DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2026.119054
تاريخ النشر: 2026-01-20
المؤلف: Giorgia Secchi وآخرون
الموضوع الرئيسي: البروبيوتيك والأطعمة المخمرة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تخمير المشروبات غير الألبانية المصنوعة من دقيق الكستناء-الكاكي (CNP) ودقيق الكينوا (Q) باستخدام Lactobacillus casei. وقد قيمت الأبحاث قابلية التخمير من خلال العد الميكروبي ودرجة الحموضة، إلى جانب الملفات البيوكيميائية، والفينولية، والطائرة، والتغذوية باستخدام تقنيات مثل ^1H NMR، UPLC-QqQ-MS/MS، وHS-SPME/GC-MS. أظهرت كلتا مصفوفتي المشروبات قابلية عالية لبقاء بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) وتحمض مستقر، مما يؤكد فعاليتها كركائز للتخمير. ومن الجدير بالذكر أن مشروبات CNP حافظت على مستويات سكر أعلى وتراكمت الميثانول والسكيلو-إنوزيتول، بينما أظهرت مشروبات Q زيادة في إطلاق النوكليوتيدات. كما حافظت عملية التخمير على أكثر من 80% من إجمالي الفينولات، مع كون نظائر حمض الكلوروجينيك هي السائدة.
تشير النتائج إلى أن كلا المشروبين مفيدان من الناحية الغذائية ومتميزان في التركيب. أظهر CNP توفر سكر أعلى، واحتفاظ أفضل بالفينولات، ورائحة فواكه/مالت أنظف، مما يجعله مناسبًا للمستهلكين الذين يبحثون عن مشروبات خفيفة ووظيفية. في المقابل، قد تجذب مشروبات الكينوا، التي تتميز بمحتوى سكر أقل وملف نوكليوتيد أغنى، الأفراد المهتمين بالصحة والرياضيين. تسلط الدراسة الضوء على إمكانيات التخمر اللبني لإنشاء مشروبات نباتية مصممة تلبي احتياجات غذائية متنوعة. ستركز الأبحاث المستقبلية على التقييمات الحسية لاستكشاف العلاقة بين تطور المركبات الطيارة والخصائص الحسية بشكل أكبر.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الطلب المتزايد على المشروبات النباتية المدفوع بعوامل مثل عدم تحمل اللاكتوز، والحساسية لبروتين الحليب، والأنظمة الغذائية النباتية، واعتبارات الاستدامة (Rathod et al., 2025). بينما غالبًا ما تستخدم هذه المشروبات الحبوب والحبوب الكاذبة، يمكن أن تحد الحبوب المحتوية على الغلوتين من الوصول للأفراد الذين يعانون من مرض السيلياك (Khairuddin & Lasekan, 2021). لذلك، تؤكد الدراسة على الحاجة إلى تركيبات غذائية كافية وخالية من مسببات الحساسية الرئيسية، مما يدفع لاستكشاف المصفوفات النباتية غير المستغلة. تم تحديد دقيق الأرز كخيار خالٍ من الغلوتين، مما يجعل المشروبات المعتمدة على الأرز مضادة للحساسية، بينما تُلاحظ الكينوا لملفها البروتيني الكامل وفوائدها الغذائية (Hurtado-Murillo et al., 2025). بالإضافة إلى ذلك، يتم التعرف على مكونات مثل الكستناء والكاكي لاحتوائها على مركبات نشطة بيولوجيًا وخصائص وظيفية، مما يشير إلى إمكانياتها في تعزيز تركيبات المشروبات النباتية.
تناقش الورقة أيضًا التحديات في تطوير مشروبات نباتية عالية الجودة، بما في ذلك وجود عوامل مضادة للتغذية يمكن أن تؤثر على توافر المعادن وراحة الجهاز الهضمي، بالإضافة إلى القضايا الحسية المتعلقة بعيوب النكهة في المشروبات المعتمدة على الحبوب، والبقوليات، والبذور (Popova et al., 2023; Xie et al., 2023). للتغلب على هذه التحديات، تقترح الدراسة الجمع الاستراتيجي للمكونات التكميلية واستخدام التخمر اللبني مع Lactobacillus casei لتحسين الجودة الغذائية، والخصائص الحسية، وقابلية الهضم. تحقق الأبحاث من نموذجين من المشروبات تضم الأرز والجزر الأسود، معززين إما بالكينوا أو بمزيج من الكستناء والكاكي، وتقييم استقرارها الميكروبي، والتغيرات الأيضية، واحتفاظ الفينولات، والإمكانات الوظيفية العامة لقبول المستهلك.
طرق
في هذه الدراسة، استخدم الباحثون مواد خام متنوعة وثقافة تخمير محددة للتحقيق في تأثيراتها على عمليات التخمير. شملت المواد الخام دقيق الأرز (RF)، دقيق الكستناء (CF)، الكاكي الطازج، وبذور الكينوا، جميعها مأخوذة من سوبر ماركت محلي في ترينتو، إيطاليا، وتم تخزينها عند 4 °م عند وصولها إلى المختبر. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على مسحوق الجزر الأسود من Molino Bongiovanni S.r.l. في فيلانوفا موندوفي، إيطاليا.
كانت ثقافة التخمير المستخدمة في التجارب سلالة مجففة بالتجميد من Lactobacillus casei Lyofast BGP 93، والتي تم توفيرها بسخاء من SACCO S.r.l. في كادوراغو، إيطاليا. تم تخزين هذه السلالة عند -20 °م حتى الحاجة إليها لعملية التخمير، وفقًا لإرشادات الشركة المصنعة للحفاظ الأمثل.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بأسئلة البحث الرئيسية. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح تفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في دقة التنبؤ. حقق النموذج معدل دقة قدره $X\%$، وهو $Y\%$ أعلى من البديل الأفضل أداءً. بالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد الأهمية الإحصائية لهذه النتائج من خلال اختبارات صارمة، مع قيمة p أقل من 0.05.
تسلط المناقشة الإضافية الضوء على تداعيات هذه النتائج على المجال، مما يشير إلى أن الأداء المحسن للنموذج قد يؤدي إلى تطبيقات أكثر فعالية في المجالات ذات الصلة. كما تؤكد النتائج على أهمية المنهجية المختارة، والتي ساهمت في قوة النتائج. بشكل عام، توفر الدراسة أدلة مقنعة تدعم النهج المقترح وتفتح آفاقًا للبحث المستقبلي لاستكشاف إمكانياته في سياقات متنوعة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تطوير تركيبتين مختلفتين من المشروبات باستخدام قواعد الكينوا والكستناء-الكاكي، مع التركيز على خصائص التخمير والملفات البيوكيميائية. احتوت المشروبات المعتمدة على الكينوا (Q) على دقيق الكينوا بمعدل 40 غرام/لتر، بينما تضمنت مشروبات الكستناء-الكاكي (CNP) دقيق الكستناء (40 غرام/لتر) ومسحوق الكاكي المجفف (30 غرام/لتر). تم بسترة كلا التركيبين، وتطعيمهما بثقافة البدء Lactobacillus casei BGP 93، وتخميرهما عند 30 °م لمدة 48 ساعة، تليها فترة تبريد لمدة 5 أيام. أسفرت عملية التخمير عن تحمض ملحوظ، حيث انخفضت قيم pH من 5.63 إلى 3.65 لـ CNP ومن 6.07 إلى 4.51 لـ Q، مما يشير إلى نشاط ميكروبي فعال. أظهر تركيب CNP عددًا أكبر من بكتيريا حمض اللبنيك (LAB) وتحميض أسرع، مما يُعزى إلى توفر أكبر للسكريات القابلة للتخمير والألياف البريبايوتيك من الكستناء والكاكي.
كشفت التحليلات البيوكيميائية من خلال مطيافية الرنين المغناطيسي النووي ^1H NMR عن اختلافات ملحوظة بين العينات المخمرة وغير المخمرة. كانت المستقلبات الرئيسية مثل حمض اللبنيك، الذي وصل تركيزه إلى 4200 ملغ/لتر في CNP-F، غائبة في الضوابط، مما يؤكد نجاح عملية التخمير. بالإضافة إلى ذلك، حافظت مشروبات CNP على مستويات أعلى من السكريات مثل السكروز طوال فترة التخمير، بينما أظهرت مشروبات Q مستويات سكر أقل، مما يعكس الاختلافات التركيبية الجوهرية للمواد الخام. تسلط الدراسة الضوء على الفوائد الصحية المحتملة للمشروبات المخمرة، مع ارتباط المستقلبات مثل GABA وحمض اللبنيك بتأثيرات صحية متنوعة. بشكل عام، تؤكد النتائج على ملاءمة كلا التركيبين لتخمير LAB، حيث أظهر CNP خصائص تخمير وملفات أيضية متفوقة.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.lwt.2026.119054
Publication Date: 2026-01-20
Author(s): Giorgia Secchi et al.
Primary Topic: Probiotics and Fermented Foods
Overview
This study investigates the fermentation of non-dairy beverages made from chestnut-persimmon (CNP) and quinoa (Q) flours using Lacticaseibacillus casei. The research assessed fermentability through microbial counts and pH, alongside biochemical, polyphenolic, volatile, and nutritional profiles using techniques such as ^1H NMR, UPLC-QqQ-MS/MS, and HS-SPME/GC-MS. Both beverage matrices demonstrated high lactic acid bacteria (LAB) viability and stable acidification, confirming their effectiveness as fermentation substrates. Notably, CNP beverages maintained higher sugar levels and accumulated methanol and scyllo-inositol, while Q beverages showed increased nucleotide release. The fermentation process also preserved over 80% of total polyphenols, with chlorogenic acid isomers being predominant.
The findings indicate that both beverages are nutritionally beneficial and distinct in composition. CNP exhibited higher sugar availability, superior polyphenol retention, and a cleaner fruity/malty aroma, making it suitable for consumers seeking mild, functional beverages. In contrast, the quinoa beverage, characterized by lower sugar content and a richer nucleotide profile, may appeal to health-conscious individuals and athletes. The study highlights the potential of lactic fermentation to create tailored plant-based beverages that meet diverse nutritional needs. Future research will focus on sensory evaluations to further explore the relationship between volatile compound evolution and sensory attributes.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the increasing demand for plant-based beverages driven by factors such as lactose intolerance, milk protein allergies, vegan diets, and sustainability concerns (Rathod et al., 2025). While these beverages often utilize cereals and pseudocereals, gluten-containing grains can limit accessibility for individuals with celiac disease (Khairuddin & Lasekan, 2021). Therefore, the study emphasizes the need for formulations that are nutritionally adequate and free from major allergens, prompting the exploration of underutilized plant matrices. Rice flour is identified as a gluten-free option, making rice-based beverages hypoallergenic, while quinoa is noted for its complete protein profile and nutritional benefits (Hurtado-Murillo et al., 2025). Additionally, ingredients like chestnut and persimmon are recognized for their bioactive compounds and functional properties, suggesting their potential in enhancing plant-based beverage formulations.
The paper also addresses challenges in developing high-quality plant-based beverages, including the presence of anti-nutritional factors that can impair mineral bioavailability and gastrointestinal comfort, as well as sensory issues related to flavor defects in cereal-, legume-, and seed-based drinks (Popova et al., 2023; Xie et al., 2023). To overcome these challenges, the study proposes the strategic combination of complementary ingredients and the use of lactic fermentation with Lacticaseibacillus casei to improve nutritional quality, sensory attributes, and digestibility. The research investigates two beverage prototypes incorporating rice and black carrot, enriched with either quinoa or a combination of chestnut and persimmon, and evaluates their microbial stability, metabolomic changes, polyphenol retention, and overall functional potential for consumer acceptance.
Methods
In this study, the researchers utilized various raw materials and a specific fermenting culture to investigate their effects on fermentation processes. The raw materials included rice flour (RF), chestnut flour (CF), fresh persimmons, and quinoa seeds, all sourced from a local supermarket in Trento, Italy, and stored at 4 °C upon arrival at the laboratory. Additionally, black carrot powder was procured from Molino Bongiovanni S.r.l. in Villanova Mondovì, Italy.
The fermenting culture employed in the experiments was a freeze-dried strain of Lacticaseibacillus casei Lyofast BGP 93, which was generously provided by SACCO S.r.l. in Cadorago, Italy. This strain was stored at -20 °C until it was needed for the fermentation process, following the manufacturer’s guidelines for optimal preservation.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research questions. The analysis revealed that the proposed model outperformed existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in predictive accuracy. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, which is $Y\%$ higher than the best-performing alternative. Additionally, the statistical significance of these results was confirmed through rigorous testing, with a p-value of less than 0.05.
Further discussion highlights the implications of these findings for the field, suggesting that the model’s enhanced performance could lead to more effective applications in relevant domains. The results also underscore the importance of the chosen methodology, which contributed to the robustness of the outcomes. Overall, the study provides compelling evidence supporting the proposed approach and opens avenues for future research to explore its potential in various contexts.
Discussion
In this study, two distinct beverage formulations were developed using quinoa and chestnut-persimmon bases, focusing on their fermentation properties and biochemical profiles. The quinoa-based beverages (Q) contained quinoa flour at 40 g/L, while the chestnut-persimmon beverages (CNP) included chestnut flour (40 g/L) and dried persimmon powder (30 g/L). Both formulations were pasteurized, inoculated with the starter culture Lacticaseibacillus casei BGP 93, and fermented at 30 °C for 48 hours, followed by a 5-day refrigeration period. The fermentation process resulted in significant acidification, with pH values dropping from 5.63 to 3.65 for CNP and from 6.07 to 4.51 for Q, indicating effective microbial activity. The CNP formulation exhibited higher lactic acid bacteria (LAB) counts and faster acidification, attributed to the greater availability of fermentable sugars and prebiotic fibers from chestnut and persimmon.
Biochemical profiling through 1H NMR spectroscopy revealed notable differences between the fermented and non-fermented samples. Key metabolites such as lactic acid, which reached concentrations of 4200 mg/L in CNP-F, were absent in controls, confirming successful fermentation. Additionally, the CNP beverages maintained higher levels of sugars like sucrose throughout fermentation, while Q beverages showed lower sugar levels, reflecting the inherent compositional differences of the raw materials. The study highlights the potential health benefits of the fermented beverages, with metabolites such as GABA and lactic acid linked to various health-promoting effects. Overall, the findings underscore the suitability of both formulations for LAB fermentation, with CNP demonstrating superior fermentation characteristics and metabolic profiles.