Culture of Acetobacter aceti TISTR 102 in Coconut Water and Banana Juice Medium for Starter Powder Preparation and Application in Coconut Vinegar Fermentation.

Abstract

The culture of Acetobacter aceti TISTR 102 in coconut water with banana juice was studied to optimize culture conditions for the highest cells with low cost production. The effects of supplementary banana juice, ammonium sulfate, yeast extract and shaking speed were investigated. Coconut water was a potential culture medium for A. aceti TISTR 102 with the viable cells comparable to those in synthetic GY (glucose and yeast extract) medium. Banana juice volume from 25% to 100% (v/v) in coconut water showed the significant effect on the bacterial growth (p≤0.05). The highest cell viability attained in coconut water supplemented with 50% (v/v) banana juice: 8.82-9.07 log CFU/mL in the stationary phase within 18-24 hrs. The ammonium sulfate at concentrations of 0, 0.1, 0.3 and 0.5% (w/v) did not enhance the cell viability (p>0.05) with the specific growth rates ranged from 0.196 hr-1 to 0.204 hr-1. Similarly, the cells grew ineffectively in the presence of yeast extract concentrations of 0, 0.2, 0.6 and 1.0% (p>0.05); the specific growth rates ranged from 0.145 hr-1 to 0.150 hr-1. In contrast, the shaking speed significantly affected to the cell viability (p≤0.05): the higher shaking speed was applied, the higher cell viability was obtained. The culture in stationary phase attained 8.56-8.67 log CFU/mL at 150 rpm; while 8.46-8.57 log CFU/mL was recored at 120 rpm. The study on protective effect of commercial sucrose (Milk Phor) was performed in various concentrations 0, 10, 20 and 30% (w/v) sucrose. The A. aceti TISTR 102 pellet was resuspended into the sucrose solutions and then mixed with sterilized rice bran as the carrier for subsequent drying process at 35oC in 12 hrs. The increase in sucrose concentrations from 0 to 30% (w/v) sucrose firstly reduced the viable cells in suspension, resulted in decreasing in initial viable cells of starter powder with 7.78±0.10, 7.37±0.14, 6.86±0.23 and 6.46±0.14 log CFU/g, correspondingly. However, after drying, the increase in sucrose concentrations from 0 to 20% (w/v) significantly increased the survival rate of bacteria (p≤0.05); but the higher concentration at 30% (w/v) sucrose did not show significantly protective effect anymore. Indeed, the survival rate was recorded at 68.24±1.42, 71.24±2.04, 79.07±3.35 and 81.50±1.91 (%) at 0, 10; 20 and 30% (%) sucrose, respectively. The A. aceti TISTR 102 starter powder in vacuum-aluminum sealed pouch with presence of silica gel could be stored up to 2 months at refrigerated temperature (4oC). The cell viability of starter powder was initially 5.89±0.05 log CFU/g that statistically remained with 5.65±0.05 log CFU/g after 50 days storage. The water activity was 0.5710±0.006 and insignificantly increased to 0.5782±0.003 during storage time. The starter powder contained 7.85±0.32 (% wb) moisture content that slowly increased to 8.13±0.31 (% wb) after 20 days and statistically remained in storage period. The coconut water was fermented into vinegar through two stages: alcoholic fermentation with baker‟s yeast and acetous fermentation with A. aceti TISTR 102 starter powder. In alcoholic fermentation, the baker‟s yeast concentration and the sugar content had significant effects on the fermentation performance. Concretely, the increase in baker‟s yeast concentrations significantly increased the fermentation rate, leading to reduction in fermentation time. The maximum ethanol content attained 9.92±0.18, 9.81±0.18 and 9.86±0.10 (%) with 0.2, 0.4 and 0.6% (w/v) baker‟s yeast after 3, 2 and 2 days, respectively. In the other hand, the increase in sugar content significantly increased the ethanol concentration and took longer time to complete. At 12%, 16 and 20% (w/v) sugar content, the ethanol content was 6.27±0.14 % (v/v) after 1 day, 9.61±0.17 % (v/v) after 2 days and 12.37±0.06 % (v/v) after more than 3 days, respectively. In alcoholic fermentation, coconut water at 12% (w/v) sugar content and 0.4% (w/v) baker‟s yeast were adequate for approximately 6% (v/v) ethanol concentration within 1 day. The ethanol then was the substrate for acetification with A. aceti TISTR 102 starter powder. The A. aceti TISTR 102 starter powder at 0.5% (w/v) completely produced acetic acid with 6.27±0.02 g/100 mL within 18 days, attaining 89% fermentation efficiency. For sensory evaluation, the sample fermented from coconut water was rated with acceptable scores for all of the sensorial attributes. Moreover, it also exhibited the higher scores for odor, sourness and overall acceptance, as compared to the sample fermented from commercial palm sap. การศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการเตรียมกล้าเชื้อ Acetobacter aceti TISTR 102 ในน้ำมะพร้าวผสมกับน้ำกล้วยซึ่งเป็นวัตถุดิบต้นทุนต่ำแต่ให้ปริมาณเซลล์ที่สูง โดยการศึกษาผลของอัตราการให้อากาศโดยการเขย่า ปริมาณของน้ำกล้วยสกัด และปริมาณแหล่งไนโตรเจน พบว่า น้ำมะพร้าวมีประสิทธิภาพสามารถใช้เลี้ยงเชื้อ Acetobacter aceti TISTR 102 เทียบได้กับการใช้อาหารเลี้ยงเชื้อ GY (glucose yeast extract broth) โดยเชื้อแบคทีเรีย A. aceti TISTR 102 สามารถเจริญเติบโตเมื่อเลี้ยงในน้ำมะพร้าวที่มีอัตราส่วนน้ำกล้วยผสมร้อยละ 25-100 (v/v) (p≤0.05) มีการเจริญเติบโตสูงสุดเมื่อเลี้ยงในน้ำกล้วยและน้ำมะพร้าวที่อัตราส่วนผสมร้อยละ 50 มีการเจริญเติบโตในระยะ stationary phase ในช่วงชั่วโมงที่ 18-24 มีปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตเท่ากับ 8.82-9.07 log CFU/ml การใช้แอมโมเนียมซัลเฟตเป็นแหล่งไนโตรเจนที่ปริมาณร้อยละ 0, 0.1, 0.3 และ 0.5 ไม่ได้ส่งเสริมการเพิ่มปริมาณเซลล์ที่มีชีวิต (p>0.05) ซึ่งมีอัตราการเจริญเติบโตแบบทวีคูณอยู่ในช่วง 0.196-0.204 ต่อชั่วโมง ใกล้เคียงกับการเจริญเติบโตของเชื้อแบคทีเรีย A. aceti TISTR 102 เมื่อใช้ยีสต์สกัดเป็นแหล่งไนโตรเจนที่ปริมาณร้อยละ 0, 0.2, 0.6 และ 1.0 (p>0.05) ซึ่งมีอัตราการเจริญเติบโตแบบทวีคูณอยู่ในช่วง 0.141-0.150 ต่อชั่วโมง ในทางตรงกันข้าม การให้อากาศโดยการเขย่ามีผลต่อการเพิ่มปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตอย่างมีนัยส าคัญทางสถิติ (p≤0.05) พบว่า เมื่ออัตราการเขย่าเพิ่มขึ้นปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตเพิ่มขึ้น ซึ่งอัตราการเขย่าที่ความเร็ว 150 รอบต่อนาที ท าให้มีปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตอยู่ในระยะ stationary phase เท่ากับ 8.56-8.67 log CFU/ml ในขณะที่การเขย่าที่อัตรา 120 รอบต่อนาที มีปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตประมาณ 8.46-8.57 log CFU/ml การศึกษาการใช้น้ำตาลซูโครสเป็นสารปกป้องเซลล์ที่ระดับความเข้มข้นร้อยละ 0, 10, 20, และ 30 (w/v) โดยการนำตะกอนเซลล์ A. aceti TISTR 102 ผสมกับสารละลายน้ำตาลซูโครส ผสมกับรำข้าวที่ผ่านการฆ่าเชื้อแล้ว นำไปอบที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง พบว่า เมื่อความเข้มข้นของน้ำตาลซูโครสเพิ่มขึ้นปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตของ A. log CFU/g ตามล าดับ อย่างไรก็ตามปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตหลังจากการอบแห้ง พบว่า ที่ความเข้มข้นของน้ำตาลซูโครสร้อยละ 1-20 จะมีปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (p≤0.05) แต่ที่ปริมาณน้ำตาลซูโครสร้อยละ 30 นั้นไม่แสดงคุณสมบัติในการปกป้องเซลล์ ซึ่งคำนวณเป็นอัตราการรอดชีวิตเท่ากับร้อยละ 68.24±1.42, 71.24±2.04, 79.07±3.35 และ 81.50±1.91 ตามลำดับ การศึกษาผลของการใช้ซิลิกาเจลร่วมกับการเก็บรักษากล้าเชื้อ A. aceti TISTR 102 แบบผงโดยใส่ในซองอลูมิเนียมฟอยล์ ปิดผนึกแบบสุญญากาศ เก็บในตู้เย็น (อุณหภูมิ 4 องศาเซียลเซียส) เป็นระยะเวลา 2 เดือน พบว่า กล้าเชื้อ A. aceti TISTR 102 แบบผงมีปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตเริ่มต้นเท่ากับ 5.89±0.05 log CFU/g มีปริมาณน้ำอิสระ (aw) เท่ากับ 0.5710±0.006 และหลังจากเก็บรักษาเป็นระยะเวลา 50 วัน พบว่า มีปริมาณเซลล์ที่มีชีวิตลดลงเหลือเท่ากับ 5.65±0.05 log CFU/g มีปริมาณน้ำอิสระ (aw) เพิ่มขึ้นเท่ากับ 0.5782±0.003 ในขณะที่ปริมาณความชื้นเริ่มต้นมีค่าเท่ากับร้อยละ 7.85±0.32 และเพิ่มขึ้นหลังระยะเวลาการเก็บรักษาวันที 20 โดยมีค่าเท่ากับร้อยละ 8.13±0.31 กระบวนการการหมักน้ำส้มสายชูจากน้ำมะพร้าว มี 2 ขั้นตอน ขั้นตอนแรก การหมักแอลกอฮอล์ด้วยเบเกอร์ยีสต์ และการหมักกรดอะซิติกด้วยกล้าเชื้อ A. aceti TISTR 102 แบบผง ในกระบวนการหมักแอลกอฮอล์ พบว่า ความเข้มข้นของปริมาณน้ำตาลเริ่มต้น และปริมาณกล้าเชื้อยีสต์มีผลต่อประสิทธิภาพการหมัก โดยการเพิ่มปริมาณกล้าเชื้อยีสต์ส่งผลให้ประสิทธิภาพการหมักเพิ่มขึ้น และระยะเวลาการหมักลดลง โดยการใช้ปริมาณกล้าเชื้อยีสต์ร้อยละ 0.2, 0.4 และ 0.6 (w/v) เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการหมัก พบว่า มีปริมาณเอทานอลเท่ากับร้อยละ 9.92±0.18, 9.81±0.18 และ 9.86±0.10 ภายในระยะเวลาการหมัก 3, 2 และ 2 วัน ตามล าดับ ในทางกลับกัน การเพิ่มปริมาณน้ำตาลเริ่มต้นในการหมักส่งผลให้ปริมาณเอทานอลเพิ่มขึ้น และระยะเวลาในการหมักเพิ่มขึ้น การหมักเอทานอลในน้ำมะพร้าวที่มีปริมาณน้ำตาลเข้มข้น ร้อยละ 12, 16 และ 20 (w/v) เมื่อสิ้นสุดระยะเวลาการหมัก พบว่า มีปริมาณเอทานอลร้อยละ 6.27±0.14 (v/v), 9.61±0.17 (v/v) และ 12.37±0.06 (v/v) ภายในระยะเวลา 1, 2 และ มากกว่า 3 วัน ตามลำดับ ดังนั้นสภาวะที่เหมาะสมในการหมักแอลกอฮอล์ในน้ำมะพร้าว คือ มีปริมาณน้ำตาลร้อยละ 12 (w/v) และปริมาณกล้าเชื้อยีสต์ร้อยละ 0.4 (w/v) ซึ่งสามารถหมักเอทานอลร้อยละ 6 (v/v) ภายในระยะเวลา 1 วัน โดยใช้เอทานอลเป็นสับเตรทส าหรับการหมักกรดอะซิติกด้วยเชื้อ A. aceti TISTR 102 แบบผง พบว่า การใช้กล้าเชื้อ A. aceti TISTR 102 แบบผงที่ความเข้มข้นร้อยละ 0.5 สามารถหมักให้ปริมาณกรดอะซิติกเท่ากับ 6.27±0.02 กรัม/ 100 มิลลิลิตร ภายในระยะเวลา 18 วัน คิดเป็นประสิทธิภาพการหมักเท่ากับ ร้อยละ 89 การทดสอบทางประสาทสัมผัสของน้ำส้มสายชูจากน้ำมะพร้าว พบว่า ผู้ทดสอบชิมให้การยอมรับทุกคุณลักษณะของน้ำส้มสายชู โดยผู้ทดสอบชิมให้คะแนนด้าน กลิ่น ความเปรี้ยว และความชอบโดยรวมสูงเมื่อเทียบกับน้ำส้มสายชูจากตาลโตนด