, начального значения pH и частоты перемешивания — на развитие вкуса и аромата какао, оцениваемое с помощью сенсорного анализа, анализа летучих соединений и нетаргетной метаболомики. Также отслеживалась внутренняя динамика pH. Полностью контролируемая система ферментации с использованием биореакторов с мешалкой позволила осуществлять точную регуляцию условий процесса. Были протестированы восемь вариантов обработки с варьированием температуры (постоянная 45 °C по сравнению со ступенчатым градиентом 35–45 °C), начального pH (контролируемый по сравнению со спонтанным) и частоты перемешивания. Результаты показали, что температура и начальный pH были основными определяющими факторами внутреннего закисления и дифференциации вкусоароматических свойств, в то время как частота перемешивания оказала незначительное влияние. Ферментация при постоянной температуре (45 °C) со спонтанным pH позволила получить шоколад с более выраженными фруктовыми, ореховыми, древесными и цветочными нотами. Напротив, ферментация в условиях ступенчатого градиента с контролируемым pH усиливала горечь и терпкость. Неконтролируемый pH при том же градиенте приводил к получению шоколада с выраженной кислотностью и отсутствием отличительных характеристик. Длительная ферментация (144–192 ч) в спонтанных условиях приводила к появлению посторонних привкусов. Метаболомный и летучий профили согласовывались с сенсорными данными, выявив четыре кластера, специфичных для вариантов обработки, и определив пептиды и летучие соединения в качестве потенциальных биомаркеров качества какао.
Оригинальная аннотация
Controlled cacao fermentation is limited by traditional methods, hindering understanding of flavour formation dynamics. Therefore, this study investigated the influence of controlled fermentation variables—temperature profile, initial pH setting, and mixing frequency—on cacao flavour development, evaluated through sensory analysis, volatiles analysis, and untargeted metabolomics. Internal pH dynamics were also monitored. A fully controlled fermentation system using stirred-tank bioreactors enabled precise regulation of process conditions. Eight treatments were tested, varying temperature (constant 45 °C vs. stepped gradient 35–45 °C), initial pH (controlled vs. spontaneous), and mixing frequency. The results showed that temperature and initial pH were the primary drivers of internal acidification and flavour differentiation, while mixing frequency showed negligible effects. Constant-temperature (45 °C) fermentation with spontaneous pH produced chocolates with enhanced fruity, nutty, woody, and floral attributes. Conversely, fermentation under a stepped gradient with controlled pH intensified bitterness and astringency. Uncontrolled pH under the same gradient led to chocolates with pronounced acidity and lack of distinctive attributes. Extended fermentation (144–192 h) under spontaneous conditions resulted in off-flavours. Metabolomic and volatile profiles aligned with sensory data, revealing four treatment-specific clusters and identifying peptides and volatiles as candidate biomarkers of cacao quality.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/235ee9ee-2935-460e-8ba1-17cf28b7d049