Process Optimisation and Quality Evaluation of a Vitamin D₃-Fortified, Monk Fruit– Sweetened Fermented Milk Beverage Containing Shatavari and Ashwagandha
نجحت هذه الدراسة في تحسين وتطوير مشروب حليب مخمر مدعم بفيتامين د3، ومحلى بفاكهة الراهب، ومعزز بنبات الشاتافاري والأشواغاندا، بحيث يكون مقبولاً من الناحية الحسية، مما أثبت أن الاستبدال الكامل للسكروز يؤدي إلى منتج ذي نشاط مضاد للأكسدة ولزوجة وخصائص مضادة للبكتيريا متفوقة مقارنة بالضوابط غير العشبية.
تخيل كوباً من مشروب يعتمد على الزبادي، وهو "اللاسي" التقليدي المعروف في الهند، ولكن تم تحويله إلى أداة صحية حديثة. هذا المشروب ليس مجرد طعم فحسب؛ بل هو وسيلة لتوصيل العناصر الغذائية الأساسية والأدوية النباتية التي تحتاجها أجسامنا ولكننا غالباً ما نفتقر إليها. في أجزاء كثيرة من العالم، يعاني الناس من أجل الحصول على ما يكفي من فيتامين (د)، وهو عنصر غذائي حيوي لصحة العظام ووظائف المناعة، لأن القليل جداً من الأطعمة يحتوي عليه بشكل طبيعي. وفي الوقت نفسه، هناك رغبة متزايدة في تقليل السكر في أنظمتنا الغذائية مع الاستمرار في الاستمتاع بالأطعوات الحلوة والمريحة. يعمل العلماء على حل هذه المشكلات عبر خلط نباتات طبية محددة، تُعرف باسم "شاتافاري" و"أشواغاندا"، في الحليب المخمر. لقد استُخدمت هذه النباتات لقرون في الطب التقليدي لدعم الجسم، لكن إضافة هذه النباتات إلى مشروب أمر صعب؛ إذ يمكنها أن تجعل السائل مراً، أو تغير لونه، أو تجعل ملمسه خشناً في الفم. التحدي يكمن في إيجاد التوازن المثالي حيث يظل المشروب ناعماً ولذيذاً، ويوصل الدواء بفعالية، ويستبدل السكر العادي ببديل طبيعي ومنخفض السعرات الحرارية دون أن يفقد جاذبيته.
لقد وضع فريق من الباحثين في جامعة "كامدهينو" في الهند نصب أعينهم حل هذا اللغز بالضبط. أرادوا ابتكار مشروب حليب مخمر مدعم بفيتامين (د)، ومحلى بمحلي مستخلص من فاكهة الراهب بدلاً من السكر، ومعزز بمساحيق جذور "الشاتافاري" و"الأشواغاندا". كان الهدف هو معرفة ما إذا كان بإمكانهم صنع منتج يرغب الناس حقاً في شربه مع الحصول على فوائد صحية كبيرة. بدأت العملية باختبار كميات مختلفة من مساحيق النباتين والسكر لإيجاد "النقطة المثالية" حيث يبدو المشروب جيداً، وملمسه ناعماً، وطعمه متوازناً. استخدموا نهجاً منهجياً لاختبار كل التوليفات، بدءاً من الكميات المنخفضة جداً للمكونات وصولاً إلى الكميات العالية جداً، طالباً من مجموعة من المتذوقين المدربين تقييم المشروبات في كل شيء، من اللون إلى الاستمتاع العام.
اكتشف الباحثون أن الوصفة المثالية لم تكن تتعلق باستخدام أقصى كمية من المكونات، بل في إيجاد منطقة وسطى دقيقة. وجدوا أن إضافة 0.35 بالمائة من "الشاتافاري" و0.35 بالمائة من "الأشواغاندا"، جنباً إلى جنب مع 12.5 بالمائة من السكر، خلقت المشروب الأكثر استساغة. عند هذا المستوى، تم حجب مرارة الأعشاب بما يكٍ من الحلاوة، وظل القوام ناعماً بدلاً من أن يكون محبباً. وبمجرد تحديد هذه الصيغة المثالية، استبدل الفريق السكر تماماً بمحلي تجاري مستخلص من فاكهة الراهب، وهو مصمم ليعطي طعماً يشبه السكر ولكن بدون سعرات حرارية. اختبروا تركيزات مختلفة من هذا المحلي لمعرفة مدى تأثيره على المشروب. وأظهرت النتائج أن استخدام 12.5 بالمائة من محلي فاكهة الراهب أنتج مشروباً أكثر شعبية لدى المتذوقين من النسخة التي تحتوي على السكر، حيث سجل درجة مبهرة بلغت 8.94 من أصل 9 على مقياس الاستمتاع.
بعيداً عن الطعم، قاس العلماء ما يحدث فعلياً داخل المشروب. وجدوا أن النسخة العشبية كانت أكثر سمكاً ولزوجة من مشروب الحليب المخمر العادي، ومن المرجح أن مساحيق النباتات أضافت بنية للسائل. كما كان المشروب غنياً بمضادات الأكسدة، وهي مقياس لقدرته على محاربة الجزيئات الضارة في الجسم. أظهرت النسخة العشبية أكثر من ضعف نشاط مضادات الأكسدة مقارنة بالمشروب الضابط العادي. علاوة على ذلك، اختبر الباحثون قدرة المشروب على وقف نمو البكتيريا الضارة في بيئة مختبرية. كان المشروب العشبي أفضل بكثير في تثبيط البكتيريا مثل "المكورات العنقودية الذهبية" و"السالمونيلا" مقارنة بالنسخة العادية، مما يشير إلى أن مزيج الأعشاب والتخمير خلق تأثيراً وقائياً قوياً.
ومن الأهمية بمكان، أكد الفريق أن المشروب نجح في إيصال فيتامين (د) الذي أضافوه. فقد قاسوا المنتج النهائي ووجدوا أن حصة 100 ملليلتر تحتوي على ما يقرب من 12 ميكروغرام من فيتامين (د)، وهو ما يمثل حوالي 80 بالمائة من الاحتياج اليومي الموصى به للبالغين. وهذا يعني أن كوباً صغيراً واحداً يمكن أن يوفر جزءاً كبيراً من الفيتامين الذي يحتاجه المرء. استغرقت عملية التخمير، التي تحول الحليب إلى زبادي، وقتاً أطول قليلاً عند إضافة الأعشاب، لكن البكتيريا النافعة المسؤولة عن التخمير ازدهرت أيضاً، ووصلت إلى أعداد عالية في كل من النسختين المحلاة بالسكر والنسخة المحلاة بفاكهة الراهب. وتخلص الدراسة إلى أنه من الممكن تماماً ابتكار مشروب لذيذ مدعم بالفيتامينات يستخدم محليات طبيعية وأعشاب طبية، مما يوفر مساراً قابلاً للتطبيق نحو منتج ألبان أكثر صحة يمكن للناس الاستمتاع به يومياً.
ملخص تقني: تحسين العمليات وتقييم الجودة لمشروب حليب مخمر مدعم بفيتامين D₃ ومحلى بفاكهة الراهب، يحتوي على الشاتافاري والآشواغندا
بيان المشكلة يمثل تطوير مشروبات الحليب المخمرة الوظيفية (FMBs) التي تدمج في آن واحد فيتامينات محبة للدهون (فيتامين D₃)، ونباتات طب الأعشاب (الآيورفيدا) مثل الشاتافاري والآشواغندا، ومحليات بديلة، تحديات تكنولوجية كبيرة. تشمل هذه التحديات الحفاظ على الاستقرار الغرواني، وضمان حركية التخمير، وإدارة التفاعل بين المواد الكيميائية النباتية وبروتينات الحليب، وتحقيق القبول الحسي. وتحديداً، يمكن أن يؤدي دمج المساحيق النباتية إلى إدخال المرارة، والحدة، وخشونة الجزيئات، بينما يؤدي استبدال السكروز بمحليات عالية الكثافة أو حوامل الحجم (مثل المحليات القائمة على فاكهة الراهب) إلى تغيير النشاط المائي، والظروف الأسموزية، والخصائص الريولوجية. علاوة على على ذلك، تتطلب الطبيعة المحبة للدهون لفيتامين D₃ مصفوفة توصيل مستقرة لضمان الاحتفاظ به والتوافر الحيوي. وهناك نقص في الأبحاث حول التحسين المتزامن لهذه المكونات الثلاثة — النباتات، وفيتامين D₃، ومحلي حجم تجاري قائم على فاكهة الراهب — في تركيبة واحدة لمشروب الحليب المخمر الوظيفي.
المنهجية استخدمت الدراسة نهجاً منهجياً يتضمن تحسين التركيبة، وهندسة العمليات، وتقييم الجودة الشامل:
التصميم التجريبي: تم استخدام تصميم مركزي دوار (CCRD) ضمن منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحسين تركيزات الشاتافاري (Asparagus racemosus)، والآشواغندا (Withania somnifera)، والسكروز. تراوح التصميم من 0.20–0.50% للنباتات و8.0–17.0% للسكروز. تم تقييم السمات الحسية (اللون، القوام/الجسم، الحلاوة، النكهة، القبول العام) باستخدام مقياس هيدونيك مكون من 9 نقاط من قبل 20 مقيّماً مدرباً.
تحسين العملية: بناءً على نتائج RSM، تم تحضير مشروب حليب مخمر عشبي محلى بالسكروز (S-HFMB). لاحقاً، تم استبدال السكروز تماماً على أساس كتلة 1:1 بمحلي تجاري قائم على فاكهة الراهب (يحتوي على الموجروسيدات وحامل من الألولوز) بتركيزات تتراوح بين 8.5% إلى 14.5%.
عملية التصنيع: تم تسخين حليب قياسي (4.5% دهون، 8.5% مواد صلبة غير دهنية) إلى 90 درجة مئوية، ثم تبريده إلى 42 درجة مئوية، وتلقيحه بكتيريا Streptococcus thermophilus و Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus، وتخميره حتى يصل الرقم الهيدروجيني (pH) إلى 4.60. تم خلط المتخثر، وتعزيزه بفيتامين D₃ (6000 وحدة دولية/لتر)، وتعبئته في حاويات معتمة لمنع التحلل الضوئي.
تقييم الجودة: تمت مقارنة المشروب المحلى بفاكهة الراهب والمحسن (MF-HFMB) بالمشروب العشبي المحلى بالسكروز (S-HFMB) ومجموعة ضابطة غير عشبية (C-FMB). شملت التحاليل:
الخصائص الوظيفية: نشاط كنس الجذور الحرّة (القدرة المضادة للأكسدة) بنظام DPPH، والنشاط المضاد للبكتيريا في المختبر ضد S. aureus، و E. coli، و S. Typhimurium، و E. faecalis.
القيمة الغذائية: تحديد كمية الاحتفاظ بفيتامين D₃.
الاستقرار الميكروبيولوجي: تعداد البكتيريا من نوع Lactobacilli و Streptococci المفترضة.
المساهمات والنتائج الرئيسية
تحسين التركيبة: حدد نمذجة RSM (R² = 0.9559–0.9752) التركيبة المثلى المحلاة بالسكروز بـ 0.35% شاتافاري، 0.35% آشواغندا، و12.50% سكروز، مما حقق قبولاً عاماً متوقعاً قدره 8.66.
استبدال المحلى: أدى الاستبدال الكامل للسكروز بـ 12.5% من محلي فاكهة الراهم إلى تحقيق أعلى درجة قبول عام (8.94/9) لـ MF-HFMB. وبينما أدت تركيزات المحلى الأعلى (14.5%) إلى تحسين درجات الجسم والقوام، إلا أنها قللت من قبول الحلاوة بسبب ملفات التحلية المستمرة أو غير المتوازنة.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية:
اللزوجة: أظهر MF-HFMB لزوجة ظاهرة أعلى (22.10 mPa·s) من المجموعة الضابطة (20.40 mPa·s)، وإن كانت أقل قليلاً من النسخة العشبية المحلاة بالسكروز (24.60 mPa·s).
التركيب: احتوى MF-HFMB على 24.52% إجمالي المواد الصلبة، 3.50% بروتين، و4.10% دهون.
التخمير: أدى إضافة النباتات إلى إطالة وقت التخمير إلى 7.0 ساعات مقارنة بـ 4.5 ساعة للمجموعة الضابطة، ولكن نوع المحلى (سكروز مقابل فاكهة الراهم) لم يغير بشكل كبير وقت التخمير بين التركيبتين العشبيتين.
النشاط الوظيفي:
القدرة المضادة للأكسدة: أظهر MF-HFMB نشاطاً أعلى بكثير في كنس جذور DPPH (0.92 mmol TE L⁻¹) مقارنة بالمجموعة الضابطة (0.41 mmol TE L⁻¹).
النشاط المضاد للبكتيريا: أظهرت التركيبات العشبية نشاطاً أكبر مضاداً للبكتيريا في المختبر ضد الممرضات المختبرة مقارنة بالمجموعة الضابطة. على سبيل المثال، كانت مناطق التثبيط ضد S. aureus حوالي 23 مم لـ MF-HFMB مقابل حوالي 13 مم للمجموعة الضابطة.
الاحتفاظ بفيتامين D₃: احتفظ MF-HFMB بـ 11.88 µg 100 mL⁻¹ من فيتامين D₃ (حوالي 79.2% من الاحتفاظ)، مما يوفر حوالي 475 وحدة دولية لكل 100 مل، وهو ما يضاهي النسخة المحلاة بالسكروز.
الاستقرار الميكروبيولوجي: حافظت كلتا التركيبتين العشبيتين على أعداد عالية من المزارع البادئة (اللاكتوباسيلوس المفترض ~8.88 log₁₀ CFU mL⁻¹ والستريبتوكوكوس ~9.43 log₁₀ CFU mL⁻¹)، مما يشير إلى أن النباتات والمحلي لم يثبطوا نمو المزارع البادئة.
الأهمية والادعاءات تدعي الورقة القدرة على إثبات الجدوى التقنية لإنتاج مشروب حليب مخمر عشبي مدعم بفيتامين D₃ ومحلى بفاكهة الراهم مع استبدال كامل للسكروز، مع الحفاظ على جودة حسية جيدة. وتؤكد الدراسة أن:
الدمج المتزامن: من الممكن موازنة تقديم الفيتامينات المحبة للدهون، والنباتات الطبية، والمحليات البديلة دون المساس بالجودة الحسية أو حيوية المزارع البادئة.
تعزيز الوظيفية: يوفر MF-HFMB الناتج خصائص وظيفية فائقة مقارنة بالمجموعة الضابطة القياسية، وتحديداً من حيث القدرة المضادة للأكسدة، واللزوجة الظاهرية، والنشاط المضاد للبكتيريا في المختبر.
القيمة الغذائية: يوفر المشروب جزءاً كبيراً من الاحتياج اليومي الموصى به (RDA) لفيتامين D₃ لكل حصة.
خلص المؤلفون إلى أنه بينما نجحت التركيبة تحت الظروف المختبرية، فإن إجراء المزيد من التقييم فيما يتعلق باستقرار التخزين المبرد، والتركيب النباتي الكيميائي بمرور الوقت، وإمكانية التكرار على نطاق تجريبي، يعد أمراً ضرورياً قبل التطبيق التجاري. ولا تدعي الدراسة أن الفوائد الوظيفية المحددة تعود إلى مكونات معزولة فردية، بل إلى تأثيرات المصفوفة المركبة للتركيبة.