Probiotic Beverage Production from a Mixture of Baobab (Adansonia digitata L.) Pulp and Lemongrass (Cymbopogon citratus L.) Extract using Lactic Acid Bacteria (2022)
Beverages occupy a very important part in human diet. Consumers nowadays have special interest for functional beverages such as juice-based products containing probiotics and/or prebiotics with natural preservatives. This work aims to produce a probiotic beverage from baobab juice and lemongrass extract using autochthonous lactic acid bacteria (LAB) from baobab pulp. To achieve this, the pectinaceous matter in baobab pulp was hydrolysed at 50 °C using different enzyme concentrations of 0.03, 0.07, 0.1, and 0.2 (% v/v). The degree of hydrolysis (DH) and rate of enzymatic reaction were determined. The DH increased with time for each enzyme concentration and depectinisation kinetics revealed a sigmoidal curve trend and was modelled using the Hill Equation. The degree of cooperativity (n) decreased from 9 to 5 and Hill extrapolated Vmax increased from 0.336 to 2.378 g/L.min-1 with increase in pectinase concentration. Through a decoction extraction process, central composite design was investigated to recover optimal quantity of phenolic compounds from C. citratus leaves. The extraction variables were, lemongrass powder/water ratio (2-5 g /100 mL), temperature (85 -95 °C), and time (5-10 min). Antioxidant activity (DPPH), and total polyphenol content (TPC) were monitored as responses. The TPC and DPPH for lemongrass extracts were 71.98±0.33 mg GAE/100 mL extract and 80.63±0.49 mg TE/100 mL extract, respectively under optimal conditions (lemongrass powder/water ratio, 5g/100 mL; temperature, 93.8 oC and time 11.3 min). The extracted baobab juice and lemongrass obtained were mixed in different proportions, 50/50, 75/25 and 100/0 baobab juice and lemongrass extract then subjected to fermentation. Fermentation was done in batch mode using lactobacillus fermentum isolated from baobab and a fermentation kinetics followed. The cell growth rate, reducing sugar, and lactic acid production were evaluated throughout the fermentation process and the results fitted to Monod, Logistic, and Leudeking-Piret equations. At the end of fermentation, a stability study was done for 28 days. Growth was best in the 50/50 baobab/lemongrass probiotic beverage followed by the 75/25 baobab/lemongrass and then the 100/0 baobab. The Logistic model fitted best than the Monod model and the 50/50 baobab/lemongrass probiotic beverage presented best results with a maximum specific growth rate (µmax) and maximum biomass concentration (Xm) of 0.0731 h-1 and 13.9100 cfu/mL respectively. While for the substrate utilisation and product formation models, the 75/25 baobab/lemongrass probiotic beverage showed a better fitting than the other cases. The parameters biomass yield coefficient (Yx/s), maintenance energy (ms), growth associated constant (α) and non-growth associated constant (β) were respectively 2.9675 g/g, 0.0003 g/l.g-1, 0.0118 and 0.0038. At the end of 28 days of storage, the viability of the lactobacillus fermentum in the 50/50, 75/25 and 100/0 baobab/lemongrass probiotic juice were 8.31, 7.65 and 4.79 respectively at 4 oC. Therefore, the mixture of baobab and lemongrass powders (50/50) constitutes a good substrate for the production of probiotic juices using lactobacillus fermentum.
Les boissons occupent une place très importante dans l'alimentation humaine. Les consommateurs de nos jours ont un intérêt particulier pour les boissons fonctionnelles, telles que les produits à base de jus contenant des probiotiques et/ou des prébiotiques avec des conservateurs naturels. Ce travail vise donc à produire une boisson probiotique à partir du jus de baobab et d'extrait de citronnelle utilisant les bactéries lactiques autochtones de baobab. Pour y parvenir, la matière pectinée de la pulpe de baobab a été hydrolysée à 50 oC avec des concentrations enzymatiques de 0,03, 0,065, 0,1 et 0,2 (% v/v). Le degré d'hydrolyse (DH) et la vitesse des réactions enzymatiques ont été déterminés. Le DH a augmenté avec le temps pour chaque concentration enzymatique et la cinétique de dépectinisation modélisée à l'aide de l'équation de Hill, a révélé une allure de courbe sigmoïde. Le degré de coopérativité (n) a diminué de 9 à 5 et la Vmax extrapolée de l’équation de Hill a augmenté de 0,336 à 2,378 g/L.min-1 avec l'augmentation de la concentration enzymatique. D'autre part, une procédure d'extraction par décoction a été mise en œuvre pour extraire les composés phénoliques totaux (CPT) des feuilles de C. citratus. Dans le but d’optimiser le processus d’extraction, un plan composite centré dont les variables sont la concentration en poudre de citronnelle (2-5 g/100 mL), la température (85 -95 °C) et le temps (5-10 min) a été mis en œuvre. Les réponses suivies sont, l’activité antioxydante (DPPH) et la teneur en CPT. Dans les conditions optimales déterminées, concentration en poudre de citronnelle (5 g/100 mL), température (93.8 oC) et temps (11.3 min), les valeurs optimales des CPT et l’activité antioxydante d’extraits de la citronnelle étaient respectivement de 71,98 ± 0,33 mg GAE/100 mL d'extrait et de 80,63 ± 0,49 mg TE/100 mL d'extrait. Le jus de baobab et les extraits de citronnelle obtenus ont été mélangés à des différentes proportions (50/50, 75/25 et 100/0 baobab et citronelle) et soumis à une fermentation. Une fermentation discontinue a été effectuée en utilisant lactobacillus fermentum isolé du baobab, suivi d’une cinétique de fermentation. La concentration en biomasse, la production de sucre réducteur et d'acide lactique ont été évaluées tout au long du processus de fermentation et les résultats ajustés aux équations de Monod, Logistic et Leudeking-Piret. A la fin de la fermentation, l’étude de la stabilité a été réalisée. La croissance a été meilleure dans la boisson probiotique à 50% de baobab, suivie de 75% puis 100% de baobab. Le modèle logistique explique mieux le processus que le modèle Monod et la boisson probiotique à 50/50 de baobab a présenté les meilleurs résultats avec une vitesse maximale (µmax) et une concentration maximale en biomasse (Xm) de 0,0731 h-1 et 13,9100 cfu/mL respectivement. Alors que pour les modèles d'utilisation de substrat et de formation de produit, la boisson probiotique à 75/25 de baobab s'est mieux illustrée comparée aux autres avec un Yx/s, ms, α et β respectivement de 2,9675 g/g, 0,0003 g/l.g-1, 0,0118 et 0,0038. Après 28 jours de stockage, la viabilité du lactobacillus fermentum dans les jus probiotiques à 50/50, 75/25 et 100/0 de baobab et citronelle étaient respectivement de 8,31, 7,65 et 4,79 à 4 oC. De ce fait, le mélange de poudres de baobab et de citronnelle a un ratio de 50:50, est le substrat idéal pour la production de jus probiotique utilisant lactobacillus fermentum.
