Dietary fiber as nutritional and sustainable malt
substitute for reducing glycemic load in non-alcoholic
beer
تُثبت هذه الدراسة أن إنتاج بيرة غير كحولية مستساغة ذات حمل غليسمي منخفض وأثر بيئي محدود أمر ممكن من خلال استبدال المالت التقليدي بالدكسترينات المقاومة واستخدام خمائر سالبة للمالتوز للتخلص من عملية إزالة الكحول كثيفة استهلاك الطاقة.
المؤلفون الأصليون:Kim Mishra, Ivana Brun, Lorena Neeser, Armin Siegrist, Martina Galler, Julian Aebersold, Patrick Rühs, Alexander Mathys, Peter Fischer, David Fäh, Tamara Bucher
المؤلفون الأصليون: Kim Mishra, Ivana Brun, Lorena Neeser, Armin Siegrist, Martina Galler, Julian Aebersold, Patrick Rühs, Alexander Mathys, Peter Fischer, David Fäh, Tamara Bucher
بالنسبة للكثير من الناس، يعد خيار شرب الجعة غير الكحولية خطوة نحو نمط حياة صحي، وطريقة للاستمتاع بالطقوس الاجتماعية لكوب بارد دون التأثيرات المسكرة للكحول. ومع ذلك، فإن هذا البديل الشعبي يحمل في طياته تكاليف خفية خاصة به. فبينما يزيل الكحول، غالبًا ما تترك عملية التخمير خلفها كمية كبيرة من الكربوهيدرات القابلة للهضم، والتي يمكن أن تسبب ارتفاعًا في مستويات السكر في الدم تمامًا مثل الصودا السكرية. علاوة على ذلك، فإن الطريقة التقليدية لصنع هذه المشروبات تتضمن تخمير جعة كاملة القوة ثم استخدام كميات هائلة من الطاقة لاستخراج الكحول منها، وهي عملية تترك بصمة كربونية ثقيلة على البيئة. لقد كان التحدي الذي يواجه العلماء والمنتجين هو ابتكار مشروب يتمتع بمذاق غني ومرضٍ دون الارتفاع المفاجئ في السكر أو العبء البيئي، وهو توازن ظل بعيد المنال حتى الآن.
لقد طور فريق من الباحثين من سويسرا نهجًا جديدًا يعيد تصور كيفية صنع الجعة غير الكلوكية من البداية، بدلاً من محاولة إصلاحها في النهاية. فبدلاً من تخمير جعة قوية ثم إزالة الكحول، استخدموا نوعًا خاصًا من الخميرة التي لا تستطيع ببساطة تخمير السكر الرئيسي الموجود في المالت، والمعروف باسم "المالتوز". تأكل هذه الخميرة فقط السكريات الأصغر، وهي الجلوكوز والفركتوز، التي تشكل جزءًا ضئيلًا من الخليط. ومن خلال إيقاف إنتاج الكحول قبل أن يبدأ، ألغى الفريق الحاجة إلى عملية الإزالة المستهلكة للطاقة تمامًا. ولضمان بقاء الجعة ذات قوام ممتلئ وناعم في الفم، استبدلوا المالت المفقود بنوع من الألياف الغذائية يسمى "الدكسترين المقاوم". تعمل هذه الأليلة كبديل للجسم والقوام الذي توفره السكريات عادةً، ولكن لأنها ألياف، فإنها تمر عبر الجهاز الهضمي دون أن تتحول إلى سكر في الدم.
النتائج لهذا النهج الجديد هي مشروب يشبه تمامًا الجعة التقليدية غير الكحولية، ولكنه يقدم فوائد غذائية وبيئية كبيرة. فعندما اختبر الباحثون الجعة الجديدة الغنية بالألياف مقابل نسخة تجارية قياسية، وجدوا أنه بينما كان الطعم والملمس في الفم متطابقين تقريبًا، فإن النسخة الجديدة احتوت على كربوهيدرات أقل بكثير قابلة للهضم. وفي دراسة شملت اثنين وعشرين مشاركًا، قاس الباحثون مدى تأثير المشروبات على مستويات السكر في الدم. واكتشفوا أن الجعة الجديدة لم تخفض سرعة ارتفاع السكر في الدم مقارنة بالنسخة القديمة، ولكن نظرًا لاحتوائها على سكر إجمالي أقل في البداية، فقد تم تقليل العبء الكلي على الجسم. جوهريًا، استبدلت الألياف السكر على أساس واحد لواحد من حيث المذاق، ولكن دون التكلفة الأيضية.
بعيدًا عن الفوائد الصحية، فإن التأثير البيئي لهذا النهج الجديد كبير. فقد حسب الباحثون البصمة الكربونية، واستخدام الأراضي، واستهلاك المياه لأسلوبهم الجديد وقارنوه بالطريقة التقليدية لصنع الجعة غير الكحولية. ووجدوا أنه من خلال تخطي خطوة إزالة الكحول، قلل الأسلوب الجديد من إمكانية الاحترار العالمي بنسبة 17 بالمائة تقريبًا. كما استخدم مساحة أقل بكثير من الأراضي والمياه لأنه يتطلب حبوبًا أقل لإنتاج نفس حجم المشروب. والألياف المستخدمة لاستبدال المالت هي منتج ثانوي لمعالجة القمح، مما يعني أنها تستغل موردًا يتم زراعته بالفعل، بدلاً من المطالبة بحقول جديدة لمحاصيل جديدة.
كما أوضحت الدراسة مفهومًا خاطئًا شائعًا حول كيفية تقليل محتوى السكر في هذه المشروبات. اعتقد الفريق في البداية أن مجرد تقليل كمية المالتوز سيقلل من استجابة سكر الدم، لكن اختباراتهم أظهرت أن السكريات والنشويات الأخرى في الجعة لا تزال تسبب ارتفاعًا سريعًا. يشير هذا الاكتشاف إلى أن المفتاح للحصول على جعة غير كحولية منخفضة السكر حقًا ليس مجرد تعديل درجة حرارة التخمير، بل استبدال الكربوهيدرات القابلة للهضم بألياف غير قابلة للهضم تحاكي قوام السكر. ومن خلال الجمع بين خميرة توقف تكوين الكحول وألياف تستعيد القوام المفقود، ابتكر الباحثون مخططًا قابلًا للتوسع لمشروب أكثر لطفًا على الجسم والكوكب. يسمح هذا النهج للمصانع بإنتاج مشروب يلبي الرغبة في جعة منعشة كاملة القوام دون الارتفاع المفاجئ في مستوى السكر أو الثمن البيئي الثقيل، مما يقدم خطوة حقيقية للأمام في هذه الصناعة.
ملخص تقني: الألياف الغذائية كبديل مستدام وغني بالقيم الغذائية للمالت لتقليل الحمل الجلايسيمي في البيرة غير الكحولية
بيان المشكلة يتزايد استهلاك البيرة غير الكحولية (NAB) كبديل صحي للمشروبات الكحولية؛ ومع ذلك، تواجه طرق الإنتاج الحالية قيودًا حرجة مزدوجة. أولاً، تتضمن العملية القياسية عملية إزالة كحول مستهلكة للطاقة (مثل الترشيح النانوي والتقطير الفراغي) لإزالة الإيثانول من البيرة المتخمرة بالكامل، مما يؤدي إلى بصمة بيئية عالية. ثانياً، تحتوي البيرة غير الكلوية عادةً على مستويات عالية من الكربوهيدرات القابلة للهضم (DCs)، وخاصة المالتوز، مما يؤدي إلى حمل جلايسيمي (GL) مرتفع يحد من ملاءمتها للأفراد الذين يعانون من ضعف في تنظيم جلوكوز الدم. وبينما يمكن أن يؤدي تقليل الكربوهيدرات القابلة للهضم إلى خفض الحمل الجلايسيمي، إلا أنه غالباً ما يضر بالجودة الحسية للبيرة، مما ينتج عنه قوام خفيف ومرارة مفرطة. وقد فشلت الاستراتيجيات الحالية لتقليل المالتوز، مثل التثبيط الحراري لإنزيم بيتا-أميلاز (β-amylase) أو التحويل الإنزيمي، في القضاء تماماً على المالتوز دون التأثير سلباً على مذاق المنتج أو خلق مستويات عالية من الكحول.
المنهجية تقترح الدراسة استراتيجية إنتاج مبتكرة تلغي خطوة إزالة الكحول وتستبدل الكربوهيدرات القابلة للهضم المستمدة من المالت بالدكسترينات المقاومة (RDs)، وهي شكل من أشكال الألياف الغذائية. تضمنت المنهجية ثلاثة مكونات رئيسية:
تطوير العملية: طور المؤلفون عملية تخمير "خالية من إزالة الكحول" باستخدام خميرة Saccharomyces cerevisiae سالبة المالتوز. تقوم هذه الخميرة بتخمير الجلوكوز والفركتوز ولكن ليس المالتوز. ولتقييد تكوين الإيثانول تحت 0.5% بالحجم، استخدمت عملية التخمير ظروف هرس (mashing) محددة: نسب مرتفعة من السائل إلى الحبوب (LTGR)، والتثبيط الحراري لإنزيم بيتا-أميلاز عند 74 درجة مئوية، واستبعاد الشعير الأساسي لتقليل تكوين المالتوز.
التوصيف الحسي والفيزيائي: تم تقييم نوعين تجاريين من الدكسترينات المقاومة (Nutriose FB06 و FM15) فيما يتعلق بخصائصهما الريولوجية والتريبولوجية في نموذج مصفوفة البيرة غير الكحولية. وتم ربط هذه الخصائص بالسمات الحسية (المرارة والقوام) باستخدام لجنة حسية مدربة. وقامت الدراسة بمقارنة الدكسترينات المقاومة بالجلوكوز لتحديد قدرتها على محاكاة ملمس الفم وتأثيرات حجب المرارة التي توفرها الكربوهيدرات القابلة للهضم.
التدخل والتقييم البيئي:
التجربة السريرية: أُجريت دراسة تدخلية عشوائية مزدوجة التعمية ومتقاطعة مع 22 بالغاً سليماً لمقارنة الاستجابة الجلايسيمية للبيرة غير الكحولية الغنية بالألياف (f-NAB، التي تحتوي على 50 جم/لتر من Nutriose FB06) مقابل بيرة غير كحولية تجارية مرجعية (c-NAB) ومرجع جلوكوز. تمت مراقبة مستويات الجلوكوز الخلالي باستخدام مستشعرات FreeStyle Libre 3 لحساب المؤشر الجلايسيمي (GI) والحمل الجلايسيمي (GL).
تقييم دورة الحياة (LCA): أُجري تقييم دورة حياة من "المهد إلى بوابة المصنع" لمقارنة التأثيرات البيئية (إمكانية الاحترار العالمي، استخدام الأراضي، واستخدام المياه) لإنتاج f-NAB مقابل c-NAB (إزالة الكحول التقليدية) و m-NAB (المعتمد على المالت).
النتائج الرئيسية
جدوى العملية: نجح الجمع بين الخميرة سالبة المالتوز وبروتوكولات الهرس المعدلة في إنتاج بيرة غير كحولية بنسبة إيثانول أقل من 0.5% بالحجم دون الحاجة لإزالة الكحول. تم استنفاد الجلوكوز بسرعة، بينما ظلت تركيزات المالتوز مستقرة عند حوالي 3-4 جم/لتر، مما يؤكد عدم قدرة الخميرة على تخمير المالتوز.
الخصائص الحسية: أدى تقليل المالتوز والمستخلص المتبقي إلى منتج ذي قوام خفيف ومرارة. أدت إضافة الدكسترينات المقاومة (تحديداً عند 50-100 جم/لتر) إلى تقليل المرارة المدركة بشكل كبير، ويرجع ذلك على الأرجح إلى زيادة اللزوجة والتزييت. ومع ذلك، كان إدراك القوام مدفوعاً بشكل أساسي بالحلاوة. أضاف Nutriose FM15 عند 100 جم/لتر تعزيزاً كبيراً لإدراك القوام إلى مستوى يقارب 20 جم/لتر من الجلوكوز، في حين لم يقم Nutriose FB06 بتعزيز القوام بشكل ملحوظ رغم تشابه اللزوجة.
الاستجابة الجلايسيمية: كشفت الدراسة التدخلية أن كلاً من f-NAB و c-NAB أظهرا مؤشراً جلايسيمياً مرتفعاً (GI > 100)، وهو ما يتجاوز الجلوكوز النقي. لم يكن هناك فرق جوهري في المؤشر الجلايسيمي بين البيرة المعززة بالألياف والبيرة التجارية. ويعزو المؤلفون ذلك إلى الهضم السريع للمالتولايغوساكريدات (MOS) والدكسترينات المتوسطة الموجودة في البيرة، والتي تتحلل بسرعة بواسطة الإنزيمات المعوية. وبناءً على ذلك، لم تؤدِ إضافة الدكسترينات المقاومة إلى تخفيف الاستجابة الجلايسيمية الحادة.
تقليل الحمل الجلايسيمي: على الرغم من ارتفاع المؤشر الجلايسيمي، حققت f-NAB حملاً جلايسيمياً (GL) أقل على أساس متساوٍ حسياً. يتم التحكم في تقليل GL من خلال استبدال المالت بالدكسترينات المقاومة، مما يزيح الكربوهيدرات القابلة للهضم مع الحفاظ على السمات الحسية الأساسية. لم تؤدِ إضافة الدكسترينات المقاومة إلى خفض المؤشر الجلايسيمي (GI) نفسه؛ بل نتج تقليل GL عن استبدال الكربوهيدرات القابلة للهضم بالليف على أساس التأثير الحسي المتساوي. تقدر الدراسة انخفاضاً قدره حوالي 3.4 جم في GL لكل حصة 330 جم من f-NAB مقارنة بمعادل الجلوكوز.
الأثر البيئي: أظهر تقييم دورة الحياة (LCA) أن طريقة إنتاج f-NAB قللت بشكل كبير من البصمة البيئية مقارنة بـ c-NAB.
إمكانية الاحترار العالمي (GWP): كانت f-NAB (0.29–0.31 كجم ثاني أكسيد مكافئ/كجم) ذات GWP أقل من c-NAB (0.35 كجم ثاني أكسيد مكافئ/كجم)، ويرجع ذلك أساساً إلى إلغاء عملية إزالة الكحول المستهلكة للطاقة.
استخدام الأراضي والمياه: أظهرت f-NAB استخداماً أقل للأراضي (0.15–0.25 م²سنة/كجم) والمياه (1.9–2.1 لتر/كجم) مقارنة بـ c-NAB (0.32 م²سنة/كجم و 2.5 لتر/كجم)، حيث أن الدكسترينات المقاومة هي منتجات ثانوية لمعالجة نشاء القمح وتتطلب مدخلات زراعية أقل من زراعة الشعير.
الأهمية والادعاءات يزعم البحث تقديم نهج قابل للتوسع لإنتاج بيرة غير كلوية يوازن بين الجودة الحسية، والخصائص الغذائية، والاستدامة البيئية. تكمن الأهمية الأساسية في إثبات أن:
يمكن تجاوز عملية إزالة الكحول باستخدام خميرة سالبة المالتوز وبروتوكولات هرس محددة، مما يخفض البصمة الكربونية لإنتاج البيرة غير الكحولية بشكل كبير.
يمكن للدكسترينات المقاومة استبدال المالت لاستعادة القوام وتقليل المرارة في البيرة منخفضة المالتوز، مما يحافظ على المذاق مع تقليل إجمالي حمل الكربوهيدرات القابلة للهضم.
يمكن تقليل الحمل الجلايسيمي ليس عن طريق خفض المؤشر الجلايسيمي (الذي يظل مرتفعاً بسبب الـ MOS)، ولكن من خلال استبدال الكربوهيدرات القابلة للهضم بالألياف على أساس متساوٍ حسياً. وينتج عن ذلك منتج يوفر حوالي 12.2 جم من الألياف الغذائية لكل حصة 330 مل (أكثر من 40% من التوصيات السويسرية اليومية) ويقلل من الحمل الجلايسيمي الإجمالي.
يخلص المؤلفون إلى أنه بينما يظل المؤشر الجلايسيمي للبيرة غير الكلوية مرتفعاً بسبب الـ MOS سريعة الهضم، فإن الاستراتيجية المقترحة تقلل بفعالية من الحمل الجلايسيمي الإجمالي والأثر البيئي، مما يوفر مساراً للمصانع للتحول نحو مشروبات غير كحولية أكثر تغذية واستدامة. ويُقترح في العمل المستقبلي التركيز على التكوين الموضعي (in-situ) للدكسترينات المقاومة أثناء عملية الهرس لتحسين الاستدامة بشكل أكبر.