Ферментация является одним из наиболее широко используемых методов консервирования пищевых продуктов и разработки натуральных продуктов с функциональными свойствами. Ферментированные продукты и напитки привлекательны для потребителей, предпочитающих здоровый образ жизни, поскольку они воспринимаются как естественные и потенциальные источники функциональных соединений. Цель статьи – обзор научных исследований о применении новых технологий в качестве процесса вспомогательной ферментации для разработки ферментированных напитков. Научно-технические достижения в области пищевых исследований сыграли решающую роль в эволюции ферментации: от использования и выбора конкретных заквасок до улучшения их характеристик за счет применения новых технологий, получения продуктов с высокими органолептическими показателями и пищевой ценностью. Было установлено, что омический нагрев, высокое гидростатическое давление, ультразвук и импульсное электрическое поле обладают потенциалом в качестве процессов вспомогательной ферментации, способных ускорять микробный метаболизм, улучшать жизнеспособность клеток, сокращать время обработки, увеличивать срок годности продукта и улучшить функциональные и питательные характеристики напитка. Вместе с тем необходимо вести дальнейшие исследования механизмов действия каждой технологии, влияющей на процесс ферментации различных видов пищевого сырья с целью выбора оптимальных параметров обработки, снижения энергопотребления и вредного воздействия на окружающую среду с сохранением пищевой ценности сброженных напитков.
Fermentation is one of the most widely used methods for food preservation and development of natural products with functional properties. Fermented foods and beverages are attractive to health-conscious consumers because they are perceived as natural and potential sources of functional compounds. The purpose of the article is to review scientific research on the application of new technologies as an assisted fermentation process for the development of fermented beverages. Scientific and technological advances in food research have played a decisive role in the evolution of fermentation: from the use and selection of specific starter cultures to improving their characteristics through the use of new technologies, producing products with high sensory characteristics and nutritional value. Ohmic heating, high hydrostatic pressure, ultrasound and pulsed electric field have been found to have potential as assisted fermentation processes that can accelerate microbial metabolism, improve cell viability, reduce processing time, increase product shelf life and improve the functional and nutritional characteristics of the beverage. At the same time, it is necessary to conduct further research into the mechanisms of action of each technology that affects the fermentation process of various types of food raw materials in order to select optimal processing parameters, reduce energy consumption and harmful effects on the environment while maintaining the nutritional value of fermented drinks.
1. Vinicius De Melo Pereira G., De Carvalho Neto D.P., Junqueira A.C.D.O., Karp S.G., Letti L.A.J., Magalh?es J?nior A.I., Soccol C.R. A Review of Selection Criteria for Starter Culture Development in the Food Fermentation Industry // Food Rev. Int. 2019. Vol. 36. P.135–167.
2. Taveira I.C., Nogueira K.M.V., Oliveira D.L.G.D., Silva R.D.N. Fermentation: Humanity’s oldest biotechnological tool // Front. Young Minds. 2021. Vol. 9. P. 1–7.
3. Бурак Л.Ч., Сапач А.Н. Ферментированные продукты питания с использованием плодов облепихи // Chronos: естественные и технические науки. 2021. Т. 6, № 4 (37). С. 32–46.
4. Marsh A.J., Hill C., Ross R.P., Cotter P.D. Fermented beverages with health-promoting potential: Past and future perspectives //Trends Food Sci. Technol. 2014. Vol. 38. P. 113–124.
5. Adebo O.A., Njobeh P.B., Adeboye A.S., Adebiyi J.A., Sobowale S.S., Ogundele O.M., Kayitesi E. Advances in Fermentation Technology for Novel Food Products. In Innovations in Technologies for Fermented Food and Beverage Industries // Springer International Publishing: Cham, Switzerland. 2018. P. 71–87.
6. Morales de la Pe?a, M., Miranda-Mej?a G.A., Mart?n-Belloso O. Recent Trends in Fermented Beverages Processing: The Use of Emerging Technologies // Beverages. 2023. Vol. 9. P. 51.
7. Baschali A., Tsakalidou E., Kyriacou A., Karavasiloglou N., Matalas A.-L. Traditional low-alcoholic and non-alcoholic fermented beverages consumed in European countries: A neglected food group // NRR. 2017. Vol. 30. P. 1–24.
8. Саубенова М.Г., Олейникова Е.А., Амангелды А.А. Биологическая ценность ферментированных продуктов // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 8. С. 124–129.
9. Бурак Л.Ч. Перспективы использования молочнокислых бактерий L. plantarum для ферментации фруктовых соков // Научное обозрение. Биологические науки. 2022. № 3. С. 63–71.
10. Бурак Л.Ч. Перспективы производства пива с функциональными свойствами // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2021. № 2. С. 79–88.
11. Capece A., Romaniello R., Siesto G., Romano P. Conventional and Non-Conventional Yeasts in Beer Production // Fermentation. 2018. Vol. 4. P. 38.
12. ?akar U., Petrovi? A., Pejin B., ?akar M., ?ivkovi? M., Vajs V., ?or?evi? B. Fruit as a substrate for a wine: A case study of selected berry and drupe fruit wines // Sci. Hortic. 2019. Vol. 244. P. 42–49.
13. Rosend J., Kaleda A., Kuldj?rv R., Arju G., Nisamedtinov I. The Effect of Apple Juice Concentration on Cider Fermentation and Properties of the Final Product // Foods. 2020. Vol. 9. P. 1401.
14. Hou C.Y., Huang P.H., Lai Y.T., Lin S.P., Liou B.K., Lin H.W., Hsieh C.-W., Cheng K.C. Screening and identification of yeasts from fruits and their coculture for cider production // Fermentation. 2022. Vol. 8. P. 1.
15. Кузнецова С.В. Моделирование характеристик йогурта с целью повышения качества путем эффективного подбора заквасочных культур IGEA // Молочная промышленность. 2022. № 6. С. 14–16.
16. Меньшикова З.Н., Киселева А.С., Терентьев Д.А. Требования, предъявляемые к качеству и безопасности йогурта // Инновационная наука. 2020. № 5. С. 68–70.
17. Перченко Н.А., Сергеева О.Н. Разработка полезного продукта – кефира с лекарственными травами // Актуальные проблемы агропромышленного комплекса: сборник трудов научно-практической конференции преподавателей, аспирантов, магистрантов и студентов Новосибирского ГАУ (Новосибирск, 21–22 октября 2020 г.). Вып. 5. Новосибирск: Издательский центр Новосибирского государственного аграрного университета «Золотой колос». 2020. С. 300–303.
18. Montemurro M., Pontonio E., Coda R., Rizzello C.G. Plant-based alternatives to yogurt: State-of-the-art and perspectives of new biotechnological challenges // Foods. 2021. Vol. 10. P. 316.
19. Boeck T., Sahin A.W., Zannini E., Arendt E.K. Nutritional properties and health aspects of pulses and their use in plant-based yogurt alternatives. Comp. Rev // Food Sci. Food Saf. 2021. Vol. 20. P. 3858–3880.
20. Wang B., Rutherfurd-Markwick K., Zhang X.X., Mutukumira A.N. Kombucha: Production and Microbiological Research // Foods. 2022. Vol. 11. P. 3456.
21. Aydar A.Y., Matarac? C.E., Sa?lam T.B. Development and modeling of a novel plant-based yoghurt produced by Jerusalem artichoke and almond milk using l-optimal mixture design // J. Food Meas. Charact. 2021. Vol. 15. P. 3079–3087.
22. Mannaa M., Han G., Seo Y.-S., Park I. Evolution of Food Fermentation Processes and the Use of Multi-Omics in Deciphering the Roles of the Microbiota // Foods. 2021. Vol. 10. P. 2861.
23. Gavahian M., Mathad G.N., Oliveira C.A., Khaneghah A.M. Combinations of emerging technologies with fermentation: Interaction effects for detoxification of mycotoxins // Food Res. Int. 2021.Vol. 141. P. 110104.
24. Y?ld?z G., Yildiz G., Khan M.R., Aadil R.M. High-intensity ultrasound treatment to produce and preserve the quality of fresh-cut kiwifruit // J. Food Process. Preserv. 2022. Vol. 46. Р. e16542.
25. Roobab U., Abida A., Chacha J.S., Athar A., Madni G.M., Ranjha M.M.A.N., Rusu A.V., Zeng X.-A., Aadil R.M., Trif M. Applications of innovative non-thermal pulsed electric field technology in developing safer and healthier fruit juices // Molecules. 2022. Vol. 27. P. 4031.
26. Jadhav H.B., Annapure U.S., Deshmukh R.R. Non-thermal Technologies for Food Processing // Front. Nutr. 2021. Vol. 8. P. 657090.
27. Liu H., Xu X., Cui H., Xu J., Yuan Z., Liu J., Li C., Li J., Zhu D. Plant-Based Fermented Beverages and Key Emerging Processing Technologies // Food. Rev. Int. 2022. P. 1–20.
28. Roobab U., Khan A.W., Irfan M., Madni G.M., Zeng X.A., Nawaz A., Walayat N., Manzoor M.F., Aadil R.M. Recent developments in ohmic technology for clean label fruit and vegetable processing: An overview // J. Food Process. Eng. 2022. Vol. 45. Р. e14045.
29. Mukhtar K., Nabi B.G., Arshad R.N., Roobab U., Yaseen B., Ranjha M.M.A.N., Aadil R.M., Ibrahim S.A. Potential Impact of Ultrasound, Pulsed Electric Field, High-Pressure Processing, Microfludization Against Thermal Treatments Preservation Regarding Sugarcane Juice (Saccharum officinarum) // Ultrason. Sonochem. 2022. Vol. 90. P. 106194.
30. Mota M.J., Lopes R.P., Koubaa M., Roohinejad S., Barba F.J., Delgadillo I., Saraiva J.A. Fermentation at non-conventional conditions in food-and bio-sciences by the application of advanced processing technologies // Crit. Rev. Biotech. 2018. Vol. 38. P. 122–140.
31. Miranda M., Graciela A. Impact of pulsed electric fields on fermentation process during yogurt production, 2022. [Электронный ресурс]. URI: https://hdl.handle.net/11285/650899 (дата обращения: 16.10.2023).
32. Gavahian M., Farahnaky A. Ohmic-assisted hydrodistillation technology: A review // Trends Food Sci. Technol. 2018.Vol. 72. P. 153–161.
33. Gally T., Rouaud O., Jury V., Havet M., Og?e A., Le-Bail A. Proofing of bread dough assisted by ohmic heating. Innov // Food Sci. Emerg. Technol. 2017. Vol. 39. P. 55–62.
34. Alc?ntara-Zavala A.E., de Dios Figueroa-C?rdenas J., Morales-S?nchez E., Aldrete-Tapia J.A., Arvizu-Medrano S.M., Mart?nez-Flores H.E. Application of ohmic heating to extend shelf life and retain the physicochemical, microbiological, and sensory properties of pulque // Food Bioprod. Process. 2019. Vol. 118. P. 139–148.
35. Silva A.B., Scudini H., Ramos G.L.P., Pires R.P., Guimar?es J.T., Balthazar C.F., Rocha R.S., Margalho L.P., Pimentel T.C., Siva M.C., et al. Ohmic heating processing of milk for probiotic fermented milk production: Survival kinetics of Listeria monocytogenes as contaminant post-fermentation, bioactive compounds retention and sensory acceptance // Int. J. Food Microbiol. 2021. Vol. 348. P. 109204.
36. Rios-Corripio G., la Pe?a, M.M.-d., Welti-Chanes J., Guerrero-Beltr?n J.?. Pulsed electric field processing of a pomegranate (Punica granatum L.) Fermented beverage // IFSET. 2022. Vol. 79. P. 103045.
37. Vazquez-Cabral D., Valdez-Fragoso A., Rocha-Guzman N.E., Moreno-Jimenez M.R., Gonzalez-Laredo R.F., Morales-Martinez P.S., Rojas-Contreras J.A., Mujica-Paz H., Gallegos-Infante J.A. Effect of pulsed electric field (PEF)-treated kombucha analogues from Quercus obtusata infusions on bioactives and microorganisms // IFSET. 2016. Vol. 34. P. 171–179.
38. Delso C., Berzosa A., Sanz J., ?lvarez I., Raso J. Microbial Decontamination of Red Wine by Pulsed Electric Fields (PEF) after Alcoholic and Malolactic Fermentation: Effect on Saccharomyces cerevisiae, Oenococcus oeni, and Oenological Parameters during Storage // Foods. 2023. Vol. 12. P. 278.
39. Al Daccache M. et al. Control of the sugar/ethanol conversion rate during moderate pulsed electric field-assisted fermentation of a Hanseniaspora sp. strain to produce low-alcohol cider // Innovative Food Science & Emerging Technologies. 2020. Vol. 59. P. 102258.
40. El Darra N., Grimi N., Maroun R.G., Louka N., Vorobiev E. Pulsed electric field, ultrasound, and thermal pretreatments for better phenolic extraction during red fermentation // Eur. Foods Res. Technol. 2013. Vol. 236. P. 47–56.
41. Salda?a G., Cebri?n G., Abenoza M., S?nchez-Gimeno C., ?lvarez I., Raso J. Assessing the efficacy of PEF treatments for improving polyphenol extraction during red wine vinifications // IFSET. 2017. Vol. 39. P. 179–187.
42. Ricci A., Parpinello G.P., Versari A. Recent Advances and Applications of Pulsed Electric Fields (PEF) to Improve Polyphenol Extraction and Color Release during Red Winemaking // Beverages. 2018. Vol. 4. P. 18.
43. Chanos P., Warncke M.C., Ehrmann M.A., Hertel C. Application of mild pulsed electric fields on starter culture accelerates yogurt fermentation // Eur. Foods Res. Technol. 2020. Vol. 246. P. 621–630.
44. Umego E.C., He R., Huang G., Dai C., Ma H. Ultrasound-assisted fermentation: Mechanisms, technologies, and challenges // J. Food Process. Preserv. 2021. Vol. 45. Р. e15559.
45. Carrillo-Lopez L.M., Garcia-Galicia I.A., Tirado-Gallegos J.M., Sanchez-Vega R., Huerta-Jimenez M., Ashokkumar M., Alarcon-Rojo A.D. Recent advances in the application of ultrasound in dairy products: Effect on functional, physical, chemical, microbiological and sensory properties // Ultrason. Sonochem. 2021. Vol. 73. P. 105467.
46. P?rez-Porras P., Bautista-Ort?n A.B., Jurado R., G?mez-Plaza E. Using high-power ultrasounds in red winemaking: Effect of operating conditions on wine physico-chemical and chromatic characteristics // LWT. 2021. Vol. 138. P. 110645.
47. Herrera-Ponce A.L., Salmeron-Ochoa I., Rodriguez- Figueroa J.C., Santellano-Estrada E., Garcia-Galicia I.A., Alarcon-Rojo A.D. High-intensity ultrasound as pre-treatment in the development of fermented whey and oat beverages: Effect on the fermentation, antioxidant activity and consumer acceptance // JFST. 2021. Vol. 59. P. 796–804.
48. Ma J., Yang H., Chen Y., Feng X., Wu C., Long F. Purified Saponins in Momordica charantia Treated with High Hydrostatic Pressure and Ionic Liquid-Based Aqueous Biphasic Systems // Foods. 2022. Vol. 11. P. 1930.
49. Ma J., Wang Y., Zhao M., Tong P., Lv L., Gao Z., Liu J., Long F. High Hydrostatic Pressure Treatments Improved Properties of Fermentation of Apple Juice Accompanied by Higher Reserved Lactobacillus plantarum // Foods. 2023. Vol. 12. P. 441.
50. Rios-Corripio G., Welti-Chanes J., Rodr?guez-Mart?nez V., Guerrero-Beltr?n J.?. Influence of high hydrostatic pressure processing on physicochemical characteristics of a fermented pomegranate (Punica granatum L.) Beverage // IFSET. 2020. Vol. 59. P. 102249