Comparative Evaluation of Fermentation and Emerging Processing Technologies for Enhancing Nutritional Quality and Bioactive Phytochemicals in Finger Millet Flour

في أجزاء كثيرة من العالم، يعتمد الأمن الغذائي على محاصيل يمكنها البقاء في ظل الظروف القاسية مثل الجفاف والحرارة الشديدة. ومن بين هذه النباتات المرنة محصول الدخن الإصبعي (finger millet)، وهو حبوب صغيرة الحجم تُزرع في المناطق الاستوائية وشبه الاستوائية. يُعد هذا المحصول قوة غذائية، فهو غني طبيعيًا بالكالسيوم والحديد والأحماض الأمينية الأساسية، وغالبًا ما يحتوي على كالسيوم أكثر من الحليب. ومع ذلك، ظل هذا الحبوب لقرون غير مستغل بشكل كافٍ لأنه يحتوي على مركبات طبيعية تعمل كحواجز أمام التغذية. هذه الحواجز، المعروفة باسم "مضادات المغذيات"، تشمل التانينات وحمض الفيتيك. يمكن للتانينات أن ترتبط بالبروتينات والمعادن، مما يجعل امتصاصها صعبًا على جسم الإنسان، بينما يعمل حمض الفيتيك مثل الإسفنجة، حيث يحبس المعادن الأساسية مثل الحديد والزنك. ولإطلاق الإمكانات الصحية الكاملة للدخن الإصبعي، سعى العلماء منذ فترة طويلة لإيجاد طرق لإزالة أو تقليل هذه الحواجز دون تدمير العناصر الغذائية القيمة للحبوب أو مذاقها.

وضع فريق من الباحثين مؤخرًا هدفًا لمقارنة طرق مختلفة لمعالجة الدخن الإصبعي، بهدف إيجاد الطريقة الأكثر فعالية لتحسين جودته الغذائية. وقد اختبروا أربعة نهج متميزة: التخمير التقليدي باستخدام البكتيريا النافعة، وتقنية فيزيائية تسمى "السونيكة" (sonication) التي تستخدم الموجات الصوتية، ومزيج من الموجات الصوتية والنقع، ونقع الحبوب في محاليل قلوية مثل كربونات الصوديوم وهيدروكسيد الأمونيوم. كان الهدف هو معرفة أي طريقة هي الأفضل في تقليل مضادات المغذيات مع الحفاظ على بروتين الحبوب ومعادنها وخصائصها المضادة للأكسدة أو حتى تعزيزها. ركزت الدراسة على تحويل الحبوب المعالجة إلى دقيق وتحليل كيف غيرت هذه المعالجات التركيبة الكيميائية للغذاء، ولونه، ومدى سهولة هضم النشا والبروتين في الجسم.

بدأ الباحثون بأخذ حبوب الدخن الإصبعي الخام وتقسيمها إلى مجموعات لكل معالجة. بالنسبة لمجموعة التخمير، أدخلوا سلالة محددة من البكتيريا النافعة، Lactiplantibacillus plantarum، إلى الدقيق وتركوه لمدة يومين. تحاكي هذه العملية طرق "العجينة الحمضة" (sourdough) التقليدية، حيث تقوم الميكروبات بتفكيك المركبات المعقدة. وبالنسبة لمجموعة السونيكة، غمروا الحبوب في الماء وعرضوها لموجات صوتية عالية التردد، وهي تقنية تخلق فقاعات صغيرة تنفجر وتؤدي إلى تمزيق البنية الخلوية للحبوب. وتلقت مجموعة أخرى مزيجًا من هذه الموجات الصوتية مع النقع، وتلقت المجموعتان الأخيرتان النقع في محاليل كيميائية مصممة لتغيير الكيمياء الداخلية للحبوب. بعد المعالجة، جُففت جميع العينات وطُحنت لتصبح دقيقًا لإجراء تحليل مفصل.

كشفت النتائج أن التخمير كان وسيلة بارزة لتحسين محتوى البروتين في الحبوب. فقد أظهر الدقيق المخمر زيادة كبيرة في البروتين، حيث ارتفع من حوالي 9 بالمائة في الحبوب الخام إلى ما يقرب من 12 بالمائة. حدث هذا لأن البكتيريا قامت بتفكيك مضادات المغذيات التي كانت تربط البروتين سابقًا، مما جعل المزيد من النيتروجين متاحًا. في المق المقابل، لم تؤدِ الطرق الأخرى، وخاصة النقع الكيميائي ومعالجات الموجات الصوتية، إلى زيادة البروتين، وفي بعض الحالات تسببت في انخفاض طفيف، ويرجع ذلك على الأرجح إلى غسل البروتينات القابلة للذوبان بعيدًا في الماء أثناء المعالجة. كما نجحت عملية التخمير في خفض حموضة الحبوب، حيث انخفض الرقم الهيدروجيني (pH) من 6.71 المتعادل إلى 3.38 الأكثر حموضة، وهو ما يعد إشارة إلى أن البكتيريا كانت تعمل بنشاط.

وعندما يتعلق الأمر بإزالة مضادات المغذيات الضارة، أظهرت الطرق نقاط قوة مختلفة. كان النقع الكيميائي باستخدام كربونات الصوديوم هو الأكثر فعالية في إزالة التانينات، حيث قللها بنسبة تقارب 73 بالمائة. جعل هذا التفاعل الكيميائي التانينات تذوب وتُغسل بعيدًا. ومع ذلك، بالنسبة لحمض الفيتيك، كان التخمير البكتيري ونقع هيدروكسيد الأمونيوم هما الأكثر نجاحًا، حيث خفضا المستويات بنسبة 28 بالمائ % تقريبًا لكل منهما. وبينما كانت النقع الكيميائية عدوانية في إزالة التانينات، إلا أن لها جانبًا سلبيًا، حيث جردت الحبوب أيضًا من كمية كبيرة من معادنها الطبيعية. ومن ناحية أخرى، أدى الدقيق المخمر بالفعل إلى زيادة مستويات الكالسيوم والحديد والزنك؛ حيث أنتجت البكتيريا أحماضًا عضوية ساعدت في تحرير هذه المعادن من حالاتها المحبوسة، مما جعلها أكثر توافرًا للجسم لاستخدامها.

كما نظرت الدراسة في قدرة الحبوب على محاربة الإجهاد التأكسدي، وهو عامل رئيسي في الوقاية من الأمراض المزمنة. برز الدقيق المخمر كفائز واضح هنا، حيث أظهر أعلى مستويات من النشاط المضاد للأكسدة. وهذا يعني أنه كان الأكثر فعالية في تحييد الجذور الحرة الضارة في الجسم. أما المعالجات الكيميائية، رغم كونها جيدة في إزالة مضادات المغذيات، فقد مالت إلى خفض القدرة الإجمالية للحبوب على مقاومة الأكسدة، ويرجع ذلك على الأرجح إلى غسل المركبات المفيدة جنبًا إلى جنب مع المركبات غير المرغوب فيها. كما حلل الباحثون المركبات الكيميائية المحددة في الدقيق باستخدام تقنيات متقدمة مثل الكروماتوغرافيا الغازية ومطياف الكتلة. ووجدوا أن التخمير خلق ملفًا غنيًا بالأحماض الدهنية والجزيئات المفيدة الأخرى، بينما لم تترك النقع الكيميائية سوى عدد قليل جدًا من المركبات القابلة للكشف.

كانت قابلية الهضم، أو مدى قدرة الجسم على تفكيك الطعام، مقياسًا حاسمًا آخر. أظهر الدقيق المخمر والدقيق المعالج بالموجات الصوتية مع النقع تحسنًا في قابلية هضم البروتين، مما يعني أن الجسم يمكنه الوصول إلى المزيد من الأحماض الأمينية. كان التخمير فعالًا بشكل خاص، حيث رفع قابلية هضم البروتين إلى ما يقرب من 88 بالمائة، مقارنة بـ 59 بالمائة فقط في الحبوب الخام. وبالنسبة للنشا، غيرت المعالجات كيفية تأثير الحبوب على مستويات السكر في الدم. فقد زادت طريقة الموجات الصوتية مع النقع من كمية النشا المقاوم، وهو نوع من الكربوهيدرات التي تمر عبر الجهاز الهضمي دون أن يتم تفكيكها بالكامل، وهو أمر مفيد لأنه يساعد في تنظيم مستويات السكر في الدم ودعم صحة الأمعاء. ومع ذلك، جعلت النقع الكيميائية النشا أسهل في الهضم، مما قد يؤدي إلى ارتفاعات سريعة في مستويات السكر في الدم.

تغير المظهر البصري للدقيق أيضًا مع كل طريقة. جعلت النقع الكيميائية، وخاصة هيدروكسيد الأمونيوم، الدقيق أخف لونًا وأقل بنيًا، مما قد يكون أكثر جاذبية لبعض المستهلكين. ومع ذلك، احتفظ الدقيق المخمر بلون مشابه جدًا للحبوب الخام، مما يشير إلى أن العملية البيولوجية لم تغير المظهر الطبيعي للحبوب بشكل جذري. لاحظ الباحثون أنه بينما أنتجت الطرق الكيميائية لونًا أفتح، إلا أنها أخلت بالملف الغذائي. وقدمت طرق التخمير والموجات الصوتية توازنًا أفضل، حيث حسنت الفوائد الصحية للحبوب دون التضحية بكثافتها الغذائية الطبيعية.

في الختام، تشير الدراسة إلى أنه بينما تعد المعالجات الكيميائية قوية في إزالة مضادات مغذية محددة مثل التانينات، إلا أنها تأتي على حساب فقدان المعادن ومضادات الأكسدة القيمة. وقد برز التخمير والجمع بين الموجات الصوتية والنقع كأكثر الاستراتيجيات واعدة. لم تكتفِ هذه الطرق بتقليل حواجز التغذية فحسب، بل عززت أيضًا محتوى البروتين في الحبوب، وتوافر المعادن، وقوة مضادات الأكسدة. وبالنسبة للمجتمعات التي تعتمد على الدخن الإصبعي كمصدر للقوت، تشير هذه النتائج نحو تقنيات معالجة يمكنها تحويل محصول مرن إلى مصدر أكثر قوة للصحة، مما يضمن أن العناصر الغذية المحبوسة داخل الحبوب متاحة بالكامل للناس الذين هم في أمس الحاجة إليها.