Porovnání fermentačního profilu domácích fermentovaných nápojů pomocí NMR spektroskopie

Bc. Eva Kozáková

Diplomová práce

Comparison of the Fermentation Profile of Homemade Fermented Beverages Using NMR Spectroscopy

Anotace:

Nealkoholické fermentované nápoje představují významnou součást lidské stravy a jsou spojovány s řadou potenciálních zdravotních přínosů, jež vyplývají z přítomnosti bioaktivních metabolitů vznikajících v průběhu fermentace. Jedná se o komplexní biologické systémy, jejichž chemické složení je výsledkem metabolické aktivity smíšených kultur mikroorganismů a charakteru výchozí matrice. Cílem práce bylo charakterizovat metabolické profily čtyř vybraných nápojů: kombuchy, vodního kefíru (Tibi), zázvorového kvasu a rejuvelacu, a porovnat rozdíly jejich chemického složení. Analýza byla provedena metodou protonové nukleární magnetické rezonance (1H NMR), spektra byla zpracována v programu Chenomx, a následně statisticky vyhodnocena pomocí softwaru MetaboAnalyst. Získaná data byla hodnocena pomocí jednofaktorové analýzy rozptylu (ANOVA) a analýzy hlavních komponent (PCA). Identifikovány byly metabolity ze skupiny cukrů, organických kyselin, alkoholů, aminokyselin a dusíkatch metabolitů. Statistická analýza odhalila signifikantní rozdíly mezi jednotlivými nápoji, přičemž klíčovou roli hrály zejména organické kyseliny (laktát, acetát, sukcinát), ethanol a 2,3-butandiol. Rejuvelac vykazoval nejvyšší metabolickou diverzitu se širokým spektrem aminokyselin a vysokou koncentrací laktátu a 2,3-butandiolu, což naznačuje intenzivní aktivitu homo- i heterofermentativních bakterií mléčného kvašení v tomto typu nápoje. Kombucha a vodní kefír byly charakterizovány vyšším podílem acetátu a ethanolu, což poukazuje na symbiotickou aktivitu kvasinek a bakterií octového kvašení. Výsledky práce ukazují jak typ použitého substrátu a mikrobiální složení ovlivňují výsledný metabolický profil, a spolu s tím i funkční a senzorické vlastnosti fermentovaných nápojů.

Abstract:

Non-alcoholic fermented beverages are an important part of the human diet and are associated with a range of potential health benefits stemming from the presence of bioactive metabolites produced during fermentation. Fermented beverages are complex biological systems whose chemical composition results from the metabolic activity of mixed microbial cultures and the nature of the initial matrix. The aim of this study was to characterize the metabolic profiles of four selected beverages: kombucha, water kefir (Tibi), ginger kvass, and rejuvelac, and to compare the differences in their chemical composition. The analysis utilized proton nuclear magnetic resonance (¹H NMR); the spectra were processed in Chenomx and subsequently statistically evaluated using MetaboAnalyst software. The obtained data were analyzed using one-way analysis of variance (ANOVA) and principal component analysis (PCA). Metabolites from the groups of sugars, organic acids, alcohols, amino acids, and nitrogenous metabolites were identified. Statistical analysis revealed significant differences between the individual beverages, with organic acids (lactate, acetate, succinate), ethanol, and 2,3-butanediol playing a key role. Rejuvelac exhibited the highest metabolic diversity with a broad spectrum of amino acids and high concentrations of lactate and 2,3-butanediol, indicating intense activity of both homo- and heterofermentative lactic acid bacteria. Kombucha and water kefir were characterized by a higher proportion of acetate and ethanol, which points to the symbiotic activity of yeast and acetic acid bacteria. The results of this study show how both the type of substrate used and the microbial composition influence the resulting metabolic profile, and consequently the functional and sensory properties of the fermented beverages.

Klíčová slova

domácí fermentace, fermentované nápoje, metabolický profil, NMR spektroskopie, organické kyseliny

Keywords

fermented beverages, home fermentation, metabolic profile, NMR spectroscopy, organic acids

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 23. 4. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 20. 5. 2026
• Vedoucí: doc. Ing. Jaroslav Havlík, Ph.D.
• Oponent: Jiří Killer, Ing., externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program:
Výživa a potraviny