DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-10281-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40646050
تاريخ النشر: 2025-07-11
المؤلف: Mahsa Amiri وآخرون
الموضوع الرئيسي: الكيمياء الحيوية للبذور والنباتات
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في تأثيرات معالجة البلازما الباردة الجوية (ACP) على النشاط المضاد للأكسدة (AOA)، ومحتوى الفينول الكلي (TPC)، ومحتوى الفلافونويد الكلي (TFC)، ومستويات الروتين والكيرسيتين في دقيق الحنطة السوداء الشائعة (Fagopyrum esculentum Moench) (BF) والحبوب (BG). استخدمت الدراسة مفاعل بلازما بتفريغ حاجز عازل، حيث تم تطبيق المعالجات لمدة 5 و10 دقائق عند فولتية 50 و60 كيلو فولت. كشفت النتائج أن معالجة ACP زادت بشكل كبير من محتوى الفينولات والفلافونويدات، وخاصة الروتين، بالإضافة إلى AOA لعينات الحنطة السوداء. ومن الجدير بالذكر أن عينة BF المعالجة عند 50 كيلو فولت لمدة 10 دقائق وعينة BG المعالجة عند 60 كيلو فولت لمدة 5 دقائق أظهرت أعلى AOA (92.25 ± 0.03% و89.69 ± 0.04% عبر DPPH، على التوالي)، وTPC (83.99 ± 0.07 ملغ GAE/g DW و80.47 ± 0.03 ملغ GAE/g DW)، وTFC (96.60 ± 0.03 ملغ RE/g DW و91.53 ± 0.07 ملغ RE/g DW)، ومستويات الروتين (3.6 ± 0.06 ملغ/kg و2.7 ± 0.02 ملغ/kg).
تخلص الدراسة إلى أن الحنطة السوداء، وهي حبوب خالية من الغلوتين غنية بمضادات الأكسدة والمركبات الفينولية، يمكن معالجتها بفعالية باستخدام تقنية ACP لتعزيز خصائصها الغذائية دون المساس بالسلامة. يُعزى الزيادة في AOA ومحتوى الفينول إلى زيادة نشاط إنزيم الأمونيا-لايز الفينيل الألانين (PAL)، وتدهور غشاء الخلية، وتراكم المركبات الفينولية نتيجة معالجة البلازما. تشير الظروف المثلى المحددة (50 كيلو فولت-10 دقائق لـ BF و60 كيلو فولت-5 دقائق لـ BG) إلى أن ACP لديها إمكانات كبيرة لتحسين الخصائص الوظيفية للحنطة السوداء. يُوصى بإجراء أبحاث مستقبلية لاستكشاف الآثار الأوسع لـ ACP على الخصائص التكنولوجية والميكروبية للحنطة السوداء، بهدف تحسين معايير المعالجة لتعزيز السلامة والوظائف.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في بحثهم الذي يتضمن حبوب الحنطة السوداء الشائعة (Fagopyrum esculentum Moench)، والتي تم الحصول عليها من شركة ساغلام في إيران. تم استخدام مجموعة متنوعة من المركبات الكيميائية في الدراسة، بما في ذلك كاشف فولين-سيكالتي، كربونات الصوديوم، وأحماض وأملاح مختلفة، جميعها تم الحصول عليها من ميرك (ألمانيا). بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على كواشف محددة مثل 1,1-ثنائي الفينيل-2-بيكريل هيدرازيل (DPPH)، 2,4,6-ثلاثي(2-بيريديل)-س-ترازين (TPTZ)، الكيرسيتين، والروتين من شركة سيغما-ألدريتش. كانت المذيبات المستخدمة في الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC) تشمل الميثانول والأسيتونيتريل، أيضًا من ميرك.
تشير هذه القائمة الشاملة من المواد إلى تصميم تجريبي قوي يهدف إلى دراسة خصائص حبوب الحنطة السوداء، مع التركيز على قدرتها المضادة للأكسدة وتركيبها الفيتوكيميائي. يشير استخدام الكواشف والمذيبات المعروفة إلى نهج منهجي سليم لتحليل المركبات النشطة بيولوجيًا الموجودة في الحنطة السوداء.
نقاش
في هذه الدراسة، تم التحقيق في تأثيرات معالجة البلازما الباردة الجوية (ACP) على حبوب الحنطة السوداء الكاملة والدقيق، مع التركيز على تعزيز محتويات الفينولات والفلافونويدات، فضلاً عن الخصائص المضادة للأكسدة. تم إجراء معالجة ACP باستخدام مفاعل تفريغ حاجز عازل، مع فولتية تفريغ متغيرة (50 كيلو فولت و60 كيلو فولت) وأوقات تعرض (5 و10 دقائق). أشارت النتائج إلى أن معالجة ACP زادت بشكل كبير من محتوى الفينول الكلي (TPC) ومحتوى الفلافونويد الكلي (TFC) في كل من دقيق الحنطة السوداء والحبوب مقارنةً بالعينات غير المعالجة. على وجه التحديد، تم ملاحظة أعلى TPC (83.99 ملغ GAE/g DW) وTFC (96.60 ملغ RE/g DW) في العينات المعالجة عند 50 كيلو فولت لمدة 10 دقائق و60 كيلو فولت لمدة 5 دقائق، على التوالي.
كما أظهرت الدراسة وجود علاقة إيجابية بين زيادة مستويات المركبات الفينولية والنشاط المضاد للأكسدة، كما تم قياسه بواسطة اختبارات DPPH وFRAP. ومع ذلك، لوحظ أن التعرض المطول لفولتية أعلى قد يؤدي إلى انخفاض في النشاط المضاد للأكسدة، يُعزى ذلك إلى تدهور المركبات الفينولية بواسطة أنواع الأكسجين التفاعلية الناتجة أثناء معالجة البلازما. تشير النتائج إلى أن معالجة ACP لا تعزز فقط الملف الغذائي للحنطة السوداء ولكن لديها أيضًا تطبيقات محتملة في معالجة الأغذية لتحسين السلامة والخصائص الوظيفية لهذه الحبوب الخالية من الغلوتين. يُوصى بإجراء مزيد من الأبحاث لتحسين معايير المعالجة لتحقيق أقصى فوائد صحية دون آثار سلبية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-10281-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40646050
Publication Date: 2025-07-11
Author(s): Mahsa Amiri et al.
Primary Topic: Seed and Plant Biochemistry
Overview
This research investigates the effects of atmospheric cold plasma (ACP) treatment on the antioxidant activity (AOA), total phenol content (TPC), total flavonoid content (TFC), and levels of rutin and quercetin in Common buckwheat (Fagopyrum esculentum Moench) flour (BF) and grain (BG). The study employed a dielectric barrier discharge plasma reactor, applying treatments for 5 and 10 minutes at voltages of 50 and 60 kV. The findings revealed that ACP treatment significantly enhanced the phenolic and flavonoid content, particularly rutin, as well as the AOA of buckwheat samples. Notably, the BF sample treated at 50 kV for 10 minutes and the BG sample treated at 60 kV for 5 minutes exhibited the highest AOA (92.25 ± 0.03% and 89.69 ± 0.04% via DPPH, respectively), TPC (83.99 ± 0.07 mg GAE/g DW and 80.47 ± 0.03 mg GAE/g DW), TFC (96.60 ± 0.03 mg RE/g DW and 91.53 ± 0.07 mg RE/g DW), and rutin levels (3.6 ± 0.06 mg/kg and 2.7 ± 0.02 mg/kg).
The study concludes that buckwheat, a gluten-free pseudo-cereal rich in antioxidants and phenolic compounds, can be effectively processed using ACP technology to enhance its nutritional properties without compromising safety. The increase in AOA and phenolic content is attributed to enhanced phenylalanine ammonia-lyase (PAL) activity, cell membrane degradation, and phenolic compound accumulation due to plasma treatment. The optimal conditions identified (50 kV-10 min for BF and 60 kV-5 min for BG) suggest that ACP has significant potential for improving the functional properties of buckwheat. Future research is recommended to explore the broader implications of ACP on the technological and microbial properties of buckwheat, aiming to optimize treatment parameters for enhanced safety and functionality.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their research involving common buckwheat grains (Fagopyrum esculentum Moench), which were sourced from the Saghlam company in Iran. A variety of chemical compounds were employed in the study, including the Folin-Ciocalteu reagent, sodium carbonate, and various acids and salts, all procured from Merck (Germany). Additionally, specific reagents such as 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH), 2,4,6-tri(2-pyridyl)-s-triazine (TPTZ), quercetin, and rutin were obtained from Sigma-Aldrich Co. The solvents used for high-performance liquid chromatography (HPLC) included methanol and acetonitrile, also sourced from Merck.
This comprehensive list of materials indicates a robust experimental design aimed at investigating the properties of buckwheat grains, likely focusing on their antioxidant capacity and phytochemical composition. The use of well-established reagents and solvents suggests a methodologically sound approach to analyzing the bioactive compounds present in the buckwheat.
Discussion
In this study, the effects of atmospheric pressure cold plasma (ACP) treatment on whole buckwheat grains and flour were investigated, focusing on the enhancement of phenolic and flavonoid contents, as well as antioxidant properties. The ACP treatment was conducted using a dielectric barrier discharge reactor, with varying discharge voltages (50 kV and 60 kV) and exposure times (5 and 10 minutes). Results indicated that ACP treatment significantly increased total phenolic content (TPC) and total flavonoid content (TFC) in both buckwheat flour and grains compared to untreated controls. Specifically, the highest TPC (83.99 mg GAE/g DW) and TFC (96.60 mg RE/g DW) were observed in samples treated at 50 kV for 10 minutes and 60 kV for 5 minutes, respectively.
The study also demonstrated a positive correlation between the increased levels of phenolic compounds and antioxidant activity, as measured by DPPH and FRAP assays. However, it was noted that prolonged exposure to higher voltages could lead to a decrease in antioxidant activity, attributed to the degradation of phenolic compounds by reactive oxygen species generated during plasma treatment. The findings suggest that ACP treatment not only enhances the nutritional profile of buckwheat but also has potential applications in food processing to improve the safety and functional properties of this gluten-free pseudo-cereal. Further research is recommended to optimize treatment parameters for maximizing health benefits without adverse effects.