DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-52149-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38263382
تاريخ النشر: 2024-01-23
المؤلف: Yusuf Olamide Kewuyemi وآخرون
الموضوع الرئيسي: تركيب الغذاء وخصائصه
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار الإنبات والتخمير البروبيوتيكي على الخصائص الفيزيائية والكيميائية والتغذوية للدقيق المستخرج من الفول السوداني، والدخن، والبطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي (OFSP). استخدمت الأبحاث الكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (UHPLC) لقياس الأحماض العضوية والمركبات الفينولية، مما كشف أن الإنبات والتخمير غيرا بشكل كبير تركيبة الدقيق. على وجه الخصوص، أظهرت دقيق الدخن والبطاطا الحلوة المخمرة زيادة في محتوى الفينولات الكلي (TPC) والقدرة المضادة للأكسدة، بينما أظهر دقيق الفول السوداني المنبت مستويات منخفضة من التانين وزيادة في محتوى البروتين والألياف.
تشير النتائج إلى أن مدى التعديلات الميكروبية والإنزيمية خلال هذه التقنيات الحيوية يتأثر بنوع الركيزة المستخدمة. كان لدقيق الفول السوداني المخمر (FCF) أعلى مستوى من الحموضة القابلة للتعويض (TTA) وخصائص مضادة للأكسدة، بينما قدم دقيق الفول السوداني المنبت (GCF) ملفًا إيجابيًا من الأحماض العضوية والألياف الغذائية. من الجدير بالذكر أن الدراسة تقترح أن دمج هذه الدقيق المعالجة حيويًا يمكن أن يؤدي إلى تطوير منتجات غذائية وظيفية قد تساعد في تقليل المخاطر المرتبطة بالأمراض القلبية الأيضية. يمكن أن تعزز المزيد من الاستكشافات للخصائص التكنولوجية لهذه الدقيق خيارات التركيب للمنتجات الغذائية الموجهة للصحة.
طرق
في هذه الدراسة، تم الحصول على الفول السوداني الكامل، والدخن الكامل، والبطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي (OFSP) من مواقع مختلفة في جنوب أفريقيا، بما في ذلك المجلس الزراعي للبحوث والمتاجر المحلية. تم الحصول على المواد الكيميائية والمركبات من الدرجة التحليلية من ميرك وموردين موثوقين آخرين. خضع الفول السوداني والدخن لعملية تنظيف جافة لإزالة المواد الأجنبية، بعد ذلك تم تقسيمها إلى دفعتين: الدفعة A للإنبات والدفعة B للطحن إلى دقيق مخمر باستخدام مطحنة فيليبس HR2056/90.
بالنسبة لـ OFSP، تضمنت التحضيرات تقشير، وشطف، وتقطيع الدرنات إلى مكعبات، تلاها التجفيف بالتجميد باستخدام مجفف تجميد Telstar LyoQuest. ثم تم طحن OFSP المجفف لإنتاج دقيق مخصص للتخمير. تم تخزين جميع الدقيق لاحقًا في أكياس زيب لوك عند 4 °م قبل المعالجة الإضافية، مما يضمن الحفاظ على جودتها للإجراءات التجريبية اللاحقة.
نتائج
تشير النتائج إلى تغييرات كيميائية حيوية كبيرة في الرقم الهيدروجيني والحموضة القابلة للتعويض (TTA) للدقيق الخام، والمخمر، والمنبت. كانت مستويات الرقم الهيدروجيني أعلى بشكل ملحوظ في الدقيق الخام والمخمر (RCF: 6.57، RSF: 6.49، RSP: 6.18) مقارنةً بنظائرها المنبتة والمخمرة، مع أدنى رقم هيدروجيني لوحظ في الدقيق المخمر (FCF: 4.49، FSF: 3.89). ارتبط هذا الانخفاض في الرقم الهيدروجيني بزيادة مستويات TTA، خاصة في الدقيق المخمر، حيث وصلت TTA إلى 4.25 مل/غ في FCF. تم تأسيس ارتباط سلبي كبير (R² = -0.79) بين الرقم الهيدروجيني وTTA، مما يشير إلى أن الرقم الهيدروجيني المنخفض مرتبط بحموضة أعلى بسبب النشاط الميكروبي أثناء التخمير.
بالإضافة إلى ذلك، حددت الدراسة مستويات مرتفعة من الأحماض العضوية (OAs) في الدقيق المعالج حيويًا، مع ارتباطات كبيرة بين TTA وأحماض معينة مثل حمض اللاكتيك (R² = 0.72) وحمض البروبيونيك (R² = 0.73). أظهرت الدقيق المخمر أعلى تركيزات من الأحماض العضوية، وخاصة حمض الماليك (1802.99 ملغ/كغ) وحمض السكسينيك (100.95 ملغ/كغ) في FCF. كانت المسارات الأيضية المعنية في عملية التخمير مرتبطة بإنتاج هذه الأحماض، والتي من المعروف أنها لها تأثيرات مفيدة متنوعة، بما في ذلك الخصائص المضادة للميكروبات والفوائد الصحية المحتملة. علاوة على ذلك، لاحظت الدراسة تركيزات أعلى من حمض الأسكوربيك في الدقيق المنبت مقارنةً بالمخمرة، مما يشير إلى أن عملية الإنبات تعزز الخصائص المضادة للأكسدة. تؤكد النتائج على تأثير التخمير والإنبات على الخصائص التغذوية والوظيفية للدقيق، مما يبرز تطبيقاتها المحتملة في علوم الغذاء والتغذية.
مناقشة
في هذا القسم، تناقش الدراسة معالجة الشعير الكامل (WGB) والبطاطا الحلوة ذات اللحم البرتقالي (OFSP) إلى دقيق من خلال تقنيات معالجة حيوية متنوعة، بما في ذلك التخمير البروبيوتيكي والإنبات. تضمنت عملية التخمير خلط سلالات محددة من Lactococcus وLeuconostoc مع الدقيق والماء، تلاها حضانة لمدة 48 ساعة عند 35 °م. تم تحقيق إنبات WGB عن طريق نقعه في الماء والحفاظ على الرطوبة لمدة 48 ساعة. تم تجفيف الدقيق المخمر والمنبت بالتجميد، وطحنه، وتحليله لخصائص كيميائية متنوعة، بما في ذلك الرقم الهيدروجيني، والحموضة القابلة للتعويض (TTA)، ومحتوى الفلافونويد الكلي (TFC)، ومحتوى الفينولات الكلي (TPC)، وقدرات مضادة للأكسدة.
تشير النتائج إلى أن مستخلصات الفول السوداني المعالجة حيويًا أظهرت أعلى TPC وتركيزات كبيرة من المركبات الفينولية المستهدفة، مثل الأحماض الغاليلية وp-coumaric، والتي ارتبطت إيجابيًا مع القدرات المضادة للأكسدة. أظهرت الدقيق المخمر زيادة في TFC وTPC وأنشطة مضادة للأكسدة مقارنةً بالدقيق الخام، مما يُعزى إلى الأنشطة الإنزيمية الميكروبية التي حررت المركبات الفينولية. على العكس، أظهرت الدقيق المنبت انخفاضًا في TFC وTPC، من المحتمل بسبب تحويل الفينولات أثناء الإنبات. كما تسلط الدراسة الضوء على تقليل العوامل المضادة للتغذية (ANFs) مثل التانينات والأوكسالات في الدقيق المعالج حيويًا، مما قد يحسن من توافر العناصر الغذائية. بشكل عام، عززت طرق المعالجة الحيوية المستخدمة بشكل كبير الملف التغذوي وخصائص مضادة للأكسدة للدقيق، مما يشير إلى فوائدها الصحية المحتملة.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-024-52149-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38263382
Publication Date: 2024-01-23
Author(s): Yusuf Olamide Kewuyemi et al.
Primary Topic: Food composition and properties
Overview
This study investigates the effects of germination and probiotic fermentation on the physicochemical and nutritional properties of flours derived from cowpea, sorghum, and orange-fleshed sweet potato (OFSP). The research employed ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) to quantify organic acids and phenolic compounds, revealing that germination and fermentation significantly altered the flours’ composition. Specifically, fermented sorghum and sweet potato flours exhibited increased total phenolic content (TPC) and antioxidant capacity, while germinated cowpea flour showed reduced tannin levels and enhanced protein and fiber content.
The findings indicate that the extent of microbial and enzymatic modifications during these bioprocessing techniques is influenced by the type of substrate used. Fermented cowpea flour (FCF) had the highest total titratable acidity (TTA) and antioxidant properties, whereas germinated cowpea flour (GCF) presented a favorable profile of organic acids and dietary fibers. Notably, the study suggests that combining these bioprocessed flours could lead to the development of functional food products that may help mitigate risks associated with cardiometabolic diseases. Further exploration of the technological characteristics of these flours could enhance formulation options for health-oriented food products.
Methods
In this study, whole cowpea, whole sorghum, and orange-fleshed sweet potato (OFSP) were sourced from various locations in South Africa, including the Agricultural Research Council and local stores. Analytical-grade chemicals and reagents were obtained from Merck and other reputable suppliers. The cowpea and sorghum underwent a dry-cleaning process to eliminate foreign materials, after which they were divided into two batches: batch A for germination and batch B for milling into fermented flours using a Philips Mill HR2056/90.
For the OFSP, the preparation involved peeling, rinsing, and dicing the tubers into cubes, followed by lyophilization using a Telstar LyoQuest freeze dryer. The dried OFSP was then milled to produce flour intended for fermentation. All flours were subsequently stored in ziplock bags at 4 °C prior to further processing, ensuring the preservation of their quality for subsequent experimental procedures.
Results
The results indicate significant biochemical changes in the pH and titratable acidity (TTA) of raw, fermented, and germinated flours. The pH levels were notably higher in raw and fermented flours (RCF: 6.57, RSF: 6.49, RSP: 6.18) compared to germinated and fermented counterparts, with the lowest pH observed in fermented flours (FCF: 4.49, FSF: 3.89). This decrease in pH correlated with increased TTA levels, particularly in fermented flours, where TTA reached up to 4.25 mL/g in FCF. A significant negative correlation (R² = -0.79) between pH and TTA was established, suggesting that lower pH is associated with higher acidity due to microbial activity during fermentation.
Additionally, the study identified elevated levels of organic acids (OAs) in the bioprocessed flours, with significant correlations between TTA and specific OAs such as lactic (R² = 0.72) and propionic acids (R² = 0.73). Fermented flours exhibited the highest concentrations of OAs, particularly maleic (1802.99 mg/kg) and succinic acids (100.95 mg/kg) in FCF. The metabolic pathways involved in the fermentation process were implicated in the production of these acids, which are known to have various beneficial effects, including antimicrobial properties and potential health benefits. Furthermore, the study noted higher concentrations of ascorbic acid in germinated flours compared to fermented ones, suggesting that the germination process enhances antioxidant properties. The findings underscore the impact of fermentation and germination on the nutritional and functional properties of flours, highlighting their potential applications in food science and nutrition.
Discussion
In this section, the study discusses the processing of whole grain barley (WGB) and orange-fleshed sweet potato (OFSP) into flours through various bioprocessing techniques, including probiotic fermentation and germination. The fermentation process involved mixing specific strains of Lactococcus and Leuconostoc with flour and water, followed by a 48-hour incubation at 35 °C. Germination of WGB was achieved by soaking in water and maintaining moisture for 48 hours. The resulting fermented and germinated flours were lyophilized, milled, and analyzed for various chemical properties, including pH, titratable acidity (TTA), total flavonoid content (TFC), total phenolic content (TPC), and antioxidant capacities.
The findings indicate that bioprocessed cowpea extracts exhibited the highest TPC and significant concentrations of targeted phenolic compounds, such as gallic and p-coumaric acids, which correlated positively with antioxidant capacities. Fermented flours showed enhanced TFC, TPC, and antioxidant activities compared to raw flours, attributed to microbial enzymatic activities that liberated phenolic compounds. Conversely, germinated flours displayed reduced TFC and TPC, likely due to the conversion of phenolics during germination. The study also highlights the reduction of anti-nutritional factors (ANFs) like tannins and oxalates in bioprocessed flours, which may improve nutrient bioavailability. Overall, the bioprocessing methods employed significantly enhanced the nutritional profile and antioxidant properties of the flours, suggesting their potential health benefits.