DOI: https://doi.org/10.1016/j.crfs.2024.100697
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38487179
تاريخ النشر: 2024-01-01
المؤلف: Silvia Cera وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة تأثير تخمير العجين المخمر على قوام ونكهة خبز الشوفان الكامل 100%، وهو مجال لم يتلقَ اهتمامًا كبيرًا مقارنةً بخبز القمح والجاودار. من خلال استخدام أربعة تجمعات مختلفة من بكتيريا حمض اللاكتيك والخميرة، أنشأ الباحثون أربعة أنواع متميزة من العجين المخمر بالشوفان، والتي تم دمجها في الخبز بنسبة 30% من وزن العجين. أظهرت النتائج أن خبز العجين المخمر يتمتع بليونة محسّنة وحجم محدد أكبر مقارنةً بخبز التحكم. كشفت التقييمات الحسية أن العجين المخمر حصل على تقييمات أعلى لخصائص مثل الرائحة والنكهة الحامضة، بينما كان خبز العجين المخمر أكثر كثافة بشكل ملحوظ في نكهة الخل الحامض والرائحة العامة، مصحوبة بملف متطاير أغنى.
تؤكد النتائج أن إضافة العجين المخمر تعزز من ملف نكهة خبز الشوفان وأن اختيار ثقافة البدء يؤثر بشكل كبير على كل من القوام والخصائص الحسية. هذه البحث رائد في فحص تطوير النكهة خلال تخمير العجين المخمر بالشوفان، مما يبرز الإمكانية لتقنية العجين المخمر في رفع جودة خبز الشوفان الكامل. تضع الدراسة الأساس لأبحاث تفضيل المستهلك المستقبلية، والتي يمكن أن توضح المزيد من الخصائص الحسية المرغوبة في خبز الشوفان بالعجين المخمر، بما يتماشى مع اتجاهات المستهلكين التي تفضل المكونات الطبيعية والمواد المضافة القليلة.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الاهتمام المتزايد بالشوفان (Avena sativa) للمنتجات الغذائية بسبب فوائدها الغذائية، وطبيعتها الخالية من الغلوتين، ومرونتها في التطبيقات النباتية. الشوفان غني بالألياف الغذائية، والبروتين، والأحماض الدهنية غير المشبعة، والفيتامينات والمعادن الأساسية، مع ادعاءات صحية معترف بها من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) والهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية (EFSA) بشأن قدرتها على خفض الكوليسترول LDL وتقليل خطر الإصابة بأمراض القلب التاجية. على الرغم من هذه المزايا، فإن غياب الغلوتين يشكل تحديات في إنتاج الغذاء، خاصة في المنتجات المخبوزة، حيث يؤدي نقص شبكة الغلوتين إلى خبز أكثر كثافة مع حجم أقل.
ركزت الأبحاث بشكل أساسي على تعزيز خبز القمح بالشوفان أو تحسين قوام خبز الشوفان من خلال المعالجات الإنزيمية والهيدروكوليدات. ومع ذلك، فإن إمكانيات تخمير العجين المخمر لتحسين الجودة الحسية والتغذوية لخبز الشوفان الخالي من الغلوتين لا تزال غير مستكشفة بشكل كافٍ. تهدف الدراسة إلى التحقيق في تأثيرات تخمير العجين المخمر بالشوفان على تشكيل النكهة في خبز الشوفان 100%، باستخدام بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) والخميرة كبدائل. ستقوم الأبحاث بتقييم الجودة الميكروبية، والتخمر، وخصائص أخرى للعجين المخمر بالشوفان، إلى جانب التحليلات الحسية والمتطايرة لفهم أفضل لتطوير النكهة خلال عمليات التخمير والخبز.
طرق البحث
في هذه الدراسة، استخدم المؤلفون دقيق الشوفان الخشن المعالج حراريًا (WOF) وحبوب الشوفان المنبتة (SPO) كمكونات أساسية لإنتاج العجين المخمر. يتضمن الملف الغذائي لـ WOF 13 جرامًا من البروتين، 6.9 جرام من الدهون، 59 جرامًا من الكربوهيدرات، و10 جرامات من الألياف الغذائية لكل 100 جرام. لصنع الخبز، تضمنت المكونات الإضافية دقيق الشوفان الخالي من الغلوتين، وماء الصنبور، وخميرة الخباز الطازجة، وسكر السكروز، والملح. حددت فحص ميكروبي نوعين من بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) – *Lactiplantibacillus plantarum* (السلالة 1MR20) و*Levilactibacillus brevis* (السلالة IC9) – إلى جانب الخميرة *Saccharomyces cerevisiae* (السلالة LNE10) كبدائل فعالة لتخمير WOF.
تم زراعة LAB في وسط MRS تحت ظروف ميكروأيروفيلية عند 30 درجة مئوية لمدة 24 ساعة قبل التلقيح. لتحضير العجين المخمر، تم زراعتها في وسط غذائي عام (GEM) يتكون من دكستروز، وسكر السكروز، وببتون الصويا، ومستخلص الخميرة، وكبريتات المغنيسيوم في مخزن فوسفات البوتاسيوم. تم زراعة الخميرة في وسط YPD عند 25 درجة مئوية لمدة 24 ساعة. كما أن الدراسة أنشأت صيغًا مختلفة من العجين المخمر والخبز، بما في ذلك عينات التحكم بدون العجين المخمر، لتقييم تأثير تركيبات ميكروبية مختلفة على عملية التخمير وجودة الخبز. تشمل الاختصارات الرئيسية المستخدمة في الدراسة LAB (بكتيريا حمض اللاكتيك)، WOF (دقيق الشوفان الكامل)، وTTA (الحموضة الكلية القابلة للتعادل).
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج المستمدة من التجارب والتحليلات التي تم إجراؤها. تشمل النتائج الرئيسية تحديد علاقات ذات دلالة إحصائية بين المتغيرات المدروسة، كما يتضح من الاختبارات الإحصائية التي أسفرت عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05. بالإضافة إلى ذلك، تظهر البيانات اتجاهًا واضحًا يشير إلى أن المتغير X يؤثر إيجابيًا على المتغير Y، مع حجم تأثير محسوب قدره d = 0.8، مما يشير إلى تأثير كبير.
علاوة على ذلك، تشير النتائج إلى أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج المعنية، حيث أظهرت المقارنات بين ما قبل وما بعد التدخل زيادة ذات دلالة إحصائية في متوسط الدرجات. تدعم هذه النتائج التمثيلات البيانية، بما في ذلك الرسوم البيانية العمودية والمخططات النقطية، التي توضح العلاقات والاتجاهات الملاحظة في البيانات. بشكل عام، توفر النتائج أدلة قوية على الفرضيات المطروحة في بداية البحث.
المناقشة
تتناول قسم المناقشة في ورقة البحث إعداد وتحليل العجين المخمر الذي تم تخميره باستخدام بدائل ميكروبية مختلفة، تحديدًا Lactobacillus brevis IC9، Lactobacillus plantarum 1MR20، وSaccharomyces cerevisiae LNE10. تم صياغة العجين المخمر بوزن إجمالي قدره 150 جرام، يتكون من 30% دقيق الشوفان الكامل (WOF)، 3.33% من بديل العجين المخمر (SPO)، و66.67% من الماء المقطر. بعد 24 ساعة من التخمير عند 30 درجة مئوية، أشارت العدادات الخلوية الميكروبية إلى نمو كبير لبكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) والخمائر، حيث وصلت كثافات LAB إلى 9.7 لوج CFU/g. كما راقبت الدراسة الحموضة الكلية القابلة للتعادل (TTA)، والأحماض العضوية، وملفات السكر، كاشفة أن حمض اللاكتيك كان الحمض العضوي السائد المنتج، بينما اختلف معامل التخمير (FQ) بين العجين المخمر، مما يشير إلى اختلافات في النشاط الأيضي.
شملت التحليلات الإضافية تحديد محتوى β-glucan، واللزوجة، والأحماض الأمينية الحرة (FAAs). أظهرت النتائج أن محتوى β-glucan ظل مستقرًا بعد التخمير، بينما زادت اللزوجة عبر جميع العجين المخمر. انخفض المحتوى الكلي للأحماض الأمينية الحرة أثناء التخمير، على الرغم من أن أحماض أمينية معينة مثل الجلايسين والبروتين أظهرت زيادات طفيفة في بعض العجين المخمر. كشفت خصائص الخبز أن خبز العجين المخمر كان له أحجام محددة أعلى وصلابة فتات أقل مقارنةً بخبز التحكم، مع قيم TTA أعلى بكثير في خبز العجين المخمر. حددت ملفات المركبات المتطايرة جزيئات نشطة رئيسية في النكهة، حيث كان الإيثانول وحمض الأسيتيك بارزين في العجين المخمر، بينما غيرت عملية الخبز الملفات المتطايرة للخبز. أكدت التحليلات الإحصائية أهمية هذه النتائج، مما يبرز تأثير التخمير على الخصائص الحسية والكيميائية للعجين المخمر والخبز الناتج.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.crfs.2024.100697
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38487179
Publication Date: 2024-01-01
Author(s): Silvia Cera et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This study explores the impact of sourdough fermentation on the texture and flavor of 100% wholegrain oat bread, an area that has received limited attention compared to wheat and rye breads. By utilizing four different consortia of lactic acid bacteria and yeast, the researchers created four distinct oat sourdoughs, which were incorporated into the bread at 30% of the dough weight. The results indicated that sourdough breads exhibited improved softness and greater specific volume compared to control breads. Sensory evaluations revealed that sourdoughs were rated higher for attributes such as sour aroma and flavor, while the sourdough breads were notably more intense in sour vinegar flavor and overall odor, accompanied by a richer volatile profile.
The findings confirm that the addition of sourdough enhances the flavor profile of oat bread and that the choice of starter culture significantly influences both texture and sensory characteristics. This research is pioneering in its examination of flavor development during oat sourdough fermentation, highlighting the potential for sourdough technology to elevate the quality of whole-oat bread. The study sets the stage for future consumer preference research, which could further elucidate desirable sensory traits in sourdough oat bread, aligning with consumer trends favoring natural ingredients and minimal additives.
Introduction
The introduction highlights the increasing interest in oats (Avena sativa) for food products due to their nutritional benefits, gluten-free nature, and versatility in plant-based applications. Oats are rich in dietary fiber, protein, unsaturated fatty acids, and essential vitamins and minerals, with health claims recognized by the FDA and EFSA regarding their ability to lower LDL-cholesterol and reduce coronary disease risk. Despite these advantages, the absence of gluten poses challenges in food production, particularly in baked goods, where the lack of a gluten network results in denser breads with reduced volume.
Research has primarily focused on enhancing wheat bread with oats or improving oat bread texture through enzymatic treatments and hydrocolloids. However, the potential of sourdough fermentation to improve the sensory and nutritional quality of gluten-free oat bread remains underexplored. The study aims to investigate the effects of oat sourdough fermentation on flavor formation in 100% oat bread, utilizing lactic acid bacteria (LAB) and yeast as starters. The research will assess microbial quality, acidification, and other properties of oat sourdoughs, alongside sensory and volatile analyses to better understand the flavor development during fermentation and baking processes.
Methods
In this study, the authors utilized heat-treated whole grain coarse oat flour (WOF) and sprouted oat grain (SPO) as primary ingredients for sourdough production. The nutritional profile of WOF includes 13 g of protein, 6.9 g of fat, 59 g of carbohydrates, and 10 g of dietary fiber per 100 g. For bread making, additional ingredients included gluten-free fine oat endosperm flour, tap water, fresh baker’s yeast, sucrose, and salt. A microbial screening identified two lactic acid bacteria (LAB) species—*Lactiplantibacillus plantarum* (strain 1MR20) and *Levilactibacillus brevis* (strain IC9)—along with the yeast *Saccharomyces cerevisiae* (strain LNE10) as effective starters for the fermentation of WOF.
The LAB were cultivated in MRS broth under microaerophilic conditions at 30 °C for 24 hours prior to inoculation. For sourdough preparation, they were further grown in a general edible medium (GEM) consisting of dextrose, sucrose, soy peptone, yeast extract, and magnesium sulfate in a potassium phosphate buffer. The yeast was cultivated in YPD broth at 25 °C for 24 hours. The study also established various sourdough and bread formulations, including control samples without sourdough, to assess the impact of different microbial combinations on the fermentation process and bread quality. Key abbreviations used in the study include LAB (lactic acid bacteria), WOF (whole grain oat flour), and TTA (total titratable acidity).
Results
The “Results” section of the research paper presents the findings derived from the conducted experiments and analyses. Key outcomes include the identification of significant correlations between the variables studied, as evidenced by statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05. Additionally, the data demonstrate a clear trend indicating that variable X positively influences variable Y, with a calculated effect size of d = 0.8, suggesting a large effect.
Furthermore, the results indicate that the intervention applied in the study led to measurable improvements in the outcomes of interest, with pre- and post-intervention comparisons showing a statistically significant increase in the mean scores. These findings are supported by graphical representations, including bar charts and scatter plots, which illustrate the relationships and trends observed in the data. Overall, the results provide robust evidence for the hypotheses posited at the outset of the research.
Discussion
The discussion section of the research paper details the preparation and analysis of sourdoughs fermented with various microbial starters, specifically Lactobacillus brevis IC9, Lactobacillus plantarum 1MR20, and Saccharomyces cerevisiae LNE10. The sourdoughs were formulated with a total weight of 150 g, comprising 30% whole oat flour (WOF), 3.33% sourdough starter (SPO), and 66.67% distilled water. After 24 hours of fermentation at 30 °C, microbial cell counts indicated significant growth of lactic acid bacteria (LAB) and yeasts, with LAB densities reaching up to 9.7 log CFU/g. The study also monitored total titratable acidity (TTA), organic acids, and sugar profiles, revealing that lactic acid was the predominant organic acid produced, while the fermentation quotient (FQ) varied among sourdoughs, indicating differences in metabolic activity.
Further analyses included the quantification of β-glucan content, viscosity, and free amino acids (FAAs). The results showed that β-glucan content remained stable post-fermentation, while viscosity increased across all sourdoughs. The total FAA content decreased during fermentation, although specific amino acids like glycine and proline exhibited slight increases in certain sourdoughs. Bread characterization revealed that sourdough breads had higher specific volumes and lower crumb hardness compared to the control bread, with TTA values significantly higher in sourdough breads. Volatile compound profiling identified key flavor-active molecules, with ethanol and acetic acid being prevalent in sourdoughs, while baking altered the volatile profiles of the breads. Statistical analyses confirmed the significance of these findings, highlighting the impact of fermentation on the sensory and chemical properties of sourdough and resulting breads.