DOI: https://doi.org/10.1007/s00217-026-05038-3
تاريخ النشر: 2026-01-31
المؤلف: Emine Gizem Acar وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروتينات في نظم الغذاء
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في إمكانيات تركيزات بروتين الأوراق (LPCs) المستمدة من أوراق البنجر والقرنبيط كبدائل مستدامة للبروتينات النباتية التقليدية. تسلط الدراسة الضوء على أن LPCs تظهر قدرات احتفاظ بالماء والزيت تفوق البروتينات التجارية، بالإضافة إلى خصائص الرغوة والاستحلاب التنافسية، خاصة عند مستويات pH أعلى من 4. على الرغم من انخفاض إمكانية الوصول الحيوي في المختبر، أظهرت LPCs سمية خلوية ضئيلة في اختبارات خلايا Caco-2، حيث زادت LPC البنجر من امتصاص الجلوكوز ودفعت LPC القرنبيط بشكل انتقائي تكاثر خلايا HEK293T الصحية دون تحفيز خلايا سرطان HepG2.
تؤكد النتائج على وعد LPCs كمكونات غذائية وظيفية يمكن أن تسهم في أنظمة الغذاء الدائرية من خلال استغلال النفايات الزراعية. بينما تشير خصائصها التقنية والوظيفية إلى تطبيقات محتملة كمواد مكثفة ومستحلبات في الأطعمة المعالجة، هناك حاجة لمزيد من البحث لتعزيز توافرها الحيوي واستكشاف الآليات الكامنة وراء نشاطها الحيوي. يشمل ذلك التحقيق في آثار العوامل المضادة للتغذية وإجراء تقييمات لتوافرها الحيوي باستخدام نماذج زراعة الخلايا لفهم إمكانياتها الغذائية والعلاجية بشكل أفضل.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على القلق المتزايد من تراكم النفايات الصلبة، المتوقع أن يصل إلى 249 مليون طن بحلول عام 2030 و340 مليون طن بحلول عام 2050، إلى جانب الطلب العالمي المتزايد على البروتين بسبب زيادة السكان المتوقع أن يصل عددهم إلى 9.7 مليار بحلول عام 2050. يقترح المؤلفون تحويل نفايات الطعام، وخاصة من المصادر الزراعية الصناعية، إلى منتجات بروتين عالية القيمة كحل مستدام لكل من إدارة النفايات والاحتياجات الغذائية. يؤكدون على إمكانيات المواد النباتية غير المستغلة، مثل الأوراق الخضراء من القرنبيط والبنجر، الغنية بالبروتينات والمركبات النشطة بيولوجيًا، والتي غالبًا ما يتم التخلص منها.
تهدف الدراسة إلى تقييم الخصائص التقنية والوظيفية والنشطة بيولوجيًا لتركيزات بروتين الأوراق (LPCs) المستمدة من هذه المصادر، ومقارنتها بمساحيق البروتين التجارية. يشير المؤلفون إلى أنه على الرغم من أن البروتينات النباتية تتمتع بخصائص وظيفية واعدة، يجب معالجة التحديات مثل ضعف الذوبان ووجود العوامل المضادة للتغذية. كما يبرزون الحاجة إلى تقييمات السمية الخلوية باستخدام خطوط خلايا بشرية لضمان السلامة والفعالية. يتم وضع هذا البحث كجهد رائد لتحليل شامل للتأثيرات الوظيفية والصحية لـ LPCs، مما يساهم في الأدبيات حول مكونات الغذاء المستدامة المستمدة من النفايات الزراعية.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على أوراق البنجر والقرنبيط الطازجة من منطقة البحر الأبيض المتوسط في تركيا خلال فصل الشتاء. أثبتت التحليلات السابقة التركيب القريب لهذه الأوراق. تم شطف الأوراق جيدًا بالماء العادي، ثم تم تخزينها عند -20 ℃، وتم إذابتها قبل المعالجة. من أجل التحليل المقارن لخصائص البروتين، تم الحصول على مساحيق البروتين التجارية المستمدة من البازلاء (بمحتوى بروتين 81.7%) وفول الصويا (70% بروتين) من Vegrano، تركيا. كانت جميع المواد الكيميائية المستخدمة في التجارب من الدرجة التحليلية، مما يضمن موثوقية النتائج.
النتائج
في هذه الدراسة، تم تقييم تركيزات بروتين الأوراق (LPCs) المستمدة من الأوراق الخضراء في الحقول الزراعية من حيث قدرتها على المساهمة في أهداف التنمية المستدامة (SDGs) من خلال إعادة تدوير نفايات الطعام. أشارت النتائج إلى أن LPCs أظهرت قدرة رغوة أقل مقارنة بمساحيق البروتين التجارية، وخاصة بروتين البازلاء، الذي أظهر قدرة رغوة أعلى بثلاث مرات تقريبًا بسبب ذوبانه الفائق. تم عزو قدرة الرغوة المنخفضة لـ LPCs إلى عدم كفاية انتشار البروتينات إلى واجهة الهواء-الماء، وهو أمر ضروري لتكوين رغوة فعالة. ومع ذلك، أظهرت LPCs استقرار رغوة أعلى بكثير من بروتين البازلاء، مما يشير إلى أنه على الرغم من انخفاض ذوبانها، قد يعزز تكوين التجمعات ذات الوزن الجزيئي العالي بالقرب من نقطة التعادل الكهربائي استقرار الرغوة.
بالإضافة إلى ذلك، سلطت الدراسة الضوء على أهمية قدرة احتفاظ الماء (WHC) وقدرة احتفاظ الزيت (OHC) في سياق تطبيقات الغذاء. تم تحديد LPCs، التي تتمتع بقدرة قوية على الاحتفاظ بالماء والزيت، كمرشحين واعدين للاستخدام في منتجات المخابز وبدائل اللحوم النباتية، حيث يمكنها الاحتفاظ بالرطوبة والدهون بشكل فعال، مما يحسن القوام واستقرار الرف. تؤكد النتائج على إمكانية استخدام LPCs ليس فقط لخصائصها الوظيفية ولكن أيضًا لدورها في إنتاج الغذاء المستدام.
المناقشة
في هذا القسم، يتم مناقشة إنتاج وخصائص تركيزات بروتين الأوراق (LPCs) المستمدة من القرنبيط والبنجر. تم إنتاج LPCs من خلال الضغط البارد، تليها معالجة حرارية وطرد مركزي لترسيب البروتينات، والتي تم تحليلها لمختلف الخصائص. وُجد أن تركيزات البروتين الخام كانت 44.98% للقرنبيط و25.68% للبنجر، مع معدلات استرداد البروتين 6.31% و12.91%، على التوالي. تسلط الدراسة الضوء على القدرات الفائقة للاحتفاظ بالماء والزيت (WHC وOHC) لـ LPCs مقارنة بمساحيق البروتين التجارية، مع ملاحظة أن LPC القرنبيط أظهر أعلى WHC وOHC. هذه الخصائص حاسمة لقوام الطعام واستقراره، مما يشير إلى أن LPCs يمكن أن تعمل كمكونات غذائية معاد تدويرها بشكل فعال.
تم أيضًا تقييم النشاط الاستحلابي وخصائص الرغوة لـ LPCs. تم تحديد مؤشر النشاط الاستحلابي (EAI) ومؤشر استقرار المستحلب (ESI)، مما يكشف أن LPCs حافظت على استقرار رغوة كبير على مر الزمن، مقارنة بالبروتينات التجارية. من الجدير بالذكر أن ذوبانية LPCs تم تقييمها عبر نطاق pH من 2-12، مما يظهر ذوبانية مشابهة أو متفوقة لبروتين الصويا عند مستويات pH المحايدة، وهو أمر مهم لتطبيقها في المنتجات الغذائية. تختتم الدراسة بأن الخصائص التقنية والوظيفية لـ LPCs، بما في ذلك قدراتها الاستحلابية والرغوية، جنبًا إلى جنب مع توافرها الحيوي، تضعها كبدائل واعدة لمصادر البروتين التقليدية في تركيبات الطعام.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00217-026-05038-3
Publication Date: 2026-01-31
Author(s): Emine Gizem Acar et al.
Primary Topic: Proteins in Food Systems
Overview
This research investigates the potential of leaf protein concentrates (LPCs) derived from beetroot and cauliflower leaves as sustainable alternatives to conventional plant-based proteins. The study highlights that LPCs exhibit superior water and oil holding capacities compared to commercial proteins, alongside competitive foaming and emulsifying properties, particularly at pH levels above 4. Despite their relatively low in vitro bioaccessibility, LPCs demonstrated minimal cytotoxicity in Caco-2 cell assays, with beetroot LPC enhancing glucose uptake and cauliflower LPC selectively promoting the proliferation of healthy HEK293T cells without stimulating HepG2 cancer cells.
The findings underscore the promise of LPCs as functional food ingredients that can contribute to circular food systems by valorizing agricultural waste. While their techno-functional properties suggest potential applications as thickeners and emulsifiers in processed foods, further research is necessary to enhance their bioavailability and to explore the mechanisms underlying their bioactivity. This includes investigating the effects of antinutritional factors and conducting bioavailability assessments using cell culture models to better understand their nutritional and therapeutic potential.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the growing concern of solid waste accumulation, projected to reach 249 million tons by 2030 and 340 million tons by 2050, alongside the increasing global demand for protein due to a rising population expected to hit 9.7 billion by 2050. The authors propose the transformation of food waste, particularly from agro-industrial sources, into high-value protein products as a sustainable solution to both waste management and nutritional needs. They emphasize the potential of underutilized plant materials, such as green leaves from cauliflower and beetroot, which are rich in proteins and bioactive compounds, yet often discarded.
The study aims to evaluate the techno-functional and bioactive properties of leaf protein concentrates (LPCs) derived from these sources, comparing them to commercial protein powders. The authors note that while plant proteins have promising functional properties, challenges such as poor solubility and the presence of antinutritional factors must be addressed. They also highlight the need for cytotoxicity assessments using human cell lines to ensure safety and efficacy. This research is positioned as a pioneering effort to comprehensively analyze the functional and health-related effects of LPCs, contributing to the literature on sustainable food ingredients derived from agricultural waste.
Methods
In this study, fresh leaves of beetroot and cauliflower were sourced from the Mediterranean region of Türkiye during the winter season. Prior analyses established the proximate composition of these leaves. The leaves were thoroughly rinsed with tap water, subsequently stored at -20 ℃, and thawed prior to processing. For comparative analysis of protein properties, commercial protein powders derived from pea (with a protein content of 81.7%) and soy (70% protein) were obtained from Vegrano, Türkiye. All chemicals utilized in the experiments were of analytical grade, ensuring the reliability of the results.
Results
In this study, leaf protein concentrates (LPCs) derived from green leaves in agricultural fields were evaluated for their potential to contribute to Sustainable Development Goals (SDGs) through the upcycling of food waste. The results indicated that LPCs exhibited lower foaming capacity compared to commercial protein powders, particularly pea protein, which demonstrated nearly three times higher foaming capacity due to its superior solubility. The lower foaming capacity of LPCs was attributed to insufficient diffusion of proteins to the air-water interface, which is essential for effective foam formation. However, LPCs displayed significantly higher foaming stability than pea protein, suggesting that despite their lower solubility, the formation of high-molecular-weight aggregates near their isoelectric point may enhance the stability of the foam.
Additionally, the study highlighted the importance of water-holding capacity (WHC) and oil-holding capacity (OHC) in the context of food applications. LPCs, with strong WHC and OHC, are identified as promising candidates for use in bakery products and plant-based meat alternatives, as they can effectively retain moisture and fat, thereby improving texture and shelf stability. The findings underscore the potential of utilizing LPCs not only for their functional properties but also for their role in sustainable food production.
Discussion
In this section, the production and techno-functional properties of leaf protein concentrates (LPCs) derived from cauliflower and beetroot are discussed. LPCs were produced through cold pressing, followed by heat treatment and centrifugation to precipitate proteins, which were then analyzed for various properties. The crude protein concentrations were found to be 44.98% for cauliflower and 25.68% for beetroot, with protein recovery rates of 6.31% and 12.91%, respectively. The study highlights the superior water and oil holding capacities (WHC and OHC) of LPCs compared to commercial protein powders, particularly noting that cauliflower LPC exhibited the highest WHC and OHC. These properties are crucial for food texture and stability, suggesting that LPCs could serve as effective upcycled food ingredients.
The emulsifying activity and foaming properties of LPCs were also evaluated. The emulsifying activity index (EAI) and emulsion stability index (ESI) were determined, revealing that LPCs maintained significant foam stability over time, comparable to commercial proteins. Notably, the solubility of LPCs was assessed across a pH range of 2-12, showing comparable or superior solubility to soy protein at neutral pH levels, which is important for their application in food products. The study concludes that the techno-functional properties of LPCs, including their emulsifying and foaming abilities, alongside their bioaccessibility, position them as promising alternatives to traditional protein sources in food formulations.