Analysis of the parameters that influence the kinetics of acetic fermentation of Kombucha

Abstract

This dissertation is the result of an internship carried out in a microbrewery that produces beer and other beverages, Essência d’Alma. The main task during this internship was in the production line, with the simultaneous development of this dissertation. The tasks performed in this internship were mainly to maintain the optimal function of the production line and the packaging of prepared beverages. Kombucha is a fermented carbonated drink, with a sweet and fruited flavor, obtained from the fermentation of green or black tea with a cellulose pellicle composed of a symbiotic culture of bacteria and yeast, in short, SCOBY. The presence of acetic acid bacteria produces various organic acids such as acetic acid. The presence of acetic acid in Kombucha gives it antimicrobial properties. This production is affected by different factors such as pH, temperature, dissolved oxygen, substrate, and time. In this dissertation different factors that could affect kombucha fermentation are tested, such as temperature and aeration, with the goal of obtaining a higher acetic acid in a shorter amount of time. Two fermentation batches were executed to test these factors, Fermentation 1 (F1) and Fermentation 2 (F2). In F1 aeration was studied, and it was observed that this has an undesired result in the concentration of acetic acid obtaining lower concentrations of 5.62 g/L, 6.35 g/L, and 5.73 g/L when compared to the concentration obtained in the control of 7.00 g/L. In F2 along with aeration, temperature control at 28 °C was also studied. It was observed that a phased aeration along with the high temperature led to the highest concentration of acetic acid of 9.14 g/L. It was also observed that an increase of the temperature with no aeration leads to a lower concentration of 7.28 g/L when compared to the control with a concentration of 8.68 g/L. It is possible to conclude that an increase in temperature leads to a higher production of acetic acid, observed by the fact that fermentation at 28 °C obtained roughly 1 to 2 g/L higher of acetic acid. These results show that temperature is an important factor in the production of acetic acid and that aeration can have a benefit to this production in certain conditions.

Esta dissertação é o resultado do estágio realizado na empresa de produção de cerveja e outras bebidas, Essência d’Alma. Durante o estágio realizaram-se principalmente tarefas na linha de produção em simultâneo com o desenvolvimento de trabalho de investigação. As tarefas realizadas focaram-se, principalmente, na vigia e funcionamento da linha de produção e no posterior empacotamento das bebidas produzidas. Uma das bebidas produzidas é a Kombucha, uma bebida fermentada, gaseificada, com sabor frutado, toque doce e ácido. A Kombucha obtém-se a partir da fermentação de chá verde ou chá preto, com um biofilme de celulose constituído por uma mistura simbiótica de bactérias e leveduras denominado de SCOBY. A existência de bactérias de ácido acético na mistura permite a produção de diversos ácidos orgânicos, como o ácido acético. A presença de ácido acético na Kombucha confere propriedades antimicrobianas. Esta produção pode ser influenciada por diversos fatores como o pH, a temperatura, o oxigénio dissolvido, o substrato e o tempo de fermentação. Nesta dissertação, a temperatura e o oxigénio foram os fatores determinantes da fermentação testados de modo a avaliar a produção de ácido acético e tendo como objetivo o aumento da concentração de ácido no menor período de tempo possível. Para se verificar isto foram realizadas duas fermentações, Fermentação 1 (F1) e Fermentação 2 (F2). Em F1 foi estudado o efeito de arejamento e observou-se que isto tem um efeito indesejado na concentração de ácido acético obtendo-se valores mais baixos de 5,62 g/L, 6,35 g/L e 5,73 g/L comparando com o controlo que se obteve 7,00 g/L. Em F2 estudou-se o arejamento e o controlo de temperatura a 28ºC e observou-se que um arejamento faseado levou a uma maior concentração de ácido acético de 9,14 g/L. Também se observa que aumento da temperatura sem arejamento é prejudicial pois obteve-se um valor de 7,28 g/L quando comparando com o controlo que obteve uma maior concentração de 8,68 g/L. Conclui-se então que o aumento da temperatura leva a uma maior produção de ácido acético pois a 28 °C obteve-se um aumento de 1 a 2 g/L de ácido acético em menos tempo, comparativamente às fermentações realizadas sem controlo da temperatura. Os resultados experimentais permitiram concluir que a temperatura é um fator importante na produção de ácido acético e o arejamento pode também ter um efeito benéfico em certas condições.