Master's Thesis

Design and optimization of dual kombucha fermentation for simultaneous production of beverage and bacterial cellulose

Final Thesis 3.08 MB

Author of thesis: Bc. Michaela Pavlíková

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D.

Reviewer: Ing. Iva Buchtíková, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the dual fermentation of kombucha to obtain high-quality
functional beverage and bacterial cellulose. Three types of tea were selected for fermentation,
black, green and blue tea prepared from the petals of Clitoria ternatea. Sweetened tea infusions
were inoculated with a combination of starter and bacterial cellulose. The primary fermentation
of those infusions was conducted over nine days, after which the final drink was bottled for
secondary fermentation of 48 hours to achieve natural carbonation. Part of the thesis dealt with
testing the effects of different types of inoculums on the fermentation process, comparing
variants using liquid starter alone, bacterial cellulose alone and a combination of both forms.
The purpose of this was to verify the stability and metabolic efficiency of the cultures in
successive cycles.
For an evaluation of the beverage, the content of carbohydrates and organic acids was
monitored using the HPLC and ion chromatography methods. Total antioxidant activity and
polyphenol content were determined, and pH values were recorded before and after
fermentation. Colour changes were analysed colorimetrically. A portion of the thesis also
focused on the characterisation of the resulting bacterial cellulose, specifically examining its
structure and nanofibre structure through scanning electron microscopy (SEM).
The results demonstrate that traditional fermentation using both starter and bacterial
cellulose leads to the production of a sensorially appealing beverage. Based on visual
appearance, black tea was rated the highest. However, the ranking test showed no statistically
significant differences between the teas, black tea achieved the lowest sum of ranks. However,
in specific sensory categories, green tea kombucha was the most favoured, securing first place
for aroma, taste, and colour. It was also identified as the sweetest, which correlates with the
higher residual sugar content determined by HPLC. Organic acids were also present, mostly
acetic acid, which indicated an ideal fermentation process. Furthermore, green tea kombucha
exhibited the highest antioxidant and polyphenol content. Also, this thesis confirmed that using
the starter alone is insufficient for high-quality fermentation, as the beverage remains
susceptible to contamination, which also affected the analytical results. These results present a
wide range of opportunities for practical applications and further research.

Keywords:

Kombucha, tea, bacterial cellulose, sensory analysis, antioxidant activity, fermentation

Date of defence

29.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. Mění se v čase kultivace složení bakteriální celulózy? Zabýval se někdo aplikacemi bakteriální celulózu z výroby kombuchy? Je možné ji použít na nějaké aplikace? Zmiňujete, že je možné ji využít jako sušenou k jídlu, můžete to objasnit? doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Zmiňujete modrý čaj, jedná se opravdu o čaj? Jaká byla variabilita měření? Kolik jste dělala opakování? Z jakého důvodu jste tam dodávala sacharózu? Jakými dalšími sacharidy je to možné doslazovat? prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. Podle ochutnávky vychází nápoje celkem sladké, i úbytek sacharidů není velký, je možné použít méně sacharidu? Jak byl připraven vzorek bakteriální celulózy na SEM analýzu? Má mikrobiální kultura kombuchy nějaké pozitivní účinky pro člověka? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry of Natural Products (NPCP_CHPL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. (člen)
prof. Mgr. Václav Brázda, Ph.D. (člen)

Bc. Michaela Pavlíková se ve své diplomové práci zabývala návrhem a optimalizací duální fermentace kombuchy s cílem připravit fermentovaný nápoj a současně získat bakteriální celulózu. Práce byla zaměřena na porovnání různých čajových substrátů, sledování průběhu fermentace, hodnocení kvality nápoje a charakterizaci vzniklé bakteriální celulózy.
Zadaného tématu se zhostila zodpovědně a se zájmem. V teoretické části prokázala dobrou orientaci v problematice kombuchy, fermentace a bakteriální celulózy. Tyto poznatky následně využila při návrhu a realizaci experimentální části.
Při práci v laboratoři byla pečlivá, samostatná a spolehlivá. Oceňuji její pracovní nasazení, experimentální zručnost a schopnost průběžně vyhodnocovat získané výsledky. Pravidelně konzultovala postup práce, dodržovala stanovené termíny a k řešení práce přistupovala aktivně.
Všechny zadané cíle diplomové práce byly splněny v plném rozsahu.
Diplomovou práci hodnotím známkou výborně (A) a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Iva Buchtíková, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem a optimalizací duální fermentace kombuchy s cílem současné produkce kvalitního nápoje a bakteriální celulózy (BC). Téma práce je aktuální a zajímavé, neboť propojuje oblast funkčních potravin s možností využití mikrobiálních produktů v materiálových aplikacích.
Z hlediska experimentální části je zřejmé, že studentka odvedla značné množství práce. Byly testovány tři různé typy čajů pro přípravu kombuchy, následně byla provedena rozsáhlá senzorická analýza vzniklých nápojů. Také bylo testováno sledování vlivu typu inokula na fermentaci. Vzniklé produkty pak byly podrobeny stanovené antioxidační aktivity, byla stanovena koncentrace zbytkové sacharózy, profil organických kyselin a celkové polyfenoly. Byla také sledována barevná změna pomocí kolorimetrie. U bakteriální celulozy pak byla stanovena výtěžnost a pomocí SEM i struktura. Všechny tyto metody přispívají ke komplexnějšímu posouzení procesu i výsledných produktů.
Kapitola Výsledky a diskuse je velmi rozsáhlá a obsahuje velké množství dat, nicméně místy působí nepřehledně a zmatečně. Senzorická analýza je doplněna o kvalitní statistické zpracování dat, včetně ověření normality a homogenity rozptylu. Přínosné je také využití PCA analýzy, která umožnila lépe interpretovat vztahy mezi jednotlivými vzorky. Výsledky jsou průběžně diskutovány a dávány do souvislostí, což svědčí o dobré schopnosti jejich interpretace. Na druhou stranu v některých grafech chybí uvedení směrodatných odchylek, což vyvolává otázku, zda byla měření provedena opakovaně. Místy se objevují výsledky experimentů, které nejsou uvedeny v metodické části.
Přes rozsáhlé výsledky však práce vykazuje několik nedostatků, které snižují orientaci v práci a také její kvalitu. Závažnější připomínky směřují ke kapitole Experimentální část, která není v některých částech dostatečně podrobně zpracována. Například příprava kombuchy je popsána nedostatečně – jsou uváděny neurčité formulace jako „malý objem“ bez přesné specifikace, případně množství (např. 5 g) bez uvedení příslušného objemu média. Rovněž použití bakteriální celulózy z předchozí kultivace není dostatečně popsáno (např. její charakteristika či podmínky předchozí kultivace). Tyto nedostatky ztěžují reprodukovatelnost experimentů.
V kapitole Závěr jsou výsledky přehledně shrnuty a logicky zpracovány. Také jsou zde uvedeny některé důležité informace, které by měly být součástí již výsledkové či experimentální části (např. informace o měření dalších cukrů, které však nebyly detekovány).
Celkově lze konstatovat, že práce přináší zajímavé výsledky a je zřejmé, že studentka věnovala řešení tématu značné úsilí. Pozitivně hodnotím zejména rozsah experimentální práce a schopnost statistického zpracování a interpretace dat. Jisté formální nedostatky a zejména nedostatečně zpracovaná metodická část či typografické chyby mírně kazí celkový dojem z práce, který je jinak velmi pozitivní. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou A – výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce B
Kvalita zpracování výsledků B
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. Na jaký objem bylo použito uvedené množství 5 g suchých květů modrého čaje?
  2. Jakým způsobem byla připravena bakteriální celulóza použitá k zaočkování kultivace? Můžete blíže specifikovat její původ a podmínky předchozí kultivace?
  3. Domníváte se, že je hodnocení duální fermentace dostatečně vypovídající, pokud byla samotná fermentace kombuchy ukončena po 9 dnech, zatímco výtěžnost bakteriální celulózy byla stanovena až po třech týdnech kultivace? Byla sledována produkce bakteriální celulózy i v 9. dni, případně jaká byla její přibližná hodnota v tomto časovém bodě?
  4. Můžete blíže objasnit metodiku stanovení sacharidů? Byly v rámci analýzy sledovány i další sacharidy? Pokud ano, které konkrétně?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová