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

In veel delen van de wereld hangt voedselzekerheid af van gewassen die kunnen overleven onder barre omstandigheden zoals droogte en extreme hitte. Onder deze veerkrachtige planten is vingermillet (vingergierst), een klein graan dat over de tropische en subtropische regio's wordt verbouwd. Het is een nutritioneel krachtpatser, van nature rijk aan calcium, ijzer en essentiële aminozuren, en bevat vaak meer calcium dan melk. Echter, gedurende eeuwen is dit graan onderbenut gebleven omdat het natuurlijke verbindingen bevat die fungeren als barrières voor voeding. Deze barrières, bekend als antinutriënten, omvatten tannines en fytinezuur. Tannines kunnen binden aan eiwitten en mineralen, waardoor ze moeilijk door het menselijk lichaam kunnen worden opgenomen, terwijl fytinezuur werkt als een spons die essentiële mineralen zoals ijzer en zink op slot houdt. Om het volledige gezondheidspotentieel van vingermillet te ontsluiten, zoeken wetenschappers al lang naar manieren om deze barrières te verwijderen of te verminderen zonder de waardevolle voedingsstoffen of de smaak van het graan te vernietigen.

Een team van onderzoekers heeft er onlangs op uitgestaan om verschillende verwerkingsmethoden voor vingermillet te vergelijken, met als doel de meest effectieve manier te vinden om de nutritionele kwaliteit te verbeteren. Ze testten vier verschillende benaderingen: traditionele fermentatie met behulp van gunstige bacteriën, een fysieke techniek genaamd sonificatie die gebruikmaakt van geluidsgolven, een combinatie van geluidsgolven en weken, en het weken van de korrels in alkalische oplossingen zoals natriumcarbonaat en ammoniumhydroxide. Het doel was om te zien welke methode de antinutriënten het beste verminderde terwijl de eiwit-, mineraal- en antioxidanteneigenschappen van het graan behield of zelfs verhoogde. De studie richtte zich op het omzetten van de verwerkte korrels in bloem en het analyseren hoe deze behandelingen de chemische samenstelling, de kleur en de verteerbaarheid van het zetmeel en eiwit van het voedsel veranderden.

De onderzoekers begonnen met het nemen van rauwe vingermilletkorrels en deelden deze in groepen in voor elke behandeling. Voor de fermentatiegroep introduceerden ze een specifiekiem specifiek ras van gunstige bacteriën, Lactiplantibacillus plantarum, aan de bloem en lieten ze dit twee dagen rusten. Dit proces bootst traditionele zuurtechtige methoden na, waarbij microben complexe verbindingen afbreken. Voor de sonificatiegroep onderdompelden ze de korrels in water en onderwierpen ze deze aan hoogfrequente geluidsgolven, een techniek die minuscule bubbels creëert die knappen en de cellulaire structuur van het graan verstoren. Een andere groep kreeg een combinatie van deze geluidsgolven tijdens het weken, en de laatste twee groepen werden geweekt in chemische oplossingen die ontworpen zijn om de interne chemie van het graan te veranderen. Na de verwerking werden alle monsters gedroogd en vermalen tot bloem voor een gedetailleerde analyse.

De resultaten toonden aan dat fermentatie een uitblinkende methode was voor het verbeteren van het eiwitgehalte van het graan. De gefermenteerde bloem vertoonde een significante toename in eiwit, stijgend van ongeveer 9 procent in het rauwe graan naar bijna 12 procent. Dit gebeurde omdat de bacteriën antinutriënten afbraken die voorheen aan het eiwit bonden, waardoor meer stikstof beschikbaar kwam. In tegen tegenstelling tot de andere methoden, met name de chemische weken en de geluidsgolfbehandelingen, leidde dit niet tot een toename van het eiwit en veroorzaakte het in sommige gevallen zelfs een lichte afname, waarschijnlijk omdat oplosbare eiwitten tijdens de verwerking in het water wegspoelden. Het fermentatieproces slaagde er ook in de zuurgraad van het graan te verlagen, waarbij de pH daalde van een neutrale 6,71 naar een meer zure 3,38, wat een teken is dat de bacteriën actief aan het werk waren.

Wat betreft het verwijderen van de schadelijke antinutriënten, toonden de methoden verschillende sterktes. De chemische weekmethode met natriumcarbonaat was het meest effectief bij het verwijderen van tannines, waarbij het niveau met bijna 73 procent werd verminderd. Deze chemische reactie zorgde ervoor dat de tannines oplosten en wegspoelden. Echter, voor fytinezuur waren de bacteriële fermentatie en de ammoniumhydroxide-weekmethode het meest succesvol, waarbij elk het niveau met ongeveer 28 procent verminderde. Hoewel de chemische weken agressief waren in het verwijderen van tannines, hadden ze een nadeel: ze ontnamen ook een aanzienlijke hoeveelheid van de natuurlijke mineralen van het graan. De gefermenteerde bloem daarentegen verhoogde zelfs het gehalte aan calcium, ijzer en zink. De bacteriën produceerden organische zuren die hielpen deze mineralen uit hun geblokkeerde toestanden vrij te maken, waardoor ze beter beschikbaar zijn voor het lichaam om te gebruiken.

De studie keek ook naar hoe deze behandelingen de het vermogen van het graan beïften om oxidatieve stress te bestrijden, een belangrijke factor bij het voorkomen van chronische ziekten. De gefermenteerde bloem kwam hier als de duidelijke winnaar uit de bus en vertoonde de hoogste niveaus van antioxidantactiviteit. Dit betekent dat het het meest effectief was in het neutraliseren van schadelijke vrije radicalen in het lichaam. De chemische behandelingen, hoewel goed in het verwijderen van antinutriënten, hadden de neiging om het algehele antioxidantpotentieel van het graan te verlagen, waarschijnlijk omdat ze gunstige verbindingen samen met de ongewenste stoffen wegspoelden. De onderzoekers analyseerden ook de specifieke chemische verbindingen in de bloem met behulp van geavanceerde gaschromatografie en massaspectrometrie. Ze vonden dat fermentatie een rijk profiel van vetzuren en andere gunstige moleculen creëerde, terwijl de chemische weken slechts zeer weinig detecteerbare verbindingen achterlieten.

Verteerbaarheid, oftewel hoe goed het lichaam het voedsel kan afbreken, was een andere cruciale maatstaf. De gefermenteerde bloem en de bloem die behandeld was met de combinatie van geluidsgolven en weken, vertoonden beide een verbeterde eiwitverteerbaarheid, wat betekent dat het lichaam meer van de aminozuren kan opnemen. Fermentatie was bijzonder effectief en verhoogde de eiwitverteerbaarheid naar bijna 88 procent, vergeleken met slechts 59 procent in het rauwe graan. Voor zetmeel veranderden de behandelingen hoe het graan de bloedsuikerspiegel zou beïnvloeden. De combinatie van geluidsgolven en weken verhoogde de hoeveelheid resistent zetmeel, een type koolhydraat dat door het spijsverteringsstelsel gaat zonder volledig te worden afgebroken. Dit is gunstig omdat het helpt bij het reguleren van de bloedsuikerspiegel en de darmgezondheid ondersteunt. De chemische weken maakten het zetmeel echter gemakkelijker verteerbaar, wat kan leiden tot snellere pieken in de bloedsuikerspiegel.

Het visuele uiterlijk van de bloem veranderde ook met elke methode. De chemische weken, vooral ammoniumhydroxide, maakten de bloem aanzienlijk lichter en minder bruin, wat aantrekkelijker kan zijn voor sommige consumenten. De gefermenteerde bloem behield echter een kleur die zeer vergelijkbaar was met het rauwe graan, wat suggereert dat het biologische proces het natuurlijke uiterlijk van het graan niet drastisch veranderde. De onderzoekers merkten op dat hoewel de chemische methoden een lichtere kleur produceerden, ze het nutritionele profiel in gevaar brachten. De fermentatie- en geluidsgolfmethoden boden een betere balans; ze verbeterden de gezondheidsvoordelen van het graan zonder de natuurlijke nutritionele dichtheid op te offeren.

Uiteindelijk suggereert de studie dat hoewel chemische behandelingen krachtig zijn bij het verwijderen van specifieke antinutriënten zoals tannines, dit ten koste gaat van het verlies van waardevolle mineralen en antioxidanten. Fermentatie en de combinatie van geluidsgolven met weken kwamen naar voren als de meest veelbelovende strategieën. Deze methoden verminderden niet alleen de barrières voor voeding, maar verbeterden ook de eiwitinhoud, de beschikbaarheid van mineralen en de antioxidantkracht van het graan. Voor gemeenschappen die afhankelijk zijn van vingermillet voor hun levensonderhoud, wijzen deze bevindingen op verwerkingstechnieken die een veerkrachtig gewas kunnen transformeren tot een krachtiger bron van gezondheid, waardoor de voedingsstoffen die in het graan opgesloten zitten, volledig beschikbaar zijn voor de mensen die ze het hardst nodig hebben.