Production of kefir from bovine and oat milk mixture

Thesis (Master)--Izmir Institute of Technology, Food Engineering, Izmir, 2011Includes bibliographical references (leaves: 89-101)Text in English; Abstract: Turkish and Englishxii, 119 leavesDuring recent years non-dairy milk types such as cereal and grain milks have been an increased demand from consumers due to their functional properties. The cereal and grain milks do not contain cholesterol or lactose; therefore, these milk types are preferred by consumers who are vegetarians, have special diets or are lactose intolerant.In this study, different concentrations of oat milk (0, 15, 30, 45, and 60%), blueberry aroma(9, 12, 15, 18, and 21%), and kefir culture(1, 2, 3, 4, and 5%) were used for the optimization of the kefir production and samples were stored at 4C for 21 days. The response surface methodology was used for the optimization process. Sensory characteristics, the pH changes and microbial characteristics of the kefir samples were determined during storage and the concentrations of the oat milk, blueberry aroma and kefir culture for the best three kefir products were chosen based on the optimization results According to optimization results, three kefir samples which contained the highest level of oat milk with optimum organoleptic characteristics, optimum pH and optimum microbial counts were selected and produced. Based on the organoleptic results, kefir samples composed of 20% oat milk, 4% kefir culture and 10% aroma concentration, were produced. According to the pH results kefir samples within 15% oat milk, 4% kefir culture and 9% aroma concentration were produced. Based on the microbiological results kefir samples within 30% oat milk, 3% kefir culture and 15% aroma concentration were produced. The pH, titratable acidity, dry matter, fat, protein, phenol content, beta-glucan content, whey off, viscosity, volatile and organic acid profile of samples, color change, microbiological characteristics and sensory characteristics of these samples were investigated during 21 days of storage

Branched chain aldehydes: production and breakdown pathways and relevance for flavour in foods

Branched aldehydes, such as 2-methyl propanal and 2- and 3-methyl butanal, are important flavour compounds in many food products, both fermented and non-fermented (heat-treated) products. The production and degradation of these aldehydes from amino acids is described and reviewed extensively in literature. This paper reviews aspects influencing the formation of these aldehydes at the level of metabolic conversions, microbial and food composition. Special emphasis was on 3-methyl butanal and its presence in various food products. Knowledge gained about the generation pathways of these flavour compounds is essential for being able to control the formation of desired levels of these aldehydes

Microbial Succession and Flavor Production in the Fermented Dairy Beverage Kefir

peer-reviewedKefir is a putatively health-promoting dairy beverage that is produced when a kefir grain, consisting of a consortium of microorganisms, is added to milk to initiate a natural fermentation. Here, a detailed analysis was carried out to determine how the microbial population, gene content, and flavor of three kefirs from distinct geographic locations change over the course of 24-h fermentations. Metagenomic sequencing revealed that Lactobacillus kefiranofaciens was the dominant bacterial species in kefir during early stages of fermentations but that Leuconostoc mesenteroides became more prevalent in later stages. This pattern is consistent with an observation that genes involved in aromatic amino acid biosynthesis were absent from L. kefiranofaciens but were present in L. mesenteroides. Additionally, these shifts in the microbial community structure, and associated pathways, corresponded to changes in the levels of volatile compounds. Specifically, Acetobacter spp. correlated with acetic acid; Lactobacillus spp. correlated with carboxylic acids, esters and ketones; Leuconostoc spp. correlated with acetic acid and 2,3-butanedione; and Saccharomyces spp. correlated with esters. The correlation data suggest a causal relationship between microbial taxa and flavor that is supported by observations that addition of L. kefiranofaciens NCFB 2797 increased the levels of esters and ketones whereas addition of L. mesenteroides 213M0 increased the levels of acetic acid and 2,3-butanedione. Finally, we detected genes associated with probiotic functionalities in the kefir microbiome. Our results illustrate the dynamic nature of kefir fermentations and microbial succession patterns therein and can be applied to optimize the fermentation processes, flavors, and health-related attributes of this and other fermented foods. IMPORTANCE Traditional fermented foods represent relatively low-complexity microbial environments that can be used as model microbial communities to understand how microbes interact in natural environments. Our results illustrate the dynamic nature of kefir fermentations and microbial succession patterns therein. In the process, the link between individual species, and associated pathways, with flavor compounds is revealed and several genes that could be responsible for the purported gut health-associated benefits of consuming kefir are identified. Ultimately, in addition to providing an important fundamental insight into microbial interactions, this information can be applied to optimize the fermentation processes, flavors, and health-related attributes of this and other fermented foods

Contribution to the demonstration of the proof of the concept of the technological feasibility of using electro-activated whey as an ingredient and source of lactulose in the production of fermented dairy products

Le lactosérum est un coproduit de l'industrie de fabrication du fromage et de la caséine et se caractérise par une forte demande chimique et biologique en oxygène. Les énormes quantités de lactosérum générées dans le monde, sa composition particulière et son utilisation limitée dans l'industrie alimentaire rendent nécessaire la recherche d'autres moyens d'ajouter de la valeur à cet ingrédient en vue d'augmenter la rentabilité de la transformation du lait. Dans ce contexte, la technologie de l'électro-activation (EA) offre la possibilité de valoriser le lactosérum par la conversion in situ d'une partie du lactose en lactulose, un prébiotique bien connu et éprouvé. De plus, l'EA cathodique du lactosérum a montré une formation des bases de Schiff suite à la glycation avec différents sucres des protéines, des peptides et des acides aminés libres dans le processus d'électro-isomérisation du lactose en lactulose. Ces produits sont connus pour leur forte activité antioxydante. Ainsi, l'EA ouvre une possibilité de générer un ingrédient fonctionnel avec une valeur ajoutée significative. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce projet de doctorat était d'étudier et de démontrer la faisabilité technologique de l'utilisation du lactosérum électro-activé comme ingrédient fonctionnel à haut potentiel prébiotique dans la production de différents produits laitiers fermentés. La première étape de ce projet a été l'évaluation du comportement du lactosérum électro-activé dans la matrice de gel de lait fermenté. Une comparaison entre le pourcentage de matière grasse du lait, l'inoculum de lactosérum et le type de lactosérum a été effectuée. À cette fin, des échantillons de lait fermenté ont été préparés avec un ajout de 3, 6 et 9 % de lactosérum des deux types (électro-activé et non électro-activé). Il a été constaté que le lactosérum électro-activé prolongeait le temps d'obtention d'un pH de 4,6 en fonction de la quantité ajoutée. Ceci a été attribué à la capacité tampon plus élevée du lactosérum électroactivé; les résultats de l'acidité titrable ayant démontré des niveaux élevés de groupes acides libres. La microstructure du gel obtenu avec l'ajout du lactosérum électro-activé a montré une structure uniforme et moins poreuse, ce qui était en accord avec les résultats de la réduction de la synérèse. Pour confirmer ces résultats, un autre produit laitier fermenté avec un ajout de lactosérum électro-activé a été également développé. Le kéfir enrichi de lactosérum électro-activé présentait également une phase de fermentation prolongée. Les particules de lactosérum EA ont été incorporées de manière homogène dans la matrice du gel de kéfir. Par conséquent, aucune synérèse n'était visible dans les échantillons de kéfir additionnés de lactosérum EA à 9 %. De plus, les deux produits contenaient des niveaux élevés d'acides organiques (lactique, citrique, acétique, propionique et butyrique) lorsqu'ils étaient supplémentés avec du lactosérum EA. La production d'acide butyrique a été induite par l'ajout de lactosérum des deux types. L'analyse HPLC a révélé qu'environ 75-85% des niveaux initiaux de lactulose ont été conservés dans les produits avec du lactosérum EA après le processus de fermentation, ce qui démontre que la consommation de tels produits pourrait constituer une source de lactulose pour le consommateur. La deuxième étape de cette recherche a été d'optimiser l'utilisation du lactosérum électro-activé en tant qu'ingrédient par son incorporation dans le produit qui convient à sa couleur et aux caractéristiques de la réaction de Maillard et des conjugués entre les matières azotées avec les sucres. Le lait fermenté cuit, Ryazhenka, a été testé comme une matrice alimentaire appropriée pour véhiculer le lactosérum EA enrichi en lactulose. L'extension du temps de fermentation a été moins importante pour ce produit. Ainsi, le Ryazhenka additionné de lactosérum à 9% a atteint un pH de 4,6 après 4 h de fermentation. Le produit additionné de lactosérum EA (9%) a atteint ce niveau après 6,5 h. De plus, le lactosérum EA a amélioré la capacité antioxydante de Ryazhenka. Au cours de cette étape, nous avons démontré par des tests in vitro que l'électro-activation du lactosérum peut diminuer l'allergénicité de la β-lactoglobuline de 19,52 mg/kg à 7,56 mg/kg, qui s'est stabilisée à 12,13 mg/kg après neutralisation. Comme le protocole de production de Ryazhenka comprend une étape de cuisson de 3 à 5 h à 97-100°C, on considère qu'il présente des taux d'allergénicité plus faibles en raison des changements de conformation des protéines induits par la chaleur. Ainsi, l'ajout de lactosérum électro-activé ne contribue pas à l'augmentation de l'allergénicité de ce produit. Le troisième objectif de cette étude était de démontrer un potentiel prébiotique du lactosérum électro-activé en cultivant des bactéries probiotiques Lactobacillus rhamnosus subsp, Lactobacillus rhamnosus GG et Lactobacillus acidophilus ATCC4356. La densité optique(OD₆₀₀), le dénombrement sur plaques de Petri, la stabilité durant l'entreposage à 4 °C et la tolérance aux acides et à la bile des bactéries cultivées pendant 24 heures dans du lactosérum électro-activé ont été étudiés et comparés aux résultats obtenus par la culture sur du lactosérum, du lactosérum additionné de lactulose, du MRS et du MRS avec ajout de lactulose. Les valeurs OD₆₀₀ les plus élevées (>2) ont été obtenues dans les biomasses de lactosérum EA pour toutes ces bactéries. Cependant, les numérations sur plaque de Petri n'ont pas confirmé un nombre plus élevé de cellules bactériennes dans du lactosérum électro-activé. On peut donc conclure que le lactosérum électro-activé a probablement stimulé un métabolisme distinct chez les bactéries testées, ce qui est conforme à la définition des prébiotiques qui ont la particularité d'induire une stimulation de la croissance et/ou de l'activité des bactéries probiotiques afin de conférer des avantages pour la santé. En résumé, cette recherche a validé la faisabilité technologique de l'utilisation du lactosérum électro-activé comme ingrédient dans la production de lait fermenté et source de lactulose qui reste stable durant l'entreposage pendant 14 jours à 4 °C. Également, ce projet a montré que le lactosérum électro-activé est un ingrédient fonctionnel prometteur pour une éventuelle utilisation potentielle comme additif alimentaire fonctionnel et prébiotique dans l'industrie laitière. De plus, il peut être utilisé comme agent protecteur pour améliorer la viabilité et l'activité des probiotiques