DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1413923
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38860156
تاريخ النشر: 2024-05-27
المؤلف: Xue Gu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة الخصائص الفيزيائية والكيميائية للنشا المقاوم العالي المستخرج من نواة الأرز (RS) بمحتوى منخفض من الأميلوز، مع التركيز بشكل خاص على الصنف ديانغو 2. تشير النتائج إلى أن حبيبات النشا في ديانغو 2 تتميز بسطح أكثر نعومة وتكريرًا مع حواف مميزة، وزيادة في الكثافة، وعدد أقل من التجاويف مقارنة بأصناف الأرز ذات النشا المقاوم المنخفض. يتم تصنيف النشا على أنه من النوع A، على الأرجح بسبب محتواه العالي من معقد الأميلوز-الدهون، ويتميز بسلاسل داخلية طويلة متفرعة (B2 + B3) تسهل التشابك الجزيئي وتساهم في بنية مضغوطة. تظهر نتائج المسح الحراري التفاضلي (DSC) أن درجة حرارة وطاقة عالية مطلوبة لتفكيك بنية الحلزون المزدوج للنشا، بينما تكشف تحليل اللزوجة عن لزوجة عالية للعجينة الباردة، وثبات، وقيم تراجع، مما يشير إلى مقاومة محسنة للتحلل المائي.
في الختام، يقدم ديانغو 2 جودة طعم متفوقة وملمسًا أكثر نعومة مقارنة بأصناف الأرز ذات النشا المقاوم العالي، كما يقدم فوائد فسيولوجية كبيرة لصحة الإنسان. تعيق التكوين المضغوط لمناطقها البلورية والخصائص الشكلية لحبيبات النشا فيها هضم الأميلاز، مما يقلل من الامتصاص والاستخدام من قبل الجسم البشري. تسلط هذه النتائج الضوء على إمكانيات ديانغو 2 كنوع أرز مفضل للمستهلكين الذين يسعون للحصول على فوائد صحية وطعم لذيذ، مما يوفر رؤى قيمة لاختيار أصناف الأرز ذات محتوى النشا المقاوم العالي.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث تصنيف النشا إلى ثلاث فئات بناءً على قابليته للهضم: النشا القابل للهضم بسرعة (RDS)، والنشا القابل للهضم ببطء (SDS)، والنشا المقاوم (RS). يتم تحويل RDS بسرعة إلى جلوكوز في غضون 20 دقيقة، مما يؤدي إلى زيادات فورية في مستويات الجلوكوز في الدم. في المقابل، يستغرق SDS من 20 إلى 120 دقيقة للهضم، مما يؤدي إلى ارتفاع تدريجي في مستويات الجلوكوز. يوفر RS، الذي يقاوم الهضم في الأمعاء الدقيقة، عدة فوائد صحية، بما في ذلك تحسين صحة الأمعاء، وتقليل حدوث الأمراض المعوية، وإدارة أفضل لحالات مثل السكري والسمنة. لقد أظهرت الدراسات أن الاستهلاك المطول للأطعمة الغنية بالنشا المقاوم يمكن أن يحسن بشكل فعال مستويات الجلوكوز في الدم، مما يبرز أهمية RS في الصحة العامة، خاصة في ظل الزيادة المتزايدة في انتشار السكري.
تؤكد الورقة على الحاجة إلى تطوير أصناف المحاصيل لتعزيز محتوى RS، مشيرة إلى اختلافات كبيرة عبر المحاصيل المختلفة. على سبيل المثال، يمكن أن تحتوي البقوليات على ما يصل إلى 36% من RS، بينما تحتوي المحاصيل الحبوب عادةً على أقل من 3%. تظهر بعض أصناف الأرز، مثل تشيكوشي-كونا 85 وجيانغتانغداو 1، مستويات ملحوظة من RS، حيث تحتوي على 17.4% و11.6% من RS، على التوالي. تحدد الدراسة وجود علاقة إيجابية بين محتوى الأميلوز ومستويات RS في الأرز، خاصة في الأصناف التي تحمل الأليل Wx a. ومع ذلك، فإن اكتشاف ديانغو 2، الذي يمتلك محتوى عالي من RS مع انخفاض في الأميلوز، يمثل بديلاً واعدًا لإنتاج أرز لذيذ. تهدف الدراسة إلى تحليل الخصائص الفيزيائية والكيميائية لنشا ديانغو 2 لدعم تربية أصناف الأرز التي توازن بشكل فعال بين محتوى RS العالي وخصائص الطعم المرغوبة.
الطرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون نوعين من الأرز، ديانغو 2 وديانتون 502، المقدمة من معهد أبحاث الأرز في جامعة يunnan الزراعية. يتميز ديانغو 2 بمحتوى عالٍ من النشا المقاوم (RS)، بينما يعمل ديانتون 502 كعنصر تحكم بمحتوى منخفض من RS. تم ملاحظة كلا النوعين لمستويات منخفضة من الأميلوز في النواة. تم زراعة الأرز في مقاطعة يوانغيانغ، وتم حصاده وتجفيفه في الهواء ومعالجته لإزالة الحبوب التالفة. تم استخدام عملية طحن لمدة 15 ثانية، تلتها طحن إلى مسحوق ناعم ونخل عبر منخل 100.
لتحليل البيانات، استخدم الباحثون مجموعة أدوات تحليل النشا الكلي (TS) ومجموعة أدوات تحليل الجلوكوز (بتنسيق GOPOD) من ميغازايم الدولية، والتي تضمنت الإنزيمات اللازمة ومحاليل العازلة. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على بانكرياتين، α-أميلاز، بيبسين، ومعايير للأميلوز والأميلوبكتين من شركة سيغما الكيميائية. كانت جميع المواد الكيميائية والمذيبات المستخدمة في التجارب من الدرجة التحليلية، مما يضمن موثوقية النتائج.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” في ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب والتحليلات المنفذة. تشير البيانات إلى وجود علاقة كبيرة بين المتغير المستقل والنتائج التابعة، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج اتجاهًا واضحًا في الظواهر الملحوظة، مما يتماشى مع الفرضيات الأولية المقترحة في الدراسة.
علاوة على ذلك، يتضمن القسم تمثيلات بيانية للبيانات، توضح العلاقات والتغيرات عبر ظروف مختلفة. تعزز هذه المساعدات البصرية فهم النتائج وتدعم الاستنتاجات المستخلصة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال، مما يشير إلى آثار محتملة للبحوث والتطبيقات المستقبلية.
المناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث الخصائص الهيكلية والوظيفية للنشا المستخرج من نوعين من الأرز، ديانغو 2 وديانتون 502. تسلط الدراسة الضوء على أن ديانغو 2 يظهر محتوى أعلى من النشا المقاوم (RS) والنشا القابل للهضم ببطء (SDS) مقارنةً بديانتون 502، وهو ما يعد مهمًا لفوائده الصحية المحتملة، بما في ذلك تحسين التحكم في نسبة السكر في الدم. تتميز حبيبات النشا في ديانغو 2 بسطح أكثر نعومة ونسبة أعلى من سلاسل الأميلوبكتين الطويلة، مما يساهم في مقاومتها للتحلل الإنزيمي. ترتبط هذه الميزة الهيكلية بكثافة الحبيبات ووجود معقدات الأميلوز-الدهون، مما يعزز استقرارها ويقلل من قابلية الهضم.
علاوة على ذلك، تشير تحليل البلورية من خلال حيود الأشعة السينية (XRD) وطيف تحويل فورييه للأشعة تحت الحمراء (FTIR) إلى أنه بينما يمتلك ديانغو 2 بلورية نسبية أقل، إلا أنه يمتلك هيكل سطحي أكثر ترتيبًا. تظهر نتائج المسح الحراري التفاضلي (DSC) أن ديانغو 2 يتطلب درجات حرارة وطاقة أعلى للتجليد، مما يعكس هيكله البلوري القوي. تكشف خصائص اللزوجة التي تم تقييمها عبر تحليل اللزوجة السريعة (RVA) أن نشا ديانغو 2 يتمتع بخصائص لزوجة متفوقة، وهي ضرورية لمختلف التطبيقات الطهو. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن الخصائص الهيكلية الفريدة لنشا ديانغو 2 لا تعزز فقط أدائه الوظيفي ولكن أيضًا تمنح مزايا صحية، مما يجعله خيارًا مفضلًا على ديانتون 502 للمستهلكين الذين يبحثون عن خيارات غذائية منخفضة السكر.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2024.1413923
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38860156
Publication Date: 2024-05-27
Author(s): Xue Gu et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This study investigates the physicochemical properties of rice-derived endosperm high resistant starch (RS) with low amylose content, specifically focusing on the variety Diangu 2. The findings indicate that the starch granules of Diangu 2 possess a smoother, more refined surface with distinct edges, increased compactness, and fewer cavities compared to low RS rice varieties. The starch is classified as A-type, likely due to its high amylose-lipid complex content, and features abundant branched internal long chains (B2 + B3) that facilitate molecular entanglement and contribute to a compact structure. Differential scanning calorimetry (DSC) results show that a high temperature and energy are required to disrupt the starch’s double helix structure, while viscosity analysis reveals high cold paste viscosity, consistency, and setback values, indicating enhanced hydrolysis resistance.
In conclusion, Diangu 2 not only offers superior taste quality and a softer texture compared to high-RS rice varieties but also presents significant physiological benefits for human health. The compact configuration of its crystalline regions and the morphological characteristics of its starch granules impede amylase digestion, thereby reducing absorption and utilization by the human body. These findings highlight the potential of Diangu 2 as a favorable rice variety for consumers seeking both health benefits and palatable taste, providing valuable insights for the selection of rice varieties with high resistant starch content.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the classification of starch into three categories based on its digestibility: rapidly digestible starch (RDS), slowly digestible starch (SDS), and resistant starch (RS). RDS is rapidly converted to glucose within 20 minutes, leading to immediate increases in blood glucose levels. In contrast, SDS takes 20-120 minutes for digestion, resulting in a gradual rise in glucose levels. RS, which resists digestion in the small intestine, offers several health benefits, including improved intestinal health, reduced incidence of intestinal diseases, and better management of conditions such as diabetes and obesity. Prolonged consumption of RS-rich foods has been shown to effectively improve blood glucose levels, highlighting the importance of RS in public health, especially given the rising prevalence of diabetes.
The paper emphasizes the need for crop variant development to enhance RS content, noting significant variations across different crops. For instance, legumes can contain up to 36% RS, while cereal crops typically have less than 3%. Certain rice varieties, such as Chikushi-kona 85 and Jiangtangdao1, exhibit notable RS levels, with 17.4% and 11.6% RS, respectively. The research identifies a positive correlation between amylose content and RS levels in rice, particularly in varieties carrying the Wx a allele. However, the discovery of Diangu 2, which possesses high RS content with low amylose, presents a promising alternative for producing palatable rice. The study aims to analyze the physicochemical properties of Diangu 2 starch to support the breeding of rice varieties that effectively balance high RS content with desirable taste characteristics.
Methods
In this study, the researchers utilized two rice variants, Diangu 2 and Diantun 502, provided by the Rice Research Institute of Yunnan Agricultural University. Diangu 2 is characterized by a high resistant starch (RS) content, while Diantun 502 serves as a control with low RS content. Both variants were noted for their low levels of endosperm amylose. The rice was cultivated in Yuanyang County, Yunnan Province, harvested, air-dried, and processed to remove defective grains. A 15-second milling process was employed, followed by pulverization into a fine powder and sieving through a 100-mesh sieve.
For the analysis, the researchers utilized the Total Starch (TS) Assay Kit and the D-Glucose Assay Kit (GOPOD format) from Megazyme International, which included necessary enzymes and buffer solutions. Additionally, pancreatin, α-amylase, pepsin, and standards for amylose and amylopectin were sourced from Sigma Chemical Company. All chemicals and solvents used in the experiments were of analytical grade, ensuring the reliability of the results.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments and analyses. The data indicates a significant correlation between the independent variable and the dependent outcomes, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the results demonstrate a clear trend in the observed phenomena, which aligns with the initial hypotheses proposed in the study.
Furthermore, the section includes graphical representations of the data, illustrating the relationships and variations across different conditions. These visual aids enhance the understanding of the results and support the conclusions drawn. Overall, the findings contribute valuable insights to the field, indicating potential implications for future research and applications.
Discussion
The discussion section of the research paper elaborates on the structural and functional characteristics of starch extracted from two rice varieties, Diangu 2 and Diantun 502. The study highlights that Diangu 2 exhibits higher resistant starch (RS) and slowly digestible starch (SDS) contents compared to Diantun 502, which is significant for its potential health benefits, including improved glycemic control. The starch granules of Diangu 2 are characterized by a smoother surface and a higher proportion of long amylopectin chains, which contribute to its resistance to enzymatic hydrolysis. This structural feature is linked to the granules’ compactness and the presence of amylose-lipid complexes, which enhance their stability and reduce digestibility.
Furthermore, the analysis of crystallinity through X-ray diffraction (XRD) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) indicates that while Diangu 2 has a lower relative crystallinity, it possesses a more ordered surface structure. The differential scanning calorimetry (DSC) results show that Diangu 2 requires higher temperatures and energy for gelatinization, reflecting its robust crystalline structure. The viscosity properties assessed via rapid visco analysis (RVA) reveal that Diangu 2 starch has superior viscosity characteristics, which are essential for various culinary applications. Overall, the findings suggest that the unique structural properties of Diangu 2 starch not only enhance its functional performance but also confer health advantages, making it a preferable choice over Diantun 502 for consumers seeking low-glycemic food options.