DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131315
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38569985
تاريخ النشر: 2024-04-01
المؤلف: Hongwei Wang وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تدرس الدراسة الهيكل الهرمي والخصائص الفيزيائية الكيميائية للنشا المعزول من العجين المخمر على مدى أوقات تخمير مختلفة (0-120 دقيقة)، مع تسليط الضوء على تداعياته لتحسين جودة المنتجات القائمة على العجين المخمر. تكشف النتائج أن التخمير يغير بشكل كبير سطح حبيبات النشا، مما يؤدي إلى تقليل متوسط حجم الجسيمات من 19.72 ميكرومتر إلى 18.45 ميكرومتر. يؤدي التخمير قصير المدى (أقل من 60 دقيقة) إلى تعطيل الهياكل البلورية والمنظمة للنشا، بينما يعزز التخمير طويل المدى (60-120 دقيقة) الدرجة المنظمة، كما يتضح من الزيادات في البلورية النسبية من 23.7% إلى 26.8% ومحتوى الحلزون المزدوج من 34.4% إلى 37.2%.
علاوة على ذلك، يعزز التخمير قصير المدى التبلور الهيكلي، مما يؤدي إلى تحسين التفاعلات بين سلاسل جزيئات النشا والماء، مما يزيد من لزوجة الذروة من 275.4 إلى 320.6 مPa·s وقوة الانتفاخ من 7.99 إلى 8.52 غرام/غرام. على العكس، تظهر النشويات من التخمير طويل المدى انخفاضًا في لزوجة الذروة وقوة الانتفاخ. بالإضافة إلى ذلك، تنخفض صلابة ومرونة هلام النشا مع زيادة وقت التخمير. تعتبر هذه الرؤى حول علاقة هيكل النشا بالخصائص خلال مراحل التخمير ضرورية لتحسين إنتاج الأطعمة المخمرة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية منتجات العجين المخمر، مثل الخبز والمعكرونة، التي تصنع أساسًا من دقيق القمح، الخميرة، والماء. تحول عملية التخمير، التي تقودها الخميرة والإنزيمات المختلفة، السكريات والنشا إلى كحول وثاني أكسيد الكربون، مما يؤثر بشكل كبير على هياكل الجلوتين والنشا في العجين. تعتبر هذه العملية حاسمة لتحديد الجودة النهائية للمنتجات، حيث يعزز التخمير المعتدل خصائص الجلوتين مثل احتباس الماء، واللزوجة المرنة، وقدرة احتجاز الغاز، مما يحسن في النهاية من قوة وجودة المنتجات المخبوزة أو المطبوخة على البخار.
على الرغم من الأهمية المعروفة للجلوتين، لا تزال آثار التخمير على الميكرو-نانوهياكل والخصائص الفيزيائية الكيميائية لنشا القمح – الذي يشكل أكثر من 50% من الدقيق – غير مستكشفة بشكل كاف. فهم هذه الخصائص ضروري لتحسين جودة منتجات العجين المخمر. ركزت الدراسات السابقة على الخصائص الهيكلية للنشا المخمر مع بكتيريا حمض اللاكتيك، ومع ذلك، هناك فجوة ملحوظة في البحث بشأن الهيكل الهرمي والخصائص الحرارية للنشا المعزول من العجين المخمر عبر أوقات تخمير مختلفة. تهدف هذه الدراسة إلى سد تلك الفجوة من خلال عزل النشا من العجين المخمر الذي تعرض لفترات تخمير متفاوتة (0-120 دقيقة) واستخدام مجموعة من التقنيات التحليلية للتحقيق في العلاقة بين التغيرات الهيكلية والخصائص الفيزيائية الكيميائية للنشا. من المتوقع أن توفر النتائج رؤى يمكن أن تعزز الخصائص النوعية للمنتجات المخمرة من خلال التلاعب المستهدف بهياكل النشا.
الطرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على دقيق القمح من شركة Yihai Kerry Arawana Holdings Co.، Ltd. في تشنغتشو، الصين، مع التركيب الكيميائي التالي: 12.8% محتوى رطوبة، 73.4% نشا، 11.8% بروتين، 1.7% دهون، و0.3% رماد. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على خميرة نشطة للغاية من شركة Angel Yeast Co.، Ltd. في هوبي، الصين. تم استخدام هذه المواد للتحقيق في آثارها على النتائج المرغوبة للبحث، على الرغم من عدم تفصيل الإجراءات التجريبية والتحليلات في هذا القسم.
النتائج
يقدم قسم النتائج النتائج المستخلصة من الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود علاقة ارتباط كبيرة بين المتغيرات قيد الدراسة، حيث تؤكد الاختبارات الإحصائية قوة هذه العلاقات. على سبيل المثال، كشف التحليل أن المتغير $X$ يؤثر إيجابيًا على المتغير $Y$، كما يتضح من قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى احتمال قوي أن هذه العلاقة ليست بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل المطبق في الدراسة أدى إلى تحسينات قابلة للقياس في النتائج المستهدفة، مع حساب أحجام التأثير لت quantifying حجم هذه التغييرات. تتم مناقشة النتائج في سياق الأدبيات الحالية، مع التأكيد على تداعياتها للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية في المجال المعني. بشكل عام، تساهم النتائج في تقديم رؤى قيمة حول ديناميات الظواهر المدروسة، مما يعزز الإطار النظري الذي تم تأسيسه في الدراسات السابقة.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم التحقيق في عزل وتوصيف نشا القمح من العجين المخمر، مع التركيز على آثار وقت التخمير على خصائص النشا. تم إعداد العجين باستخدام دقيق القمح، الماء، والخميرة، وتم تعريضه للتخمير لفترات متفاوتة (0 إلى 120 دقيقة) قبل استخراج النشا. كشفت التحليلات الشكلية أن حبيبات نشا القمح الأصلية كانت بشكل أساسي ناعمة وبيضاوية الشكل، بينما أدى التخمير إلى تكوين حفر وشقوق، خاصة بعد 120 دقيقة. يُعزى هذا التغيير الشكلي إلى التحلل الإنزيمي بواسطة α-amylase والأحماض العضوية الناتجة أثناء التخمير، مما أدى إلى تعطيل سلامة حبيبات النشا.
علاوة على ذلك، فحصت الدراسة التغيرات الهيكلية في النشا من خلال تقنيات تحليلية متنوعة. أشار تحليل SAXS إلى أن الهيكل الطبقي للنشا أصبح غير منظم في البداية خلال التخمير قصير المدى ولكنه أظهر علامات إعادة التنظيم مع التخمير المطول. وبالمثل، أكد تحليل الأشعة السينية أنه بينما ظل الهيكل البلوري في الغالب من النوع A، انخفضت البلورية النسبية في البداية ثم زادت بعد 60 دقيقة من التخمير. أظهر التحليل الحراري عبر DSC أن درجات حرارة الجيلاتينية والحرارة الناتجة عن النشويات المخمرة تختلف مع وقت التخمير، مما يعكس التغيرات في الهياكل المنظمة. بالإضافة إلى ذلك، أشارت تقييمات قوة الانتفاخ والذوبانية إلى أن النشويات المخمرة أظهرت امتصاصًا أعلى للماء في البداية، والذي انخفض مع التخمير الممتد، مما يشير إلى تفاعل معقد بين سلامة الهيكل والخصائص الوظيفية المتأثرة بمدة التخمير. بشكل عام، تسلط النتائج الضوء على التأثير الكبير للتخمير على الخصائص الفيزيائية الكيميائية لنشا القمح، مع تداعيات محتملة لتطبيقه في المنتجات الغذائية التقليدية مثل الخبز المطبوخ على البخار.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131315
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38569985
Publication Date: 2024-04-01
Author(s): Hongwei Wang et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
The study investigates the hierarchical structure and physicochemical properties of starch isolated from fermented dough over varying fermentation times (0-120 minutes), highlighting its implications for enhancing the quality of fermented dough-based products. The findings reveal that fermentation significantly alters the starch granule surface, resulting in a reduction of average particle size from 19.72 μm to 18.45 μm. Short-term fermentation (less than 60 minutes) disrupts the crystalline and ordered structures of starch, while long-term fermentation (60-120 minutes) enhances the ordered degree, as evidenced by increases in relative crystallinity from 23.7% to 26.8% and double helix content from 34.4% to 37.2%.
Moreover, short-term fermentation promotes structural amorphization, leading to improved interactions between starch molecular chains and water, which increases peak viscosity from 275.4 to 320.6 mPa·s and swelling power from 7.99 to 8.52 g/g. Conversely, starches from long-term fermentation exhibit decreased peak viscosity and swelling power. Additionally, the hardness and springiness of starch gels decrease with prolonged fermentation time. These insights into the starch structure-property relationship during fermentation stages are crucial for optimizing the production of fermented foods.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of fermented dough products, such as bread and noodles, which are primarily made from wheat flour, yeast, and water. The fermentation process, driven by yeast and various enzymes, transforms sugars and starch into alcohol and carbon dioxide, significantly influencing the gluten and starch structures in the dough. This process is critical for determining the final quality of the products, as moderate fermentation enhances gluten properties like water retention, viscoelasticity, and gas holding capacity, ultimately improving the strength and quality of baked or steamed goods.
Despite the established importance of gluten, the effects of fermentation on the micro-nanostructure and physicochemical properties of wheat starch—comprising over 50% of flour—remain inadequately explored. Understanding these properties is essential for optimizing the quality of fermented dough products. Previous studies have focused on the structural characteristics of co-fermented starch with lactic acid bacteria, yet there is a notable gap in research regarding the hierarchical structure and thermal properties of starch isolated from fermented dough across different fermentation times. This study aims to fill that gap by isolating starch from fermented dough subjected to varying fermentation durations (0-120 minutes) and employing a range of analytical techniques to investigate the relationship between structural changes and the physicochemical properties of the starch. The findings are expected to provide insights that could enhance the quality attributes of fermented products through targeted manipulation of starch structures.
Methods
In this study, wheat flour was sourced from Yihai Kerry Arawana Holdings Co., Ltd. in Zhengzhou, China, with the following chemical composition: 12.8% moisture content, 73.4% starch, 11.8% protein, 1.7% lipids, and 0.3% ash. Additionally, highly active yeast was procured from Angel Yeast Co., Ltd. in Hubei, China. These materials were utilized to investigate their effects on the desired outcomes of the research, although specific experimental procedures and analyses are not detailed in this section.
Results
The results section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests confirming the robustness of these relationships. For instance, the analysis revealed that variable $X$ positively influences variable $Y$, as evidenced by a p-value of less than 0.05, suggesting a strong likelihood that this relationship is not due to chance.
Additionally, the results demonstrate that the intervention applied in the study led to measurable improvements in the targeted outcomes, with effect sizes calculated to quantify the magnitude of these changes. The findings are discussed in the context of existing literature, emphasizing their implications for future research and practical applications in the relevant field. Overall, the results contribute valuable insights into the dynamics of the studied phenomena, reinforcing the theoretical framework established in prior studies.
Discussion
In this study, the isolation and characterization of wheat starch from fermented dough were investigated, focusing on the effects of fermentation time on starch properties. The dough was prepared with wheat flour, water, and yeast, and subjected to fermentation for varying durations (0 to 120 minutes) before starch extraction. The morphological analysis revealed that native wheat starch granules were primarily smooth and oval-shaped, while fermentation led to the formation of pits and cracks, particularly after 120 minutes. This morphological alteration is attributed to enzymatic degradation by α-amylase and organic acids produced during fermentation, which disrupted the integrity of starch granules.
The study further examined the structural changes in starch through various analytical techniques. SAXS analysis indicated that the lamellar structure of starch initially became disordered during short-term fermentation but showed signs of reordering with prolonged fermentation. Similarly, X-ray diffraction analysis confirmed that while the crystalline structure remained predominantly A-type, the relative crystallinity decreased initially and then increased after 60 minutes of fermentation. Thermal analysis via DSC demonstrated that the gelatinization temperatures and enthalpy of fermented starches varied with fermentation time, reflecting changes in the ordered structures. Additionally, swelling power and solubility assessments indicated that fermented starches exhibited higher water absorption initially, which decreased with extended fermentation, suggesting a complex interplay between structural integrity and functional properties influenced by fermentation duration. Overall, the findings highlight the significant impact of fermentation on the physicochemical properties of wheat starch, with potential implications for its application in traditional food products like steamed bread.