Метаболомный анализ во время ферментации зерна какао (Theobroma cacao L.), модулируемой стартовыми консорциумами
Análisis metabolómico durante la fermentación del grano de cacao (Theobroma cacao L.) modulada por consorcios iniciadores
Karla Gabriela Álvarez-Villagomez, V.J. Robles-Olvera, Pedro Ávila García, Carlos A. Ledesma Escobar
Аннотация (перевод)
Какао является основным компонентом шоколада. Общепризнанно, что качество какао в значительной степени зависит от переработки, особенно этапа ферментации. Несмотря на свою важность, этот процесс остается эмпирическим, поскольку он зависит от родной микробиоты. В настоящее время стартовые культуры применяются для регулирования гетерогенности ферментации, однако их эффект ограничивался изучением небольшого числа соединений. С целью получения большей информации метаболомикой можно использовать как инструмент для анализа глобальных изменений в профиле метаболитов. Для этой цели были сформированы пять консорциумов с Limosilactobacillus, Lactiplantibacillus, Acetobacter и Saccharomyces, ферментацию проводили в деревянных ящиках объемом 120 кг какао. Эволюция микробных групп и метаболитов изучалась во время и после ферментации. Какаовая масса, полученная из ферментированных зерен, подвергалась сенсорному анализу. Образцы микробной жизнеспособности показали, что при ферментации с инокулированными зернами дрожжи и ацетико-кислые бактерии (AAB) смогли доминировать и преобладать в больших количествах, чем при родных ферментациях; увеличение популяций AAB совпало с повышением температуры в ферментационных ящиках вследствие стимуляции экзотермических реакций аэробной микробиоты. Результаты теста разреза и сенсорной оценки выявили 91 % полностью ферментированных зерен и, по сенсорным характеристикам, в инокулированном какао воспринимались сладкие и фруктовые атрибуты. С помощью информации, полученной масс-спектрометрией (MS) образцов, 48 летучих соединений и 61 нелетучее соединение были идентифицированы методом MS/MS. Результаты выявили четкие различия между образцами, ферментированными со стартовой культурой и без нее, что объясняется более высоким содержанием спиртов и альдегидов по сравнению с контролем. С другой стороны, в отношении нелетучих соединений при ферментации с консорциумом преобладали полифенолы и аминокислоты, тогда как алкалоиды и сахара последовательно снижались. В целом присутствие желательных метаболитов, таких как фенилаланин, валин, пролин, глутамат и серин, предшественников ароматических альдегидов (ацетальдегид, ацетоин и 2,3-бутандиол) и пиразинов, наблюдалось на всех поста fermentation стадиях инокулированного какао. Эти результаты указывают, что применение стартовой культуры в концентрациях выше 109 -1010 Colony Forming Units (CFU) в коммерческих объемах какао может улучшить профиль летучих веществ какаовой массы и усилить положительные сенсорные характеристики.
Оригинальная аннотация
Cocoa is the main component of chocolate. It is widely accepted that cocoa quality largely depends on the processing, especially the fermentation step. Despite its importance, this process remains empirical because it depends on the native microbiota. Currently, starter culture has been applied in order to regulate the heterogeneity of fermentation, however, their effect has been restricted to the study of a reduced number of compounds. With the aim of obtaining more information, metabolomics can be used as a tool to analyze global changes in the metabolite profile. For this purpose, five consortia were formed with Limosilactobacillus, Lactiplantibacillus, Acetobacter and Saccharomyces, and fermentation was carried out in wooden boxes containing 120 kg of cocoa. The evolution of microbial groups and metabolites were studied during and after fermentation. The cocoa liquor obtained from the fermented beans was sensorially analyzed. Microbial viability samples indicated that, in the fermentation with inoculated beans, yeasts and acid acetic acid bacteria (AAB) were able to dominate and prevail in greater quantities than in native fermentations; the increase in ABB populations coincided with the increase in temperature in the fermentation boxes, due to the stimulation of the exothermic reactions of the aerobic microbiota. The results of the cut test and sensory evaluation revealed 91 % of fully fermented beans and, sensorially, sweet and fruity attributes were perceived in the inoculated cocoa. With the information obtained by MS of the samples, 48 volatile compounds and 61 non-volatile compounds were identified by MS/MS. The results revealed clear differences between samples fermented with and without starter culture, attributed to a higher content of alcohols and aldehydes, compared to the control. On the other hand, in terms of non-volatile compounds, polyphenols and amino acids predominated in the fermentation with consortium, while alkaloids and sugars decreased consecutively. In general, the presence of desirable metabolites such as phenylalanine, valine, proline, glutamate and serine, aromatic aldehyde precursors (acetaldehyde, acetoin and 2,3-butanediol) and pyrazines was observed in all post-fermentation stages of inoculated cocoa. These results indicate that the application of a starter culture, at concentrations above 109 -1010 Colony Forming Units (CFU), in commercial volumes of cocoa can improve the volatiles profile of cocoa liquor and enhance positive sensory characteristics.
Идентификаторы
Canonical: https://research.holos.house/w/5f52f532-66d2-45ad-a75b-b19f2e4ba847
DOI: 10.5281/zenodo.22116923
OpenAlex: W7204228118