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Apr 30, 2023

Producción y caracterización de antocianinas

Informes científicos volumen 13,

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 5863 (2023) Citar este artículo

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La cerveza es la tercera bebida fermentada más popular del mundo. Por lo general, se elabora con cebada malteada. Los países tropicales deben importar cebada de los países templados para elaborar cerveza, lo cual es un proceso costoso. Por lo tanto, es fundamental investigar posibles sustratos alternativos para la producción de cerveza con el fin de satisfacer la creciente demanda de cerveza de alta calidad nutricional. El estudio actual implica la creación de una bebida fermentada a partir de trigo negro rico en antocianinas con la ayuda de la levadura Saccharomyces cerevisiae CMS12, aislada de desechos de frutas. Luego se realizó la caracterización (UV, HPLC, NMR, FTIR e ICPMS), así como un estudio comparativo con cerveza de trigo blanca (ámbar). Además, la optimización de los parámetros del proceso incluyó la concentración inicial de azúcar, el tamaño del inóculo y el pH. El mosto de trigo negro contenía un contenido fenólico total de 568 mg GAE/L, una concentración de antocianinas de 4,67 mg/L, un contenido de alcohol del 6,8 % (v/v) y un pH de 4,04. El análisis sensorial reveló que la cerveza de trigo negro era más aceptable que la cerveza de trigo blanco. La bebida fermentada desarrollada tiene un enorme potencial de comercialización.

En todo el mundo, existen numerosas opciones de alimentos y bebidas fermentados, y el proceso de "fermentación" es el método científico subyacente para mejorar potencialmente el valor nutritivo y la digestibilidad de cualquier sustrato1. El sabor producido por microorganismos mejora la aceptabilidad sensorial de los alimentos fermentados2. La cerveza es la tercera bebida más popular después del agua y el té, con un consumo global de aproximadamente 200 mil millones de litros por año. Según los ingredientes y métodos utilizados en el proceso de elaboración, existen más de 70 tipos diferentes de cerveza3. El contenido de alcohol de la cerveza oscila entre el 0,5 % y el 15 %4. La cerveza reduce el riesgo de paro cardíaco al reducir la concentración de lípidos de baja densidad y homocisteína, y promueve la salud renal5. La cerveza contiene todos los nutrientes de los cereales y el lúpulo, rica en vitaminas B, proteínas, minerales, fibras dietéticas, fenoles (antioxidantes), etanol y compuestos prebióticos6. La apariencia de la cerveza producida se ve afectada por la cepa de levadura utilizada durante la fermentación. La levadura afecta la estabilidad de la espuma, la retención de espuma, la formación de turbidez y el color de la cerveza7. Además, como las levaduras utilizan los nutrientes del mosto para su crecimiento y liberan los subproductos que contiene, los cambios en la composición del mosto afectan directamente al sabor de la cerveza8. La turbidez de la cerveza se debe a la presencia de proteínas, polisacáridos y polifenoles7. Las manoproteínas derivadas de las paredes celulares de las levaduras ayudan a minimizar la formación de turbidez y la estabilización de la espuma. La enzima proteasa es secretada por levaduras en condiciones desfavorables, lo que degrada las proteínas involucradas en la formación y estabilización de la espuma de cerveza. Además, las levaduras autolizadas pueden liberar β-glucanasas que hidrolizan el β-glucano, lo que da como resultado una reducción de la viscosidad y el drenaje de líquido de la espuma9. Sin embargo, se debe realizar una evaluación adecuada antes de experimentar con nueva levadura para la elaboración de cerveza porque cada microbio es único y puede desarrollar variaciones debido a su interacción con diferentes sustancias y condiciones que conducen a diversos problemas de salud10. Saccharomyces cerevisiae es la levadura común en las industrias cerveceras11. Numerosos productos químicos, como ácidos orgánicos, cetonas y ésteres, se producen cuando se combinan etanol y dióxido de carbono, que tienen una influencia significativa en el carácter sensorial de la cerveza12. Los cerveceros de hoy buscan ingredientes alternativos más beneficiosos para la producción de cerveza. Se investigaron arroz, azafrán, trigo, cebada, centeno, maíz, sorgo, hidrolizado de patata y melaza de baja a moderada como sustratos para la producción de cerveza13,14. Los alimentos con alto contenido de antioxidantes se han relacionado con beneficios para la salud, y el trigo rico en antocianinas (trigo negro) también es conocido por sus propiedades antiobesidad, reductoras de azúcar en la sangre y prebióticas. Por lo tanto, la producción de cerveza a partir de este tipo de materia prima puede ofrecer ventajas adicionales a los consumidores15,16. La popularidad de la cerveza producida a partir de malta de trigo ha variado en los últimos años, pero últimamente la demanda de cerveza de trigo ha aumentado debido a la introducción de nuevas prácticas de elaboración (elaboración artesanal y casera) y la falta de disponibilidad de cebada en varias regiones17. Sin embargo, el trigo no posee enzimas activas responsables de la producción de azúcares. Por lo tanto, para activar estas enzimas y garantizar niveles adecuados de azúcares para la fermentación, se realiza el malteado del trigo. El malteado es el paso principal del proceso de elaboración de la cerveza. El propósito del malteado es promover la producción de 11 enzimas hidrolíticas en los granos3. Entre las numerosas variedades de trigo, el trigo negro es un cultivo híbrido preparado cruzando trigo morado y trigo azul que puede servir como sustrato potencial para la producción de cerveza. Este trigo es muy rico en contenido de antocianinas, proteínas, fibra dietética y otros nutrientes, etc.18. El estudio actual utilizó el trigo negro desarrollado biotecnológicamente como sustrato para producir cerveza rica en antocianinas a partir de una cepa recién aislada, Saccharomyces cerevisiae CMS12. Este trabajo no usó lúpulo en la producción de cerveza, por lo que el contenido de antioxidantes y el color provienen del propio trigo negro. La cerveza elaborada con malta de trigo negro se comparó con la cerveza elaborada con malta de trigo blanco. Además, la cerveza se caracterizó mediante UV, HPLC, NMR, FTIR, ICPMS y un valor de color. Según nuestro conocimiento de la literatura existente, no se ha informado de ningún trabajo previo sobre la producción de cerveza rica en antocianinas a partir de trigo negro. En este estudio se evalúan las propiedades fisicoquímicas y el perfil sensorial del trigo negro como sustrato para la producción de cerveza.

Para la preparación de la cerveza se utilizaron dos tipos de trigo, a saber, blanco (cv C306) y negro (NABIMG-11; Ref.19), cultivados en el campo del Instituto Nacional de Biotecnología Agroalimentaria, Mohali, India, en abril de 2022. Inicialmente, ambas variedades de trigo con 60% de humedad relativa, se esterilizaron superficialmente con hipoclorito de sodio y luego se mantuvieron a temperatura ambiente hasta su uso posterior.

Los constituyentes de los medios microbianos se obtuvieron de HiMedia Laboratories, Mumbai, India. Como levadura de control, se adquirió Saccharomyces cerevisiae de Fermentis Company en Lesaffre, Francia. Los reactivos, indicadores, disolventes, enzimas y productos químicos de grado analítico se encargaron a Merck, Sigma Aldrich, EE. UU. Para todos los experimentos se utilizó material de vidrio de borosilicato y agua bidestilada.

Las muestras de subproductos de frutas (manzana, uva y plátano) se recolectaron en recipientes estériles y se refrigeraron a 4 °C hasta que se usaron para aislar levaduras productoras de etanol. El aislamiento se logró a través de diluciones en serie hasta 10-6 utilizando el método de placa de extensión y placas de agar con extracto de levadura de glucosa (GYE) durante 48 h a 30 °C. Los aislados deseados en función de su potencial de producción de etanol se analizaron y seleccionaron mediante HPLC. Las colonias se introdujeron en un matraz de 250 mL que contenía 50 mL de caldo GYE y se mantuvieron a 28 °C con 150 rpm para la producción de etanol20. Las muestras se recogieron durante un período de 6 h y se analizaron mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) (Agilent, HiPlex, California, EE. UU.), con un detector RID ajustado a 55 °C y una columna Agilent HiPlex H (300 mm × 7,7 mm). , 8 m) ajustado a 60 °C. El caudal de la fase móvil (H2SO4 5 mM) fue de 0,7 ml/min. Antes de la HPLC, la fase móvil se desgasificó y se filtró a través de un filtro de membrana de nailon de 0,22 µm (Millipore, MA). Se seleccionó la levadura con mayor rendimiento de etanol en condiciones mesófilas. Se utilizó un microscopio óptico invertido (40X) para examinar la morfología de cepas prometedoras (Nikon Eclipse TS2, EE. UU.) y el cultivo se identificó en una instalación del Instituto de Tecnología Microbiana, Chandigarh.

Los parámetros de fermentación, como la concentración de sustrato (glucosa) (40–80 g/L), el tamaño del inóculo (2–12 %) y el pH (4,5–7) se examinaron mediante el análisis de un factor a la vez (OFAT) técnica para maximizar la producción de etanol por cepas de levadura aisladas de desechos de frutas. Todos los ensayos se realizaron a 28 °C en condiciones microaerófilas con agitación a 150 rpm21. El caldo se recuperó después de la centrifugación (6000 rpm, 10 min) y los azúcares residuales y el etanol se midieron mediante HPLC.

La malta se hizo remojando, germinando y horneando granos de trigo22. En resumen, se remojaron 250 g de trigo en 1000 mL de agua durante 6 h a 16 °C para aumentar el contenido de humedad de 12 a 40 %. Durante dos días, los granos se cubrieron con papel de germinación y se dejaron a temperatura ambiente. Los granos germinados se horneaban para hacer molienda, que luego se trituraba. La molienda se machacó con agua desionizada 3:1 (agua: molienda) y se mezcló a una velocidad de 150 rpm antes de calentarla a 45 °C durante 1 h. Con mezcla constante a 150 rpm, la temperatura se elevó a 52 °C durante 15 min, 65 °C durante 45 min y 75 °C durante 15 min. Después del macerado, el filtrado se centrifugó durante 20 min a 10.000 rpm y se hirvió durante 30 min a 100 °C23. Los precipitados enfriados se filtraron a través de papel de filtro y el filtrado (mosto) se fermentó.

A 28 °C, las levaduras se cultivaron durante 24 h en placas de agar GYE. Se introdujo un bucle de colonia en 50 ml de medio (caldo GYE) en un matraz de 250 ml antes de la fermentación. Incubar durante 24 h a 28 °C en un agitador (Innova42, New Brunswick Scientific, CT, EE. UU.) a 150 rpm22.

Los experimentos de fermentación se realizaron con 50 ml de mosto en matraces de 250 ml. El medio de fermentación se inoculó con un inóculo de levadura de 24 h y se mantuvo a 28 °C con 150 rpm durante 120 h23. Una vez finalizado el proceso de fermentación, las células del caldo se separaron mediante centrifugación durante 15 min a 6000 rpm21. El consumo de azúcar (glucosa, maltosa) y la formación de etanol se controló mediante la toma de muestras periódicas cada 6 h y se analizó mediante HPLC.

Investigar la cinética de cerveza de trigo negro preparada utilizando un modelo de regresión no lineal y la herramienta "LABFIT" (V 7.2.50, Campina Grande, Brasil). Se utilizó el intervalo de confianza del 95 % para comparar las predicciones del modelo logístico con las tasas de producción experimental (CI). También se calcularon los factores cinéticos a, b y c para producir cerveza de trigo negro.

La cerveza se preparó en lotes de 2L y se investigaron sus propiedades fisicoquímicas y organolépticas. En las mismas condiciones, se utilizó 1 kg de trigo (blanco y negro) para hacer malta. Se usó HPLC para determinar los niveles de azúcar y etanol durante la fermentación. La cerveza se enfrió después de ser pasteurizada a 63 °C durante 30 min. Profesionales semi-entrenados (n = 9) de Mohali, Centro de Bioprocesamiento Innovador y Aplicado de India, evaluaron los parámetros sensoriales de la cerveza en una escala hedónica de nueve puntos para apariencia, sabor, color, aroma y aceptabilidad general24,25. Mientras que 9 me gusta mucho, 8 me gusta mucho, 7 me gusta moderadamente, 6 me gusta un poco, 5 no me gusta nada, 4 me disgusta un poco, 3 me disgusta moderadamente, 2 me disgusta mucho y 1 me gusta extremadamente.

Se determinaron el pH (medidor de pH, Mettler Toledo, Mumbai, India), los sólidos solubles totales (TSS) y la acidez titulable de las muestras de cerveza preparadas26. Se usó HPLC para determinar la cantidad de etanol y azúcares. Se utilizó espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) para examinar los minerales (7800 ICP MS, Agilent Technologies, EE. UU.). El contenido de fenoles totales se determinó utilizando la metodología de Kumari et al.27 a 650 nm con un espectrofotómetro (UV3000+, Lab India, Delhi, India). El contenido de antocianinas monoméricas totales (TMA) se determinó utilizando dos longitudes de onda diferentes de 520 y 700 nm28. El color se determinó utilizando unidades EBC (European Brewing Convention) a 430 nm29.

Las muestras se disolvieron en diclorometano deuterado en tubos de RMN de 5 mm completamente secos. Para la espectroscopia de RMN, las muestras se desgasificaron en un ultrasonicador durante 10 minutos antes del análisis. Se utilizó tetrametilsilano como patrón interno30. Para la caracterización de moléculas orgánicas, se realizaron medidas con retardo de relajación de 6 s en un espectrómetro Bruker Advance 300 operando a una intensidad de campo magnético de 400 MHz28.

Las muestras se analizaron utilizando un FTIR acoplado con análisis ATR (modelo Agilent: Serie Cary 660) con una escala de 4000–600 cm−1 y una variación de 4 cm−1 para cuantificar el cambio en la estructura química. Se utilizó una celda ATR en blanco para medir el fondo de las muestras. Para comparar cervezas de trigo blancas y negras, se observó la fuerza de absorbancia de cada espectro.

Para la medición cuantitativa de monosacáridos y etanol obtenidos durante el proceso de producción se utilizó cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) (Agilent, HiPlex, Santa Clara, California, EE. UU.). Para la determinación se utilizó un detector de índice de refracción (RID) a 55 °C. La fase móvil fue H2SO4 5 mM a una velocidad de flujo de 0,7 ml/min en una columna analítica Agilent HiPlex H (300 mm 7,7 mm, 8 m) operando a 60 °C.

Se realizó un triplicado de cada muestra. Con el fin de representar los resultados pertinentes, se utilizan la media y la desviación estándar de los valores de los datos. Los datos se sometieron a análisis de varianza mediante ANOVA con significancia estadística (P < 0,05) y se compararon mediante el uso de la prueba de diferencia mínima significativa (LSD). Se utiliza un nivel de significación de valor p < 0,05 para reflejar los resultados. Todos los análisis estadísticos se realizaron utilizando un software (IBM-SPSS, Versión-28, Armonk, Nueva York (NY), EE. UU.).

La recolección y el uso de plantas cumplieron con todas las pautas relevantes del Instituto Nacional de Biotecnología Agroalimentaria (NABI), Mohali.

De los 25 aislamientos que se examinaron, se seleccionaron dos levaduras potenciales, designadas como C1 y C2, en función de su capacidad para proporcionar un rendimiento deseable de etanol. En una placa de agar, ambos aislamientos (C1 y C2) produjeron pequeñas colonias de color blanco cremoso (~ 5 mm) que eran elevadas y circulares. Las células observadas bajo un microscopio 40X tenían forma ovoide y mostraban signos de gemación como se muestra en la Fig. B complementaria. La secuencia del dominio D1/D2 de 26S rRNA y 5.8S-ITS rDNA analizada con la base de datos GenBank reveló una relación evolutiva con otras Cepas de Saccharomyces cerevisiae estrechamente relacionadas y 100 % de homología con Saccharomyces cerevisiae NRRLY-12632NT (AY046146), con la que la prueba comparte un ancestro común. Por lo tanto, después de la identificación taxonómica, la cepa C2 fue nombrada por su nominación científica junto con el código de laboratorio como Saccharomyces cerevisiae CMS12 (Fig. 1). De manera similar, la cepa C1 fue identificada como Saccharomyces cerevisiae CMS 11. Las características morfológicas de las levaduras aisladas fueron las mismas que las observadas para Saccharomyces cerevisiae aislado de melaza de caña de azúcar31. En este estudio, las dos cepas identificadas se denominaron C1 y C2 para facilitar la referencia.

Árbol filogenético basado en la comparación de secuencias de genes ITS y D1/D2 que muestra la posición de S. cerevisiae CMS12 y otras especies relacionadas del género Saccharomyces.

Las cepas de levadura seleccionadas y aisladas (C1 y C2) se optimizaron para producir etanol en medios sintéticos como se representa esquemáticamente en la Fig. A complementaria. La Figura 2a muestra que la producción de etanol disminuye a medida que aumenta la concentración de azúcar. caminos Mientras que, a bajas concentraciones de sustrato, la levadura murió de hambre y la producción cayó14,32.

Optimización de los parámetros del proceso de fermentación usando cepa control y cepas aisladas en este estudio (C1, C2) (a) Concentración de glucosa (b) Temperatura (c) Tamaño del inóculo (d) pH. C1: Saccharomyces cerevisiae CMS11; C2: Saccharomyces cerevisiae CMS12; Control: cultivo comercial de Saccharomyces cerevisiae.

El tamaño del inóculo de 10 % v/v para C1 y 8 % para C2 produjo una eficiencia de conversión de etanol del 50 % y 47 % del sustrato, respectivamente. No se observaron diferencias significativas en la eficiencia de conversión de etanol en comparación con la levadura de control con un tamaño de inóculo del 12 % o del 10 % v/v (Fig. 2b). Por lo tanto, se decidió un tamaño de inóculo del 10 % para un estudio adicional. Wilkins et al.33 produjeron etanol optimizado usando Saccharomyces cerevisiae con 10% v/v de inóculo en 72 h de fermentación. El aumento del tamaño del inóculo no mejoró la fermentación porque condujo al agotamiento del sustrato como se informó anteriormente34.

Las cepas de levadura aisladas dieron como resultado una producción óptima de etanol a pH 5,5. La producción disminuyó a medida que aumentó el pH (6,5) (Fig. 2c). Por lo tanto, se decidió que el pH 5,5 era óptimo para las cepas C1 y C2 para la producción de etanol, como se informó anteriormente35.

La temperatura afecta el crecimiento de la levadura y los niveles orgánicos volátiles. A 28 °C, el crecimiento de la levadura y la producción de alcohol son más rápidos que a temperaturas más bajas. Tanto C1 como C2 mostraron observaciones similares (Fig. 2d). Por lo tanto, 28 °C se decidió como óptimo. Las observaciones anteriores fueron similares36.

En la fermentación del mosto de trigo negro, el consumo de glucosa fue sustancialmente más rápido que el consumo de maltosa. Durante las 8 h iniciales de fermentación, la cepa de levadura C2 digirió completamente la glucosa y mostró una producción máxima de etanol (71,98 g/L), que fue mayor que la levadura estándar (Fig. 3a-c). Después de 48 h de fermentación, la concentración de maltosa disminuyó gradualmente hasta agotarla por completo.

Cambios de lapso de tiempo en las concentraciones de maltosa, glucosa y etanol del mosto de trigo negro después de la fermentación con diferentes cepas de levadura (a) Levadura estándar (Saccharomyces cerevisiae) como control (b) Cepa C1 y (c) Cepa C2 (d) Modelado cinético de tensión potencial C2.

Con la aplicación del modelo logístico37 para la producción de cerveza y C2 como cepa potencial. La curva se ajustó estrechamente a la banda proyectada con un intervalo de confianza del 95%. R2 = 0,99 (figura 3d).

Extrapoló los parámetros cinéticos de la siguiente ecuación:

P = a/{1 + b exp (c*x)}. donde P = Producción de etanol (g/L), a = Concentración máxima de etanol = 71,95 ± 02 g/L, b = Tiempo de fermentación = 42,2 ± 0,2 h, c = Tasa de conversión = 1,67 ± 0,1 g/Lh.

Se identificaron valores estadísticamente significativos mediante la prueba ANOVA de una vía con un valor de p < 0,05.

La cerveza de trigo negro preparada a partir de la cepa comercial de levadura S. cerevisiae tomada como control mostró un pH mayor (4,7) que las dos cepas aisladas. La cepa C1 produjo cerveza con la menor acidez (0,12) y pH (4,0). La cepa C2 produjo cerveza con acidez (0,28) y pH bajo (4,0). Sin embargo, la cerveza de trigo negro, de la cepa C2, produjo mayor alcohol que otras. La cepa C1 contenía 6,52 % de alcohol (v/v), mientras que las cepas C2 y control contenían 7 % y 6,41 % de alcohol, respectivamente (Cuadro 1). La literatura publicada indica que la cerveza de diferentes maltas tiene de 3,50 a 12 % de alcohol, de 4,0 a 5,0 de pH y de 0,1 a 0,3 de acidez38,39. Los datos observados concuerdan con la literatura publicada. Sin embargo, la cerveza producida a partir de tres cepas mostró un color similar. El análisis de color de la cerveza de trigo negro elaborada con C1, C2 y levadura de control reveló 22,95, 21,45 y 22,72 EBC, respectivamente. El color se debe a la antocianina (Fig. 4I), como se reporta en frutos con color ~25.8 EBC40. Mientras que se observó un mayor contenido fenólico en las cepas aisladas en comparación con el control, la cepa C2 es la más alta. Fue 609,37, 613,12 y 568,00 mg GAE/L en C1, C2 y cerveza de control, respectivamente. La cerveza ale tiene 563 mg GAE/L41. Las cervezas con alto contenido de fenoles tienen una vida útil más larga, mejor sabor y fragancia que las cervezas con bajo contenido de fenoles42.

(I) FTIR de (a) Cerveza de trigo blanco y (b) Cerveza de trigo negro, (II) Espectros UV que muestran antocianina en la producción de cerveza de trigo negro utilizando C1, C2 y cepas de levadura de control.

El contenido total de antocianinas monoméricas (TMA) del mosto antes y después de la ebullición fue de 10,52 mg/l y 7,85 mg/l, respectivamente. Esta caída puede deberse a la sensibilidad al calor de las antocianinas43. La TMA en la cerveza de trigo negro con cepas aisladas fue más alta que en el control, siendo más alta en la cepa C2. Los TMA para C1, C2 y la levadura de control fueron 5,67, 6,43 y 4,67 mg/L respectivamente. La absorción de antocianinas de las levaduras durante la fermentación puede afectar los resultados. Se han informado observaciones similares anteriormente para el mosto de arroz negro44. Como la cerveza producida por la cepa C2 mostró la mayor producción de alcohol, contenido fenólico y de antocianinas, se seleccionó para experimentación adicional. El rendimiento final de antocianinas y el contenido de alcohol obtenido en nuestro trabajo fue superior al estudio de producción de cerveza a partir de boniato por Saccharomyces cerevisiae, que produjo cerveza con pH 3,5, 5,10 mg/100 mL de antocianinas y 3,77% de contenido alcohólico39. Otro estudio de Piraine et al.45 utilizando cerveza de S. cerevisiae WLP001 producida con pH 4,30 y contenido alcohólico de 3,57%. Además, el bajo pH en el caso de la cepa C2 también indicó su aplicabilidad en la producción de cervezas ácidas. Otro estudio reportó un contenido de etanol de 5,37% (v/v) en cerveza fermentada con S. cerevisiae con Lubelski y 5,22% (v/v) en cerveza con lúpulo Marynka46. Sin embargo, algunos estudios también lograron aumentar el contenido de alcohol hasta un 9,6–10,46 % al brindar condiciones adecuadas durante el proceso de fermentación y al optimizar los medios de fermentación47. Esto implica que, además del potencial de la cepa, el contenido de alcohol también depende de los tipos de lúpulo utilizados. Sin embargo, desde el punto de vista del uso de la cepa en la industria cervecera, la resistencia a una mayor concentración de etanol no es el criterio principal en comparación con el porcentaje de etanol producido.

Se produjeron cervezas de trigo negro y trigo blanco a una escala de 2 L. Se observaron mejores propiedades fisicoquímicas en la cerveza de trigo negro en comparación con la cerveza de trigo blanco, incluido el contenido de alcohol, EBC y acidez (Cuadro 2). Las propiedades fisicoquímicas de la cerveza influyen en la aceptación por parte del consumidor. Los datos presentados en la Tabla 3 representan la puntuación sensorial media que incluye apariencia/color, gusto, sabor y aceptabilidad general. La aceptabilidad general de la cerveza de trigo negro fue ligeramente superior a la de la cerveza de trigo blanco. La variación de color de las cervezas fue notable; la cerveza de trigo negra tiene un color rojo anaranjado mientras que la cerveza de trigo blanca tiene un color dorado pálido. En los contenidos minerales (Tabla complementaria A), el potasio y el magnesio fueron más altos 1661,17 ppm, 486,50 ppm en la cerveza de trigo negro que la cerveza de trigo blanca de control 526,13 ppm, 126,80 ppm respectivamente. Además, el calcio y el zinc también fueron más altos en la cerveza de trigo negro 20,97 ppm, 1,62 ppm que en la cerveza de trigo blanco 8,33 ppm, 0,22 respectivamente48.

La porción del espectro por debajo de 1500 cm−1 es difícil de relacionar con una vibración molecular específica en una mezcla tan compleja como la cerveza, porque cada molécula crea un patrón de absorción distinto en esta región del espectro. Sin embargo, el estiramiento C–O se observó debido a que la dextrina en la cerveza de trigo negra está en 1007 cm−1 y en la cerveza de trigo blanca en 1014 cm−1. Una serie de bandas espectrales situadas por debajo de 1500 cm−1 corresponden a la vibración de los grupos C–C e hidroxilo en carbohidratos y etanol. Tanto en la cerveza de trigo blanca como en la negra, el etanol se absorbe a ~ 2919 cm−1; esta longitud de onda es similar a la banda de estiramiento asimétrica del grupo metilo. Mientras que el estiramiento O-H se observó en el rango de banda 3200 cm-1-3300 cm-1 en ambas cervezas, porque las moléculas de agua y etanol pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí. El rango de banda de 1600 cm−1 a 1900 cm−1 está etiquetado con estiramiento C = O49 y está conectado a la miríada de diferentes componentes químicos que se pueden encontrar en la cerveza, como vitaminas y solutos solubles50.

La espectroscopia UV-Vis se ha utilizado ampliamente para identificar antocianinas. Cuando se analiza cuidadosamente, el espectro puede brindarle información útil sobre cómo se combinan las antocianinas. Principalmente, los datos UV-Vis siguen siendo útiles para confirmar la estructura general de las antocianinas y para describir los grupos funcionales e insaturados en las diferentes partes de la estructura de la antocianina. En general, las antocianinas muestran un patrón de absorción típico en el espectro UV-Vis, como se muestra en la Fig. 4II. La mayor parte del tiempo, el máximo de absorción (λmax) en el rango visible está entre 510 y 520 nm, seguido de una curva entre 400 y 450 nm. Es fácil ver que C1, C2 y el control tienen antocianinas en sus espectros UV-Vis. También se ve una joroba entre 400 y 450 nm, patrón seguido en el rango visible de 500 a 600 nm. El tamaño de esta joroba depende de cuántas moléculas de azúcar estén unidas al resto de antocianidina. En general, la estructura de la antocianina tiene un sistema conjugado completamente deslocalizado que la hace estable. Estudios previos han demostrado que las antocianinas siguen un patrón similar51.

Los espectros de RMN de 1H de la cerveza de trigo negra y blanca se muestran en la Fig. 5. En general, se observaron patrones de picos similares tanto en la cerveza de trigo negra como en la blanca. Considerando que, la región altamente sensible cerca de alrededor de 3,5 ppm representa los ácidos orgánicos como el ácido cítrico, el ácido succínico, el ácido pirúvico y el ácido acético en ambas muestras52. Además, se observaron dextrinas y azúcares a 5 ppm en el espectro53. En general, se observaron patrones de picos similares en la cerveza de trigo negra y blanca junto con la literatura informada30,52.

RMN de (a) Cerveza de trigo blanca y (b) Cerveza de trigo negra.

Los cerveceros están buscando formas de hacer que sus productos sean más lucrativos a medida que la demanda de cerveza continúa aumentando. Los hallazgos de este estudio sugieren que es posible crear una nueva cerveza utilizando trigo negro con alto contenido de antocianinas y minerales. La cepa aislada C2 (Saccharomyces cerevisiae CMS12) produjo cerveza de trigo negro con mayores niveles de alcohol (7% v/v) y componentes de antocianina (6,43 mg/L). La cerveza de trigo negro tuvo una mayor aceptabilidad que la cerveza de trigo blanco, según la evaluación sensorial. Aunque, la cerveza de trigo negro desarrollada, además de ser inherentemente rica en nutrientes, también es una rica fuente de antocianinas y tiene potencial para impartir varios beneficios directos e indirectos para la salud. Sin embargo, debe consumirse con moderación y responsabilidad ya que el exceso de todo es malo. Como bebida fermentada, la cerveza negra a base de trigo recientemente desarrollada tiene un importante potencial de comercialización.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Descargar referencias

Los autores desean expresar su agradecimiento al Centro de Bioprocesamiento Innovador y Aplicado (DBT-CIAB), Departamento de Biotecnología (DBT), que brindó apoyo y motivación a lo largo de este estudio de investigación. Los autores también desean agradecer a todos los investigadores y miembros del personal del CIAB por su asistencia y cooperación durante el transcurso del estudio.

Centro de Bioprocesamiento Innovador y Aplicado (CIAB), Sector-81, Mohali, 140306, India

Arshpreet Singh, Saumya Singh y Meena Krishania

Dr. SS Bhatnagar University Institute of Chemical Engineering and Technology, Panjab University, Chandigarh, India

Arshpreet Singh y Sushil K. Kansal

Instituto Nacional de Biotecnología Agroalimentaria (NABI), Sector-81, Mohali, 140306, India

Monika Garg

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Crédito Autores Declaración AS: Metodología, Validación, Redacción-borrador original SS: Curación de datos, Validación, Redacción-borrador original SKK: Supervisión, Análisis formal, Visualización, Investigación MG: Supervisión, Investigación, Curación de datos, Validación, Visualización, MK: Conceptualización , Investigación, Administración de proyectos, Supervisión, Visualización, Redacción-revisión y edición.

Correspondencia a Meena Krishania.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Singh, A., Singh, S., Kansal, SK et al. Producción y caracterización de cerveza rica en antocianinas a partir de trigo negro mediante un aislado eficiente de Saccharomyces cerevisiae CMS12. Informe científico 13, 5863 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32687-1

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Recibido: 07 febrero 2023

Aceptado: 31 de marzo de 2023

Publicado: 11 abril 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32687-1

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