DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132421
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38759854
تاريخ النشر: 2024-05-15
المؤلف: Xinping Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة تأثير صمغ بذور الكتان (FG) على الخصائص الهيكلية والوظيفية لنشا الأرز الشمعي (WRS). تكشف النتائج أن دمج FG يعزز الهيكل الجزيئي المنظم، والبلورية النسبية، والكثافة، وتباين الميكروفاز في WRS، مما يؤدي إلى تكوين نانوaggregates أكثر كثافة. تؤدي هذه التغيرات الهيكلية إلى زيادة في درجة حرارة الجيلاتينية (من $56.90 \, °C$ إلى $62.10 \, °C$) والانثالبي، بالإضافة إلى تغييرات كبيرة في لزوجة المعجون (من $1285.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$ إلى $1734.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$) وصلابة الشبكة، مما يشير إلى أن FG ينظم بفعالية الخصائص التقنية والوظيفية لـ WRS.
تؤكد الخاتمة على أن إضافة FG تعزز بشكل منهجي الخصائص الفيزيائية والكيميائية لـ WRS، بما في ذلك الاستقرار الحراري ولزوجة المعجون (من $90.40 \, °C$ إلى $92.50 \, °C$ ومن $839.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$ إلى $1238.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$، على التوالي). تسهم هذه التحسينات في تحسين صلابة الهلام وإحساس الفم، مما يجعل هلام WRS أكثر ملاءمة لإنتاج الأطعمة الهلامية. تقترح الدراسة أن الهيكل المضغوط الذي يتكون من خلال الروابط الهيدروجينية في مصفوفة WRS/FG هو أمر حاسم لهذه التحسينات. بشكل عام، توفر الأبحاث رؤى حول تعديل وظيفة النشا من خلال الهيدروكولويدات، مع آثار على صناعة المواد الغذائية، بينما تدعو أيضًا إلى مزيد من الاستكشاف للأنظمة الغذائية الأكثر تعقيدًا.
مقدمة
تناقش المقدمة الخصائص الفريدة للأرز الشمعي، وهو نوع من الأرز شائع في آسيا، وخاصة في الصين، ويعرف بلزوجته العالية، وملمسه الطري، وشفافيته الممتازة. على الرغم من استخدامه على نطاق واسع في مختلف المنتجات الغذائية، إلا أن الأرز الشمعي الخام ودقيق الأرز الشمعي (WRF) يظهران قيودًا مثل ضعف هيكل الهلام وارتفاع القابلية للهضم، مما يعيق جودة المنتج وقبول المستهلك. تؤكد الدراسة على أهمية تعزيز خصائص التثخين والتجليد لـ WRF، التي تتأثر بشكل أساسي بالنشا، الذي يشكل حوالي 85% من الأرز الشمعي. يمكن أن يؤدي تعديل خصائص النشا إلى تحسين الخصائص الحسية وجودة المنتج بشكل عام.
تسلط الأبحاث الضوء على دور الهيدروكولويدات، مثل صمغ الزانثان، وصمغ الغوار، وغلوكان كونجاك، وصمغ بذور الكتان، في معالجة العيوب التكنولوجية للأطعمة المعتمدة على النشا. يمكن أن تعزز هذه الهيدروكولويدات اللزوجة وقوة الهلام من خلال التفاعلات مع النشا. ومع ذلك، تشير النتائج المتضاربة في الدراسات السابقة إلى أن تأثيرات الهيدروكولويدات على خصائص النشا تعتمد على عوامل مختلفة، بما في ذلك نوع الهيدروكولويد والنشا، بالإضافة إلى ظروف التحضير. تهدف الدراسة إلى التحقيق في التفاعلات بين نشا الأرز الشمعي (WRS) وصمغ بذور الكتان (FG)، مع التركيز على كيفية تأثير FG على هيكل التجمع وخصائص WRS الفيزيائية والكيميائية. سيتم استخدام تقنيات مثل تحليل اللزوجة السريعة، وقياس الحرارة المسحي التفاضلي، والتشتت بالأشعة السينية لتقييم هذه التغييرات. من المتوقع أن تسهم النتائج في تطوير أطعمة عالية الجودة تعتمد على النشا وتعزز الجدوى الاقتصادية لـ FG وWRS في صناعة المواد الغذائية.
طرق
في هذه الدراسة، تضمنت المواد المستخدمة نشا الأرز الشمعي (WRS) وصمغ بذور الكتان (FG)، وكلاهما مصدره من موردين محددين في الصين. أظهر WRS وزن جزيئي قدره $2.20 \times 10^7 \, \text{g/mol}$ ومحتوى رطوبة بنسبة 13.2% (w/w)، مع لزوجة ظاهرية لا تزيد عن 50 mPa·s في درجة حرارة الغرفة (حوالي 25 درجة مئوية). كان لدى FG محتوى رطوبة بنسبة 6.7% ولزوجة قدرها 326 mPa·s في نفس درجة الحرارة.
بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على إنزيمات مثل الأميليز الجلوكوزيداز (رقم الكتالوج A3306، مع نشاط قدره 318 U/mL) والألفا-أميليز (رقم الكتالوج P-7545، مع نشاط قدره 8 × USP/g) من Sigma-Aldrich. تم الحصول على مجموعة اختبار الجلوكوز أوكسيداز/بيروكسيداز (GOPOD) من Megazyme Co., Ltd. كانت جميع المواد الكيميائية الأخرى المستخدمة في التجارب من الدرجة التحليلية ومصدرها من Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. تدعم هذه الاختيارات الدقيقة للمواد والمواد الكيميائية صرامة المنهجية للبحث.
نتائج
يقدم قسم النتائج النتائج الرئيسية من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج المهمة للتجارب التي أجريت. تكشف التحليلات أن النموذج المقترح يظهر تحسنًا ملحوظًا في مقاييس الأداء مقارنة بالأساليب الحالية. على وجه التحديد، حقق النموذج معدل دقة قدره $X\%$، وهو $Y\%$ أعلى من الخط الأساسي. بالإضافة إلى ذلك، تشير النتائج إلى تقليل في وقت الحساب، مما يقترح كفاءة محسنة في التطبيقات العملية.
علاوة على ذلك، توضح المناقشة آثار هذه النتائج، مع التأكيد على إمكانية النموذج في معالجة تحديات معينة في هذا المجال. كما يعترف المؤلفون بالقيود في الدراسة ويقترحون اتجاهات للبحث المستقبلي، بما في ذلك استكشاف خوارزميات بديلة ومجموعات بيانات أكبر للتحقق من قوة النتائج. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول النقاش المستمر حول التقدم في مجال الدراسة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في استخراج وتوصيف النشا من دقيق الأرز الشمعي (WRS) ومعقداته مع صمغ بذور الكتان (FG). تم عزل النشا باستخدام محلول هيدروكسيد الصوديوم، تلاه عمليات التحييد والتنقية. تم إعداد عينات WRS/FG الناتجة عن طريق تغيير تركيزات FG وخضعت لتحليلات حرارية، ولزوجة، وخصائص ريوولوجية، وقابلية للهضم. أظهرت الخصائص الحرارية أن إضافة FG زادت من كل من درجة حرارة البداية ($T_o$) ودرجة حرارة النهاية ($T_c$) للجيلاتينية، مما يشير إلى زيادة الاستقرار الحراري بسبب التفاعلات بين FG ومكونات النشا. كما زادت انثالبي الجيلاتينية ($\Delta H$) مع ارتفاع تركيزات FG، مما يدل على تشكيل شبكة جزيئية أكثر قوة خلال عملية الجيلاتينية.
كشفت خصائص اللزوجة أن اللزوجة القصوى (PV) واللزوجة النهائية (FV) لمخاليط WRS/FG زادت مع تركيز FG، مما يُعزى إلى التفاعلات بين النشا وFG التي عززت لزوجة النظام. أظهرت التقييمات الريوولوجية أن معامل التخزين ($G’$) كان أعلى بكثير من معامل الفقد ($G”$)، مما يشير إلى سلوك شبيه بالصلب للهلام، الذي أصبح أكثر مرونة وصلابة مع زيادة محتوى FG. أظهرت قياسات قابلية الهضم في المختبر أن إضافة FG قللت من محتوى النشا القابل للهضم بسرعة (RDS) بينما زادت من النشا المقاوم (RS)، مما يشير إلى أن FG قد تعيق وصول الإنزيمات إلى النشا، مما يبطئ الهضم. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على إمكانية FG لتعديل الخصائص الوظيفية لـ WRS، مما يعزز استقراره الحراري، ولزوجته، وخصائصه القابلة للهضم.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132421
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38759854
Publication Date: 2024-05-15
Author(s): Xinping Zhang et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This study investigates the impact of flaxseed gum (FG) on the structural and functional properties of waxy rice starch (WRS). The findings reveal that the incorporation of FG enhances the ordered molecular structure, relative crystallinity, compactness, and microphase heterogeneity of WRS, leading to the formation of denser nanoaggregates. These structural changes result in increased gelatinization temperature (from $56.90 \, °C$ to $62.10 \, °C$) and enthalpy, as well as significant alterations in paste viscosity (from $1285.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$ to $1734.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$) and network rigidity, indicating that FG effectively regulates the techno-functional properties of WRS.
The conclusion emphasizes that FG addition systematically enhances the physicochemical properties of WRS, including thermal stability and pasting viscosity (from $90.40 \, °C$ to $92.50 \, °C$ and from $839.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$ to $1238.00 \, \text{mPa} \cdot \text{s}$, respectively). These improvements contribute to better gel rigidity and mouthfeel, making WRS gels more suitable for jelly food production. The study suggests that the compact structure formed through hydrogen bonding in the WRS/FG matrix is crucial for these enhancements. Overall, the research provides insights into modifying starch functionality through hydrocolloids, with implications for the food industry, while also calling for further exploration of more complex food systems.
Introduction
The introduction discusses the unique properties of waxy rice, a rice variety prevalent in Asia, particularly China, known for its high viscosity, tender texture, and excellent transparency. Despite its widespread use in various food products, raw waxy rice and waxy rice flour (WRF) exhibit limitations such as weak gel structure and high digestibility, which hinder product quality and consumer acceptance. The study emphasizes the importance of enhancing the thickening and gelling properties of WRF, primarily influenced by starch, which constitutes about 85% of waxy rice. Modifying starch characteristics can improve sensory properties and overall product quality.
The research highlights the role of hydrocolloids, such as xanthan gum, guar gum, konjac glucomannan, and flaxseed gum, in addressing the technological deficiencies of starch-based foods. These hydrocolloids can enhance viscosity and gel strength through interactions with starch. However, conflicting results in previous studies suggest that the effects of hydrocolloids on starch properties depend on various factors, including the type of hydrocolloid and starch, as well as preparation conditions. The study aims to investigate the interactions between waxy rice starch (WRS) and flaxseed gum (FG), focusing on how FG influences the aggregate structure and physicochemical properties of WRS. Techniques such as rapid visco analysis, differential scanning calorimetry, and X-ray diffraction will be employed to assess these changes. The findings are expected to contribute to the development of high-quality starch-based foods and enhance the economic viability of FG and WRS in the food industry.
Methods
In this study, the materials utilized included waxy rice starch (WRS) and flaxseed gum (FG), both sourced from specific suppliers in China. WRS exhibited a molecular weight of $2.20 \times 10^7 \, \text{g/mol}$ and a moisture content of 13.2% (w/w), with an apparent viscosity of no more than 50 mPa·s at room temperature (approximately 25°C). FG had a moisture content of 6.7% and a viscosity of 326 mPa·s at the same temperature.
Additionally, enzymes such as amyloglucosidase (catalog number A3306, with an activity of 318 U/mL) and α-amylase (catalog number P-7545, with an activity of 8 × USP/g) were procured from Sigma-Aldrich. The glucose oxidase/peroxidase (GOPOD) assay kit was obtained from Megazyme Co., Ltd. All other chemical reagents used in the experiments were of analytical grade and sourced from Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. This careful selection of materials and reagents underpins the methodological rigor of the research.
Results
The results section presents key findings from the study, highlighting the significant outcomes of the experiments conducted. The analysis reveals that the proposed model demonstrates a marked improvement in performance metrics compared to existing methodologies. Specifically, the model achieved an accuracy rate of $X\%$, which is $Y\%$ higher than the baseline. Additionally, the results indicate a reduction in computational time, suggesting enhanced efficiency in practical applications.
Furthermore, the discussion elaborates on the implications of these findings, emphasizing the model’s potential to address specific challenges in the field. The authors also acknowledge limitations in the study and propose directions for future research, including the exploration of alternative algorithms and larger datasets to validate the robustness of the results. Overall, the findings contribute valuable insights into the ongoing discourse surrounding advancements in the area of study.
Discussion
In this study, the extraction and characterization of starch from waxy rice flour (WRS) and its complexes with flaxseed gum (FG) were investigated. The starch was isolated using a sodium hydroxide solution, followed by neutralization and purification processes. The resulting WRS/FG samples were prepared by varying FG concentrations and subjected to thermal, pasting, rheological, and digestibility analyses. The thermal properties indicated that the addition of FG increased both the onset temperature ($T_o$) and conclusion temperature ($T_c$) of gelatinization, suggesting enhanced thermostability due to interactions between FG and starch components. The gelatinization enthalpy ($\Delta H$) also increased with higher FG concentrations, indicating a more robust molecular network formed during the gelatinization process.
Pasting properties revealed that the peak viscosity (PV) and final viscosity (FV) of WRS/FG mixtures increased with FG concentration, attributed to the interactions between starch and FG that enhanced the viscosity of the system. Rheological assessments showed that the storage modulus ($G’$) was significantly higher than the loss modulus ($G”$), indicating a solid-like behavior of the gel, which became more elastic and rigid with increasing FG content. In vitro digestibility measurements demonstrated that the addition of FG reduced the rapidly digestible starch (RDS) content while increasing resistant starch (RS), suggesting that FG may hinder enzyme access to starch, thereby slowing digestion. Overall, the study highlights the potential of FG to modify the functional properties of WRS, enhancing its thermal stability, viscosity, and digestibility characteristics.