Seaweed as a sustainable source of vegan protein isolates and hydrolysates in the development of functional cookies
تُظهر هذه الدراسة أن الطحالب البنية (*Sargassum tenerrimum*)، لا سيما عند معالجتها إلى عزلات بروتينية ومحللات مائية مشتقة من البروميلين، تعمل كمكون مستدام، ومُغنى غذائياً، ومقبول حسياً لتطوير كعكات نباتية وظيفية ذات خصائص مضادة للأكسدة معززة.
المؤلفون الأصليون:Sushri S. B, Rose Mary James, Sahana M. D, Elavarasan K, Bindu J
على مدى عقود، ركز البحث عن الغذاء المستدام بشكل كبير على ما ينمو على اليابسة، ومع ذلك، يوفر المحيط مستودعاً هائلاً وغير مستغل إلى حد كبير من العناصر الغذائية. فالعشب البحري، الذي غالباً ما يُنظر إليه على أنه مجرد حطام شاطئي أو مكون ثانوي في المطبخ الآسيوي، بدأ العلماء يعترفون به بشكل متزايد كمصدر قوي للبروتين لا يتطلب مياهاً عذبة، ولا أراضٍ صالحة للزراعة، ولا أسمدة لزراعته. وخلافاً للمحاصيل التقليدية التي تتنافس مع الإمدادات الغذائية البشرية على التربة، يزدهر العشب البحري في البحر، حيث يمتص الكربون وينمو بسرعة. ومع ارتفاع سكان العالم وتزايد الطلب على البروتينات النباتية، يوجه الباحثون اهتمامهم إلى هذه النباتات البحرية ليس فقط كصيحة جديدة، بل كحل عملي لإطعام العالم. ومع ذلك، يكمن التحدي في تحويل هذه الطحالب الليفية الزلقة إلى أطعمة مألوفة وشهية يرغب الناس حقاً في تناولها يومياً.
في دراسة حديثة، سعى فريق من الباحثين من الهند لسد هذه الفجوة عبر تحويل نوع معين من العشب البحري البني، المعروف باسم Sargassum tenerrimum، إلى مكون وظيفي للوجبات الخفيفة اليومية. ركز العلماء على طريقتين لمعالجة العشب البحري لجعله أكثر فائدة في الخبز. أولاً، قاموا بإنشاء معزولات بروتينية، وهي في الأساس البروتين النقي المستخلص من العشب البحري بعد تجريده من المكونات الأخرى. ثانياً، أنتجوا هيدروليزات البروتين (المحللات البروتينية) عن طريق معالجة هذه المعزولات بإنزيم يسمى البروميلين. هذه العملية الإنزيمية تعمل على تكسير سلاسل البروتين الطويلة إلى قطع أصغر وأكثر قابلية للهضم، وهي تقنية تُستخدم غالباً للكشف عن الفوائد الغذائية الخفية في الطعام. ثم أخذ الباحثون هذين الشكلين من العشب البحري المعالج، بالإضافة إلى مسحوق العشب البحري الخام نفسه، وخلطوهما في عجين الكوكيز بنسبة خمسة بالمائة من الوزن. ثم خبزوا دفعات من الكوكيز، وقارنوها بدفعة ضابطة قياسية مصنوعة بدون أي عشب بحري، لمعرفة كيف سيغير الإضافة البحرية المنتج النهائي.
أظهرت النتائج أن إضافة العشب البحري لم تغير النكهة فحسب، بل رفعت المستوى الغذائي للوجبة الخفيفة بشكل جوهري. فقد احتوت الكوكيز المدعمة بمعزولات وهيدروليزات بروتين العشب البحري على نسبة بروتين أعلى بكثير من النسخة القياسية، حيث وصلت المستويات بين 14.85% و15.44%، مقارنة بأكثر من 10% في الكوكيز الضابطة. ولم يكن هذا الارتفاع مجرد مسألة كمية؛ إذ احتفظت الكوكيز المدعمة بالعشب البحري أيضاً بمستويات أعلى من المعادن، مما ساهم في محتوى رماد أغنى، وهو مقياس لبقايا المعادن المتبقية بعد الحرق. ولعل الأمر الأكثر بروزاً هو أن الكوكيز المصنوعة من هيدروليزات العشب البحري المعالجة إنزيمياً أظهرت دفعة ملحوظة في قدرتها على محاربة الإجهاد التأكسدي. فعند اختبارها، أظهرت هذه الكوكيز نشاطاً مضاداً للأكسدة أقوى، مما يعني أنها كانت أفضل في تحييد الجذور الحرة الضارة في الجسم، واحتوت أيضاً على مستويات أعلى من المركبات الفينولية الكلية، وهي مواد كيميائية طبيعية معروفة بخصائصها الواقية للصحة.
وبعيداً عن الكيمياء، صمدت الخصائص الفيزيائية والحسية للكوكيز بشكل جيد. فقد أدت إضافة مكونات العشب البحري إلى جعل الكوكيز أكثر صلابة وأغمق لوناً، حيث تحولت من اللون الذهبي الشاحب إلى البني الداكن والغني. ومع ذلك، لم يكن هذا التغيير في المظهر عيباً؛ بل في الواقع، ذكر المتذوقين بالحلويات القائمة على الشوكولاتة أو الكاكوا، وهي منتجات تحظى بشعبية وقبول واسعين. وعندما تذوقت لجنة من المتذوقين غير المتخصصين الكوكيز، قيموا النسخ التي تحتوي على العشب البحري تقييماً عالياً جداً، حيث تراوحت الدرجات بين "مقبول بدرجة متوسطة" إلى "محبوب جداً". كما اعتُبر القوام والطعم مقبولين، مما أثبت أن بروتين العشب البحري لم يطغَ على النكهة المألوفة للكوكيز. وخلصت الدراسة إلى أن دمج خمسة بالمائة من هذا العشب البحري البني، لا سيما في شكل الهيدروليزات المعالجة، يعد استراتيجية قابلة للتطبيق لإنشاء وجبة خفيفة ليست لذيذة فحسب، بل ومتفوقة غذائياً أيضاً، مما يوفر مساراً مستداماً لإثراء الأطعمة اليومية بالبروتين المستخلص من البحر.
ملخص تقني: الطحالب البحرية كمصدر مستدام لبروتينات النباتات المعزولة والمحللة في تطوير البسكويت الوظيفي
بيان المشكلة يتزايد الطلب العالمي على مصادر البروتين النباتي، مدفوعاً بالحاجة إلى نظم غذائية مستدامة ومتكيفة مع المناخ. وبينما تُعد الطحالب البحرية مصدراً مستداماً ومنخفض الاستهلاك للأراضي للبروتين والألياف والمركبات النشطة بيولوجياً، إلا أن تطبيقها في المنتجات الغذائية الوظيفية لا يزال غير مستكشف بشكل كافٍ. وتحديداً، هناك ندرة في الأبحاث المتعلقة بتدعيم منتجات المخبوزات ببروتينات الطحالب البحرية المعزولة والمحللة. فالبسكويت التقليدي غالباً ما يكون غير متوازن غذائياً، حيث يتميز بارتفاع الكربوهيدرات المكررة والدهون، ولكن بانخفاض في البروتين والمكونات الوظيفية. إن إعادة صياغة هذه الوجبات الخفيفة باستخدام البروتينات النباتية المستخرجة من البحر تقدم استراتيجية محتملة لتحسين الملفات الغذائية والتماشي مع أهداف التنمية المستدامة (SDGs) المتعلقة بالقضاء على الجوع، والصحة الجيدة، والاستهلاك المسؤول.
المنهجية استخدمت الدراسة الطحالب البنية من نوع Sargassum tenerrimum، التي جُمعت من ساحل "بالك باي" في الهند. اتبع البحث عملية مكونة من ثلاث مراحل:
تحضير المكونات:
مسحوق الطحالب: طحالب S. tenerrimum مجففة ومطحونة.
العزلات البروتينية (SPI): تم تحضيرها باستخدام طريقة نقطة التعادل الكهربائي المعدلة (pI) التي تتضمن المعالجة بـ EDTA، والاستخلاص القلوي (0.5 M NaOH عند 80 درجة مئوية)، والترسيب الحمضي (pH 2) يليه التجفيف بالرش.
المحللات البروتينية (SWPH): تم تحليل العزلات البروتينية (SPIs) إنزيمياً باستخدام البروميلين (2%) لمدة زمنيتين مختلفتين: ساعتان (SWPH-2) و6 ساعات (SWPH-6). تم إنهاء التفاعل عن طريق التسخين، يليه الطرد المركزي والتجفيف بالرش.
صياغة البسكويت: تم إعداد خمس دفعات من البسكويت بنسبة إضافة قدرها 5% (على أساس الكتلة الكلية) للمكونات التالية:
CC: عينة الضبط (بدون طحالب).
SWC: مسحوق الطحالب.
SPIC: عزلات بروتين الطحالب.
SWPHC-2: المحلل لمدة ساعتين.
SWPHC-6: المحلل لمدة 6 ساعات. تضمنت الصيغة الأساسية دقيق القمح المكرر، السكر، الزيت، مسحوق الحليب، وعوامل الرفع.
الخصائص الفيزيائية: القطر، السماكة، نسبة الانتشار، قوة الكسر (تحليل القوام)، والأس الهيدروجيني (pH).
اللون: تم قياسه عبر جهاز المطياف الضوئي (L*, a*, b°, C°, h°, ΔE).
الخصائص النشطة بيولوجياً: نشاط كنس الجذور الحرة (DPH)، وقوة اختزال الحديد (FRAP)، وإجمالي المحتوى الفينولي (TPC).
التقييم الحسي: تم تقييمه من قبل لجان غير مدربة باستخدام مقياس هيدونيك مكون من 9 نقاط.
النتائج الرئيسية
التعزيز الغذائي: أظهرت جميع أنواع البسكويت المدعمة محتوى بروتين أعلى بكثير مقار بالمجموعة الضابطة (10.06%). لوحظت أعلى مستويات البروتين في SWPHC-6 (15.44%) وSPIC (14.85%). كما كان محتوى الرماد (المعادن) أعلى بشكل ملحوظ في العينات المدعمة، وهو ما يعزى إلى الطبيعة الغنية بالمعادن للطحالب البحرية.
الخصائص النشطة بيولوجياً: أدى دمج مشتقات الطحالب البحرية إلى تعزيز النشاط المضاد للأكسدة بشكل كبير. أظهرت عينات SWPHC-6 وSWPHC-2 أعلى قيم في كنس الجذور الحرة، وقيم FRAP، وإجمالي المحتوى الفينولي. وتحديداً، أظهرت SWPHC-6 زيادة بنسبة 164% في المحتوى الفينولي مقارنة بالمجموعة الضابطة.
التغيرات الفيزيائية والقوامية: أدت إضافة مكونات الطحالب البحرية إلى جعل البسكويت بشكل عام أقل سماكة وأقل قطراً مقارنة بالمجموعة الضابطة، مما أدى إلى زيادة نسبة الانتشار. زادت قوة الكسر بشكل كبير (مما يشير إلى قوام أكثر صلابة) في جميع العينات المدعمة مقارنة بالمجموعة الضابطة، ويرجع ذلك على الأرجلة إلى التغيرات في تفاعلات السكريات المتعددة والألياف داخل العجين.
اللون: أدى اللون البني الداكن لـ S. tenerrimum إلى تقليل قيم الإضاءة (L*) والاصفرار (b*) في البسكويت. أظهرت البسكويتات المدعمة لوناً بنياً داكناً مشابهاً للمنتجات القائمة على الكاكاو.
القبول الحسي: حصلت جميع الصيغ على درجات تتراوح بين "محبوب باعتدال" إلى "محبوب جداً". ومن الجدير بالذكر أن بسكويت عزلات البروتين والمحللات (SPIC, SWPHC-2, SWPHC-6) حظي بتقدير عالٍ، حيث لاحظ المحللون أن لونه البني الداكن يعد سمة إيجابية تشبه بسكويت الشوكولاتة أو الكاكاو. لم تكن هناك فروق ذات دلالة إحصائية في الدرجات الحسية بين المجموعات المدعمة.
الأهمية والادعاءات يزعم المؤلفون أن Sargassum tenerrimum تعمل كمصدر مستدام وواعد لبروتين النباتات البحرية لتطوير منتجات مخبوزات مدعمة غذائياً. وتوضح الدراسة أن:
القيمة الغذائية: إن دمج 5% من عزلات وبروتينات الطحالب البحرية يحول البسكويت التقليدي بفعالية إلى وجبات خفيفة وظيفية تحتوي على 2.0 إلى 2.5 ضعف محتوى البروتين في البسكويت التجاري القياسي.
الإمكانات الوظيفية: يعمل التحلل الإنزيمي (خاصة لمدة 6 ساعات) على تعزيز القدرة الوظيفية الحيوية للبسكويت بشكل كبير، مما يعزز خصائص مضادات الأكسدة ومحتوى المعادن.
القبول الاستهلاكي: المكونات مقبولة حسياً، حيث يعمل اللون الداكن لمشتقات الطحالب كمُلون طبيعي يتوافق مع التفضيلات الاستهلاكية لملفات النكهات الشبيهة بالشوكولاتة.
التوافق مع الاستدامة: يدعم هذا النهج تحقيق العديد من أهداف التنمية المستدامة (تحديداً الأهداف 2، 3، 12، و14) من خلال تعزيز الاستخدام المستدام للموارد الحيوية البحرية، وتقليل الاعتماد على مصادر البروتين البرية، وخلق منتجات ذات قيمة مضافة من الكتلة الحيوية البحرية.
تخلص الورقة إلى أن عزلات ومحللات بروتين الطحالب البحرية هي بدائل مستدامة وفعالة لتدعيم المنتجات الغذائية الوظيفية، مما يوفر مساراً لتحسين الأمن الغذائي العالمي والجودة الغذائية دون المساس بالجودة الحسية.