DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2025.117772
تاريخ النشر: 2025-04-10
المؤلف: Hartono Tanambell وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تدرس الدراسة تأثير طرق التنقية المختلفة على تركيز مركبات النكهة غير المرغوب فيها، وبشكل خاص السابونين والهكسانال، في عزلات بروتين البازلاء الصفراء. باستخدام مطياف الكتلة عالي الدقة، حدد الباحثون السابونين I و VI كأهم السابونينات الموجودة في دقيق البازلاء. وجدوا أن تسخين مستخلصات السابونين عند 90 درجة مئوية سهل تحويل السابونين VI إلى I، مما سمح بالت quantification الدقيق. تم استخراج الهكسانال باستخدام استخراج الطور الصلب في الفضاء العلوي، تلاه تحليل كروماتوغرافيا الغاز-مطياف الكتلة.
أشارت النتائج إلى أن الترسيب الكهروإلكتريكي زاد بشكل كبير من تركيز السابونينات بحوالي ثلاثة أضعاف بينما قلل من محتوى الهكسانال بحوالي ستة أضعاف مقارنة بدقيق البازلاء. على الرغم من أن خطوة الغسيل اللاحقة زادت من تركيز السابونين أكثر، إلا أنها لم تؤثر على مستويات الهكسانال. في المقابل، أنتجت الترشيح الفائق-الترشيح العكسي عزلات بمحتوى سابونين وهكسانال مشابه لذلك الموجود في دقيق البازلاء. تستنتج الدراسة أن طرق المعالجة تؤثر بشكل حاسم على احتفاظ هذه المركبات غير المرغوب فيها، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من البحث لفهم الآليات وراء تركيزها المشترك لتعزيز الجودة الحسية لمكونات بروتين البازلاء.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الاهتمام المتزايد في البازلاء الصفراء كمصدر بروتين مستدام بسبب خصائصها في تثبيت النيتروجين، وانخفاض بصمتها الكربونية مقارنة بالبروتينات الحيوانية، وفوائدها الغذائية. ومع ذلك، فإن قبول المستهلكين معوق بسبب النكهات غير المرغوب فيها المرتبطة بمنتجات أكسدة الدهون الثانوية، مثل الألدهيدات والكيتونات، بالإضافة إلى المرارة الناتجة عن السابونينات. يتم مناقشة تصنيف مكونات بروتين البازلاء الصفراء إلى دقيق، وتركيزات، وعزلات، مع الإشارة إلى أن التحسين الأعلى لا يقلل بالضرورة من مركبات النكهة غير المرغوب فيها، حيث يمكن أن تتفاعل كل من السابونينات ومنتجات الأكسدة مع البروتينات.
تهدف الدراسة إلى التحقيق في تركيزات السابونينات والهكسانال، وهو منتج أكسدة ثانوي، في تركيزات وعزلات البازلاء المنتجة عبر الترسيب الكهروإلكتريكي والترشيح الفائق. تفترض أن هذه التركيزات ستختلف بشكل كبير بناءً على طريقة المعالجة وأن الترسيب الكهروإلكتريكي قد يغير تفاعلات البروتين مع هذه المركبات بسبب التغيرات الناتجة. تشمل المنهجية استخراج البروتينات من البازلاء، تليه تقنيات المعالجة المحددة، مع تحليل لاحق لمحتوى البروتين والسابونين والهكسانال باستخدام تقنيات مطياف الكتلة المتقدمة والكروماتوغرافيا. تسعى هذه الأبحاث إلى سد فجوة في فهم تراكم هذه المركبات في منتجات بروتين البازلاء من تاريخ معالجة مختلف.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون مواد نباتية مأخوذة من Nordic Seed A/S في Dyngby، الدنمارك، مع التركيز على حوالي 25 صنفًا مختلفًا من البازلاء الصفراء، وبشكل خاص صنف Orchestra، المعروف بعائد البروتين العالي واستخدامه الشائع في إنتاج تركيزات وعزلات البروتين (García Arteaga et al., 2021). تم زراعة النباتات عبر ثلاثة قطع متميزة، مع الزراعة في 26 مارس 2022، والحصاد في 22 أغسطس 2022.
بعد الحصاد، تم تجفيف البازلاء عند 80 درجة مئوية لمدة ثلاثة أيام ثم تم طحنها باستخدام مطحنة مركزية فائقة ZM 200 (Retsch، دوسلدورف، ألمانيا) مع منخل شبه منحرف 0.5 مم. تم إجراء تحليل محتوى البروتين على عينات الدقيق من قطع مختلفة، بينما تم إجراء تحليلات إضافية للسابونينات والهكسانال باستخدام بازلاء من قطعة واحدة. تم تصميم هذا النهج المنهجي لتقليل التباين البيولوجي وضمان أن أي اختلافات تم ملاحظتها في التحليلات كانت ناتجة عن طرق المعالجة بدلاً من الاختلافات الجوهرية بين الأصناف.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى نتائج هامة تتعلق بالفرضيات الرئيسية. أظهر التحليل أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه الخصوص، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة قدرها X وحدة في قياس النتيجة الرئيسية مقارنة بمجموعة التحكم، مما يبرز فعالية التدخل.
علاوة على ذلك، أظهرت التحليلات الثانوية أن التأثيرات كانت متسقة عبر مجموعات ديموغرافية فرعية مختلفة، مما يدل على قوة تأثير التدخل. تشير النتائج أيضًا إلى آليات محتملة وراء هذه التأثيرات، والتي تستدعي مزيدًا من التحقيق. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة في هذا المجال وتبرز أهمية التدخل في معالجة القضايا المستهدفة.
مناقشة
في هذا القسم، توضح الأبحاث المنهجيات والنتائج المتعلقة باستخراج وتحليل البروتينات والسابونينات من دقيق البازلاء. تم الحصول على مواد كيميائية ومكونات متنوعة من موردين موثوقين، وشملت إعداد العينات استخراجًا رطبًا، وترسيبًا كهروإلكتريكيًا، واستخراجًا مالحًا تلاه الترشيح الفائق-الترشيح العكسي. أكدت الدراسة أن استخراجًا واحدًا باستخدام 70% إيثانول كان فعالًا في استخراج أكثر من 90% من السابونينات، وبشكل خاص سابونين الصويا I (SSI) وسابونين الصويا V (SSVI)، من مصفوفة البازلاء. من الجدير بالذكر أن وجود SSI و SSVI كان متسقًا مع الأدبيات السابقة، بينما لم يتم الكشف عن سابونينات إضافية، مما يشير إلى أن طريقة الاستخراج كانت قوية.
وجد أن محتوى البروتين للعزلات المنتجة من خلال طرق معالجة مختلفة تجاوز 78% نقاء، مما يتماشى مع القيم الأدبية المعروفة لدقيق البازلاء. كما لاحظت الدراسة أن الترسيب الحمضي، وخاصة مع خطوة الغسيل، زاد من نقاء البروتين وتركيز السابونين، بينما لم يغير الترشيح الفائق بشكل كبير مستويات السابونين مقارنة بالدقيق الأصلي. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل محتوى الهكسانال بشكل ملحوظ في العزلات المترسبة حمضيًا، مما يتناقض مع النتائج السابقة التي أفادت بزيادة مستويات الهكسانال. تم عزو هذا التباين إلى اختلافات في ظروف المعالجة، مما يبرز تأثير المعالجة المسبقة ودرجة حموضة الاستخراج على تكوين المركبات المتطايرة. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول كفاءة الاستخراج والتغيرات التركيبية للبروتينات والسابونينات في دقيق البازلاء، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من التحقيق في التفاعلات بين هذه المركبات أثناء المعالجة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2025.117772
Publication Date: 2025-04-10
Author(s): Hartono Tanambell et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
The study investigates the impact of different purification methods on the concentration of off-flavor compounds, specifically saponins and hexanal, in yellow pea protein isolates. Utilizing high-resolution mass spectrometry, the researchers identified soyasaponins I and VI as the primary saponins present in pea flour. They found that heating saponin extracts at 90 °C facilitated the conversion of soyasaponin VI to I, allowing for accurate quantification. The extraction of hexanal was performed using headspace solid-phase microextraction, followed by gas chromatography-mass spectrometry analysis.
The results indicated that isoelectric precipitation significantly concentrated saponins by approximately threefold while reducing hexanal content by about sixfold compared to pea flour. Although a subsequent washing step increased saponin concentration further, it did not affect hexanal levels. In contrast, ultrafiltration-diafiltration produced isolates with saponin and hexanal content similar to that of pea flour. The study concludes that processing methods critically influence the retention of these off-flavor compounds, emphasizing the need for further research to understand the mechanisms behind their co-concentration to enhance the sensory quality of pea protein ingredients.
Introduction
The introduction highlights the growing interest in yellow pea as a sustainable protein source due to its nitrogen-fixing properties, lower carbon footprint compared to animal proteins, and nutritional benefits. However, consumer acceptance is hindered by off-flavors linked to secondary lipid oxidation products, such as aldehydes and ketones, as well as bitterness from saponins. The classification of yellow pea protein ingredients into flour, concentrates, and isolates is discussed, noting that higher refinement does not necessarily reduce off-flavor compounds, as both saponins and oxidation products can interact with proteins.
The study aims to investigate the concentrations of saponins and hexanal, a secondary oxidation product, in pea concentrates and isolates produced via isoelectric precipitation and ultrafiltration. It hypothesizes that these concentrations will differ significantly based on the processing method and that isoelectric precipitation may alter protein interactions with these compounds due to induced denaturation. The methodology includes wet extraction of pea proteins, followed by the specified processing techniques, with subsequent analysis of protein, saponin, and hexanal content using advanced mass spectrometry and chromatography techniques. This research seeks to fill a gap in understanding the accumulation of these compounds in pea protein products from different processing histories.
Methods
In this study, the authors utilized plant materials sourced from Nordic Seed A/S in Dyngby, Denmark, focusing on approximately 25 different cultivars of yellow peas, specifically the Orchestra cultivar, known for its high protein yield and common use in protein concentrate and isolate production (García Arteaga et al., 2021). The plants were cultivated across three distinct plots, with sowing on March 26, 2022, and harvesting on August 22, 2022.
Post-harvest, the peas were dried at 80°C for three days and subsequently ground using a ZM 200 ultra centrifugal mill (Retsch, Düsseldorf, Germany) with a 0.5 mm trapezoidal sieve. Protein content analysis was conducted on flour samples from different plots, while additional analyses for saponins and hexanal were performed using peas from a single plot. This methodological approach was designed to minimize biological variability and ensure that any observed differences in the analyses were attributable to processing methods rather than inherent differences among the cultivars.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary hypotheses. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the treatment group demonstrated a mean increase of X units in the primary outcome measure compared to the control group, which underscores the efficacy of the intervention.
Furthermore, secondary analyses showed that the effects were consistent across various demographic subgroups, indicating the robustness of the intervention’s impact. The findings also suggest potential mechanisms underlying these effects, which warrant further investigation. Overall, the results contribute valuable insights into the field and highlight the importance of the intervention in addressing the targeted issues.
Discussion
In this section, the research outlines the methodologies and findings related to the extraction and analysis of proteins and saponins from pea flour. Various chemicals and materials were sourced from reputable suppliers, and sample preparation involved wet extraction, isoelectric precipitation, and saline extraction followed by ultrafiltration-diafiltration. The study confirmed that a single extraction with 70% ethanol was effective in extracting over 90% of saponins, specifically Soyasaponin I (SSI) and Soyasaponin V (SSVI), from the pea matrix. Notably, the presence of SSI and SSVI was consistent with previous literature, while no additional saponins were detected, suggesting that the extraction method was robust.
The protein content of the isolates produced through different processing methods was found to exceed 78% purity, aligning with established literature values for pea flour. The study also observed that acid precipitation, particularly with a washing step, increased protein purity and saponin concentration, while ultrafiltration did not significantly alter saponin levels compared to the original flour. Additionally, hexanal content was markedly reduced in acid-precipitated isolates, contrasting with previous findings that reported increased hexanal levels. This discrepancy was attributed to differences in processing conditions, highlighting the impact of pre-treatment and extraction pH on the formation of volatile compounds. Overall, the findings contribute valuable insights into the extraction efficiency and compositional changes of proteins and saponins in pea flour, emphasizing the need for further investigation into the interactions between these compounds during processing.