DOI: https://doi.org/10.1007/s44447-025-00109-5
تاريخ النشر: 2026-01-06
المؤلف: Akash Navale وآخرون
الموضوع الرئيسي: الرمان: التركيب والفوائد الصحية
نظرة عامة
الدراسة بحثت في تأثيرات المعالجات المسبقة المختلفة—الموجات فوق الصوتية (US)، الإنزيمية، والميكروويف—على إنتاج عصير الرمان، الخصائص الفيزيائية والكيميائية، وشكل الحبوب، بهدف تحسين استخراج العصير وتقليل الفاقد. تم تحديد الظروف المثلى لمعالجة US لتكون 39% من الطاقة و15 دقيقة من وقت المعالجة. أظهرت النتائج أن معالجة US حققت أعلى إنتاج للعصير بنسبة 82.15%، مما يمثل زيادة قدرها 8.81% مقارنة بالطرق التقليدية. بالإضافة إلى ذلك، العصير المستخرج عبر US أظهر لزوجة متفوقة (7.50 cP)، محتوى كلي من الفينولات (3816.85 ملغ GAE/L)، التانينات (2058.47 ملغ CE/L)، العكارة (33.45)، والحموضة القابلة للتعادل (12.71 غرام/لتر). في المقابل، حققت المعالجة الإنزيمية أعلى نشاط مضاد للأكسدة (65.50%) ومجموع المواد الصلبة القابلة للذوبان (16.41°Bx)، لكنها أدت إلى أقل لزوجة (4.63 cP).
أظهر التحليل الشكلي للحبوب اختلافات كبيرة بين المعالجات، حيث تسببت US في أكبر قدر من تدمير الخلايا، مما ارتبط بأعلى إنتاج للعصير. خلصت الدراسة إلى أن معالجة US هي الطريقة الأكثر فعالية لزيادة إنتاج العصير مع الحفاظ على الجودة، مما يبرز إمكانياتها لممارسات معالجة الطعام المستدامة. ومع ذلك، أشار المؤلفون إلى أن مزيدًا من البحث مطلوب لتقييم قابلية توسيع هذه المعالجات، واستقرار العصير المستخرج، والآثار الاجتماعية والاقتصادية لنتائجهم.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية الرمان (Punica granatum L.) كفاكهة ونبات زينة، مع تسليط الضوء على محتواها الغني من المركبات النشطة بيولوجيًا مثل الأحماض الفينولية، التانينات، الفلافونولات، والأنثوسيانين. ترتبط هذه المركبات بفوائد صحية متنوعة، بما في ذلك تقليل تصلب الشرايين، السرطان، السكري، والأمراض التنكسية العصبية. تشكل الجزء القابل للأكل من الفاكهة حوالي 55-60% من وزنها، بشكل رئيسي كعصير (80%) وبذور (20%). غالبًا ما تؤدي طرق استخراج العصير التقليدية إلى إنتاج محدود من العصير وتسبب فقدان العناصر الغذائية، مع بقاء كميات كبيرة في الجزء الصلب.
تؤكد الورقة على الحاجة إلى تقنيات استخراج بديلة، مثل الموجات فوق الصوتية (US)، الميكروويف (MW)، المعالجة عالية الضغط (HPP)، والمعالجات الإنزيمية، التي أظهرت وعدًا في تحسين إنتاج العصير مع الحفاظ على الجودة الغذائية. تستفيد هذه الطرق من آليات مثل الكافيتاسيون، والتأثيرات الكهربائية، والتأثيرات الحرارية لتفكيك الهياكل الخلوية، مما يزيد من استرداد العصير. تهدف الدراسة إلى مقارنة فعالية هذه التقنيات غير التقليدية في المعالجة المسبقة مقابل الطرق التقليدية، مع التركيز على إنتاج العصير، الخصائص الفيزيائية والكيميائية، والتغيرات الشكلية في الحبوب. من خلال تحسين هذه الظروف المسبقة، تسعى الأبحاث إلى المساهمة في ممارسات استخراج العصير المستدامة، بما يتماشى مع مبادئ الاقتصاد الدائري وتعزيز الممارسات الزراعية الصديقة للبيئة.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على ثمار الرمان الطازجة والناضجة (Punica granatum L. var. Bhagwa) من السوق المحلي في سانغرو، الهند، بالإضافة إلى البكتيناز المستخرج من Arishtam Pvt. Ltd. تضمنت المنهجية غسل الثمار وتقشيرها يدويًا لاستخراج الحبوب، والتي تم تكسيرها جزئيًا باستخدام خلاط بسرعة 5000 دورة في الدقيقة لمدة 3 ثوانٍ. كان الهدف من هذا التكسير هو تعزيز فعالية المعالجات المسبقة اللاحقة، والتي شملت الميكروويف (MW)، الموجات فوق الصوتية (US)، والمعالجات الإنزيمية.
لتحسين ظروف معالجة US، استخدم الباحثون تصميم مركزي مركب (CCD) ضمن إطار منهجية سطح الاستجابة (RSM). تضمنت المتغيرات المستقلة طاقة US (تتراوح من 10% إلى 40% من الطاقة القصوى البالغة 650 واط) ووقت المعالجة (5 إلى 15 دقيقة). كانت الاستجابات المقاسة هي إنتاج العصير، المحتوى الكلي من الفينولات (TPC)، النشاط الكلي المضاد للأكسدة (TAA)، اللزوجة، والمحتوى الكلي من التانين. تم إجراء 13 تجربة، وتم تحديد الظروف المثلى لمعالجة US، مما أدى إلى استخراج العصير من الحبوب المعالجة، والتي تم تحليلها بعد ذلك لمختلف المعلمات الفيزيائية والوظيفية.
نتائج
تشير النتائج إلى أن طرق المعالجة المسبقة تعزز بشكل كبير جودة العصير، مع ظروف محددة تم تحسينها لمعالجة الميكروويف (MW)، الإنزيمية، والموجات فوق الصوتية (US). بالنسبة لمعالجة MW، تم تحديد إعداد طاقة 100 واط لمدة دقيقة واحدة كالأمثل، حيث أدت مستويات الطاقة الأعلى والفترات الزمنية الممتدة إلى تدهور لون العصير. بالإضافة إلى ذلك، تم توحيد المعالجة الإنزيمية بتركيز إنزيم قدره 0.01% w/w ووقت حضانة قدره 25 دقيقة عند درجة حرارة 40℃، مما زاد من إنتاج العصير والمحتوى الكلي من الفينولات (TPC). تؤكد هذه النتائج على أهمية ظروف المعالجة المسبقة الدقيقة في تحسين خصائص العصير.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم طرق المعالجة المسبقة المختلفة—الميكروويف (MW)، الإنزيمية، والموجات فوق الصوتية (US)—لتأثيراتها على إنتاج العصير، اللزوجة، المحتوى الكلي من الفينولات (TPC)، النشاط الكلي المضاد للأكسدة (TAA)، والمحتوى الكلي من التانين من حبوب الرمان. وُجد أن معالجة MW عند 100 واط لمدة دقيقة واحدة هي الأمثل، حيث أدت مستويات الطاقة الأعلى أو الفترات الزمنية الأطول إلى تدهور لون العصير. تضمنت المعالجة الإنزيمية استخدام البكتيناز عند 40 درجة مئوية لمدة 25 دقيقة، بينما استخدمت معالجة US جهاز الموجات فوق الصوتية عند 650 واط وتردد 20-25 كيلو هرتز، مع الحفاظ على درجات حرارة أقل من 45 درجة مئوية. استخدم عملية التحسين منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتعظيم إنتاج العصير ومعايير الجودة مع تقليل اللزوجة، مما أدى إلى نموذج متعدد الحدود من الدرجة الثانية الذي ربط بفعالية المتغيرات المستقلة والتابعة.
أشارت النتائج إلى أن معالجة US حققت أعلى استخراج للعصير (82.15%)، تليها المعالجة الإنزيمية (81%) وMW (79.12%)، بينما كانت أقل طرق التقليدية (75.5%). أظهرت قياسات اللزوجة أن المعالجة الإنزيمية أدت إلى أقل لزوجة (4.6 cP)، بينما كانت معالجة US لديها أعلى لزوجة (7.5 cP)، مما يُعزى إلى زيادة استخراج المواد الصلبة القابلة للذوبان. تم تعظيم TPC وTAA في عصير المعالجة US (3816.85 ملغ GAE/L و60.81% تثبيط DPPH، على التوالي)، بينما أدت المعالجة الإنزيمية أيضًا أداءً جيدًا. خلصت الدراسة إلى أن معالجة US لم تحسن فقط إنتاج العصير وجودته، بل حافظت أيضًا على اللون وزادت من استخراج الفينولات، مما يجعلها طريقة متفوقة لمعالجة عصير الرمان مقارنة بالتقنيات التقليدية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s44447-025-00109-5
Publication Date: 2026-01-06
Author(s): Akash Navale et al.
Primary Topic: Pomegranate: compositions and health benefits
Overview
The study investigated the effects of various pretreatments—ultrasonication (US), enzymatic, and microwave—on pomegranate juice yield, physicochemical properties, and aril morphology, with the goal of enhancing juice extraction and reducing waste. The optimal conditions for US pretreatment were determined to be 39% power and 15 minutes of treatment time. Results indicated that US pretreatment achieved the highest juice yield at 82.15%, representing an 8.81% increase over conventional methods. Additionally, juice extracted via US exhibited superior viscosity (7.50 cP), total phenolic content (3816.85 mg GAE/L), tannins (2058.47 mg CE/L), turbidity (33.45), and titratable acidity (12.71 g/L). In contrast, enzymatic pretreatment yielded the highest antioxidant activity (65.50%) and total soluble solids (16.41°Bx), but resulted in the lowest viscosity (4.63 cP).
The morphological analysis of arils revealed significant differences among pretreatments, with US causing the most cell disruption, which correlated with the highest juice yield. The study concluded that US pretreatment is the most effective method for maximizing juice yield while maintaining quality, highlighting its potential for sustainable food processing practices. However, the authors noted that further research is needed to assess the scalability of these pretreatments, the stability of the extracted juice, and the socio-economic implications of their findings.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of pomegranates (Punica granatum L.) as both a fruit and ornamental plant, highlighting their rich content of bioactive compounds such as phenolic acids, tannins, flavonols, and anthocyanins. These compounds are associated with various health benefits, including the reduction of atherosclerosis, cancer, diabetes, and neurodegenerative diseases. The edible portion of the fruit constitutes about 55-60% of its weight, primarily as juice (80%) and seeds (20%). Conventional juice extraction methods often yield limited juice and result in nutrient loss, with significant amounts remaining in the solid fraction.
The paper emphasizes the need for alternative extraction techniques, such as ultrasonication (US), microwave (MW), high-pressure processing (HPP), and enzymatic treatments, which have shown promise in enhancing juice yield while preserving nutritional quality. These methods leverage mechanisms like cavitation, electroporation, and thermal effects to disrupt cellular structures, thereby increasing juice recovery. The study aims to compare the effectiveness of these non-conventional pretreatment techniques against traditional methods, focusing on juice yield, physicochemical properties, and morphological changes in arils. By optimizing these pretreatment conditions, the research seeks to contribute to sustainable juice extraction practices, aligning with circular economy principles and promoting eco-friendly agricultural practices.
Methods
In this study, fresh and mature pomegranate fruits (Punica granatum L. var. Bhagwa) were sourced from the local market in Sangrur, India, along with pectinase obtained from Arishtam Pvt. Ltd. The methodology involved manually washing and peeling the fruits to extract the arils, which were then partially fragmented using a mixer-grinder at 5000 rpm for 3 seconds. This fragmentation aimed to enhance the effectiveness of subsequent pretreatments, which included microwave (MW), ultrasound (US), and enzymatic treatments.
To optimize the conditions for US pretreatment, the researchers employed a Central Composite Design (CCD) within the framework of Response Surface Methodology (RSM). The independent variables included US power (ranging from 10% to 40% of the maximum power of 650W) and treatment time (5 to 15 minutes). The responses measured were juice yield, total phenolic content (TPC), total antioxidant activity (TAA), viscosity, and total tannin content. A total of 13 experiments were conducted, and the optimized conditions for US pretreatment were established, leading to the extraction of juice from the treated pomegranate arils, which was subsequently analyzed for various physical and functional parameters.
Results
The results indicate that pretreatment methods significantly enhance juice quality, with specific conditions optimized for microwave (MW), enzymatic, and ultrasound (US) treatments. For MW pretreatment, a power setting of 100 W for 1 minute was determined to be optimal, as higher power levels and extended durations resulted in degradation of juice color. Additionally, the enzymatic pretreatment was standardized with an enzyme concentration of 0.01% w/w and an incubation time of 25 minutes at a temperature of 40℃, which maximized juice yield and total phenolic content (TPC). These findings underscore the importance of precise pretreatment conditions in improving juice characteristics.
Discussion
In this study, various pretreatment methods—microwave (MW), enzymatic, and ultrasonication (US)—were evaluated for their effects on juice yield, viscosity, total phenolic content (TPC), total antioxidant activity (TAA), and total tannin content from pomegranate arils. The MW treatment at 100 W for 1 minute was found optimal, as higher power or longer duration led to juice color degradation. Enzymatic treatment involved using pectinase at 40°C for 25 minutes, while US treatment utilized a probe ultrasonicator at 650 W and 20-25 kHz frequency, maintaining temperatures below 45°C. The optimization process employed response surface methodology (RSM) to maximize juice yield and quality parameters while minimizing viscosity, resulting in a second-order polynomial model that effectively correlated independent and dependent variables.
The results indicated that US pretreatment yielded the highest juice extraction (82.15%), followed by enzymatic (81%) and MW (79.12%), with conventional methods yielding the least (75.5%). Viscosity measurements showed enzymatic pretreatment resulted in the lowest viscosity (4.6 cP), while US pretreatment had the highest (7.5 cP), attributed to enhanced extraction of soluble solids. TPC and TAA were maximized in US-pretreated juice (3816.85 mg GAE/L and 60.81% DPPH inhibition, respectively), while enzymatic treatment also performed well. The study concluded that US pretreatment not only improved juice yield and quality but also preserved color and enhanced phenolic extraction, making it a superior method for processing pomegranate juice compared to conventional techniques.