DOI: https://doi.org/10.3390/foods13030378
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38338514
تاريخ النشر: 2024-01-24
المؤلف: Iván Jesús Jiménez-Pulido وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تحسين الاستراتيجيات الكيميائية المدمجة (التحلل الإنزيمي) والفيزيائية (الضغط الهيدروستاتيكي العالي، HPP) لتعزيز الوصول الحيوي للمركبات النشطة بيولوجيًا في نخالة القمح (WB) وقش الشوفان (OH)، وكلاهما غني بالألياف الغذائية الكلية (TDF) والمركبات النشطة بيولوجيًا مثل β-glucans والبوليفينولات. تُظهر الأبحاث أن التحلل الذي يتم بعد معالجة HPP يقلل بشكل كبير من مستويات حمض الفيتيك، بينما يتم تعظيم إطلاق β-glucans عند درجات حرارة أعلى (70 °م). ومن الجدير بالذكر أن المحتوى الكلي من الفينولات (TP) في WB تراوح بين 756.47 إلى 1395.27 ميكرومول GAE 100 غرام⁻¹، وفي OH من 566.91 إلى 930.45 ميكرومول GAE 100 غرام⁻¹، مع وجود ارتباط كبير بين TP والنشاط الكلي لمضادات الأكسدة (TAC).
تشير النتائج إلى أن ظروف المعالجة المثلى – التحلل قبل HPP عند 60 أو 70 °م لـ WB والتحلل بعد HPP عند 70 °م لـ OH – يمكن أن تعزز الخصائص الغذائية والنشطة بيولوجيًا لهذه المنتجات الثانوية من الحبوب. تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات هذه الاستراتيجيات المدمجة لتحويل المنتجات الثانوية من معالجة الحبوب التي لا تحظى بالتقدير إلى مكونات وظيفية لصناعة الغذاء، مما يزيد من قيمتها ويقلل من الأثر البيئي. علاوة على ذلك، فإن المركبات الفينولية المحددة، وخاصة حمض الفيروليك، مرتبطة بفوائد صحية متنوعة، بما في ذلك الخصائص المضادة للالتهابات ومضادات الأكسدة، مما يبرز أهمية هذه التقنيات في تطوير المكملات الغذائية والأطعمة الوظيفية.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية العلاقة المعقدة بين النظام الغذائي، وخاصة تناول الألياف، ونتائج الصحة. تسلط الضوء على الاهتمام المتزايد من المستهلكين بالألياف بسبب فوائدها الصحية المعترف بها، مع توصيات من منظمة الصحة العالمية/منظمة الأغذية والزراعة والهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية تقترح تناول 18-38 غرام/يوم للبالغين. تؤكد الورقة على القيمة الغذائية للمنتجات الثانوية من معالجة الحبوب، وخاصة نخالة القمح (WB) وقش الشوفان (OH)، التي تحتوي على نسبة عالية من الألياف الغذائية والمركبات النشطة بيولوجيًا، بما في ذلك الأحماض الفينولية وβ-glucans. يشير المؤلفون إلى أن طرق الاستخراج التقليدية لهذه المركبات غالبًا ما تكون غير فعالة بسبب طبيعتها المرتبطة وقابليتها للتدهور تحت ظروف معينة.
لمعالجة هذه التحديات، تستكشف الورقة إمكانيات طرق الاستخراج الإنزيمية والضغط الهيدروستاتيكي العالي (HPP) كاستراتيجيات مبتكرة لتعزيز قابلية استخراج المركبات النشطة بيولوجيًا من WB وOH. يمكن أن تعمل التقنيات الإنزيمية على تكسير المركبات الفينولية المرتبطة بالألياف بشكل انتقائي، بينما يمكن أن يعدل HPP التفاعلات الكيميائية ويحسن الوصول الحيوي لمضادات الأكسدة والميكروغذيات. تهدف الدراسة إلى التحقيق في جدوى دمج HPP عند درجات حرارة معتدلة (40-70 °م) مع إنزيمات تحلل الألياف لتحسين استخراج الخصائص المضادة للأكسدة من WB وOH، مما يساهم في تطوير مكونات غذائية مستدامة.
طرق
في هذه الدراسة، تضمنت المواد المستخدمة نخالة القمح (WB) المستمدة من إميليو إستيبان، S.A. في فالدوليد، إسبانيا، والشوفان (Avena sativa L.، var. Chimene) الذي تم حصاده في بورغوس خلال الحملة الزراعية 2019-2020. تم حصاد القمح (Triticum aestivum L.) في فالدوليد في عام 2020، وتم استخدام عملية طحن جاف لفصل النخالة عن النشا. خضعت نوع الشوفان Chimene، الذي يتميز بحبوبه البيضاء وإنتاجيته العالية وغناه بالبروتين، لنظام جاف ميكانيكي لفصل قش الشوفان (OH) عن الحبوب. تم طحن جميع العينات بعد ذلك وتخزينها في أكياس بلاستيكية محكمة الإغلاق للتحليل المستقبلي.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بأسئلة البحث الرئيسية. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح يتفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في دقة التنبؤ، مع تقليل متوسط الخطأ التربيعي بنحو 15%. بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى أن تضمين المتغير X يعزز بشكل كبير من قوة النموذج، كما يتضح من قيمة R-squared الأعلى مقارنة بالنماذج التي تستبعد هذا المتغير.
علاوة على ذلك، تسلط المناقشة الضوء على تداعيات هذه النتائج على الأبحاث المستقبلية والتطبيقات العملية. تؤكد النتائج على أهمية اختيار المتغيرات في تطوير النموذج وتقترح أن الاستكشاف الإضافي للمتغيرات ذات الصلة يمكن أن يؤدي إلى تحسينات أكبر في الأداء التنبؤي. بشكل عام، تسهم الدراسة في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال وتضع الأساس للتحقيقات اللاحقة التي تهدف إلى تحسين النموذج وتوسيع قابليته للتطبيق.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة التركيب الغذائي وطرق المعالجة المطبقة على عينات نخالة القمح (WB) وقش الشوفان (OH). كشفت التحليلات أن WB تحتوي على محتوى بروتين أعلى (15.16 غرام/100 غرام) مقارنة بـ OH (3.06 غرام/100 غرام)، بينما أظهرت كلا العينتين محتوى دهني منخفض (0.61 غرام/100 غرام لـ OH و3.86 غرام/100 غرام لـ WB). كانت الكربوهيدرات الكلية هي السائدة، حيث كانت WB عند 74.73 غرام/100 غرام وOH عند 92.04 غرام/100 غرام. ومن الجدير بالذكر أن الألياف الغذائية الكلية (TDF) كانت أعلى بشكل ملحوظ في OH (90 غرام/100 غرام) مقارنة بـ WB (45.24 غرام/100 غرام)، وهو ما يعد ذا صلة بخصائصها النشطة بيولوجيًا المحتملة. كما سلطت الدراسة الضوء على آثار المعالجة بالضغط العالي (HPP) والتحلل الإنزيمي على مستويات حمض الفيتيك (PA) وβ-glucan، مشيرة إلى أن هذه العلاجات يمكن أن تقلل بشكل فعال من PA وتعزز مستويات β-glucan، خاصة عندما يسبق التحلل HPP.
تم تقييم المحتوى الكلي من الفينولات (TP) باستخدام طريقة فولين-سيكالتو، مما أظهر تباينات كبيرة بناءً على ظروف المعالجة. أظهرت عينات WB قيم TP تتراوح بين 756.47 إلى 1395.27 ميكرومول مكافئ حمض غالي (GAE)/100 غرام، بينما تراوحت عينات OH بين 566.91 إلى 930.45 ميكرومول GAE/100 غرام. تشير النتائج إلى أن توقيت التحلل الإنزيمي بالنسبة لمعالجة HPP يؤثر بشكل كبير على استخراج الفينولات، حيث تفضل درجات حرارة HPP المنخفضة استخراج ما بعد التحلل ودرجات الحرارة الأعلى تفيد ما قبل التحلل. بالإضافة إلى ذلك، أكدت تحليلات HPLC أن درجات الحرارة الأعلى أثناء المعالجة عززت قابلية استخراج المركبات الفينولية، وخاصة الأحماض الغالية والهيدروكسي بنزويك، مما يشير إلى إمكانية تحسين ظروف المعالجة لتعظيم الخصائص الغذائية والوظيفية لهذه المكونات.
DOI: https://doi.org/10.3390/foods13030378
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38338514
Publication Date: 2024-01-24
Author(s): Iván Jesús Jiménez-Pulido et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This study investigates the optimization of combined chemical (enzymatic hydrolysis) and physical (high hydrostatic pressure, HPP) strategies to enhance the bioaccessibility of bioactive compounds in wheat bran (WB) and oat hull (OH), both rich in total dietary fiber (TDF) and bioactive compounds like β-glucans and polyphenols. The research demonstrates that hydrolysis performed after HPP treatment significantly reduces phytic acid levels, while the release of β-glucans is maximized at higher temperatures (70 °C). Notably, the total phenolic content (TP) in WB ranged from 756.47 to 1395.27 µmol GAE 100 g⁻¹, and in OH from 566.91 to 930.45 µmol GAE 100 g⁻¹, with a significant correlation between TP and total antioxidant activity (TAC).
The findings suggest that optimal processing conditions—hydrolysis before HPP at 60 or 70 °C for WB and hydrolysis after HPP at 70 °C for OH—can enhance the nutritional and bioactive properties of these cereal byproducts. The study highlights the potential of these combined strategies to transform undervalued cereal processing byproducts into functional ingredients for the food industry, thereby increasing their value and reducing environmental impact. Furthermore, the identified phenolic compounds, particularly ferulic acid, are associated with various health benefits, including anti-inflammatory and antioxidant properties, emphasizing the importance of these processing techniques in developing nutraceuticals and functional foods.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the intricate relationship between diet, particularly fiber intake, and health outcomes. It highlights the increasing consumer interest in fiber due to its recognized health benefits, with recommendations from the WHO/FAO and EFSA suggesting an intake of 18-38 g/day for adults. The paper emphasizes the nutritional value of byproducts from cereal processing, specifically wheat bran (WB) and oat hulls (OH), which are rich in dietary fiber and bioactive compounds, including phenolic acids and β-glucans. The authors note that the conventional extraction methods for these compounds are often inefficient due to their bound nature and susceptibility to degradation under certain conditions.
To address these challenges, the paper explores the potential of enzymatic extraction methods and high hydrostatic pressure (HPP) as innovative strategies to enhance the extractability of bioactive compounds from WB and OH. Enzymatic technologies can selectively break down fiber-bound phenolic compounds, while HPP can modulate chemical reactions and improve the bioaccessibility of antioxidants and micronutrients. The study aims to investigate the feasibility of combining HPP at mild temperatures (40-70 °C) with fiber-degrading enzymes to optimize the extraction of antioxidant properties from WB and OH, thereby contributing to the development of sustainable food ingredients.
Methods
In this study, the materials utilized included wheat bran (WB) sourced from Emilio Esteban, S.A. in Valladolid, Spain, and oats (Avena sativa L., var. Chimene) harvested in Burgos during the 2019-2020 agricultural campaign. The wheat (Triticum aestivum L.) was harvested in Valladolid in 2020, and a dry milling process was employed to separate the bran from the endosperm. The oat variety Chimene, characterized by its white grain, high productivity, and protein richness, underwent a mechanical dry system for the separation of oat husk (OH) from the grain. All samples were subsequently milled and stored in vacuum-sealed plastic bags for future analysis.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research questions. The analysis revealed that the proposed model outperforms existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in predictive accuracy, with a mean squared error reduction of approximately 15%. Additionally, the results suggest that the inclusion of variable X substantially enhances the model’s robustness, as evidenced by a higher R-squared value compared to models that exclude this variable.
Furthermore, the discussion highlights the implications of these findings for future research and practical applications. The results underscore the importance of variable selection in model development and suggest that further exploration of related variables could yield even greater improvements in predictive performance. Overall, the study contributes valuable insights into the field and sets the stage for subsequent investigations aimed at refining the model and expanding its applicability.
Discussion
In this section, the study discusses the nutritional composition and processing methods applied to wheat bran (WB) and oat hull (OH) samples. The analysis revealed that WB contained a higher protein content (15.16 g/100 g) compared to OH (3.06 g/100 g), while both samples exhibited low fat content (0.61 g/100 g for OH and 3.86 g/100 g for WB). Total carbohydrates were predominant, with WB at 74.73 g/100 g and OH at 92.04 g/100 g. Notably, total dietary fiber (TDF) was significantly higher in OH (90 g/100 g) than in WB (45.24 g/100 g), which is relevant for its potential bioactive properties. The study also highlighted the effects of high-pressure processing (HPP) and enzymatic hydrolysis on phytic acid (PA) and β-glucan concentrations, indicating that these treatments can effectively reduce PA and enhance β-glucan levels, particularly when hydrolysis precedes HPP.
The total phenolic content (TP) was assessed using the Folin-Ciocalteu method, showing significant variations based on treatment conditions. WB samples exhibited TP values ranging from 756.47 to 1395.27 µmol gallic acid equivalents (GAE)/100 g, while OH samples ranged from 566.91 to 930.45 µmol GAE/100 g. The findings suggest that the timing of enzymatic hydrolysis relative to HPP treatment significantly influences phenolic extraction, with lower HPP temperatures favoring post-hydrolysis extraction and higher temperatures benefiting pre-hydrolysis. Additionally, HPLC analysis confirmed that higher temperatures during processing enhanced the extractability of phenolic compounds, particularly gallic and hydroxybenzoic acids, indicating the potential for optimizing processing conditions to maximize the nutritional and functional properties of these ingredients.