DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144417
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40286713
تاريخ النشر: 2025-04-19
المؤلف: Ruixian Han وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار البثق منخفض الرطوبة (10% و 20% رطوبة) على خصائص البروتين والعوامل المضادة للتغذية في خلطات كعك البذور الزيتية من القنب، وبذور اللفت، وبذور الكتان الممزوجة ببروتين البازلاء أو بروتين القنب. حافظت عملية البثق على محتوى البروتين بينما خفضت بشكل كبير من قابلية ذوبان البروتين بنسبة تصل إلى 44.5% وزادت من قابلية هضم البروتين في المختبر بنسبة تصل إلى 13.5%. ومن الجدير بالذكر أن العوامل المضادة للتغذية مثل البوليفينولات، والصابونين، والتانينات المكثفة، ومثبطات التربسين قد انخفضت بشكل كبير، على الرغم من أن مستويات حمض الفيتيك ظلت دون تغيير نسبي. كما غير البثق بنية البروتين، مما قلل من الكارهية للماء على السطح وغير الهياكل الثانوية، مع زيادة في محتوى β-sheet وانخفاض في محتوى β-turn.
تشير النتائج إلى أنه بينما يعزز البثق بشكل فعال الملف الغذائي لهذه الخلطات الزيتية من خلال تقليل العوامل المضادة للتغذية وتحسين القابلية للهضم، فإنه يؤدي أيضًا إلى تقليل كبير في الحمض الأميني المحدد الميثيونين (Met). تسلط الدراسة الضوء على أن البثق برطوبة 10% كان له تأثير أكثر وضوحًا على الكارهية للماء على السطح وملفات الأحماض الأمينية مقارنةً بالبثق برطوبة 20%. تم ملاحظة أعلى جودة بروتين في خليط بروتين بذور اللفت والقنب الذي تم بثقه عند 20% رطوبة، محققًا درجة تصحيح قابلية هضم البروتين في المختبر (IVPDCAAS) تبلغ 70.44. على الرغم من بعض الآثار السلبية على الأحماض الأمينية المحددة، إلا أن الجودة العامة للخلطات الزيتية قد تحسنت. يوصي المؤلفون بمزيد من البحث لاستكشاف الفوائد الصحية، والخصائص الحسية، والخصائص النسيجية لهذه الخلطات المبثوقة، والتي يمكن أن تدعم استخدامها كمكونات مغذية في بدائل اللحوم النباتية.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الزيادة الكبيرة في إنتاج اللحوم العالمية، المتوقع أن يصل إلى 350.75 مليون طن متري في عام 2024، مدفوعًا بنمو السكان. ترتبط هذه الزيادة في استهلاك اللحوم الحيوانية بأنماط غذائية غير صحية وتأثيرات بيئية ضارة، مما يحفز تطوير بدائل اللحوم النباتية كحل قابل للتطبيق. تستخدم المنتجات التجارية الحالية بشكل أساسي بروتينات الصويا والبازلاء والقمح، والتي تم تصميمها لتقليد الخصائص الحسية للحوم التقليدية. يتم التأكيد على تقنية البثق كطريقة فعالة لإنتاج هذه البدائل، مما يسمح بإنشاء بروتينات نباتية ذات نسيج عالي الرطوبة ومنخفض الرطوبة، كل منها له خصائص تخزين وعمر افتراضي مميزة.
تناقش الورقة أيضًا إمكانيات وجبات البذور الزيتية منزوع الدهن، التي غالبًا ما يتم تجاهلها كمصادر للبروتين، والتي تمتلك مركبات حيوية نشطة مفيدة. بينما تعد بروتينات البذور الزيتية واعدة بسبب قابلية هضمها وملفات الأحماض الأمينية، إلا أنها عادةً ما تفتقر إلى الليسين الكافي. تؤكد الدراسة على أهمية دمج مصادر بروتين متنوعة لتعزيز توازن الأحماض الأمينية، لا سيما من خلال خلطات البقوليات والحبوب. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود العوامل المضادة للتغذية (ANFs) في البروتينات النباتية يتطلب طرق معالجة فعالة لتحسين الجودة الغذائية. تمتلك الطرق التقليدية قيودًا، بينما أظهر البثق وعدًا في تقليل ANFs مع الحفاظ على النزاهة الغذائية. تهدف الدراسة إلى التحقيق بشكل منهجي في آثار البثق منخفض الرطوبة على تركيبات مختلفة من الخلطات الزيتية، مع التركيز على تقليل ANFs وتقييم جودة البروتين والخصائص الوظيفية، مما يسهم في تقديم رؤى قيمة لتطبيقات الغذاء.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والمواد الكيميائية المستخدمة في بحثهم، المأخوذة من موردين مختلفين. تشمل المواد الكيميائية الرئيسية DL-dithiothreitol (DTT)، الميثانول، حمض الهيدروكلوريك، حمض الكبريتيك، وحمض الأسيتيك الجليدي، جميعها تم الحصول عليها من Fisher Chemical. تم الحصول على مواد كيميائية إضافية مثل الأسيتون، وحمض الفورميك، وEDTA، وفوسفات الصوديوم من Sigma-Aldrich، بينما تم الحصول على هيدروكسيد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم ثنائي الهيدرات من VWR Chemicals. تشمل المواد الأخرى الملحوظة البروتيازات، وحمض الجاليك، ومجموعة متنوعة من الأملاح، مما يشير إلى اختيار شامل من المركبات اللازمة للإجراءات التجريبية.
تؤكد القائمة الدقيقة للمواد على اعتماد الدراسة على خصائص كيميائية محددة وتفاعلاتها، والتي تعتبر حاسمة لتصميم التجربة والتحليلات اللاحقة. تشير مجموعة متنوعة من المواد الكيميائية إلى نهج متعدد الأوجه للسؤال البحثي، من المحتمل أن تشمل تحليلات حيوية وتقنيات تحليلية لاستكشاف الآليات الأساسية ذات الاهتمام.
النتائج
يقدم قسم النتائج النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد الدراسة، مما يوحي بأن العلاقات المفترضة مدعومة بالأدلة. تكشف التحليلات الإحصائية أن النتائج ليست فقط ذات دلالة إحصائية ولكن أيضًا ذات صلة عملية، مع تداعيات على المجال الأوسع للدراسة.
علاوة على ذلك، يضع النقاش هذه النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مع معالجة القيود المحتملة والتفسيرات البديلة. يؤكد المؤلفون على قوة نتائجهم مع الاعتراف بالمجالات التي تحتاج إلى مزيد من البحث. بشكل عام، تسهم النتائج في تقديم رؤى قيمة تعزز الفهم في المجال المعني، مما يمهد الطريق للدراسات اللاحقة للبناء على هذا العمل.
النقاش
في هذا القسم، تم مناقشة عملية البثق وآثارها على خلطات البروتين المشتقة من مختلف البذور الزيتية (القنب، وبذور اللفت، وبذور الكتان) الممزوجة بعزل بروتين البازلاء أو مركز بروتين القنب. تضمنت معلمات البثق التسخين المسبق عند 80 درجة مئوية، والبثق عند 122 درجة مئوية، ومستويات رطوبة متغيرة (10% و 20%). من الجدير بالذكر أن زيادة محتوى الرطوبة إلى 20% في خلطات بذور الكتان أدت إلى زيادات كبيرة في اللزوجة، مما تسبب في تحديات تشغيلية مثل الالتصاق بالبرغي وإنتاج غير متجانس. وبالتالي، تم استخدام 10% رطوبة فقط لخلطات بذور الكتان. ظل محتوى البروتين مستقرًا نسبيًا بعد البثق، مع ملاحظات تغيرات طفيفة، بينما زاد محتوى الرطوبة في خلطات معينة بسبب تبخر الماء أثناء المعالجة.
كشفت تحليل العوامل المضادة للتغذية أن محتوى البوليفينول كان أعلى في خلطات القنب مقارنةً بخلطات البازلاء، مع انخفاضات كبيرة (16.7%-52.8%) في المحتوى الكلي للبوليفينولات (TPC) بعد البثق. أظهرت مستويات حمض الفيتيك تغييرات محدودة، حيث شهدت بعض الخلطات زيادات طفيفة، مما يشير إلى تحسين الوصول الحيوي. تم تقليل التانينات المكثفة بشكل ملحوظ بنسبة 20.4%-41.1% بعد البثق، بينما أظهرت مستويات الصابونين انخفاضًا طفيفًا. بشكل عام، قامت عملية البثق بتغيير الملف الغذائي لخلطات البروتين، مما أثر على كل من جودة البروتين والعوامل المضادة للتغذية، والتي تعتبر حاسمة لتقييم الفوائد الصحية المحتملة لمصادر البروتين النباتية هذه.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2025.144417
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40286713
Publication Date: 2025-04-19
Author(s): Ruixian Han et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This study investigates the effects of low-moisture extrusion (10% and 20% moisture) on protein characteristics and antinutritional factors in blends of oilseed cakes from hemp, rapeseed, and flaxseed combined with pea or hemp protein. The extrusion process preserved protein content while significantly reducing protein solubility by up to 44.5% and enhancing in vitro protein digestibility by up to 13.5%. Notably, antinutritional factors such as polyphenols, saponins, condensed tannins, and trypsin inhibitors were substantially decreased, although phytic acid levels remained relatively unchanged. The extrusion also altered protein structure, decreasing surface hydrophobicity and modifying secondary structures, with an increase in β-sheet content and a decrease in β-turn content.
The findings indicate that while extrusion effectively enhances the nutritional profile of these oilseed blends by reducing antinutritional factors and improving digestibility, it also leads to a significant reduction in the limiting amino acid methionine (Met). The study highlights that 10% moisture extrusion had a more pronounced effect on surface hydrophilicity and amino acid profiles compared to 20% moisture extrusion. The highest protein quality was observed in the rapeseed-hemp protein blend extruded at 20% moisture, achieving an in vitro protein digestibility-corrected amino acid score (IVPDCAAS) of 70.44. Despite some negative impacts on limiting amino acids, the overall quality of the oilseed blends was improved. The authors recommend further research to explore the health benefits, sensory attributes, and textural properties of these extruded blends, which could support their use as nutritious ingredients in plant-based meat alternatives.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant rise in global meat production, projected to reach 350.75 million metric tons in 2024, driven by population growth. This increase in animal-based meat consumption is linked to unhealthy dietary patterns and detrimental environmental impacts, prompting the development of plant-based meat alternatives as a viable solution. Current commercial products primarily utilize soy, pea, and wheat proteins, which are engineered to mimic the sensory attributes of traditional meat. Extrusion technology is emphasized as an effective method for producing these alternatives, allowing for the creation of both high-moisture and low-moisture texturized plant proteins, each with distinct storage and shelf-life characteristics.
The paper further discusses the potential of defatted oilseed meals, often overlooked as protein sources, which possess beneficial bioactive compounds. While oilseed proteins are promising due to their digestibility and amino acid profiles, they typically lack sufficient lysine. The study underscores the importance of combining various protein sources to enhance amino acid balance, particularly through blends of legumes and cereals. Additionally, the presence of antinutritional factors (ANFs) in plant-based proteins necessitates effective processing methods to improve nutritional quality. Traditional methods have limitations, whereas extrusion has shown promise in reducing ANFs while preserving nutritional integrity. The study aims to systematically investigate the effects of low-moisture extrusion on various formulations of oilseed blends, focusing on the reduction of ANFs and the evaluation of protein quality and functional properties, thereby contributing valuable insights for food applications.
Methods
In this section, the authors detail the materials and reagents utilized in their research, sourced from various suppliers. Key chemicals include DL-dithiothreitol (DTT), methanol, hydrochloric acid, sulfuric acid, and glacial acetic acid, all procured from Fisher Chemical. Additional reagents such as acetone, formic acid, EDTA, and sodium phosphates were obtained from Sigma-Aldrich, while sodium hydroxide and calcium chloride dihydrate were sourced from VWR Chemicals. Other notable materials include proteases, gallic acid, and various salts, indicating a comprehensive selection of compounds necessary for the experimental procedures.
The meticulous listing of materials underscores the study’s reliance on specific chemical properties and interactions, which are critical for the experimental design and subsequent analyses. The diverse range of reagents suggests a multifaceted approach to the research question, likely involving biochemical assays and analytical techniques to explore the underlying mechanisms of interest.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a significant correlation between the variables under investigation, suggesting that the hypothesized relationships are supported by the evidence. Statistical analyses reveal that the results are not only statistically significant but also practically relevant, with implications for the broader field of study.
Furthermore, the discussion contextualizes these findings within existing literature, addressing potential limitations and alternative interpretations. The authors emphasize the robustness of their results while acknowledging areas for future research. Overall, the findings contribute valuable insights that advance understanding in the relevant domain, paving the way for subsequent studies to build upon this work.
Discussion
In this section, the extrusion process and its effects on the protein blends derived from various oilseeds (hemp, rapeseed, and flaxseed) mixed with pea protein isolate or hemp protein concentrate were discussed. The extrusion parameters included pre-heating at 80 °C, extrusion at 122 °C, and varying moisture levels (10% and 20%). Notably, increasing the moisture content to 20% in flaxseed blends led to significant viscosity increases, causing operational challenges such as adhesion to the screw and non-uniform production. Consequently, only 10% moisture was used for flaxseed blends. The protein content remained relatively stable post-extrusion, with minimal changes observed, while moisture content increased in specific blends due to water evaporation during processing.
The analysis of anti-nutritional factors revealed that polyphenol content was higher in hemp blends compared to pea blends, with significant reductions (16.7%-52.8%) in total phenolic content (TPC) post-extrusion. Phytic acid levels showed limited changes, with some blends experiencing slight increases, indicating enhanced bio-accessibility. Condensed tannins were notably reduced by 20.4%-41.1% after extrusion, while saponin levels exhibited a slight decrease. Overall, the extrusion process effectively altered the nutritional profile of the protein blends, impacting both protein quality and anti-nutritional factors, which are critical for evaluating the potential health benefits of these plant-based protein sources.