DOI: https://doi.org/10.1007/s44187-025-00323-8
تاريخ النشر: 2025-02-24
المؤلف: R. Sandhiya وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تعديل نشا الدخن (Panicum miliaceum L.) من خلال المعالجة بالتسخين والموجات فوق الصوتية، مع التركيز على تأثيرها على الخصائص الفيزيائية والكيميائية والوظيفية والحرارية والبنائية للنشا. وجدت الدراسة أن هذه التعديلات زادت بشكل كبير من محتوى الأميلوز، حيث حقق نشا المعالج بالموجات فوق الصوتية (US) أعلى مستوى عند 22.38%. تم تحسين الخصائص الوظيفية بشكل ملحوظ، حيث أظهر US قابلية ذوبان وقوة انتفاخ متفوقة عبر درجات حرارة 70 °م، 80 °م، و90 °م. بالإضافة إلى ذلك، تم تقليل درجة حرارة الجيلاتينية إلى 69.82 °م لـ US، إلى جانب تغيير في الإنثالبي قدره 2.31 جول/غ، مما يشير إلى تفكك فعال لحبيبات النشا كما تأكد بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM).
في الختام، حسنت كل من المعالجة بالتسخين والموجات فوق الصوتية بشكل ملحوظ الخصائص الوظيفية والحرارية والبنائية لنشا الدخن. أدت التعديلات إلى زيادة محتوى الأميلوز (20.31% للمعالج بالتسخين و22.38% للموجات فوق الصوتية)، وقوة الانتفاخ (6.02 غ/غ للمعالج بالتسخين و6.85 غ/غ للموجات فوق الصوتية)، وقابلية الذوبان (14.55% للمعالج بالتسخين و16.58% للموجات فوق الصوتية). تم تقليل درجة حرارة الجيلاتينية للنشا الأصلي البالغة 74.30 °م بشكل كبير، خاصة بالنسبة لنشا المعالج بالموجات فوق الصوتية. تشير النتائج إلى أن هذه التقنيات البيئية المستدامة لتحسين النشا تعزز من الجيلاتينية والوظائف لنشا الدخن، مما يجعلها أكثر ملاءمة للاستخدامات في صناعة المواد الغذائية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية الدخن (Panicum miliaceum L.) كغذاء أساسي، خاصة في إفريقيا وآسيا، مع تسليط الضوء على تركيبه الغذائي، الذي يتضمن 65-75% نشا، 7-12% بروتين، و15-20% ألياف غذائية. على الرغم من فوائده الغذائية، فإن استخدام نشا الدخن الأصلي في المنتجات الغذائية محدود بسبب انخفاض قابليته للذوبان في الماء البارد، وارتفاع ميله للتراجع، ومقاومته للتدهور. تم استخدام تقنيات مختلفة لتعديل النشا، بما في ذلك الطرق الفيزيائية والإنزيمية والتخمير والكيميائية، لتعزيز الخصائص الوظيفية لنشا الدخن.
من بين هذه التقنيات، تُفضل تقنيات التعديل الفيزيائي، مثل الطهي، والتحميص، والميكروويف، والموجات فوق الصوتية، والمعالجات عالية الضغط، لسلامتها وسهولة تشغيلها واستدامتها البيئية. تشير الدراسات الحديثة إلى أن هذه الطرق الفيزيائية الجديدة يمكن أن تحسن بشكل كبير من خصائص اللصق وقابلية الهضم لنشا الدخن من خلال إحداث تغييرات في البنية الدقيقة والبلورية. على وجه الخصوص، أظهرت معالجة الحرارة الجافة أنها تزيد من لزوجة اللصق وتقلل من البلورية، بينما يعزز تعديل الموجات فوق الصوتية خصائص الهلام من خلال تغيير التفاعلات بين سلاسل الأميلوز والأميلوبكتين. على الرغم من أن الأبحاث السابقة استكشفت تقنيات تعديل مختلفة، إلا أن تأثيرات المعالجة بالتسخين وتعديل الموجات فوق الصوتية على نشا الدخن لا تزال غير مستكشفة بشكل كافٍ.
نقاش
في هذه الدراسة، تم عزل نشا الدخن وتعديله من خلال المعالجة بالتسخين والموجات فوق الصوتية، مما أثر بشكل كبير على خصائصه الوظيفية والحرارية والبنائية. تضمنت عملية العزل طريقة نقع قلوية، مما أسفر عن نشا أصلي (NS) بمحتوى رطوبة يبلغ حوالي 5%. أدت التعديلات إلى زيادة محتوى الأميلوز، حيث كانت القيم 20.31 ± 0.15% لنشا المعالج بالتسخين (AS) و22.38 ± 0.06% لنشا المعالج بالموجات فوق الصوتية (US). ومن الجدير بالذكر أن قوة الانتفاخ (SP) وقابلية الذوبان للنشا تحسنت أيضًا، خاصة في US، الذي أظهر SP قدره 6.85 ± 0.23 غ/غ وزيادة في القابلية للذوبان عند درجات حرارة مختلفة.
كشفت التحليلات الهيكلية عبر مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) عن تغييرات كبيرة في شكل حبيبات النشا وبنيته الجزيئية بسبب التعديلات. أشار FTIR إلى تغييرات في الروابط O-H وC-H، بينما أظهر SEM تقليلًا في حجم الحبيبات وزيادة في توزيع الجسيمات في النشويات المعدلة. كما تأثرت الخصائص الوظيفية مثل قدرة الاحتفاظ بالماء (WHC) وقدرة ربط الزيت (OBC)، حيث أظهر US أقل WHC وأعلى OBC. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن كل من المعالجة بالتسخين والموجات فوق الصوتية تعزز بشكل فعال خصائص نشا الدخن، مما يجعلها أكثر ملاءمة لمجموعة متنوعة من التطبيقات في صناعة المواد الغذائية وغيرها من الصناعات.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44187-025-00323-8
Publication Date: 2025-02-24
Author(s): R. Sandhiya et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This research investigates the modification of proso millet (Panicum miliaceum L.) starch through annealing and ultrasound treatments, focusing on their impact on the starch’s physicochemical, functional, thermal, and structural properties. The study found that these modifications significantly increased the amylose content, with ultrasound-modified starch (US) achieving the highest level at 22.38%. Functional properties were notably enhanced, with US exhibiting superior solubility and swelling power across temperatures of 70 °C, 80 °C, and 90 °C. Additionally, the gelatinization temperature was reduced to 69.82 °C for US, alongside a change in enthalpy of 2.31 J/g, indicating effective disintegration of starch granules as confirmed by scanning electron microscopy (SEM).
In conclusion, both annealing and ultrasound treatments markedly improved the functional, thermal, and structural characteristics of proso millet starch. The modifications resulted in increased amylose content (20.31% for annealed and 22.38% for ultrasound), swelling power (6.02 g/g for annealed and 6.85 g/g for ultrasound), and solubility (14.55% for annealed and 16.58% for ultrasound). The native starch’s gelatinization temperature of 74.30 °C was significantly lowered, particularly for ultrasound-modified starch. The findings suggest that these environmentally friendly and sustainable modification techniques enhance the gelatinization and functionality of proso millet starch, making it more suitable for applications in the food industry.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of proso millet (Panicum miliaceum L.) as a staple food, particularly in Africa and Asia, highlighting its nutritional composition, which includes 65-75% starch, 7-12% protein, and 15-20% dietary fibers. Despite its nutritional benefits, the application of native proso millet starch in food products is limited due to its low solubility in cold water, high retrogradation tendency, and resistance to degradation. Various starch modification techniques, including physical, enzymatic, fermentation, and chemical methods, have been employed to enhance the functional properties of millet starch.
Among these, physical modification techniques, such as cooking, roasting, microwave, ultrasound, and high-pressure treatments, are favored for their safety, ease of operation, and environmental sustainability. Recent studies indicate that these novel physical methods can significantly improve the pasting properties and digestibility of proso millet starch by inducing microstructural and crystalline changes. Specifically, dry heat treatment has been shown to increase pasting viscosity and reduce crystallinity, while ultrasound modification enhances gel properties by altering the interactions between amylose and amylopectin chains. Although previous research has explored various modification techniques, the effects of annealing and ultrasound modification on proso millet starch remain under-examined.
Discussion
In this study, proso millet starch was isolated and modified through annealing and ultrasound treatment, significantly impacting its functional, thermal, and structural properties. The isolation process involved an alkaline steeping method, resulting in native starch (NS) with a moisture content of approximately 5%. The modifications led to increased amylose content, with values of 20.31 ± 0.15% for annealed starch (AS) and 22.38 ± 0.06% for ultrasound-treated starch (US). Notably, the swelling power (SP) and solubility of the starch also improved, particularly in US, which exhibited a SP of 6.85 ± 0.23 g/g and enhanced solubility at various temperatures.
The structural analysis via Fourier Transform Infrared (FTIR) spectroscopy and Scanning Electron Microscopy (SEM) revealed significant changes in the starch granule morphology and molecular structure due to the modifications. FTIR indicated alterations in the O-H and C-H bonding, while SEM showed a reduction in granule size and increased particle distribution in modified starches. Functional properties such as water holding capacity (WHC) and oil binding capacity (OBC) were also affected, with US demonstrating the lowest WHC and the highest OBC. Overall, the findings suggest that both annealing and ultrasound treatments effectively enhance the properties of proso millet starch, making it more suitable for various applications in food and other industries.