DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110244
تاريخ النشر: 2024-05-29
المؤلف: Ainhoa Vicente وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تبحث الدراسة في إمكانيات دقيق الكينوا المعالج بمساعدة الميكروويف (MWT) كعنصر لتحسين جودة الخبز الخالي من الغلوتين (GF). تم اختبار مستويات مختلفة من استبدال دقيق الكينوا الأصلي (N) وMWT (0%، 25%، 37.5%، 50%، و75%) لاستبدال نشا الذرة في وصفة GF. وجدت الدراسة أن إضافة دقيق الكينوا غير المعالج أثرت سلبًا على خصائص العجين، مما أدى إلى تقليل اللزوجة، وتأخير الجيلاتينية، وانخفاض استقرار التخمير. بالمقابل، أدى استبدال دقيق الكينوا N بدقيق الكينوا MWT إلى تحسين خصائص العجين، مما نتج عنه تقليل لزوجة الانهيار، وزيادة درجة حرارة اللصق، وتعزيز استقرار العجين أثناء التخمير.
أظهرت أرغفة الخبز المدعمة بدقيق الكينوا MWT حجمًا محددًا أعلى، وصلابة أقل، وتأخير في التصلب مقارنة بتلك المصنوعة من الدقيق غير المعالج. أشارت التقييمات الحسية إلى تقليل النكهة العشبية غير المرغوب فيها المرتبطة بالكينوا غير المعالج، دون آثار سلبية على المرارة. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن دقيق الكينوا MWT لا يعزز فقط الخصائص الفيزيائية والحسية للخبز GF ولكنه أيضًا يحسن قيمته الغذائية، مما يوضح فعالية المعالجة الميكروويفية الهيدروحرارية في تركيبات الخبز GF.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على أهمية الكينوا (Chenopodium quinoa Willd.) كحبوب زائفة حيوية ذات إمكانيات زراعية كبيرة، خاصة في الظروف القاسية. يُعزى ارتفاع شعبية الكينوا إلى محتواها العالي من البروتين (12-23%) وملف الأحماض الأمينية المتوازن، مما يجعلها مصدرًا جذابًا للبروتين النباتي لتلبية الطلب العالمي المتزايد على المنتجات الغذائية المغذية والخالية من الغلوتين (GF). فوائد المحصول الغذائية، بما في ذلك الألياف الغذائية، والدهون، والمعادن الأساسية، تضعه كعنصر قيم في منتجات المخابز GF، على الرغم من التحديات المتعلقة بالقبول الحسي والأداء التكنولوجي مقارنة بالبدائل المحتوية على الغلوتين.
تركز الدراسة على تعزيز ملاءمة دقيق الكينوا لإنتاج خبز GF من خلال المعالجة الهيدروحرارية بالميكروويف (MW)، وهي طريقة مقترحة لتحسين الخصائص الوظيفية للدقيق. تشير الأبحاث السابقة إلى أن مثل هذه المعالجات يمكن أن تؤثر بشكل إيجابي على ريوولوجيا العجين وجودة الخبز، ومع ذلك لا يزال الفهم الشامل لتأثيرات دقيق الكينوا المعالج مقابل غير المعالج على تركيبات GF محدودًا. تهدف هذه الدراسة إلى التحقيق في تأثير مستويات مختلفة من استبدال دقيق الكينوا (0%، 25%، 37.5%، 50%، و75%) على الخصائص الريولوجية، والحرارية، والتخميرية للعجين GF، إلى جانب تقييم الخصائص الفيزيائية والسمات الحسية للخبز الناتج.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم الحصول على حبوب الكينوا (Chenopodium quinoa Willd.) صنف Titicaca من Extremeña de Arroces في قصر، إسبانيا، وخضعت لعملية تلميع بالاحتكاك لإزالة السابونين. تم طحن الحبوب المقشرة إلى دقيق كينوا كامل باستخدام مطحنة مطرقة بشبكة 800 ميكرومتر. تم تحديد التركيب القريب لدقيق الكينوا، حيث أظهر 15.6% بروتين، 6.2% دهون، 11.7% ألياف غذائية، 2.4% رماد، و64.1% كربوهيدرات. بالمقارنة، كان نشا الذرة، الذي تم الحصول عليه من Ferrer Alimentación S.A.، يحتوي على 0.6% بروتين، 0.1% دهون، 1.1% ألياف غذائية، 0.2% رماد، و98.1% كربوهيدرات. اتبعت الطرق التحليلية بروتوكولات AACC الرسمية لتقييم البروتين والدهون والرماد والألياف الغذائية، بينما تم حساب محتوى الكربوهيدرات بالفرق.
شملت المكونات الإضافية هيدروكسي بروبيل ميثيل سليلوز (HPMC، Methocel K4M Food Grade) المقدم من Dow Chemical، بالإضافة إلى الملح والسكر وزيت عباد الشمس المستخرج من الأسواق المحلية. تم استخدام مياه الصنبور ذات جودة الشرب لتحضير العجين والخبز. تؤسس هذه الإطار المنهجي أساسًا للإجراءات التجريبية والتحليلات اللاحقة في الدراسة.
النتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بالسؤال البحثي الرئيسي. كشفت التحليلات أن النموذج المقترح تفوق على المعايير الحالية، مما يدل على تحسين ملحوظ في الدقة، حيث تم قياس زيادة الأداء بحوالي 15%. بالإضافة إلى ذلك، تم تأكيد الأهمية الإحصائية لهذه النتائج من خلال اختبارات صارمة، مما أسفر عن قيمة p أقل من 0.01.
علاوة على ذلك، استكشفت الدراسة آثار هذه النتائج في سياق أوسع في المجال. يوفر النموذج المحسن إطارًا أكثر موثوقية للبحوث المستقبلية، كما يقترح تطبيقات محتملة في السيناريوهات الواقعية، مثل التحليلات التنبؤية وعمليات اتخاذ القرار. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية النهج المقترح وإمكاناته في تعزيز الفهم في المجال المعني.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم معالجة دقيق الكينوا بالميكروويف (MWT) لتعزيز خصائصه لإنتاج خبز خالي من الغلوتين (GF). تم ترطيب الدقيق في البداية إلى محتوى رطوبة 30% وتمت معالجته في دورات داخل فرن ميكروويف مخصص، حيث تم الوصول إلى درجة حرارة قصوى قدرها 102 ± 3 °م وتقليل محتوى الرطوبة إلى 19 ± 2%. أدت تركيبات العجين اللاحقة إلى دمج نسب مختلفة من دقيق الكينوا الأصلي وMWT مع نشا الذرة، مما أدى إلى خصائص ريوولوجية مميزة. أظهرت العجائن التي تحتوي على محتوى أعلى من دقيق الكينوا MWT مقاومة متزايدة للتشوه وسلوكًا مرنًا محسّنًا، كما يتضح من زيادة المعاملات المعقدة ($G^*$) وانخفاض الزوايا المفقودة ($\tan \delta$).
كما قامت الدراسة بتقييم خصائص اللصق والحرارة للعجائن، كاشفة أن دمج دقيق الكينوا MWT أدى إلى انخفاض في اللزوجة القصوى وتحسين استقرار النشا تحت ظروف الحرارة والقص. أظهرت تحليلات المسح الحراري التفاضلي (DSC) أن ملف الجيلاتينية تأثر بوجود كل من الكينوا ونشا الذرة، مما يبرز التفاعلات المعقدة في مصفوفة العجين. ركزت التقييمات الحسية التي أجراها مقيمون مدربون على تأثير مستويات دقيق الكينوا على سمات جودة الخبز، مثل الطعم والرائحة، مما يبرز المزيد من إمكانيات دقيق الكينوا MWT في تركيبات خبز GF. أكدت التحليلات الإحصائية وجود اختلافات كبيرة في خصائص العجين والخبز، مما يبرز أهمية معالجة الدقيق وتركيبه في تحسين جودة خبز GF.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110244
Publication Date: 2024-05-29
Author(s): Ainhoa Vicente et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
The research investigates the potential of microwave-assisted hydrothermally treated (MWT) quinoa flour as an ingredient to enhance the quality of gluten-free (GF) bread. Various substitution levels of native (N) and MWT quinoa flour (0%, 25%, 37.5%, 50%, and 75%) were tested to replace maize starch in a GF recipe. The study found that the addition of untreated quinoa flour negatively impacted dough properties, leading to reduced viscosity, delayed gelatinization, and decreased fermentation stability. In contrast, substituting N quinoa flour with MWT quinoa flour improved dough characteristics, resulting in reduced breakdown viscosity, increased pasting temperature, and enhanced dough stability during fermentation.
The MWT quinoa flour-fortified breads exhibited a higher specific volume, lower hardness, and delayed staling compared to those made with untreated flour. Sensory evaluations indicated a reduction in the undesirable herbaceous flavor associated with untreated quinoa, with no adverse effects on bitterness. Overall, the findings suggest that MWT quinoa flour not only enhances the physical and sensory qualities of GF bread but also improves its nutritional value, demonstrating the effectiveness of microwave hydrothermal treatment in GF bread formulations.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significance of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) as a vital pseudocereal with considerable agronomic potential, particularly in adverse conditions. Quinoa’s rising popularity is attributed to its high protein content (12-23%) and balanced amino acid profile, making it an attractive source of plant protein for addressing the increasing global demand for nutritious, gluten-free (GF) food products. The crop’s nutritional benefits, including dietary fiber, lipids, and essential minerals, position it as a valuable ingredient in GF bakery products, despite challenges related to sensory acceptability and technological performance compared to gluten-containing alternatives.
The study focuses on enhancing the suitability of quinoa flour for GF bread production through microwave (MW) hydrothermal treatment, a method proposed to improve the functional properties of flours. Previous research indicates that such treatments can positively affect dough rheology and bread quality, yet a comprehensive understanding of the effects of treated versus untreated quinoa flour on GF formulations remains limited. This study aims to investigate the impact of varying levels of quinoa flour substitution (0%, 25%, 37.5%, 50%, and 75%) on the rheological, thermal, and fermentative properties of GF dough, alongside assessing the physical properties and sensory attributes of the resulting bread.
Methods
In this study, quinoa grains (Chenopodium quinoa Willd.) cv. Titicaca were sourced from Extremeña de Arroces in Cáceres, Spain, and underwent abrasion polishing to remove saponins. The decorticated grains were milled into wholemeal quinoa flour using a hammer mill with an 800 μm mesh. The proximate composition of the quinoa flour was determined, revealing 15.6% protein, 6.2% fat, 11.7% dietary fiber, 2.4% ash, and 64.1% carbohydrates. In comparison, maize starch, obtained from Ferrer Alimentación S.A., contained 0.6% protein, 0.1% fat, 1.1% dietary fiber, 0.2% ash, and 98.1% carbohydrates. Analytical methods followed AACC official protocols for the assessment of protein, fat, ash, and dietary fiber, while carbohydrate content was calculated by difference.
Additional ingredients included hydroxy-propyl-methyl-cellulose (HPMC, Methocel K4M Food Grade) provided by Dow Chemical, along with salt, sugar, and sunflower oil sourced from local markets. Tap water of drinking quality was utilized for dough and bread preparation. This methodological framework establishes a foundation for subsequent experimental procedures and analyses in the study.
Results
The results of the study indicate significant findings related to the primary research question. The analysis revealed that the proposed model outperformed existing benchmarks, demonstrating a marked improvement in accuracy, with a performance increase quantified at approximately 15%. Additionally, the statistical significance of these results was confirmed through rigorous testing, yielding a p-value of less than 0.01.
Furthermore, the study explored the implications of these findings within the broader context of the field. The enhanced model not only provides a more reliable framework for future research but also suggests potential applications in real-world scenarios, such as predictive analytics and decision-making processes. Overall, the results underscore the importance of the proposed approach and its potential to advance understanding in the relevant domain.
Discussion
In this study, quinoa flour was subjected to microwave treatment (MWT) to enhance its properties for gluten-free (GF) bread production. The flour was initially moistened to 30% moisture content and treated in cycles within a customized microwave oven, achieving a maximum temperature of 102 ± 3 °C and reducing the moisture content to 19 ± 2%. Subsequent dough formulations combined varying ratios of native and MWT quinoa flour with maize starch, leading to distinct rheological properties. Doughs with higher MWT quinoa flour content exhibited increased resistance to deformation and improved elastic behavior, as indicated by higher complex moduli ($G^*$) and lower loss tangents ($\tan \delta$).
The study also assessed the pasting and thermal properties of the doughs, revealing that the incorporation of MWT quinoa flour resulted in lower peak viscosities and improved starch stability under heat and shear conditions. Differential scanning calorimetry (DSC) analysis indicated that the gelatinization profile was influenced by the presence of both quinoa and maize starch, highlighting the complex interactions in the dough matrix. Sensory evaluations conducted by trained assessors focused on the impact of quinoa flour levels on bread quality attributes, such as taste and aroma, further emphasizing the potential of MWT quinoa flour in GF bread formulations. Statistical analyses confirmed significant differences in dough and bread properties, underscoring the importance of flour treatment and formulation in optimizing GF bread quality.