BR102020024262A2

BR102020024262A2 - Fermentation process, device for fermentation and kombucha

Info

Publication number: BR102020024262A2
Application number: BR102020024262-8A
Authority: BR
Inventors: Keteli Scariot; Júlia Schreiner; Tomás Augusto Polidoro
Original assignee: Fundação Universidade De Caxias Do Sul
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-06-07

Abstract

A presente invenção descreve processos fermentativos sem a presença de biofilmes na solução, compreendendo uma etapa inicial de aeração contínua. Especificamente, a presente invenção compreende biorreatores adaptados para estes processos fermentativos e processos de produção de kombucha a partir de tais processos. A presente invenção se situa nos campos da Engenharia Bioquímica, Química e Biotecnologia.

The present invention describes fermentation processes without the presence of biofilms in the solution, comprising an initial step of continuous aeration. Specifically, the present invention comprises bioreactors adapted for these fermentation processes and processes for producing kombucha from such processes. The present invention is in the fields of Biochemical Engineering, Chemistry and Biotechnology.

Description

FERMENTATIVE PROCESS, DEVICE FOR FERMENTATION AND KOMBUCHA

Field of Invention

[0001] A presente invenção descreve um processo fermentativo sem a presença de biofilme, compreendendo uma etapa inicial de aeração contínua. Especificamente, a presente invenção compreende um biorreator e um processo de produção de kombucha. A presente invenção se situa nos campos da Engenharia Bioquímica, Química e Biotecnologia.[0001] The present invention describes a fermentation process without the presence of biofilm, comprising an initial step of continuous aeration. Specifically, the present invention comprises a bioreactor and a process for producing kombucha. The present invention is in the fields of Biochemical Engineering, Chemistry and Biotechnology.

Background of the Invention

[0002] A crescente busca por uma vida saudável aumentou a utilização de processos fermentativos, pois, a partir deles, é possível obter produtos com propriedades benéficas à saúde, através de matérias-primas naturais. Durante estes processos, ocorrem alterações no meio de cultivo que, consequentemente, afetam a composição do produto final obtido, como a concentração de vitaminas, massa celular e álcoois (VILLARREAL-SOTO et al., 2018).[0002] The growing search for a healthy life has increased the use of fermentation processes, because from them, it is possible to obtain products with beneficial properties to health, through natural raw materials. During these processes, changes occur in the culture medium that, consequently, affect the composition of the final product obtained, such as the concentration of vitamins, cell mass and alcohols (VILLARREAL-SOTO et al., 2018).

[0003] Devido a essa busca por produtos naturais, o mercado da kombucha está em expansão. A antiga bebida originária da China é obtida através da fermentação aeróbia de um meio adocicado - com duração média de 10 dias -tendo como base o chá da planta Camellia sinensis (geralmente preto ou verde) por intermédio de culturas de microrganismos. Pode-se ainda realizar uma segunda fermentação, adicionando diferentes frutas, a fim de carbonatar e saborizar a bebida. Essa segunda fermentação ocorre de modo anaeróbio, normalmente dentro da garrafa, em um período de 2 a 3 dias. Devido à quantidade de açúcar proveniente da adição dos insumos, é produzido gás carbônico. O teor de carbonatação é proporcional à quantidade de açúcar adicionada (BROOME, 2015).[0003] Due to this search for natural products, the kombucha market is expanding. The ancient beverage originating in China is obtained through aerobic fermentation of a sweetened medium - with an average duration of 10 days - based on tea from the Camellia sinensis plant (generally black or green) through cultures of microorganisms. You can also carry out a second fermentation, adding different fruits, in order to carbonate and flavor the drink. This second fermentation takes place anaerobically, normally inside the bottle, over a period of 2 to 3 days. Due to the amount of sugar from the addition of inputs, carbon dioxide is produced. The carbonation content is proportional to the amount of added sugar (BROOME, 2015).

[0004] Durante muito tempo, os benefícios do consumo da kombucha foram relatados pelo testemunho de usuários. Entre 1925 e 1950, estudos confirmaram alguns dos benefícios do chá, como propriedades antibióticas, auxílio no tratamento de colesterol e diabetes e regulagem das atividades intestinais (DUFRESNE; FARNWORTH, 2000).[0004] For a long time, the benefits of kombucha consumption have been reported by testimonies of users. Between 1925 and 1950, studies confirmed some of the benefits of tea, such as antibiotic properties, aid in the treatment of cholesterol and diabetes and regulation of intestinal activities (DUFRESNE; FARNWORTH, 2000).

[0005] Geralmente, a fermentação da kombucha ocorre de maneira descontínua em um biorreator sem aeração forçada, podendo ser produzida tanto em pequenas quantidades quanto em escala industrial. O tempo de fermentação para produzir a bebida sem aeração forçada varia de 7 a 12 dias (MALBASA et al, 2006; VILLARREAL-SOTO et al, 2018).[0005] Generally, the fermentation of kombucha occurs discontinuously in a bioreactor without forced aeration, and can be produced both in small quantities and on an industrial scale. The fermentation time to produce the beverage without forced aeration varies from 7 to 12 days (MALBASA et al, 2006; VILLARREAL-SOTO et al, 2018).

[0006] Porém, neste tipo de processo, o oxigênio disponível pode se tornar um fator limitante para o andamento da fermentação, tendo a sua produtividade dependente da área de contato entre o meio de cultivo e o ar na superfície do líquido. Visando superar este problema, pesquisadores começaram a estudar a fermentação da kombucha utilizando outros tipos de biorreatores, como reatores de agitação mecânica e reatores aerados, capazes de promover a aeração do meio e, consequentemente, agilizar o processo de fermentação e aumentar a produtividade (WU; LI, 2015).[0006] However, in this type of process, the available oxygen can become a limiting factor for the fermentation process, having its productivity dependent on the contact area between the culture medium and the air on the liquid surface. In order to overcome this problem, researchers began to study the fermentation of kombucha using other types of bioreactors, such as mechanical stirring reactors and aerated reactors, capable of promoting aeration of the medium and, consequently, speeding up the fermentation process and increasing productivity (WU ; LI, 2015).

[0007] Na busca pelo estado da técnica em literaturas científica e patentária, foram encontrados os seguintes documentos que tratam sobre o tema:[0007] In the search for the state of the art in scientific and patent literature, the following documents were found that deal with the subject:

[0008] O documento US 9,532,589 B2 apresenta a utilização de aeração para prevenir a formação de um biofilme durante o processo de produção de uma bebida fermentada, como kombucha.[0008] US 9,532,589 B2 discloses the use of aeration to prevent the formation of a biofilm during the production process of a fermented beverage such as kombucha.

[0009] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica.[0009] Thus, from what can be seen from the researched literature, no documents were found anticipating or suggesting the teachings of the present invention, so that the solution proposed here has novelty and inventive step compared to the state of the art.

[0010] Apesar de muitos pesquisadores sugerirem processos de fermentação compreendendo etapas de aeração para aumentar a produtividade desses processos, ainda são necessário processos de fermentação produtivos e simples, principalmente para a produção de kombucha.[0010] Although many researchers suggest fermentation processes comprising aeration steps to increase the productivity of these processes, productive and simple fermentation processes are still needed, mainly for the production of kombucha.

Summary of the Invention

[0011] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de um processo fermentativo sem a presença de biofilmes nos inóculos.[0011] In this way, the present invention solves the problems of the state of the art from a fermentation process without the presence of biofilms in the inoculum.

[0012] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um processo fermentativo compreendendo as etapas de: a) Cultivar um inóculo ausente de biofilme de pelo menos um fungo da família Saccharomycetales ou Schizosaccharomycetales, por 3 a 10 dias, a uma temperatura de 25 °C a 35 °C; em que o processo compreende uma etapa de aeração contínua de 0,5 vvm pelo menos nas primeiras 12 horas de cultivo.[0012] In a first object, the present invention presents a fermentation process comprising the steps of: a) Cultivating an inoculum absent from biofilm of at least one fungus of the Saccharomycetales or Schizosaccharomycetales family, for 3 to 10 days, at a temperature of 25 °C to 35 °C; wherein the process comprises a step of continuous aeration of 0.5 vvm for at least the first 12 hours of cultivation.

[0013] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um dispositivo para fermentação compreendendo: a) um reator agitado pneumaticamente; b) um cesto na parte superior do reator agitado pneumaticamente, em que a altura do cesto varia de forma a ser localizada na interface do meio de cultivo e do ar.[0013] In a second object, the present invention presents a device for fermentation comprising: a) a pneumatically stirred reactor; b) a basket in the upper part of the pneumatically stirred reactor, in which the height of the basket varies so as to be located at the interface of the culture medium and the air.

[0014] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um kombucha produzido por um processo fermentativo compreendendo as etapas de: a) Cultivar um inóculo ausente de biofilme de pelo menos um fungo da família Saccharomycetales ou Schizosaccharomycetales, por 3 a 10 dias, a uma temperatura de 25 °C a 35 °C; em que o processo compreende uma etapa de aeração contínua de 0,5 vvm pelo menos nas primeiras 12 horas de cultivo.[0014] In a third object, the present invention presents a kombucha produced by a fermentation process comprising the steps of: a) Cultivating an inoculum absent from biofilm of at least one fungus of the Saccharomycetales or Schizosaccharomycetales family, for 3 to 10 days, the a temperature of 25°C to 35°C; wherein the process comprises a step of continuous aeration of 0.5 vvm for at least the first 12 hours of cultivation.

[0015] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.[0015] These and other objects of the invention will be immediately appreciated by those skilled in the art and will be described in detail below.

Brief Description of Figures

[0016] São apresentadas as seguintes figuras:[0016] The following figures are presented:

[0017] A figura 1 mostra a variação de pH dos processos com SCOBY. CS1 -com SCOBY e sem aeração forçada; CS2 - com SCOBY e aerado durante 24h; CS3 - com SCOBY e com aeração contínua.[0017] Figure 1 shows the pH variation of processes with SCOBY. CS1 -with SCOBY and without forced aeration; CS2 - with SCOBY and aerated for 24 hours; CS3 - with SCOBY and with continuous aeration.

[0018] A figura 2 mostra a variação do pH dos processos sem SCOBY. SS1 -sem SCOBY e sem aeração forçada; SS2 - sem SCOBY e aerado durante 24h; SS3 - sem SCOBY e com aeração contínua.[0018] Figure 2 shows the pH variation of processes without SCOBY. SS1 -without SCOBY and without forced aeration; SS2 - without SCOBY and aerated for 24 hours; SS3 - without SCOBY and with continuous aeration.

[0019] A figura 3 mostra a variação da acidez nos processos com SCOBY. CS1 - com SCOBY e sem aeração forçada; CS2 - com SCOBY e aerado durante 24h; CS3 - com SCOBY e com aeração contínua.[0019] Figure 3 shows the variation of acidity in processes with SCOBY. CS1 - with SCOBY and without forced aeration; CS2 - with SCOBY and aerated for 24 hours; CS3 - with SCOBY and with continuous aeration.

[0020] A figura 4 mostra a variação da acidez nos processos sem SCOBY. SS1 - sem SCOBY e sem aeração forçada; SS2 - sem SCOBY e aerado durante 24h; SS3 - sem SCOBY e com aeração contínua.[0020] Figure 4 shows the variation of acidity in processes without SCOBY. SS1 - without SCOBY and without forced aeration; SS2 - without SCOBY and aerated for 24 hours; SS3 - without SCOBY and with continuous aeration.

[0021] A figura 5 mostra a densidade dos açúcares obtidos. CS1 - com SCOBY e sem aeração forçada; CS2 - com SCOBY e aerado durante 24h; CS3 - com SCOBY e com aeração contínua; SS1 - sem SCOBY e sem aeração forçada; SS2 - sem SCOBY e aerado durante 24h; SS3 - sem SCOBY e com aeração contínua.[0021] Figure 5 shows the density of the sugars obtained. CS1 - with SCOBY and without forced aeration; CS2 - with SCOBY and aerated for 24 hours; CS3 - with SCOBY and with continuous aeration; SS1 - without SCOBY and without forced aeration; SS2 - without SCOBY and aerated for 24 hours; SS3 - without SCOBY and with continuous aeration.

Detailed Description of the Invention

[0022] A conversão de matéria-prima orgânica em um produto químico a partir da ação de microrganismos ou enzimas é chamada de fermentação. Estima-se que há mais de 6000 mil anos, diferentes civilizações já utilizavam métodos fermentativos para produção de alimentos e bebidas (LEVENSPIEL, 2000; CARRER; BARBOSA; RAMIRO, 2010).[0022] The conversion of organic raw material into a chemical product from the action of microorganisms or enzymes is called fermentation. It is estimated that more than 6000 thousand years ago, different civilizations already used fermentative methods to produce food and beverages (LEVENSPIEL, 2000; CARRER; BARBOSA; RAMIRO, 2010).

[0023] Há diversas formas de se conduzir processos fermentativos. A escolha deve ser realizada com base nas características do microrganismo e do meio de cultivo utilizado, que deve conter os nutrientes necessários para o desenvolvimento do mesmo. Também devem ser consideradas as condições ideais do processo, como temperatura, pH, agitação e a transferência de oxigênio, além dos objetivos que se pretendem alcançar com o processo (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001; SIMPSON; SASTRY, 2013).[0023] There are several ways to conduct fermentation processes. The choice must be made based on the characteristics of the microorganism and the culture medium used, which must contain the nutrients necessary for its development. The ideal conditions of the process, such as temperature, pH, agitation and oxygen transfer, must also be considered, in addition to the objectives that are intended to be achieved with the process (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001; SIMPSON; SASTRY, 2013).

[0024] O processo fermentativo mais conhecido é o operado de forma descontínua simples, também designado como processo em batelada. Neste processo o microrganismo responsável pelo processo biológico (inóculo) é adicionado ao biorreator junto ao meio de cultura esterilizado, iniciando a fermentação. Durante este processo apenas oxigênio (em processos aeróbios), antiespumante e ácidos ou bases para controle do pH são adicionados. Após fermentado, o caldo obtido é retirado do biorreator e seu produto é recuperado através de operações unitárias necessárias. É realizada a esterilização do reator para que possa operar novamente (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001).[0024] The best known fermentation process is the one operated in a simple discontinuous way, also known as the batch process. In this process, the microorganism responsible for the biological process (inoculum) is added to the bioreactor together with the sterilized culture medium, initiating fermentation. During this process only oxygen (in aerobic processes), defoamer and acids or bases for pH control are added. After fermenting, the juice obtained is removed from the bioreactor and its product is recovered through the necessary unit operations. The reactor is sterilized so that it can operate again (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001).

[0025] Como características dos processos descontínuos tem-se que o volume do meio de cultura não altera durante o processo, já que não há adição de soluções nem perda de líquido por evaporação. O substrato da fermentação pode ter efeito de inibição sobre o processo quando adicionado de uma só vez, ocasionando baixo rendimento. Além disso, há "tempos mortos”, que são os tempos gastos com carga, descarga, lavagem e esterilização do reator, reduzindo a produtividade. Por outro lado, processos descontínuos apresentam baixos riscos de contaminação e são capazes de fabricar uma ampla variedade de produtos (CARVALHO; SATO, 2001). A baixa eficiência dos processos descontínuos resultou no surgimento de novas alternativas, como processos descontínuos alimentados e processos contínuos, além da recirculação de células, que pode ser efetuada em qualquer uma das formas de operação citadas acima (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001).[0025] As characteristics of discontinuous processes, the volume of the culture medium does not change during the process, since there is no addition of solutions or loss of liquid by evaporation. The fermentation substrate can have an inhibiting effect on the process when added all at once, causing low yield. In addition, there are "dead times", which are the times spent loading, unloading, washing and sterilizing the reactor, reducing productivity. On the other hand, batch processes present low risks of contamination and are capable of manufacturing a wide variety of products. (CARVALHO; SATO, 2001) The low efficiency of batch processes resulted in the emergence of new alternatives, such as fed batch processes and continuous processes, in addition to cell recirculation, which can be carried out in any of the above mentioned ways of operation (SCHMIDELL ; FACCIOTTI, 2001).

[0026] A recirculação das células é uma alternativa para evitar o custo gerado com o preparo de inóculo em cada batelada e também diminuir o tempo necessário para obter altas concentrações celulares no reator. Para isso, as células são separadas por centrifugação ou sedimentação no próprio reator, retirando apenas o caldo fermentado para recuperação do produto (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001).[0026] Cell recirculation is an alternative to avoid the cost generated with the preparation of inoculum in each batch and also to reduce the time needed to obtain high cell concentrations in the reactor. For this, the cells are separated by centrifugation or sedimentation in the reactor itself, removing only the fermented broth for product recovery (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001).

[0027] Em processos descontínuos alimentados, um ou mais nutrientes são adicionados de forma contínua ou intermitente ao reator, que permanece com os produtos até o final da fermentação. O volume pode variar dependendo da concentração de substrato e da taxa de perda de líquido por evaporação (CARVALHO; SATO, 2001).[0027] In fed batch processes, one or more nutrients are added continuously or intermittently to the reactor, which remains with the products until the end of fermentation. The volume can vary depending on the substrate concentration and the rate of liquid loss by evaporation (CARVALHO; SATO, 2001).

[0028] De acordo com Carvalho e Sato (2001), a alimentação de nutrientes em um processo descontínuo alimentado previne a inibição causada pelo substrato, melhorando a produtividade do processo. Outra característica importante é que o controle da vazão de alimentação do sistema reduz a formação de produtos tóxicos às células e também reduz a ocorrência de contaminação.[0028] According to Carvalho and Sato (2001), the feeding of nutrients in a fed-batch process prevents the inhibition caused by the substrate, improving the productivity of the process. Another important feature is that the control of the system feed flow reduces the formation of toxic products to the cells and also reduces the occurrence of contamination.

[0029] Em processos contínuos há a alimentação de meio de cultura e a retirada de caldo fermentado, ambos de forma contínua, mantendo o volume de caldo constante. Segundo Facciotti (2001), o volume precisa ser constante para que se atinja a condição de estado estacionário, as quais as concentrações de células, substrato e produto não alteram durante o tempo de operação.[0029] In continuous processes, there is the feeding of culture medium and the removal of fermented broth, both continuously, keeping the volume of broth constant. According to Facciotti (2001), the volume needs to be constant in order to reach the steady state condition, in which the cell, substrate and product concentrations do not change during the operation time.

[0030] Como não há tempos mortos, processos contínuos apresentam maior produtividade se comparados a processos descontínuos. Além disso, o caldo fermentado retirado é uniforme, facilitando os processos de extração e purificação do produto. Apesar da importância de se atingir o estado estacionário, na indústria, essa condição não se reproduz de forma fácil, sendo necessária a utilização de sistemas por transbordamento ou bombas de alta vazão na saída. Outra desvantagem é a maior propensão de contaminação (FACCIOTTI, 2001).[0030] As there are no downtimes, continuous processes have higher productivity compared to discontinuous processes. In addition, the fermented broth removed is uniform, facilitating the processes of extraction and purification of the product. Despite the importance of reaching the steady state, in the industry, this condition is not easily reproduced, requiring the use of overflow systems or high-flow pumps at the outlet. Another disadvantage is the greater propensity for contamination (FACCIOTTI, 2001).

[0031] O sistema de reação semicontínuo é outra alternativa de processo fermentativo, chamado desta forma porque o fluxo de entrada e saída de meio do reator é intermitente. Neste processo, assim que a fermentação termina, retira-se uma dada fração do meio fermentado e adiciona-se ao reator o meio de fermentação com o mesmo volume do que foi retirado, essa sequência é repetida enquanto a produtividade do processo não cair. O meio que é mantido no reator serve como inóculo ao meio adicionado (BORZANI, 2001).[0031] The semi-continuous reaction system is another alternative fermentation process, called this way because the flow in and out of the reactor medium is intermittent. In this process, as soon as the fermentation ends, a given fraction of the fermented medium is removed and the fermentation medium is added to the reactor with the same volume of what was removed, this sequence is repeated as long as the productivity of the process does not fall. The medium that is kept in the reactor serves as an inoculum for the added medium (BORZANI, 2001).

[0032] Reatores que operam de modo contínuo são muito utilizados na indústria para processos em que se deseja obter grande quantidade de produto e tem a qualidade garantida através deste método, pois são capazes de produzir mais produtos em equipamentos menores e exigem custos menores de mão de obra e manutenção. Porém, como as reações biológicas não se reproduzem de forma exata, em muitos casos, alimentos e bebidas continuam sendo produzidos em reatores descontínuos (LIU, 2013).[0032] Reactors that operate continuously are widely used in the industry for processes in which a large amount of product is desired and quality is guaranteed through this method, as they are able to produce more products in smaller equipment and require lower hand costs. of work and maintenance. However, as biological reactions are not reproduced exactly, in many cases, food and beverages continue to be produced in batch reactors (LIU, 2013).

[0033] Reatores que operam com microrganismos vivos ou enzimas são denominados biorreatores e reatores enzimáticos, respectivamente. Biorreatores são utilizados desde a década de 1940, podendo ser empregados para obtenção de uma ampla diversidade de produtos, como fármacos, alimentos, solventes ou também para tratamento de resíduos industriais e domésticos (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001).[0033] Reactors that operate with live microorganisms or enzymes are called bioreactors and enzymatic reactors, respectively. Bioreactors have been used since the 1940s, and can be used to obtain a wide variety of products, such as drugs, food, solvents or also for industrial and domestic waste treatment (SCHMIDELL; FACCIOTTI, 2001).

[0034] Além de prover as condições ideais para o desenvolvimento de células, como temperatura, pH, nutrientes e oxigênio (para micro-organismos aeróbios), os biorreatores também precisam apresentar um bom sistema de homogeneização, o sucesso do processo depende da boa mistura dos nutrientes no caldo fermentativo. As condições de trabalho citadas anteriormente também precisam ser homogêneas em todo o reator (CERRI, 2009).[0034] In addition to providing the ideal conditions for cell development, such as temperature, pH, nutrients and oxygen (for aerobic microorganisms), bioreactors also need to have a good homogenization system, the success of the process depends on good mixing. of nutrients in the fermentation broth. The working conditions mentioned above also need to be homogeneous throughout the reactor (CERRI, 2009).

[0035] É importante salientar que, em bioprocessos, organismos estranhos ao meio de reação podem degradar o produto, consumir nutrientes ou produzir toxinas, tornando necessário alguns cuidados para o projeto de biorreatores. Além do equipamento, os meios de fermentação e o ar também precisam ser esterilizados para evitar a ocorrência de contaminação (LIU, 2013).[0035] It is important to note that, in bioprocesses, organisms foreign to the reaction medium can degrade the product, consume nutrients or produce toxins, requiring some care for the design of bioreactors. In addition to the equipment, the fermentation media and air also need to be sterilized to prevent contamination from occurring (LIU, 2013).

[0036] A fermentação pode ser submersa (na presença de água livre) ou em estado sólido. No Quadro 1 são representados os principais tipos de reatores que operam com fermentação submersa: o reator agitado mecanicamente (STR), o reator de fluxo pistonado (PFR), o coluna de bolhas e o airlift.[0036] Fermentation can be submerged (in the presence of free water) or in a solid state. Table 1 shows the main types of reactors that operate with submerged fermentation: the mechanically stirred reactor (STR), the plug flow reactor (PFR), the bubble column and the airlift.

[0037] Há muitas leveduras de gêneros e espécies diferentes que podem estar presentes na kombucha. As espécies Schizosaccharomyces pombe, Brettanomyces bruxellensis, Saccharomyces cerevisiae e Zygosaccharomyces rouxii são algumas das predominantes. Algumas características encontradas nestas espécies são o alto poder fermentativo e a elevada tolerância ao etanol. As principais bactérias encontradas no chá são as bactérias aeróbias que produzem ácido acético a partir do álcool, chamadas AAB (VILLARREAL-SOTO et al., 2018).[0037] There are many yeasts of different genera and species that can be present in kombucha. The species Schizosaccharomyces pombe, Brettanomyces bruxellensis, Saccharomyces cerevisiae and Zygosaccharomyces rouxii are some of the predominant ones. Some characteristics found in these species are the high fermentative power and the high tolerance to ethanol. The main bacteria found in tea are aerobic bacteria that produce acetic acid from alcohol, called AAB (VILLAREAL-SOTO et al., 2018).

[0038] Durante o processo fermentativo da kombucha, há a formação de um biofilme na superfície do meio, chamado SCOBY (Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast). Este biofilme é produzido através do consumo de oxigênio por bactérias presentes no meio, formando camadas de celulose sobrepostas. A geração destas faz com que a espessura da membrana aumente com o avanço do tempo de fermentação. Quando o fornecimento de oxigênio é insuficiente, as bactérias se tornam inativas, ocasionando a paralisação do desenvolvimento do biofilme (VILLARREAL-SOTO et al., 2018).[0038] During the fermentation process of kombucha, there is the formation of a biofilm on the surface of the medium, called SCOBY (Symbiotic Culture of Bacteria and Yeast). This biofilm is produced through the consumption of oxygen by bacteria present in the medium, forming superimposed layers of cellulose. The generation of these causes the membrane thickness to increase with advancing fermentation time. When the oxygen supply is insufficient, the bacteria become inactive, causing biofilm development to stop (VILLARREAL-SOTO et al., 2018).

[0039] Normalmente, a fermentação do chá é realizada mantendo a temperatura em 28 °C. Além de influenciar na cinética de formação dos produtos, a temperatura também influencia na atividade antioxidante da bebida. Em temperaturas elevadas há maior formação de polifenóis, porém, pode ocorrer a perda de solvente, resultando em um menor rendimento (CHAKRAVORTY et al., 2016; CVETKOVIČ et al., 2008; HUR et al., 2014; LONČ AR et al., 2006).[0039] Normally, tea fermentation is carried out keeping the temperature at 28 °C. In addition to influencing the kinetics of product formation, temperature also influences the antioxidant activity of the beverage. At high temperatures there is greater formation of polyphenols, however, solvent loss may occur, resulting in a lower yield (CHAKRAVORTY et al., 2016; CVETKOVIČ et al., 2008; HUR et al., 2014; LONČ AR et al. , 2006).

[0040] Devido a formação de ácido acético e ácido glucônico durante a fermentação, o pH do meio tende a diminuir. Análises realizadas por Chakravorty et al. (2016), demonstraram o decaimento do pH ao longo de 21 dias de fermentação. O pH que inicialmente era de 5,03, passou para 2,28 em 7 dias de fermentação e 1,88 em 21 dias. Porém, outros estudos - com tempo de fermentação entre 10 e 20 dias - demonstraram que o pH dificilmente se encontra abaixo de 3 (CVETKOVIČ et al., 2008; LONČ AR et al., 2006; MALBAŠ A, R., 2006).[0040] Due to the formation of acetic acid and gluconic acid during fermentation, the pH of the medium tends to decrease. Analyzes performed by Chakravorty et al. (2016), demonstrated the pH decay over 21 days of fermentation. The pH, which initially was 5.03, changed to 2.28 in 7 days of fermentation and 1.88 in 21 days. However, other studies - with fermentation time between 10 and 20 days - have shown that the pH is rarely below 3 (CVETKOVIČ et al., 2008; LONČ AR et al., 2006; MALBAŠ A, R., 2006).

[0041] Por serem aeróbios, os microrganismos precisam de oxigênio para se desenvolver. Em um processo fermentativo realizado com um reator sem aeração forçada, a quantidade de oxigênio dissolvido depende da área superficial e do volume do meio (CVETKOVIĆ et al., 2008).[0041] Because they are aerobic, microorganisms need oxygen to develop. In a fermentation process carried out with a reactor without forced aeration, the amount of dissolved oxygen depends on the surface area and volume of the medium (CVETKOVIĆ et al., 2008).

[0042] Malbaša et al. (2006) e Cvetković et al. (2008) estudaram o escalonamento do processo da fermentação da kombucha em biorreatores de diferentes volumes, porém, geometricamente semelhantes, operando em processos descontínuos. Durante o processo de fermentação do chá, verificou-se valores de pH, açúcares, etanol, ácidos totais e vitamina C da bebida. Modelos matemáticos possibilitaram prever o valor de pH da bebida à variação do tempo, volume e concentração do inóculo. Os resultados demonstraram que é possível escalonar o processo fermentativo da kombucha obtendo a mesma qualidade do produto, desde que se mantenha a similaridade geométrica com o equipamento realizado em laboratório.[0042] Malbaša et al. (2006) and Cvetković et al. (2008) studied the scaling of the kombucha fermentation process in bioreactors of different volumes, however, geometrically similar, operating in discontinuous processes. During the tea fermentation process, pH values, sugars, ethanol, total acids and vitamin C of the beverage were verified. Mathematical models made it possible to predict the pH value of the beverage at the variation of time, volume and concentration of the inoculum. The results showed that it is possible to scale the fermentation process of kombucha obtaining the same quality of the product, as long as the geometric similarity with the equipment carried out in the laboratory is maintained.

[0043] Apesar de ser possível o escalonamento da produção de kombucha, a disponibilidade de oxigênio para o desenvolvimento dos micro-organismos pode se tornar um fator limitante, já que, em processos sem aeração forçada, os substratos são transportados apenas por difusão (VILLARREAL-SOTO et al., 2018).[0043] Although it is possible to scale the production of kombucha, the availability of oxygen for the development of microorganisms can become a limiting factor, since, in processes without forced aeration, the substrates are transported only by diffusion (VILLARREAL -SOTO et al., 2018).

[0044] Análises da multiplicação de leveduras Saccharomyces cerevisiae em biorreatores operando em processos descontínuo e semicontínuo, demonstraram que a aeração aumenta a produção de biomassa na pré-fermentação, além de reduzir o etanol produzido (MENDES et al., 2013). Como mencionado anteriormente, em um reator sem aeração e sem agitação, a oxigenação ocorre através da superfície do meio, ocasionando baixa produtividade.[0044] Analysis of the multiplication of Saccharomyces cerevisiae yeasts in bioreactors operating in batch and semi-continuous processes showed that aeration increases the production of biomass in the pre-fermentation, in addition to reducing the ethanol produced (MENDES et al., 2013). As mentioned before, in a reactor without aeration and without agitation, oxygenation occurs through the surface of the medium, causing low productivity.

[0045] Os tanques agitados são uma alternativa, porém, os impelidores utilizados proporcionam uma tensão de cisalhamento que levam à destruição mecânica dos microrganismos, afetando a morfologia dos mesmos, além disso, devido ao aumento da viscosidade pelas fibras celulósicas em suspensão, se torna necessária maior agitação, aumentando o consumo de energia (BUFFO et al., 2016; WU; LI, 2015). Outra alternativa é a utilização de biorreatores aerados, que consomem menos energia e apresentam menor tensão de cisalhamento em comparação aos tradicionais biorreatores agitados (WU; LI, 2015).[0045] Agitated tanks are an alternative, however, the impellers used provide a shear stress that lead to the mechanical destruction of the microorganisms, affecting their morphology, in addition, due to the increase in viscosity by the cellulosic fibers in suspension, it becomes more agitation is required, increasing energy consumption (BUFFO et al., 2016; WU; LI, 2015). Another alternative is the use of aerated bioreactors, which consume less energy and have lower shear stress compared to traditional stirred bioreactors (WU; LI, 2015).

[0046] Alguns estudos avaliaram a utilização do reator airlift para o desenvolvimento do biofilme gerado a partir de bactérias presentes na kombucha. Porém, ao utilizar este biorreator, as bactérias celulósicas formadas apresentaram estrutura diferente, em pellets, aumentando a viscosidade do meio e, consequentemente, diminuindo o coeficiente volumétrico de transferência de oxigênio (kLa) (CHAO et al., 2000; FREITAS; TEIXEIRA, 2001).[0046] Some studies have evaluated the use of the airlift reactor for the development of biofilm generated from bacteria present in kombucha. However, when using this bioreactor, the cellulosic bacteria formed showed a different structure, in pellets, increasing the viscosity of the medium and, consequently, decreasing the volumetric oxygen transfer coefficient (kLa) (CHAO et al., 2000; FREITAS; TEIXEIRA, 2001).

[0047] A presente invenção apresenta um processo fermentativo, compreendendo uma primeira etapa de aeração forçada, que aumenta a produtividade do processo e evita a formação de biofilmes ao utilizar um cesto na interface entre o meio de cultivo e o ar, permitindo que o processo possa ser feito de maneira semi-contínua.[0047] The present invention presents a fermentation process, comprising a first stage of forced aeration, which increases the productivity of the process and prevents the formation of biofilms by using a basket at the interface between the culture medium and the air, allowing the process to can be done semi-continuously.

[0048] Em uma concretização, este processo fermentativo é para a produção de kombucha, e evita a formação do biofilme conhecido como “Scoby”. Como este processo não forma este biofilme, o processo se torna mais simples, e com menos chances de contaminação, uma vez que não compreende as etapas de cuidados com o Scoby.[0048] In one embodiment, this fermentation process is for the production of kombucha, and prevents the formation of the biofilm known as “Scoby”. As this process does not form this biofilm, the process becomes simpler, and with less chance of contamination, since it does not include the Scoby care steps.

[0049] Uma das dificuldades em não utilizar o Scoby estaria relacionado com a atividade inicial do inóculo para o processo fermentativo, no entanto, a primeira etapa de aeração, promove um aumento da atividade dos microrganismos, ao mesmo tempo que evita a formação do Scoby.[0049] One of the difficulties in not using Scoby would be related to the initial activity of the inoculum for the fermentation process, however, the first stage of aeration promotes an increase in the activity of microorganisms, while preventing the formation of Scoby .

[0050] Ainda, para evitar a formação de biofilme durante o processo fermentativo, o fermentador da presente invenção pode compreender um cesto na interface do meio de cultura e o ar para retirar de maneira simples e eficaz qualquer quantidade de biofilme formada.[0050] Further, to prevent biofilm formation during the fermentation process, the fermenter of the present invention may comprise a basket at the interface of the culture medium and the air to simply and effectively remove any amount of biofilm formed.

[0051] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um processo fermentativo compreendendo as etapas de: a) Cultivar um inóculo ausente de biofilme de pelo menos um fungo da família Saccharomycetales ou Schizosaccharomycetales, por 3 a 10 dias, a uma temperatura de 25 °C a 35 °C; em que o processo compreende uma etapa de aeração contínua de 0,5 vvm pelo menos nas primeiras 12 horas de cultivo.[0051] In a first object, the present invention presents a fermentation process comprising the steps of: a) Cultivating an inoculum absent of biofilm of at least one fungus of the Saccharomycetales or Schizosaccharomycetales family, for 3 to 10 days, at a temperature of 25 °C to 35 °C; wherein the process comprises a step of continuous aeration of 0.5 vvm for at least the first 12 hours of cultivation.

[0052] Em uma concretização, o processo fermentativo compreende na interface entre o meio de cultura e o ar um cesto para evitar a formação do biofilme. O cesto possui malha com abertura de 5 a 10 mm ou com perfurações de 5 a 10 mm de diâmetro. Sua principal função seria reter o biofilme, mantendo-o na superfície e evitando o entupimento de tubulações. Também permitiria que o reator fosse parcialmente esvaziado para ser novamente preenchido com o chá para iniciar uma nova fermentação, evitando assim o manuseio do SCOBY.[0052] In one embodiment, the fermentation process comprises at the interface between the culture medium and the air a basket to prevent the formation of biofilm. The basket has mesh with an opening of 5 to 10 mm or with perforations of 5 to 10 mm in diameter. Its main function would be to retain the biofilm, keeping it on the surface and preventing the clogging of pipes. It would also allow the reactor to be partially emptied to be refilled with tea to start a new fermentation, thus avoiding handling the SCOBY.

[0053] Em uma concretização, a aeração é realizada por coluna de bolhas (airlift).[0053] In one embodiment, aeration is performed by bubble column (airlift).

[0054] Em uma concretização, a aeração é realizada pelo menos nas primeiras 24 horas de cultivo. Em uma concretização, a aeração é realizada pelo menos nas primeiras 36 horas de cultivo. Em uma concretização a aeração é realizada durante todo o processo fermentativo.[0054] In one embodiment, aeration is performed for at least the first 24 hours of cultivation. In one embodiment, aeration is performed for at least the first 36 hours of cultivation. In one embodiment, aeration is carried out throughout the fermentation process.

[0055] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um dispositivo para fermentação compreendendo:
a) um reator agitado pneumaticamente;
b) um cesto na parte superior do reator agitado pneumaticamente, em que a altura do cesto varia de forma a ser localizada na interface do meio de cultivo e do ar.[0055] In a second object, the present invention presents a device for fermentation comprising:
a) a pneumatically stirred reactor;
b) a basket in the upper part of the pneumatically stirred reactor, in which the height of the basket varies so as to be located at the interface of the culture medium and the air.

[0056] Em uma concretização, a o dispositivo para fermentação compreende um reator de colunas de bolhas.[0056] In one embodiment, the device for fermentation comprises a bubble column reactor.

[0057] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um kombucha produzido por um processo fermentativo compreendendo as etapas de: a) Cultivar um inóculo ausente de biofilme de pelo menos um fungo da família Saccharomycetales ou Schizosaccharomycetales, por 3 a 10 dias, a uma temperatura de 25 °C a 35 °C; em que o processo compreende uma etapa de aeração contínua de 0,5 vvm pelo menos nas primeiras 12 horas de cultivo.[0057] In a third object, the present invention presents a kombucha produced by a fermentation process comprising the steps of: a) Cultivating an inoculum absent from biofilm of at least one fungus of the Saccharomycetales or Schizosaccharomycetales family, for 3 to 10 days, the a temperature of 25°C to 35°C; wherein the process comprises a step of continuous aeration of 0.5 vvm for at least the first 12 hours of cultivation.

Examples

[0058] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.[0058] The examples shown here are intended only to exemplify one of the numerous ways to carry out the invention, however without limiting its scope.

[0059] Para a produção sem aeração forçada, foram pesados 15 g de chá verde da marca Natu Chá e depositados em um filtro de papel fechado com um elástico. O filtro foi inserido em um béquer contendo 1000 mL de água. Em outro frasco foram dissolvidos 300 g de açúcar cristal da marca Estrela em 1500 mL de água. Todos os frascos foram depositados em uma panela de pressão da marca Nacional, que recebeu calor por meio do aquecimento a gás até atingir seu ponto de pressão. Após diminuir a pressão da panela, os frascos foram transferidos para um banho de gelo, a fim de resfria-los a temperatura ambiente.[0059] For production without forced aeration, 15 g of Natu Chá brand green tea were weighed and placed in a paper filter closed with an elastic band. The filter was inserted into a beaker containing 1000 mL of water. In another flask, 300 g of Estrela brand crystal sugar were dissolved in 1500 mL of water. All flasks were placed in a National brand pressure cooker, which received heat by means of gas heating until it reached its pressure point. After reducing the pressure of the pot, the flasks were transferred to an ice bath in order to cool them to room temperature.

[0060] Quando resfriados, o chá e o açúcar diluído foram despejados em um biorreator de 5000 mL juntamente com a adição de 300 mL do chá de arranque, 150 g de SCOBY e 200 mL de água a fim de completar 3000 mL. O tanque foi coberto com gaze e mantido em um banho termostatizado a 30 °C para fermentação.[0060] When cooled, the tea and the diluted sugar were poured into a 5000 mL bioreactor together with the addition of 300 mL of the starter tea, 150 g of SCOBY and 200 mL of water in order to complete 3000 mL. The tank was covered with gauze and kept in a thermostated bath at 30 °C for fermentation.

[0061] A kombucha foi produzida em um reator de 5000 mL seguindo o mesmo método descrito para realizar a produção sem aeração, porém, com aeração durante as primeiras 24h de fermentação e com aeração durante todo o processo fermentativo. Foi analisada a influência da oxigenação do meio no tempo de fermentação da bebida utilizando uma vazão de ar de 0,5 volume de ar por volume de líquido por minuto (vvm).[0061] The kombucha was produced in a 5000 mL reactor following the same method described to carry out the production without aeration, however, with aeration during the first 24 hours of fermentation and with aeration throughout the fermentation process. The influence of medium oxygenation on beverage fermentation time was analyzed using an air flow rate of 0.5 volume of air per volume of liquid per minute (vvm).

[0062] Em um reator de 5000 mL, produziu-se kombucha seguindo a mesma metodologia utilizada nos itens 3.2 e 3.3, porém sem a adição do SCOBY. Este processo foi analisado devido a facilidade que teria na produção em uma indústria.[0062] In a 5000 mL reactor, kombucha was produced following the same methodology used in items 3.2 and 3.3, but without the addition of SCOBY. This process was analyzed due to the ease of production in an industry.

[0063] A cada 48h, foram coletadas amostras dos meios fermentativos produzidos para realizar as análises de pH, acidez total titulável, e densidade do açúcar a fim de possibilitar o comparativo entre os processos. Para a quantidade de açúcares redutores totais, analisou-se a amostra inicial e final de cada processo.[0063] Every 48 hours, samples of the fermentation media produced were collected to perform the analysis of pH, total titratable acidity, and sugar density in order to enable the comparison between the processes. For the amount of total reducing sugars, the initial and final samples of each process were analyzed.

[0064] Os resultados obtidos através da análise de pH são apresentados nas Figuras 1 e 2, em que o primeiro representa os processos que utilizaram o SCOBY e o segundo os processos realizados apenas com o chá de arranque.[0064] The results obtained through the pH analysis are shown in Figures 1 and 2, in which the first represents the processes that used the SCOBY and the second the processes carried out only with the starter tea.

[0065] A legislação brasileira (BRASIL, 2019) estabelece como parâmetro analítico da kombucha o pH entre 2,5 e 4,2. Para os processos realizados neste trabalho, utilizou-se o chá de arranque com pH igual a 2, a fim de evitar a contaminação microbiana, obtendo no início de cada processo pH entre 2,5 e 2,7. Como a Instrução Normativa foi publicada após o início dos ensaios deste trabalho, o pH do chá de arranque foi mantido em 2, pois não haveria tempo hábil para refazê-los. O pH tende a diminuir durante a fermentação devido a formação de ácidos, principalmente ácido acético, a partir do metabolismo da sacarose pelas bactérias e leveduras, se tornando necessário o ajuste deste parâmetro após o fim do processo para poder ser consumido (JAYABALAN; MARIMUTHU; SWAMINATHAN, 2007).[0065] Brazilian legislation (BRASIL, 2019) establishes the pH between 2.5 and 4.2 as an analytical parameter for kombucha. For the processes carried out in this work, starter tea with pH equal to 2 was used, in order to avoid microbial contamination, obtaining at the beginning of each process a pH between 2.5 and 2.7. As the Normative Instruction was published after the beginning of the tests of this work, the pH of the starter tea was kept at 2, as there would not be enough time to redo them. The pH tends to decrease during fermentation due to the formation of acids, mainly acetic acid, from sucrose metabolism by bacteria and yeasts, making it necessary to adjust this parameter after the end of the process in order to be consumed (JAYABALAN; MARIMUTHU; SWAMINATHAN, 2007).

[0066] Nos processos realizados com SCOBY, após dez dias de fermentação, a variação de pH entre o início e o fim dos processos sem aeração forçada (CS1) e com aeração durante 24h (CS2) foram semelhantes, enquanto que o processo com aeração contínua (CS3) atingiu o pH referente ao final dos anteriores no terceiro dia. Já nos processos realizados sem a adição do SCOBY, os processos aerados (SS2 e SS3) apresentaram variação de pH semelhantes, sendo que, para atingir o pH obtido em 10 dias no processo sem aeração forçada (SS1), seria necessário 3 dias de fermentação com aeração constante ou 4 dias com aeração nas primeiras 24h.[0066] In the processes carried out with SCOBY, after ten days of fermentation, the pH variation between the beginning and the end of the processes without forced aeration (CS1) and with aeration during 24h (CS2) were similar, while the process with aeration continuous (CS3) reached the pH referring to the end of the previous ones on the third day. In the processes carried out without the addition of SCOBY, the aerated processes (SS2 and SS3) showed similar pH variations, and to reach the pH obtained in 10 days in the process without forced aeration (SS1), 3 days of fermentation would be necessary. with constant aeration or 4 days with aeration in the first 24 hours.

[0067] Comparando a utilização ou não do SCOBY no início de cada processo, verificou-se que nas fermentações sem aeração (CS1 e SS1) e nas fermentações com aeração contínua (CS3 e SS3) as variações de pH não foram significativas em 10 dias, ou seja, a produção da bebida em uma indústria poderia ser facilitada com o uso apenas do chá de arranque para iniciar a fermentação.[0067] Comparing the use or not of SCOBY at the beginning of each process, it was found that in fermentations without aeration (CS1 and SS1) and in fermentations with continuous aeration (CS3 and SS3) the pH variations were not significant in 10 days , that is, the production of the beverage in an industry could be facilitated by using only the starter tea to start the fermentation.

[0068] No ensaio SS3 deste trabalho, a variação do pH foi semelhante ao encontrado no modo laboratorial, o que não ocorre no processo CS1. Segundo Villarreal-Soto et al. (2018), esse período pode variar de acordo com a origem da cultura utilizada.[0068] In the SS3 test of this work, the pH variation was similar to that found in the laboratory mode, which does not occur in the CS1 process. According to Villarreal-Soto et al. (2018), this period may vary according to the origin of the crop used.

[0069] As Figuras 3 e 4 apresentam, respectivamente, a variação do percentual da acidez total titulável nos processos em que foram iniciados com SCOBY e os processos em que foram iniciados apenas com o chá de arranque.[0069] Figures 3 and 4 show, respectively, the variation of the percentage of total titratable acidity in the processes in which they were started with SCOBY and the processes in which they were started only with the starter tea.

[0070] De acordo com a legislação brasileira (BRASIL, 2018), a acidez total titulável deve ser de no mínimo 6%. Os processos com SCOBY realizados sem aeração forçada (CS1) e com aeração durante as primeiras 24h (CS2) alcançaram o percentual de acidez titulável mínimo entre 6 e 7 dias de fermentação, enquanto que o processo com aeração contínua (CS3) atingiu o percentual entre 2 e 3 dias de processo.[0070] According to Brazilian legislation (BRASIL, 2018), the total titratable acidity must be at least 6%. The SCOBY processes carried out without forced aeration (CS1) and with aeration during the first 24h (CS2) reached the minimum titratable acidity percentage between 6 and 7 days of fermentation, while the process with continuous aeration (CS3) reached the percentage between 2 and 3 days of process.

[0071] Nos processos realizados sem a adição do SCOBY, a kombucha produzida com aeração contínua (SS3) também atingiu o percentual de acidez total titulável mínimo entre 2 e 3 dias. O processo com aeração durante 24h (SS2) atingiu o percentual estipulado entre o quinto e sexto dia e o processo sem aeração (SS1) não atingiu o percentual estabelecido durante os dez dias de fermentação.[0071] In the processes carried out without the addition of SCOBY, the kombucha produced with continuous aeration (SS3) also reached the minimum percentage of total titratable acidity between 2 and 3 days. The process with aeration for 24h (SS2) reached the stipulated percentage between the fifth and sixth days and the process without aeration (SS1) did not reach the percentage established during the ten days of fermentation.

[0072] Durante a fermentação novas camadas de SCOBY são formadas. Observou-se que nos processos sem aeração forçada (CS1 e SS1) e com aeração durante 24h (CS2 e SS2) houve a formação desta nova película, enquanto que nas fermentações com aeração constante (CS3 e SS3) não.[0072] During fermentation new layers of SCOBY are formed. It was observed that in the processes without forced aeration (CS1 and SS1) and with aeration during 24h (CS2 and SS2) there was the formation of this new skin, while in the fermentations with constant aeration (CS3 and SS3) it was not.

[0073] A diferença no tempo de fermentação entre os processos sem aeração e com aeração contínua era esperada. O estudo realizado por Scartazzini (2001), demonstrou que o tempo de fermentação do mosto de uva diminuiu ao utilizar aeração durante o processo aeróbico, resultado que se repetiu na produção da kombucha.[0073] The difference in fermentation time between the processes without aeration and with continuous aeration was expected. The study carried out by Scartazzini (2001) showed that the fermentation time of grape must decreased when using aeration during the aerobic process, a result that was repeated in the production of kombucha.

[0074] Para Villarreal-Soto et al. (2018) a disponibilidade de oxigênio pode limitar o processo fermentativo, já que o metabolismo celular é dependente desta. O resultado obtido nos meios CS3 e SS3 refletiram este conceito, o aumento de oxigênio disponível nestes processos acelerou a fermentação da kombucha. A avaliação deste parâmetro foi essencial para determinar o tempo de fermentação de cada processo analisado.[0074] For Villarreal-Soto et al. (2018) the availability of oxygen can limit the fermentation process, since cellular metabolism is dependent on it. The result obtained in CS3 and SS3 media reflected this concept, the increase in available oxygen in these processes accelerated the fermentation of kombucha. The evaluation of this parameter was essential to determine the fermentation time of each analyzed process.

[0075] A Tabela 1 apresenta a quantidade de açúcar inicial e final obtida em cada processo fermentativo avaliado. CS1 - com SCOBY e sem aeração forçada; CS2 - com SCOBY e aerado durante 24h; CS3 - com SCOBY e com aeração contínua; SS1 - sem SCOBY e sem aeração forçada; SS2 - sem SCOBY e aerado durante 24h; SS3 - sem SCOBY e com aeração contínua.

[0075] Table 1 shows the amount of initial and final sugar obtained in each fermentation process evaluated. CS1 - with SCOBY and without forced aeration; CS2 - with SCOBY and aerated for 24 hours; CS3 - with SCOBY and with continuous aeration; SS1 - without SCOBY and without forced aeration; SS2 - without SCOBY and aerated for 24 hours; SS3 - without SCOBY and with continuous aeration.

[0076] Dentre os processos que foram inoculados com SCOBY, o que recebeu aeração contínua (CS3) consumiu mais açúcar, enquanto que o que foi aerado durante as primeiras 24h de fermentação (CS2) apresentou o menor consumo do insumo, porém sem diferença significativa com o processo sem aeração (CS1). Nos processos inoculados apenas com o chá de arranque, sem SCOBY, ocorreu o inverso, o processo com menor consumo de açúcar foi aerado de forma contínua (SS3) e o com maior consumo foi o aerado durante 24h (SS2).[0076] Among the processes that were inoculated with SCOBY, the one that received continuous aeration (CS3) consumed more sugar, while the one that was aerated during the first 24h of fermentation (CS2) presented the lowest consumption of the input, but without significant difference with the process without aeration (CS1). In the processes inoculated only with the starter tea, without SCOBY, the opposite occurred, the process with the lowest sugar consumption was continuously aerated (SS3) and the one with the highest consumption was aerated for 24h (SS2).

[0077] Em 10 dias de fermentação, a sacarose consumida em cada um dos processos não chegou a 30 g.L-1 . O baixo pH inicial pode ter inibido a atividade dos micro-organismos, reduzindo o consumo de açúcar. Na literatura é encontrado desde o uso inicial de 50 g.L-1 de açúcar até 100 g.L-1 (CVETKOVIĆ et al., 2008; DUFRESNE; FARNWORTH, 2000).[0077] In 10 days of fermentation, sucrose consumed in each of the processes did not reach 30 g.L-1 . The low initial pH may have inhibited the activity of microorganisms, reducing sugar consumption. In the literature, it is found from the initial use of 50 g.L-1 of sugar to 100 g.L-1 (CVETKOVIĆ et al., 2008; DUFRESNE; FARNWORTH, 2000).

[0078] A velocidade em que ocorre o consumo de açúcar do meio não é semelhante entre os estudos já realizados, com variações entre uma a quatro semanas para total consumo do insumo. Para Kallel et al. (2012), a diferença no tempo de consumo do açúcar pode estar relacionada à natureza da microflora da kombucha, que varia de acordo com o modo em que é produzida.[0078] The speed at which the consumption of sugar occurs is not similar among the studies already carried out, with variations between one to four weeks for total consumption of the input. For Kallel et al. (2012), the difference in the time of sugar consumption may be related to the nature of the kombucha microflora, which varies according to the way in which it is produced.

[0079] A densidade de açúcar encontrada durante cada um dos processos realizados encontra-se na Figura 5. Os processos inoculados com SCOBY (CS1, CS2 e CS3) e o processo sem SCOBY aerado por 24h (SS2), não apresentaram variações expressivas na densidade de açúcares durante as fermentações e tiveram resultados semelhantes entre si, de 1,043 ± 0,001. O processo sem SCOBY e sem aeração (SS1) apresentou um pequeno aumento na densidade, alcançando 1,046 no décimo dia de fermentação.[0079] The sugar density found during each of the processes performed is shown in Figure 5. The processes inoculated with SCOBY (CS1, CS2 and CS3) and the process without SCOBY aerated for 24h (SS2), did not show significant variations in the density of sugars during fermentations and had similar results, 1.043 ± 0.001. The process without SCOBY and without aeration (SS1) showed a small increase in density, reaching 1.046 on the tenth day of fermentation.

[0080] O processo que não foi inoculado com SCOBY e recebeu aeração durante toda a fermentação (SS3) teve sua densidade aumentada para 1,053. O índice obtido no refratômetro refere-se a soma dos sólidos dissolvidos na água, incluindo outras substâncias além do açúcar, como ácidos; estes constituintes podem alterar a refração da luz no instrumento o que resultou na densidade constante da kombucha (CAVALCANTE et al., 2006).[0080] The process that was not inoculated with SCOBY and received aeration throughout the fermentation (SS3) had its density increased to 1,053. The index obtained in the refractometer refers to the sum of solids dissolved in the water, including substances other than sugar, such as acids; these constituents can change the refraction of light in the instrument which resulted in the constant density of kombucha (CAVALCANTE et al., 2006).

[0081] O aumento da densidade no processo SS3 pode ter sido ocasionado pela conversão do açúcar em ácido acético ou pela volatilização do etanol formado durante a fermentação, já que as reações microbiológicas são aceleradas com o oxigênio disponível e a sua evaporação é facilitada por não haver o SCOBY como barreira. A partir desta análise, é possível determinar o final da fermentação pela estabilização da densidade do meio.[0081] The increase in density in the SS3 process may have been caused by the conversion of sugar into acetic acid or by the volatilization of ethanol formed during fermentation, since the microbiological reactions are accelerated with the available oxygen and its evaporation is facilitated by not having the SCOBY as a barrier. From this analysis, it is possible to determine the end of fermentation by stabilizing the density of the medium.

[0082] A produtividade da fermentação da kombucha depende do oxigênio disponível no meio, se tornando um fator limitante do processo. Os resultados de acidez total titulável obtidos neste estudo demonstraram que a aeração contínua do meio é capaz de reduzir o tempo necessário de fermentação de 7 para 3 dias, com a utilização ou não do SCOBY como inóculo. A geração de ácidos durante o processo também pode ser verificada pelas análises de pH, onde os processos com aeração contínua reduziram seu potencial em 3 dias em comparação com os 10 dias referentes aos demais processos.[0082] The productivity of kombucha fermentation depends on the available oxygen in the medium, becoming a limiting factor in the process. The results of titratable total acidity obtained in this study showed that continuous aeration of the medium is capable of reducing the necessary fermentation time from 7 to 3 days, with or without the use of SCOBY as inoculum. The generation of acids during the process can also be verified by pH analyses, where processes with continuous aeration reduced their potential in 3 days compared to 10 days for the other processes.

[0083] O consumo de açúcar pelas culturas microbianas não foi elevado, A durante os 10 dias de fermentação a redução do insumo não chegou a 30 g.L-1, indicando a possibilidade de reduzir a quantidade de açúcar adicionada ao meio. Houve também variações do consumo nos diferentes processos, não apresentando um padrão de resultados. As variações de densidade de açúcar durante as fermentações não foram expressivas, pois o refratômetro obtém o valor de todos os sólidos solúveis presentes no meio, além do insumo requerido. O processo realizado sem SCOBY e com aeração contínua apresentou um aumento da densidade no décimo dia de fermentação, possivelmente devido à volatilização do etanol.[0083] The consumption of sugar by microbial cultures was not high, during the 10 days of fermentation the input reduction did not reach 30 g.L-1, indicating the possibility of reducing the amount of sugar added to the medium. There were also variations in consumption in the different processes, not showing a pattern of results. The sugar density variations during the fermentations were not expressive, as the refractometer obtains the value of all the soluble solids present in the medium, in addition to the required input. The process carried out without SCOBY and with continuous aeration showed an increase in density on the tenth day of fermentation, possibly due to the volatilization of ethanol.

[0084] Os ensaios microbiológicos realizados demonstraram a ausência de Salmonella spp. e a isenção de coliformes e dos micro-organismos patogênicos estafilococos coagulase positiva acima do limite de quantificação do método A utilizado, de 10 UFC.mL-1. A presença de leveduras nos ensaios realizados é esperada devido ao seu meio fermentativo, os ensaios em que não apresentaram quantificação acima do limite não foram analisados logo após o término do processo, ocasionando a diferença no resultado.[0084] The microbiological tests performed demonstrated the absence of Salmonella spp. and the exemption of coliforms and coagulase-positive staphylococci pathogenic microorganisms above the quantification limit of method A used, of 10 CFU.mL-1. The presence of yeast in the tests performed is expected due to its fermentation medium, the tests in which they did not show quantification above the limit were not analyzed right after the end of the process, causing a difference in the result.

[0085] Considerando as análises realizadas neste estudo, é possível reduzir o tempo de fermentação da kombucha descrita pela literatura ao utilizar um biorreator coluna de bolhas para a sua produção. Não houve diferença nos resultados das análises realizadas entre os processos que utilizaram como inóculo o SCOBY e os que não utilizaram, demonstrando que é possível produzir kombucha apenas com o chá de arranque.[0085] Considering the analyzes carried out in this study, it is possible to reduce the fermentation time of kombucha described in the literature by using a bubble column bioreactor for its production. There was no difference in the results of the analyzes carried out between the processes that used SCOBY as inoculum and those that did not, demonstrating that it is possible to produce kombucha with only the starter tea.

[0086] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.[0086] Those skilled in the art will value the knowledge presented herein and may reproduce the invention in the modalities presented and in other variants and alternatives, covered by the scope of the claims below.

Claims

Fermentation process characterized by the steps of: a) Cultivating an inoculum without biofilm of at least one fungus of the order Saccharomycetales or Schizosaccharomycetales, for 3 to 10 days, at a temperature of 25 °C to 35 °C; wherein the process comprises continuous aeration of 0.5 vvm for at least the first 12 hours of cultivation.

Fermentation process, according to claim 1, characterized in that it comprises a basket at the interface between the culture medium and the air.

Fermentation process, according to claim 1 or 2, characterized in that the aeration is carried out by a bubble column.

Fermentation process, according to any one of the preceding claims, characterized in that aeration is carried out at least in the first 24 hours of cultivation.

Fermentation process, according to any one of the preceding claims, characterized in that it is for producing kombucha.

Device for fermentation characterized by comprising:
a) a pneumatically stirred reactor;
b) a basket in the upper part of the pneumatically stirred reactor, in which the height of the basket varies so as to be located at the interface of the culture medium and the air.

Device for fermentation, according to claim 6, characterized in that it comprises a bubble column reactor.

Kombucha characterized in that it is produced by a fermentation process as defined in any one of claims 1 to 5, wherein the kombucha has a total titratable acidity of at least 6% and a pH between 1 and 3.