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Apr 30, 2023

Production et caractérisation d'anthocyanes

Rapports scientifiques volume 13,

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 5863 (2023) Citer cet article

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La bière est la troisième boisson fermentée la plus consommée au monde. Il est généralement fabriqué à partir d'orge maltée. Les pays tropicaux doivent importer de l'orge des pays tempérés pour le brassage, ce qui est un processus coûteux. Par conséquent, il est essentiel d'étudier d'autres substrats possibles pour la production de bière afin de répondre à la demande croissante de bière de haute qualité nutritionnelle. L'étude actuelle implique la création d'une boisson fermentée à partir de blé noir riche en anthocyanes à l'aide de levure, Saccharomyces cerevisiae CMS12, isolée à partir de déchets de fruits. Une caractérisation (UV, HPLC, RMN, FTIR et ICPMS) a ensuite été réalisée, ainsi qu'une étude comparative avec une bière de blé blanche (ambrée). En outre, l'optimisation des paramètres du processus comprenait la concentration initiale en sucre, la taille de l'inoculum et le pH. Le moût de blé noir contenait une teneur totale en phénols de 568 mg GAE/L, une concentration d'anthocyanes de 4,67 mg/L, une teneur en alcool de 6,8 % (v/v) et un pH de 4,04. L'analyse sensorielle a révélé que la bière de blé noir était plus acceptable que la bière de blé blanc. La boisson fermentée développée a un énorme potentiel de commercialisation.

Partout dans le monde, il existe de nombreuses options pour les aliments et les boissons fermentés, et le processus de « fermentation » est la méthode scientifique sous-jacente pour améliorer potentiellement la valeur nutritive et la digestibilité de tout substrat1. La saveur produite par les micro-organismes améliore l'acceptabilité sensorielle des aliments fermentés2. La bière est la troisième boisson la plus populaire après l'eau et le thé, avec une consommation mondiale d'environ 200 milliards de litres par an. Sur la base des ingrédients et des méthodes utilisés dans le processus de brassage, il existe plus de 70 types de bière différents3. La teneur en alcool de la bière varie de 0,5 % à 15 %4. La bière diminue le risque d'arrêt cardiaque en diminuant la concentration de lipides de faible densité et d'homocystéine, et elle favorise la santé rénale5. La bière contient tous les nutriments des céréales et du houblon riches en vitamines B, protéines, minéraux, fibres alimentaires, composés phénoliques (antioxydants), éthanol et composés prébiotiques6. L'apparence de la bière produite est affectée par la souche de levure utilisée pendant la fermentation. La levure affecte la stabilité de la mousse, la rétention de la mousse, la formation de trouble et la couleur de la bière7. De plus, comme les levures utilisent les nutriments du moût pour leur croissance et libèrent les sous-produits qu'il contient, les changements dans la composition du moût affectent directement la saveur de la bière8. Le trouble de la bière est dû à la présence de protéines, de polysaccharides et de polyphénols7. Les mannoprotéines dérivées des parois cellulaires des levures aident à minimiser la formation de voile et à stabiliser la mousse. L'enzyme protéase est sécrétée par les levures dans des conditions défavorables, ce qui dégrade les protéines impliquées dans la formation et la stabilisation de la mousse de la bière. De plus, les β-glucanases qui hydrolysent le β-glucane peuvent être libérées par les levures autolysées, ce qui entraîne une réduction de la viscosité et un drainage liquide de la mousse9. Cependant, une évaluation appropriée doit être effectuée avant d'expérimenter une nouvelle levure pour le brassage, car chaque microbe est unique et peut développer des variations en raison de son interaction avec différentes substances et conditions entraînant divers problèmes de santé10. Saccharomyces cerevisiae est la levure courante dans les industries de brassage11. De nombreux produits chimiques, tels que des acides organiques, des cétones et des esters, sont produits lorsque l'éthanol et le dioxyde de carbone sont combinés, qui ont une influence significative sur le caractère sensoriel de la bière12. Les brasseurs recherchent aujourd'hui des ingrédients alternatifs plus bénéfiques pour la production de bière. Le riz, le safran, le blé, l'orge, le seigle, le maïs, le sorgho, l'hydrolysat de pomme de terre et la mélasse faible à modérée ont été étudiés comme substrats pour la production de bière13,14. Les aliments à haute teneur en antioxydants ont été associés à des bienfaits pour la santé, et le blé riche en anthocyanes (blé noir) est également connu pour ses propriétés anti-obésité, hypoglycémiantes et prébiotiques. Ainsi, la production de bière à partir de ce type de matière première peut offrir des avantages supplémentaires aux consommateurs15,16. La popularité de la bière produite à partir de malt de blé a varié au cours des dernières années, mais dernièrement, la demande de bière de blé a augmenté en raison de l'introduction de nouvelles pratiques de brassage (artisanat et brassage domestique) et de l'indisponibilité de l'orge dans diverses régions17. Cependant, le blé ne possède pas d'enzymes actives responsables de la production de sucres. Ainsi, pour activer ces enzymes et garantir la présence de niveaux adéquats de sucres pour la fermentation, le maltage du blé est effectué. Le maltage est l'étape principale du processus de brassage. Le maltage a pour but de favoriser la production de 11 enzymes hydrolytiques dans les grains3. Parmi les nombreuses variétés de blé, le blé noir est une culture hybride préparée par croisement de blé violet et de blé bleu qui peut servir de substrat potentiel pour la production de bière. Ce blé est très riche en teneur en anthocyanes, protéines, fibres alimentaires et autres nutriments, etc.18. L'étude actuelle a utilisé le blé noir développé biotechnologiquement comme substrat pour produire une bière riche en anthocyanes à partir d'une souche fraîchement isolée, Saccharomyces cerevisiae CMS12. Ce travail n'a pas utilisé de houblon dans la production de bière, de sorte que la teneur en antioxydants et la couleur proviennent du blé noir lui-même. La bière brassée avec du malt de blé noir a été comparée à la bière brassée avec du malt de blé blanc. En outre, la bière a été caractérisée par UV, HPLC, RMN, FTIR, ICPMS et une valeur de couleur. Au meilleur de notre connaissance de la littérature existante, aucun travail antérieur n'a été rapporté sur la production de bière riche en anthocyanes à partir de blé noir. Les propriétés physicochimiques et le profil sensoriel du blé noir en tant que substrat pour la production de bière sont évalués dans cette étude.

Deux types de blé, à savoir blanc (cv C306) et noir (NABIMG-11; Réf.19) cultivés dans le champ de l'Institut national de biotechnologie agroalimentaire, Mohali, Inde en avril 2022, ont été utilisés pour la préparation de la bière. Initialement, les deux variétés de blé avec une humidité relative de 60 % ont été stérilisées en surface avec de l'hypochlorite de sodium, puis conservées à température ambiante jusqu'à leur utilisation ultérieure.

Les constituants du milieu microbien ont été achetés auprès de HiMedia Laboratories, Mumbai, Inde. En tant que levure témoin, Saccharomyces cerevisiae a été achetée auprès de Fermentis Company à Lesaffre, France. Des réactifs de qualité analytique, des indicateurs, des solvants, des enzymes et des produits chimiques ont été commandés auprès de Merck, Sigma Aldrich, USA. Pour toutes les expériences, de la verrerie au borosilicate et de l'eau bidistillée ont été utilisées.

Des échantillons de sous-produits de fruits (pomme, raisin et banane) ont été collectés dans des récipients stériles et réfrigérés à 4 ° C jusqu'à ce qu'ils soient utilisés pour isoler les levures productrices d'éthanol. L'isolement a été réalisé par des dilutions en série jusqu'à 10-6 en utilisant la méthode de la plaque d'étalement et des plaques de gélose à l'extrait de levure de glucose (GYE) pendant 48 h à 30 ° C. Les isolats souhaités en fonction de leur potentiel de production d'éthanol ont été analysés et sélectionnés par HPLC. Les colonies ont été introduites dans un flacon de 250 ml contenant 50 ml de bouillon GYE et conservées à 28 °C avec 150 tr/min pour la production d'éthanol20. Les échantillons ont été prélevés sur une période de 6 h et analysés par chromatographie liquide haute performance (HPLC) (Agilent, HiPlex, Californie, États-Unis), avec un détecteur RID réglé sur 55 °C et une colonne Agilent HiPlex H (300 mm × 7,7 mm , 8 m) réglé sur 60 °C. Le débit de la phase mobile (5 mM H2SO4) était de 0,7 ml/min. Avant HPLC, la phase mobile a été dégazée et filtrée à travers un filtre à membrane en nylon de 0,22 pm (Millipore, MA). La levure avec le rendement en éthanol le plus élevé dans des conditions mésophiles a été choisie. Un microscope optique inversé (40X) a été utilisé pour examiner la morphologie des souches prometteuses (Nikon Eclipse TS2, USA) et la culture a été identifiée dans une installation de l'Institute of Microbial Technology, Chandigarh.

Les paramètres de fermentation tels que la concentration du substrat (glucose) (40 à 80 g/L), la taille de l'inoculum (2 à 12 %) et le pH (4,5 à 7) ont été examinés à l'aide de l'OFAT (one-factor-at-a-time) technique pour maximiser la production d'éthanol par des souches de levure isolées à partir de déchets de fruits. Tous les essais ont été réalisés à 28 °C dans des conditions microaérophiles avec agitation à 150 rpm21. Le bouillon a été récupéré après centrifugation (6000 rpm, 10 min), et les sucres résiduels et l'éthanol ont été mesurés par HPLC.

Le malt était fabriqué par trempage, germination et torréfaction des grains de blé22. Pour résumer, 250 g de blé ont été trempés dans 1000 mL d'eau pendant 6 h à 16 °C pour augmenter le taux d'humidité de 12 à 40 %. Pendant deux jours, les grains ont été recouverts de papier de germination et laissés à température ambiante. Les grains germés étaient cuits au four pour faire du grain, qui était ensuite écrasé. La mouture a été écrasée avec de l'eau déminéralisée 3:1 (eau: mouture) et mélangée à une vitesse de 150 tr/min avant d'être chauffée à 45 °C pendant 1 h. Avec un mélange constant à 150 tr/min, la température a été portée à 52 °C pendant 15 min, 65 °C pendant 45 min et 75 °C pendant 15 min. Après brassage, le filtrat a été centrifugé pendant 20 min à 10 000 tr/min et bouilli pendant 30 min à 100 °C23. Les précipités refroidis ont été filtrés à travers du papier filtre et le filtrat (moût) a été fermenté.

A 28 °C, les levures ont été cultivées pendant 24 h sur des plaques de GYE-agar. Une boucle de colonie a été introduite dans 50 ml de milieu (bouillon GYE) dans un flacon de 250 ml avant la fermentation. Incuber 24h à 28°C dans un agitateur (Innova42, New Brunswick Scientific, CT, USA) à 150 rpm22.

Des expériences de fermentation ont été menées avec 50 ml de moût dans des flacons de 250 ml. Le milieu de fermentation a été ensemencé avec un inoculum de levure de 24 h et maintenu à 28 °C à 150 tr/min pendant 120 h23. Une fois le processus de fermentation terminé, les cellules du bouillon ont été séparées par centrifugation pendant 15 min à 6 000 tr/min21. La consommation de sucre (glucose, maltose) et la formation d'éthanol ont été suivies par des prélèvements périodiques toutes les 6 h et analysés par HPLC.

Étudier la cinétique de la bière de blé noir préparée à l'aide d'un modèle de régression non linéaire et de l'outil "LABFIT" (V 7.2.50, Campina Grande, Brésil). L'intervalle de confiance à 95 % a été utilisé pour comparer les prévisions du modèle logistique aux taux de production expérimentaux (IC). Les facteurs cinétiques a, b et c pour produire de la bière de blé noir ont également été calculés.

La bière a été préparée en lots de 2L et ses propriétés physicochimiques et organoleptiques ont été étudiées. Dans les mêmes conditions, 1 kg de blé (noir et blanc) a été utilisé pour fabriquer du malt. HPLC a été utilisé pour déterminer les niveaux de sucre et d'éthanol pendant la fermentation. La bière a été refroidie après avoir été pasteurisée à 63 °C pendant 30 min. Des professionnels semi-formés (n = 9) de Mohali, le centre indien de biotraitement innovant et appliqué, ont évalué les paramètres sensoriels de la bière sur une échelle hédonique en neuf points pour l'apparence, le goût, la couleur, l'arôme et l'acceptabilité globale24,25. Alors que 9-aime énormément, 8-aime beaucoup, 7-aime modérément, 6-aime peu, 5-aime aucun, 4-déteste légèrement, 3-déteste modérément, 2-déteste fortement et 1-aime extrêmement.

Le pH (pH-mètre, Mettler Toledo, Mumbai, Inde), les solides solubles totaux (TSS) et l'acidité titrable des échantillons de bière préparés ont été déterminés26. La CLHP a été utilisée pour déterminer la quantité d'éthanol et de sucres. La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) a été utilisée pour examiner les minéraux (7800 ICP MS, Agilent Technologies, USA). La teneur totale en phénol a été déterminée en utilisant la méthodologie Kumari et al.27 à 650 nm avec un spectrophotomètre (UV3000 +, Lab India, Delhi, Inde). La teneur totale en anthocyanes monomères (TMA) a été déterminée en utilisant deux longueurs d'onde différentes de 520 et 700 nm28. La couleur a été déterminée à l'aide d'unités EBC (European Brewing Convention) à 430 nm29.

Les échantillons ont été dissous dans du dichlorométhane deutéré dans des tubes RMN complètement secs de 5 mm. Pour la spectroscopie RMN, les échantillons ont été dégazés dans un ultrasonateur pendant 10 minutes avant l'analyse. Le tétraméthylsilane a été utilisé comme étalon interne30. Pour la caractérisation des molécules organiques, des mesures avec un délai de relaxation de 6 s ont été réalisées dans un spectromètre Bruker Advance 300 fonctionnant à une intensité de champ magnétique de 400 MHz28.

Les échantillons ont été analysés à l'aide d'un FTIR couplé à une analyse ATR (modèle Agilent : Cary 660 Series) avec une échelle de 4000 à 600 cm-1 et une variation de 4 cm-1 afin de quantifier le changement de structure chimique. Une cellule ATR vierge a été utilisée pour mesurer le bruit de fond des échantillons. Afin de comparer les bières de blé noir et blanc, la force d'absorbance de chaque spectre a été observée.

Pour la mesure quantitative des monosaccharides et de l'éthanol obtenus au cours du processus de production, la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) (Agilent, HiPlex, Santa Clara, Californie, États-Unis) a été utilisée. Pour la détermination, un détecteur d'indice de réfraction (RID) a été utilisé à 55 °C. La phase mobile était du H2SO4 5 mM à un débit de 0,7 ml/min dans une colonne analytique Agilent HiPlex H (300 mm 7,7 mm, 8 m) fonctionnant à 60 °C.

Un triplicat de chaque échantillon a été réalisé. Afin de représenter des résultats pertinents, la moyenne et l'écart type des valeurs des données sont utilisés. Les données ont été soumises à une analyse de variance par ANOVA avec une signification statistique (P < 0,05) et comparées en utilisant le test de différence la moins significative (LSD). Un niveau de signification de la valeur p < 0,05 est utilisé pour refléter les résultats. Toutes les analyses statistiques ont été effectuées à l'aide d'un logiciel (IBM-SPSS, Version-28, Armonk, New York (NY), USA).

La collecte et l'utilisation des plantes étaient conformes à toutes les directives pertinentes de l'Institut national de biotechnologie agroalimentaire (NABI), Mohali.

Sur 25 isolats qui ont été criblés, deux levures potentielles, désignées C1 et C2, ont été sélectionnées en fonction de leur capacité à donner un rendement d'éthanol souhaitable. Sur une plaque de gélose, les deux isolats (C1 et C2) ont produit de petites colonies blanc crème (~ 5 mm) surélevées et circulaires. Les cellules observées au microscope 40X étaient de forme ovoïde et présentaient des signes de bourgeonnement, comme le montre la Fig. B supplémentaire. La séquence du domaine D1 / D2 de l'ARNr 26S et de l'ADNr 5.8S-ITS analysée avec la base de données GenBank a révélé une relation évolutive avec d'autres souches étroitement apparentées de Saccharomyces cerevisiae et 100 % d'homologie avec Saccharomyces cerevisiae NRRLY-12632NT (AY046146), avec lequel le test partage un ancêtre commun. Par conséquent, après l'identification taxonomique, la souche C2 a été nommée par sa nomination scientifique avec le code de laboratoire comme Saccharomyces cerevisiae CMS12 (Fig. 1). De même, la souche C1 a été identifiée comme étant Saccharomyces cerevisiae CMS 11. Les caractéristiques morphologiques des levures isolées étaient les mêmes que celles observées pour les Saccharomyces cerevisiae isolés de la mélasse de canne à sucre31. Dans cette étude, les deux souches identifiées ont été appelées C1 et C2 pour plus de commodité.

Arbre phylogénétique basé sur la comparaison des séquences de gènes ITS et D1/D2 montrant la position de S. cerevisiae CMS12 et d'autres espèces apparentées du genre Saccharomyces.

Les souches de levure criblées et isolées (C1 et C2) ont été optimisées pour produire de l'éthanol sur des supports synthétiques, comme représenté schématiquement dans la Fig. A supplémentaire. voies. Alors qu'à de faibles concentrations de substrat, la levure s'est affamée et la production a chuté14,32.

Optimisation des paramètres du processus de fermentation à l'aide de souches témoins et de souches isolées dans cette étude (C1, C2) (a) Concentration de glucose (b) Température (c) Taille de l'inoculum (d) pH. C1 : Saccharomyces cerevisiae CMS11 ; C2 : Saccharomyces cerevisiae CMS12 ; Lutte : culture commerciale de Saccharomyces cerevisiae.

La taille de l'inoculum de 10 % v/v pour C1 et 8 % pour C2 a donné une efficacité de conversion d'éthanol de 50 % et 47 % à partir du substrat, respectivement. Aucune différence significative dans l'efficacité de conversion de l'éthanol n'a été observée par rapport à la levure témoin avec une taille d'inoculum de 12 % ou 10 % v/v (Fig. 2b). Par conséquent, une taille d'inoculum de 10 % a été décidée pour une étude plus approfondie. Wilkins et al.33 ont produit de l'éthanol optimisé en utilisant Saccharomyces cerevisiae avec 10 % v/v d'inoculum en 72 h de fermentation. L'augmentation de la taille de l'inoculum n'a pas amélioré la fermentation car elle a conduit à l'épuisement du substrat comme indiqué précédemment34.

Les souches de levure isolées ont entraîné une production optimale d'éthanol à pH 5,5. La production a diminué à mesure que le pH augmentait (6,5) (Fig. 2c). Par conséquent, un pH de 5,5 a été jugé optimal pour les souches C1 et C2 pour la production d'éthanol, comme indiqué précédemment35.

La température affecte la croissance des levures et les niveaux organiques volatils. À 28 °C, la croissance des levures et la production d'alcool sont plus rapides qu'à des températures plus basses. C1 et C2 ont montré des observations similaires (Fig. 2d). Par conséquent, 28 °C a été décidé comme optimal. Les observations précédentes étaient similaires36.

Dans la fermentation du moût de blé noir, la consommation de glucose était sensiblement plus rapide que la consommation de maltose. Au cours des 8 premières heures de fermentation, la souche de levure C2 a complètement digéré le glucose et a montré une production maximale d'éthanol (71, 98 g / L), supérieure à la levure standard (Fig. 3a – c). Après 48 h de fermentation, la concentration en maltose a progressivement diminué jusqu'à épuisement complet.

Changements dans le temps des concentrations de maltose, de glucose et d'éthanol du moût de blé noir après fermentation avec différentes souches de levure (a) Levure standard (Saccharomyces cerevisiae) comme contrôle (b) Souche C1 et (c) Souche C2 (d) Modélisation cinétique de souche potentielle C2.

Avec l'application le modèle logistique37 pour la production de bière et C2 comme souche potentielle. La courbe correspond étroitement à la bande projetée avec un intervalle de confiance de 95 %. R2 = 0,99 (figure 3d).

Extrapolation des paramètres cinétiques à partir de l'équation ci-dessous :

P = a/{1 + b exp (c*x)}.où P = Production d'éthanol (g/L), a = Concentration maximale d'éthanol = 71,95 ± 02 g/L, b = Temps de fermentation = 42,2 ± 0,2 h, c = Taux de conversion = 1,67 ± 0,1 g/Lh.

Des valeurs statistiquement significatives ont été identifiées par le test ANOVA unidirectionnel avec une valeur p < 0,05.

La bière de blé noir préparée à partir de la souche commerciale de levure S. cerevisiae prise comme témoin a montré un pH plus élevé (4,7) que les deux souches isolées. La souche C1 a produit une bière avec le moins d'acidité (0,12) et de pH (4,0). La souche C2 a produit de la bière avec une acidité (0,28) et un pH bas (4,0). Cependant, la bière de blé noir, de souche C2, produit plus d'alcool que les autres. La souche C1 contenait 6,52 % d'alcool (v/v), tandis que les souches C2 et témoin contenaient respectivement 7 % et 6,41 % d'alcool (tableau 1). La littérature publiée indique que la bière de différents malts a une teneur en alcool de 3,50 à 12 %, un pH de 4,0 à 5,0 et une acidité de 0,1 à 0,338,39. Les données observées concordent avec la littérature publiée. Cependant, la bière produite à partir de trois souches présentait une couleur similaire. L'analyse de la couleur de la bière de blé noir brassée avec C1, C2 et la levure témoin a révélé respectivement 22,95, 21,45 et 22,72 EBC. La couleur est due à l'anthocyane (Fig. 4I), comme indiqué dans les fruits avec une couleur ~ 25,8 EBC40. Alors qu'une teneur phénolique accrue a été observée dans les souches isolées par rapport au témoin, la souche C2 est la plus élevée. Il était de 609,37, 613,12 et 568,00 mg GAE/L dans la bière C1, C2 et la bière témoin, respectivement. La bière ale contient 563 mg GAE/L41. Les bières à haute teneur en phénol ont une durée de conservation plus longue, un meilleur goût et un meilleur parfum que les bières à faible teneur en phénol42.

(I) FTIR de (a) bière de blé blanche et, (b) bière de blé noire, (II) spectres UV montrant l'anthocyanine dans la production de bière de blé noire à l'aide de souches de levure C1, C2 et témoins.

La teneur totale en anthocyanes monomères (TMA) du moût avant et après l'ébullition était de 10,52 mg/L et 7,85 mg/L respectivement. Cette baisse peut être due à la thermosensibilité des anthocyanes43. La TMA dans la bière de blé noir avec des souches isolées était plus élevée que le témoin étant la plus élevée dans la souche C2. La TMA pour C1, C2 et la levure témoin était respectivement de 5,67, 6,43 et 4,67 mg/L. L'absorption d'anthocyanes par les levures pendant la fermentation peut affecter les résultats. Des observations similaires ont déjà été rapportées pour le moût de riz noir44. Comme la bière produite par la souche C2 présentait une production d'alcool, une teneur en composés phénoliques et en anthocyanes les plus élevées, elle a été sélectionnée pour une expérimentation plus poussée. Le rendement final en anthocyanes et la teneur en alcool obtenus dans notre travail étaient supérieurs à ceux de l'étude sur la production de bière à base de patate douce par Saccharomyces cerevisiae, qui produisait une bière avec un pH de 3,5, 5,10 mg/100 mL d'anthocyanes et une teneur en alcool de 3,77 %39. Une autre étude de Piraine et al.45 utilisant de la bière S. cerevisiae WLP001 produite avec un pH de 4,30 et une teneur en alcool de 3,57 %. En outre, le faible pH dans le cas de la souche C2 indiquait également son applicabilité dans la production de bières acides. Une autre étude a rapporté une teneur en éthanol de 5,37 % (v/v) sur la bière fermentée S. cerevisiae avec Lubelski et de 5,22 % (v/v) sur la bière avec houblon Marynka46. Cependant, certaines études ont également réussi à augmenter la teneur en alcool jusqu'à 9,6-10,46% en fournissant des conditions adéquates pendant le processus de fermentation et en optimisant les milieux de fermentation47. Cela implique qu'outre le potentiel de la souche, la teneur en alcool dépend également des types de houblon utilisés. Cependant, du point de vue de l'utilisation de la souche dans l'industrie brassicole, la résistance à une concentration plus élevée en éthanol n'est pas le critère principal par opposition au pourcentage d'éthanol produit.

Des bières de blé noir et de blé blanc ont été produites à l'échelle de 2 L. De meilleures propriétés physicochimiques ont été observées dans la bière de blé noir par rapport à la bière de blé blanche, notamment la teneur en alcool, l'EBC et l'acidité (tableau 2). Les propriétés physico-chimiques de la bière influencent l'acceptation par les consommateurs. Les données présentées dans le tableau 3 représentent le score sensoriel moyen, y compris l'apparence/la couleur, le goût, la saveur et l'acceptabilité globale. L'acceptabilité globale de la bière de blé noir était légèrement supérieure à celle de la bière de blé blanc. La variation de couleur des bières était perceptible; la bière de blé noire a une couleur rouge orangé tandis que la bière de blé blanche a une couleur or pâle. Dans les teneurs en minéraux (tableau supplémentaire A), le potassium et le magnésium étaient plus élevés 1661,17 ppm, 486,50 ppm dans la bière de blé noire que la bière de blé blanche témoin 526,13 ppm, 126,80 ppm respectivement. De plus, le calcium et le zinc étaient également plus élevés dans la bière de blé noir 20,97 ppm, 1,62 ppm que dans la bière de blé blanc 8,33 ppm, 0,22 respectivement48.

La partie du spectre inférieure à 1500 cm-1 est difficile à relier à une vibration moléculaire spécifique dans un mélange aussi complexe que la bière, car chaque molécule crée un schéma d'absorption distinct dans cette région du spectre. Cependant, l'étirement C – O a été observé car la dextrine dans la bière de blé noire est à 1007 cm-1 et dans la bière de blé blanche à 1014 cm-1. Une série de bandes spectrales placées en dessous de 1500 cm−1 correspond à la vibration des groupements C–C et hydroxyle dans les glucides et l'éthanol. Dans les bières blanches et noires de blé, l'éthanol absorbe à ~ 2919 cm-1 ; cette longueur d'onde est similaire à la bande d'étirement asymétrique du groupe méthyle. Alors que l'étirement O–H a été observé dans la plage de 3200 cm−1–3300 cm−1 dans les deux bières, car les molécules d'eau et d'éthanol peuvent former des liaisons hydrogène entre elles. La plage de 1600 cm−1 à 1900 cm−1 est étiquetée avec l'étirement C = O49 et est reliée à la myriade de différents composants chimiques que l'on peut trouver dans la bière, tels que les vitamines et les solutés solubles50.

La spectroscopie UV-Vis a été largement utilisée pour identifier les anthocyanes. Lorsqu'il est soigneusement analysé, le spectre peut vous dire des choses utiles sur la façon dont les anthocyanes sont assemblées. Les données UV-Vis sont toujours utiles pour confirmer la structure générale des anthocyanes et pour décrire les groupes insaturés et fonctionnels dans les différentes parties de la structure des anthocyanes. En général, les anthocyanes présentent un schéma d'absorption typique sur le spectre UV-Vis, comme le montre la figure 4II. La plupart du temps, le maximum d'absorption (λmax) dans le visible est compris entre 510 et 520 nm, suivi d'une courbe entre 400 et 450 nm. Il est facile de voir que C1, C2 et le contrôle ont des anthocyanes dans leurs spectres UV-Vis. Une bosse est également observée entre 400 et 450 nm, suivie d'un motif dans la plage visible de 500 à 600 nm. La taille de cette bosse dépend du nombre de molécules de sucre attachées au fragment anthocyanidine. En général, la structure de l'anthocyanine a un système conjugué entièrement délocalisé qui la rend stable. Des études antérieures ont montré que les anthocyanes suivent un schéma similaire51.

Les spectres RMN 1H du blé noir et de la bière de blé blanc sont présentés à la Fig. 5. Dans l'ensemble, des modèles de pics similaires ont été observés dans les bières de blé noir et blanc. Alors que la région hautement réactive proche d'environ 3,5 ppm représente les acides organiques comme l'acide citrique, l'acide succinique, l'acide pyruvique et l'acide acétique dans les deux échantillons52. De plus, des dextrines et des sucres ont été observés à 5 ppm dans le spectre53. Dans l'ensemble, des modèles de pics similaires ont été observés dans la bière de blé noire et blanche ainsi que dans la littérature rapportée30,52.

RMN de (a) bière de blé blanche et (b) bière de blé noire.

Les brasseurs cherchent des moyens de rendre leurs produits plus lucratifs alors que la demande de bière continue d'augmenter. Les résultats de cette étude suggèrent qu'il est possible de créer une nouvelle bière à base de blé noir à haute teneur en anthocyanes et minéraux. La souche isolée C2 (Saccharomyces cerevisiae CMS12) a produit une bière de blé noir avec des niveaux plus élevés d'alcool (7 % v/v) et de constituants anthocyaniques (6,43 mg/L). La bière de blé noir avait une acceptabilité plus élevée que la bière de blé blanc, selon l'évaluation sensorielle. Cependant, la bière de blé noir développée, en plus d'être intrinsèquement riche en nutriments, est également une riche source d'anthocyanes et a le potentiel de conférer plusieurs avantages directs et indirects pour la santé. Cependant, il faut le consommer avec modération et de façon responsable car l'excès de tout est mauvais. En tant que boisson fermentée, la nouvelle bière à base de blé noir a un potentiel de commercialisation important.

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

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Les auteurs tiennent à exprimer leur gratitude au Centre de Bioprocédés Innovants et Appliqués (DBT-CIAB), Département de Biotechnologie (DBT), qui a fourni soutien et motivation tout au long de cette étude de recherche. Les auteurs tiennent également à remercier tous les chercheurs et membres du personnel du CIAB pour leur aide et leur coopération tout au long de l'étude.

Centre de bioprocédés innovants et appliqués (CIAB), Secteur-81, Mohali, 140306, Inde

Arshpreet Singh, Saumya Singh et Meena Krishania

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

Arshpreet Singh et Sushil K. Kansal

Institut national de biotechnologie agroalimentaire (NABI), Sector-81, Mohali, 140306, Inde

Monika Garg

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Déclaration des auteurs de crédit AS : Méthodologie, Validation, Rédaction du projet original SS : Conservation des données, Validation, Rédaction du projet original SKK : Supervision, Analyse formelle, Visualisation, Enquête MG : Supervision, Enquête, Conservation des données, Validation, Visualisation, MK : Conceptualisation , Investigation, Administration de projet, Supervision, Visualisation, Rédaction-revue & édition.

Correspondance à Meena Krishania.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Singh, A., Singh, S., Kansal, SK et al. Production et caractérisation de bière riche en anthocyanes à partir de blé noir par un isolat efficace Saccharomyces cerevisiae CMS12. Sci Rep 13, 5863 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32687-1

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Reçu : 07 février 2023

Accepté : 31 mars 2023

Publié: 11 avril 2023

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

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