Starch modification by tea polyphenols under ultrasonic power control: Digestive behavior and physicochemical characteristics

يعتمد مليارات البشر يومياً على النشا للحصول على طاقتهم. فهو الكربوهيدرات الأساسية في النظام الغذائي البشري، ويوجد في كل شيء بدءاً من البطاطس والأرز وصولاً إلى اليام والقمح. عندما نأكل النشا، تقوم أجسامنا بتفكيكه إلى جلوكوز، وهو ما يغذي خلايانا. ومع ذلك، لا يتم تفكيك جميع أنواع النشا بنفس السرعة؛ فبعض الأنواع تذوب بسرعة، مما يسبب ارتفاعاً سريعاً في سكر الدم بعد الوجبة، بينما يتفكك البعض الآخر ببطء أو لا يتفكك على الإطلاق، مما يوفر إطلاقاً مستقراً للطاقة. وبالنسبة للكثير من الناس، وخاصة أولئك الذين يديرون حالات صحية مثل السكري من النوع الثاني، فإن السرعة التي يتحول بها النشا إلى سكر تعد عاملاً حاسماً في صحتهم. وقد سعى العلماء منذ فترة طويلة لإيجف طرق لتعديل بنية النشا لإبطاء هذه العملية، آملين في ابتكار أطعمة تحافظ على استقرار مستويات السكر في الدم دون التضحية بالمذاق أو القوام. ويتضمن أحد المسارات الواعدة دمج النشا مع مركبات نباتية طبيعية تسمى "البوليفينول"، وهي متوفرة بكثرات في الشاي ومعروفة بفوائدها الصحية. وكان التحدي يكمن في إيجاد طريقة لربط هذين المكونين معاً بقوة كافية لتغيير كيفية هضمهما في الجسم، باستخدام طرق آمنة وفعالة وقابلة للتوسع في الإنتاج الغذائي.

في دراسة حديثة، استكشف باحثون في جامعة هنان الزراعية تقنية محددة لحل هذه المشكلة: استخدام الموجات الصوتية لإجبار بوليفينول الشاي على الارتباط بنشا اليام. إن نشا اليام، المستخلص من يام "تيغون"، هو مكون مغذٍ ولكنه غالباً ما يكون غير مستغل بشكل كافٍ ويمكن أن يصعب معالجته. أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم استخدام الموجات فوق الصوتية، وهي تقنية تستخدم موجات صوتية عالية التردد لتوليد قوى فيزيائية شديدة، للمساعدة في ربط النشا ومركبات الشاي معاً. قاموا بتحضير خليط من نشا اليام وبوليفينول الشاي وأخضعوه لمعالجة بالموجات فوق الصوتية بخمس مستويات مختلفة من الطاقة، تتراوح من 96 واط لطيفة إلى 480 واط أقوى بكثير. كان الهدف هو إيجاد "النقطة المثالية" حيث تكون الموجات الصوتية قوية بما يكفي لإعادة ترتيب جزيئات النشا وحجز مركبات الشاي بداخلها، ولكن ليست قوية لدرجة تدمير البنية التي يحاولون بناءها.

أظهرت النتائج أن قوة الموجات الصوتية أحدثت فرقاً جذرياً. فعندما عولج الخليط دون استخدام الموجات فوق الصوتية على الإطلاق، لم يرتبط سوى القليل جداً من بوليفينول الشاي بالنشا. ومع ذلك، كلما زاد الباحثون من الطاقة، ارتفع مقدار مركبات الشاي المرتبطة بالنشا بشكل حاد، ووصل إلى ذروته عند إعداد محدد قدره 288 واط. عند هذا المستوى الأمثل، كان الارتباط أكثر فعالية بنحو عشرين ضعفاً مما كان عليه بدون المعالجة الصوتية. وإذا رفعوا الطاقة أكثر، إلى 384 أو 480 واط، انخفضت كفاءة الارتباط مرة أخرى. بدا أن الموجات الصوتية تعمل كأداة دقيقة: فبالشدة المناسبة، كانت تفتح حبيبات النشا بما يكفي للسماست بمركبات الشاي بداخلها وإعادة ترتيب جزيئات النشا في شكل جديد وأكثر إحكاماً. ولكن إذا كان الصوت عالياً جداً، فإنه يمزق البنية، مما يؤدي إلى إلغاء الروابط ذاتها التي كان الباحثون يحاولون تكوينها.

وعند النظر عن كثب إلى النشا المعدل تحت المجهر، تبين بالضبط ما كان يحدث. كانت حبيبات نشا اليام الأصلية ملساء ومنتظمة، ولكن بعد المعالجة بالموجات فوق الصوتية، بدت كقطع غير منتظمة ومجزأة تحتوي على العديد من الثقوب والمسام الصغيرة. كان هذا السطح المسامي والخشن أمراً حاسماً لأنه سمح لجزيئات بوليفينول الشاي بالانغماس بعمق داخل مصفوفة النشا، بدلاً من مجرد الجلوس على السطح. وقد أكد الباحثون أن هذا الهيكل الجديد هو نوع محدد من الترتيب الجزيئي المعروف باسم "معقد الاحتواء من النوع V"، حيث تلتف سلاسل النشا حول جزيئات الشاي مثل السلم الحلزوني. كان هذا الهيكل أكثر مثالية ونظاماً في العينات التي عولجت عند 288 واط، والتي أظهرت أيضاً أعلى مستوى من التبلور، مما يعني أن الجزيئات كانت متراصة معاً في نمط مستقر وصلب.

كان لهذا التغيير الهيكلي تأثير عميق على كيفية هضم الجسم للطعام. فعندما اختبر الباحثون النشا المعدل في بيئة هضم محاكية، وجدوا أن النسخة التي عولجت عند 288 واط كانت أصعب بكثير في التفكك. انخفضت كمية النشا التي تتحول بسرعة إلى سكر، بينما زادت كمية النشا المقاوم - المادة التي تمر عبر الجهاز الهضمي دون امتصاص - بشكل كبير. وبناءً على ذلك، انخفض المؤشر الجلايسيمي التقديري، وهو مقي de لكيفية رفع الطعام لمستوى السكر في الدم، إلى مستوى منخفض. كما تتبعت الدراسة كيفية إطلاق مركبات الشاي أثناء الهضم، ووجدت أن الشاي يتم إطلاقه ببطء وثبات بمرور الوقت، بدلاً من إطلاقه دفعة واحدة. والأهم من ذلك، أن الباحثين قاسوا نشاط الإنزيمات الهاضمة نفسها ووجدوا أن مركبات الشاي لم توقف عمل الإنزيمات؛ بل إن الهضم البطيء كان ناتجاً عن البنية الفيزيائية للنشا نفسه؛ إذ جعل هذا الترتيب الضيق والمسامي من الصعب على الإنزيمات الوصول إلى جزيئات النشا لتفكيكها.

كما بحثت الدراسة في كيفية تصرف النشا المعدل مع الحرارة والماء. أظهرت العينات التي عولجت عند المستوى الأمثل (288 واط) استقراراً محسناً عند التسخين، مما يعني أنها يمكن أن تتحمل درجات حرارة أعلى قبل التحلل، وهو أمر مرغوب فيه للطهي والمعالجة. كما أنها احتفظت بالماء بشكل مختلف عن النشا الخام، حيث شكلت شبكة أكثر كثافة تقاوم الانتفاخ أو الذوبان السريع. تشير هذه التغييرات الفيزيائية إلى أن النشا المعدل يمكن استخدامه في مجموعة متنوعة من المنتجات الغذائية دون فقدان قوامه أو استقراره. وخلص الباحثون إلى أن استخدام الموجات فوق الصوتية عند مستوى طاقة محدد ومتوسط هو طريقة فعالة وكفؤة لإنشاء نوع جديد من مكونات الأطعمة الوظيفية. فمن خلال حبس بوليفينول الشاي في الداخل في نشا اليام، صنعوا مادة تُهضم ببطء، وتحافظ على استقرار مستويات السكر في الدم، وتحتفظ بالخصائص المفيدة لكل من النشا والشاي، مما يقدم أداة محتملة لتطوير أطعمة صحية للأشخاص المهتمين بمستويات السكر في دمهم.