Process Optimisation and Quality Evaluation of a Vitamin D₃-Fortified, Monk Fruit– Sweetened Fermented Milk Beverage Containing Shatavari and Ashwagandha

Resumen Técnico: Optimización de Procesos y Evaluación de la Calidad de una Bebida de Leche Fermentada Fortificada con Vitamina D₃ y Endulzada con Fruta del Monje, que Contiene Shatavari y Ashwagandha

Planteamiento del Problema
El desarrollo de bebidas de leche fermentadas funcionales (FMB, por sus siglas en inglés) que incorporen simultáneamente vitaminas lipofílicas (Vitamina D₃), botánicos ayurvédicos (Shatavari y Ashwagandha) y edulcorantes alternativos presenta desafíos tecnológicos significativos. Estos desafíos incluyen el mantenimiento de la estabilidad coloidal, la garantía de la cinética de fermentación, la gestión de la interacción entre los fitoquímicos derivados de plantas y las proteínas lácteas, y la consecución de la aceptabilidad sensorial. Específicamente, la incorporación de polvos botánicos puede introducir amargor, astringencia y rugosidad de las partículas, mientras que la sustitución de la sacarosa por edulcorantes de alta intensidad o portadores de volumen (como los edulcorantes basados en fruta del monje) altera la actividad de agua, las condiciones osmóticas y las propiedades reológicas. Además, la naturaleza lipofílica de la Vitamina D₃ requiere una matriz de entrega estable para asegurar su retención y bioaccesibilidad. Existe una falta de investigación sobre la optimización simultánea de estos tres componentes —botánicos, Vitamina D₃ y un edulcorante de volumen comercial basado en fruta del monje (1:1)— en una única formulación de FMB.

Metodología
El estudio empleó un enfoque sistemático que involucró la optimación de la formulación, la ingeniería de procesos y una evaluación integral de la calidad:

1. Diseño Experimental: Se utilizó un Diseño de Compuesto Central Rotativo (CCRD) dentro de la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) para optimizar las concentraciones de Shatavari (Asparagus racemosus), Ashwagandha (Withania somnifera) y sacarosa. El diseño osciló entre el 0,20–0,50% para los botánicos y el 8,0–17,0% para la sacarosa. Los atributos sensoriales (color, cuerpo/textura, dulzor, sabor, aceptabilidad general) se evaluaron mediante una escala hedónica de 9 puntos por parte de 20 evaluadores entrenados.
2. Optimización del Proceso: Basándose en los resultados del RSM, se formuló una FMB herbal endulzada con sacarosa (S-HFMB). Posteriormente, la sacarosa se reemplazó completamente en una base de masa 1:1 con un edulcorante de volumen comercial basado en fruta del monje (que contiene mogrosidos y un portador de alulosa) en concentraciones que oscilaron entre el 8,5% y el 14,5%.
3. Proceso de Fabricación: Se calentó leche mezclada estandarizada (4,5% de grasa, 8,5% de SNF) a 90 °C, se enfrió a 42 °C, se inoculó con Streptococcus thermophilus y Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, y se fermentó hasta alcanzar un pH de 4,60. El coágulo fue mezclado, fortificado con Vitamina D₃ (6000 UI/L) y envasado en recipientes opacos para prevenir la degradación por la luz.
4. Evaluación de la Calidad: La bebida endulzada con fruta del monje optimizada (MF-HFMB) se comparó con la bebida herbal endulzada con sacarosa (S-HFMB) y un control no herbal (C-FMB). Se realizaron análisis de:
   • Fisicoquímicos: Sólidos totales, proteína, grasa, cenizas, pH, acidez titulable, viscosidad aparente, ácidos grasos libres y valor de tirosina.
   • Funcionales: Actividad de eliminación de radicales DPPH (capacidad antioxidante) y actividad antibacteriana in vitro contra S. aureus, E. coli, S. Typhimurium y E. faecalis.
   • Nutricionales: Cuantificación de la retención de Vitamina D₃.
   • Microbiológicos: Enumeración de lactobacilos y estreptococos presuntos.

Contribuciones Clave y Resultados

• Optimización de la Formulación: El modelado por RSM (R² = 0,9559–0,9752) identificó la formulación óptima endulzada con sacarosa como 0,35% de Shatavari, 0,35% de Ashwagandha y 12,50% de sacarosa, obteniendo una aceptabilidad general predicha de 8,66.
• Reemplazo del Edulcorante: El reemplazo completo de la sacarosa con un edulcorante basado en fruta del monje del 12,5% resultó en la puntuación de aceptabilidad general más alta (8,94/9) para la MF-HFMB. Aunque las concentraciones de edulcorante más altas (14,5%) mejoraron las puntuaciones de cuerpo y textura, redujeron la aceptación del dulzor debido a perfiles de dulzor persistentes o desequilibrados.
• Propiedades Fisicoquímicas:
  • Viscosidad: La MF-HFMB exhibió una viscosidad aparente mayor (22,10 mPa·s) que el control (20,40 mPa·s), aunque ligeramente inferior a la versión herbal endulzada con sacarosa (24,60 mPa·s).
  • Composición: La MF-HFMB contenía 24,52% de sólidos totales, 3,50% de proteína y 4,10% de grasa.
  • Fermentación: La adición de botánicos extendió el tiempo de fermentación a 7,0 horas en comparación con las 4,5 horas del control, pero el tipo de edulcorante (sacarosa vs. fruta del monje) no alteró significativamente el tiempo de fermentación entre las dos formulaciones herbales.
• Actividad Funcional:
  • Capacidad Antioxidante: La MF-HFMB mostró una actividad de eliminación de radicales DPPH significativamente mayor (0,92 mmol TE L⁻¹) en comparación con el control (0,41 mmol TE L⁻¹).
  • Actividad Antibacteriana: Las formulaciones herbales demostraron una mayor actividad antibacteriana in vitro contra patógenos probados que el control. Por ejemplo, las zonas de inhibición contra S. aureus fueron de ~23 mm para la MF-HFMB frente a ~13 mm para el control.
  • Retención de Vitamina D₃: La MF-HFMB retuvo 11,88 µg 100 mL⁻¹ de Vitamina D₃ (aproximadamente un 79,2% de retención), proporcionando ~475 UI por cada 100 mL de porción, lo cual es comparable a la versión endulzada con sacarosa.
• Estabilidad Microbiológica: Ambas formulaciones herbales mantuvieron recuentos elevados de cultivos iniciadores (lactobacilos presuntos ~8,88 log₁₀ CFU mL⁻¹ y estreptococos ~9,43 log₁₀ CFU mL⁻¹), lo que indica que los botánicos y el edulcorante no inhibieron el crecimiento de los cultivos iniciadores.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma demostrar la viabilidad técnica de producir una bebida de leche fermentada herbal fortificada con Vitamina D₃, sensorialmente aceptable, con el reemplazo completo de la sacarosa mediante un edulcorante de volumen basado en fruta del monje comercial. El estudio establece que:

1. Incorporación Simultánea: Es posible equilibrar la entrega de vitaminas lipofílicas, botánicos ayurvédicos y edulcorantes alternativos sin comprometer la calidad sensorial o la viabilidad de los cultivos iniciadores.
2. Funcionalidad Mejorada: La MF-HFMB resultante ofrece propiedades funcionales superiores en comparación con un control estándar, específicamente en términos de capacidad antioxidante, viscosidad aparente y actividad antibacteriana in vitro.
3. Valor Nutricional: La bebida proporciona una parte sustancial de la Ingesta Diaria Recomendada (RDA) de Vitamina D₃ por porción.

Los autores concluyen que, si bien la formulación es exitosa bajo condiciones de laboratorio, se requiere una evaluación adicional con respecto a la estabilidad durante el almacenamiento refrigerado, la composición fitoquímica a lo largo del tiempo y la reproducibilidad a escala piloto antes de su aplicación comercial. El estudio no pretende atribuir los beneficios funcionales específicos a constituyentes aislados individuales, sino más bien a los efectos de la matriz combinada de la formulación.