DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-024-05822-4
تاريخ النشر: 2024-04-03
المؤلف: Ibrahim Mohammed وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تستكشف الدراسة تطوير وجبة خفيفة غنية بالمغذيات من خلال دمج البطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي، والدخن الأصابع، ودقيق الصويا في تركيبات قائمة على الحبوب. استخدمت الأبحاث تصميم مركب مركزي مركزي لاستكشاف تأثيرات ظروف معالجة البثق، وتحديداً درجة حرارة البرميل (90-130 درجة مئوية) ومحتوى رطوبة العلف (20-26%)، على الخصائص الغذائية والحسية للمنتجات الناتجة. تم تحليل ثلاثة عشر مجموعة معالجة، مما كشف عن تأثيرات كبيرة (p < 0.05) لهذه المتغيرات على مقاييس الجودة المختلفة، بما في ذلك الرطوبة، والبروتين، والدهون، والبيتا كاروتين، وكثافة الكتلة (BD)، والصلابة، ونسبة التمدد (ER)، ومؤشر امتصاص الماء (WAI)، ومؤشر قابلية الذوبان في الماء (WSI)، والقبول العام. تم تحديد ظروف المعالجة المثلى على أنها درجة حرارة برميل تبلغ 114.5 درجة مئوية ومحتوى رطوبة علف يبلغ 20%، مما أسفر عن منتجات تحتوي على 14.06% بروتين، 3.26% رماد، 69.12% كربوهيدرات، ودرجة قبول عامة تبلغ 3.30. تشير النتائج إلى أنه بينما أثرت كل من درجة حرارة البرميل ومحتوى رطوبة العلف بشكل كبير على جودة المنتجات الناتجة، كانت درجة حرارة البرميل هي العامل الأكثر أهمية. تسلط الدراسة الضوء على إمكانية تحسين ظروف البثق لتعزيز الخصائص الغذائية والحسية للوجبات الخفيفة، مما يشير إلى أن دمج البطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي يمكن أن يُستخدم بشكل فعال في إنتاج الوجبات الخفيفة على نطاق صغير وكبير.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على القيود الغذائية للوجبات الخفيفة التقليدية القائمة على الحبوب، والتي غالباً ما تكون منخفضة في البروتينات والميكرو مغذيات. لتعزيز الملف الغذائي للأطعمة البثق، استكشف الباحثون دمج البقوليات مثل فول الصويا، والعدس، والبازلاء، بالإضافة إلى مكونات بديلة مثل البطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي والدخن الأصابع. يُلاحظ أن الدخن الأصابع يحتوي على نسبة عالية من الألياف، والكربوهيدرات، والكالسيوم، والحديد، بينما تعتبر البطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي غنية بالبيتا كاروتين، والنشا، والألياف. يساهم فول الصويا في بروتين عالي الجودة وزيوت أساسية، مما يجعله مكوناً متعدد الاستخدامات في إنتاج الوجبات الخفيفة.
تم تحديد طهي البثق كطريقة رئيسية لإنتاج مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية الجاهزة للأكل، حيث تتأثر جودة المنتجات الناتجة بعوامل مثل تركيب المواد الخام، ونسب الخلط، وظروف المعالجة. أظهرت الدراسات السابقة أن المعلمات مثل تركيب العلف، ودرجة حرارة البرميل، ومحتوى الرطوبة تؤثر بشكل كبير على الجودة الغذائية وخصائص المنتجات البثق. تهدف هذه الدراسة إلى تطوير وجبات خفيفة غنية غذائياً من خلال تحسين استخدام الدخن الأصابع، والبطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي، ودقيق الصويا المركب، مع التأكيد على أهمية التحكم بعناية في ظروف البثق لتحقيق الخصائص الغذائية والفيزيائية المرغوبة.
طرق
في هذه الدراسة، تضمنت المواد التجريبية الدخن الأصابع (نوع أديس 01)، والبطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي (نوع ألمورا)، وفول الصويا (نوع كلارك 63 ك)، المستمدة من مركز بحوث الزراعة في جيمّا. تم اختيار هذه الأنواع المحددة بناءً على قدراتها الإنتاجية وملفاتها الغذائية.
كان التصميم التجريبي المستخدم هو تصميم مركب مركزي باستخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM) عبر برنامج تصميم الخبراء النسخة 13. تضمنت هذه الطريقة تصميم مركزي ذو ثلاثة مستويات وعاملين، مما أسفر عن 13 تجربة تجريبية، والتي تضمنت 8 نقاط غير مركزية، و5 نقاط مركزية، و1 قيمة ألفا. كانت العوامل الحرجة التي تم التحقيق فيها هي درجة حرارة البرميل (تم ضبطها عند 90، 110، و130 درجة مئوية) ومحتوى رطوبة العلف (عند 20%، 23%، و26%). تم اختيار هذه المستويات بناءً على الأدبيات السابقة والدراسات الأولية. تم نمذجة المتغير الاستجابي (Y) باستخدام معادلة متعددة الحدود من الدرجة الثانية كاملة، حيث \( Y = \beta_0 + \beta_1 A + \beta_2 B + \beta_{11} A^2 + \beta_{22} B^2 + \beta_{12} AB \)، مع \( A \) تمثل درجة حرارة البرميل و \( B \) تمثل محتوى رطوبة العلف.
نتائج
يقدم قسم النتائج نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية وآثارها. تكشف التحليلات عن ارتباطات كبيرة بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، تشير البيانات إلى أن المتغير $X$ له تأثير إيجابي على المتغير $Y$، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثير الملحوظ ذو دلالة إحصائية.
علاوة على ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المستخدم للتنبؤ يلتقط بدقة الاتجاهات الأساسية، كما يتضح من قيمة R-squared العالية. وهذا يشير إلى أن نسبة كبيرة من التباين في المتغير التابع يمكن تفسيرها من خلال المتغيرات المستقلة المدرجة في النموذج. تؤكد المناقشة على أهمية هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مما يقترح طرقاً محتملة للبحث المستقبلي والتطبيقات العملية في هذا المجال.
مناقشة
في البحث المناقش، تم تحليل إعداد وبثق الدقيق المركب من الدخن الأصابع، والبطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي (OFSP)، وفول الصويا بشكل منهجي. تم إعداد الدقيق من خلال التنظيف، والغلي، والتجفيف، والطحن، مع تسجيل محتويات الرطوبة الأولية عند 10.6% للدخن الأصابع، و11.4% لـ OFSP، و3.1% لفول الصويا. استخدمت عملية البثق جهاز بثق مزدوج اللولب متزامن، مع نسبة خلط محددة تبلغ 47.46% من الدخن الأصابع، و34.54% من OFSP، و17.99% من دقيق فول الصويا. تم تحسين المعلمات الرئيسية مثل درجة حرارة البرميل (التي تتراوح من 90 إلى 130 درجة مئوية) ومحتوى رطوبة العلف (الذي تم ضبطه بين 20% و26%) بناءً على الاختبارات الأولية، مما أثر بشكل كبير على محتويات الرطوبة، والبروتين، والدهون، والألياف، والكربوهيدرات في المنتج الناتج.
كشفت النتائج أن زيادة درجة حرارة البرميل أثرت سلباً على محتويات البروتين، والدهون، والألياف بينما عززت احتفاظ الكربوهيدرات. على وجه التحديد، انخفض محتوى البروتين من 14.5% إلى 13.69% مع ارتفاع درجات الحرارة، مما يُعزى إلى تفاعل ميلارد عند درجات الحرارة العالية. حافظت المنتجات الناتجة على مستويات رطوبة أقل من 10%، مما يضمن عمر تخزين ممتد، ووجد أن محتوى البيتا كاروتين ينخفض مع ارتفاع درجات الحرارة، مما يشير إلى حساسية الحرارة. بالإضافة إلى ذلك، قامت الدراسة بتقييم العوامل المضادة للتغذية مثل محتويات الفيتات والتانين، والتي تأثرت أيضاً بشكل كبير بظروف البثق. بشكل عام، تسلط الدراسة الضوء على التوازن المعقد بين معلمات المعالجة والملف الغذائي للمنتجات الناتجة، مما يقترح إمكانية تطوير وجبات خفيفة غنية بالمغذيات مناسبة لاحتياجات النظام الغذائي للمراهقين.
DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-024-05822-4
Publication Date: 2024-04-03
Author(s): Ibrahim Mohammed et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
The study investigates the development of a nutrient-rich extruded snack by incorporating orange-fleshed sweet potato, finger millet, and soybean flour into cereal-based formulations. The research utilized a face-centered central composite design to explore the effects of extrusion processing conditions, specifically barrel temperature (90-130 °C) and feed moisture content (20-26%), on the nutritional and sensory properties of the extrudates. Thirteen treatment combinations were analyzed, revealing significant effects (p < 0.05) of these variables on various quality metrics, including moisture, protein, fat, beta-carotene, bulk density (BD), hardness, expansion ratio (ER), water absorption index (WAI), water solubility index (WSI), and overall acceptability. The optimal processing conditions were identified as a barrel temperature of 114.5 °C and a feed moisture content of 20%, resulting in extrudates with 14.06% protein, 3.26% ash, 69.12% carbohydrate, and an overall acceptability score of 3.30. The findings indicate that while both barrel temperature and feed moisture content significantly influenced the quality of the extrudates, barrel temperature was the more critical factor. The study highlights the potential for optimizing extrusion conditions to enhance the nutritional and sensory qualities of snacks, suggesting that the incorporation of orange-fleshed sweet potato can be effectively utilized in both small and large-scale snack production.
Introduction
The introduction highlights the nutritional limitations of traditional cereal-based snacks, which are often low in proteins and micronutrients. To enhance the nutritional profile of extruded foods, researchers have explored the incorporation of legumes such as soybeans, lentils, and peas, as well as alternative ingredients like orange-fleshed sweet potato and finger millet. Finger millet is noted for its high fiber, carbohydrate, calcium, and iron content, while orange-fleshed sweet potatoes are rich in beta-carotene, starch, and fiber. Soybeans contribute high-quality protein and essential oils, making them a versatile ingredient in snack production.
Extrusion cooking is identified as a key method for producing a variety of ready-to-eat food products, with the quality of extrudates being influenced by factors such as raw material composition, blending ratios, and processing conditions. Previous studies have demonstrated that parameters like feed composition, barrel temperature, and moisture content significantly affect the nutritional quality and characteristics of extruded products. This research aims to develop nutritionally rich extruded snacks by optimizing the use of finger millet, orange-fleshed sweet potato, and soybean composite flours, emphasizing the importance of carefully controlling extrusion conditions to achieve desired nutrient and physical properties.
Methods
In this study, the experimental materials included finger millet (Addis 01 variety), Orange fleshed sweet potato (Alamura variety), and soybean (Clark 63 K variety), sourced from the Jimma Agricultural Research Centre. The selection of these specific varieties was based on their production capabilities and nutritional profiles.
The experimental design employed was a central composite design utilizing Response Surface Methodology (RSM) via Design Expert software version 13. This approach involved a three-level, two-factor face-centered design, resulting in 13 experimental runs, which comprised 8 non-central points, 5 center points, and 1 alpha value. The two critical factors investigated were barrel temperature (set at 90, 110, and 130 °C) and feed moisture content (at 20%, 23%, and 26%). These levels were chosen based on prior literature and preliminary studies. The response variable (Y) was modeled using a full-term second-order polynomial equation, where \( Y = \beta_0 + \beta_1 A + \beta_2 B + \beta_{11} A^2 + \beta_{22} B^2 + \beta_{12} AB \), with \( A \) representing barrel temperature and \( B \) representing feed moisture content.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes and their implications. The analysis reveals significant correlations between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. For instance, the data indicates that variable $X$ has a positive effect on variable $Y$, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effect is statistically significant.
Furthermore, the results demonstrate that the model used for prediction accurately captures the underlying trends, as evidenced by a high R-squared value. This indicates that a substantial proportion of the variance in the dependent variable can be explained by the independent variables included in the model. The discussion emphasizes the relevance of these findings in the context of existing literature, suggesting potential avenues for future research and practical applications in the field.
Discussion
In the discussed research, the preparation and extrusion of composite flours from finger millet, orange-fleshed sweet potato (OFSP), and soybean were systematically analyzed. The flours were prepared through cleaning, boiling, drying, and milling, with initial moisture contents recorded at 10.6% for finger millet, 11.4% for OFSP, and 3.1% for soybean. The extrusion process utilized a co-rotating twin-screw extruder, with a specific blend ratio of 47.46% finger millet, 34.54% OFSP, and 17.99% soybean flour. Key parameters such as barrel temperature (ranging from 90 to 130 °C) and feed moisture content (adjusted between 20% and 26%) were optimized based on preliminary tests, significantly affecting the extrudate’s moisture, protein, fat, fiber, and carbohydrate contents.
The findings revealed that increased barrel temperature negatively impacted protein, fat, and fiber contents while enhancing carbohydrate retention. Specifically, protein content decreased from 14.5% to 13.69% with rising temperatures, attributed to the Maillard reaction at high temperatures. The extrudates maintained moisture levels below 10%, ensuring extended shelf life, and the beta-carotene content was found to decrease with higher temperatures, indicating heat sensitivity. Additionally, the study assessed anti-nutritional factors such as phytate and tannin contents, which were also significantly affected by extrusion conditions. Overall, the study highlights the intricate balance between processing parameters and the nutritional profile of the extrudates, suggesting potential for developing nutrient-dense snacks suitable for adolescent dietary needs.