α-Amylase reactive extrusion enhances the protein digestibility of saponin-free quinoa flour while preserving its total phenolic content

• DOI: 10.1016/j.ifset.2023.103448
• Publication Date: 2023-08-02T07:40:58Z
• Authors: Remigio Pismag; Joana Pico; Alejandro Fernández; José Luis Hoyos; Mario M. Martinez
• Keywords: Sustainable Diets and Environmental Impact; Polyphenol; Nutritional and Functional Potential of Ancient Grains; Starch, polyphenols; Nursing; FOS: Health sciences; Biochemistry; Agricultural and Biological Sciences; Food science; Dietary Fiber and Human Health; Health Sciences; Plant proteins; Chenopodium quinoa; Resilient protein crops; 2. Zero hunger; Chromatography; Nutrition and Dietetics; Ecology; Extrusion; Life Sciences; Amylase; Starch; Digestion (alchemy); Materials science; Chemistry; Reactive extrusion; Enzyme; FOS: Biological sciences; Quinoa; Environmental Science; Physical Sciences; Metallurgy; Antioxidant; Food Science

من المعروف أن البنية الخلوية الأصلية ووجود النشا يقللان من قابلية هضم بروتين الكينوا. هنا، كنا نهدف إلى تحسين عملية متكاملة من خطوة واحدة تستغل تآزر انحلال الأميل (<0.42 ٪، أساس النشا) والبثق (عند درجات حرارة مختلفة) لتعزيز قابلية هضم البروتين في دقيق الكينوا الخالي من الصابونين مع تقليل خسائر البوليفينول. تم تعزيز معدل هضم البروتين (سرعة نضوب الركيزة) والتمديد (النسبة المئوية للركيزة المهضومة في نهاية التفاعل) بشكل كبير مع كل معالجة بالبثق، حيث وصل إلى معدل هضم أسرع للبروتين يصل إلى أربعة أضعاف وانخفاض يصل إلى 47 ٪ من البروتين المتبقي غير المهضوم عند 100 درجة مئوية (درجة حرارة البرميل الأخيرة) و 0.36 جم/100 جم من تركيز ألفا أميلاز مقارنة بالدقيق الأصلي. بشكل عام، قلل البثق التفاعلي من محتوى البوليفينول القابل للاستخراج (الحر) والبروانثوسيانين غير القابل للاستخراج، ولكن تم تقليل هذا التأثير عند درجات حرارة بثق أقل وتركيز α - amylase أعلى. وعلى النقيض من ذلك، زادت البوليفينولات المرتبطة القابلة للتحلل المائي المقاومة للحرارة في جميع الحالات، خاصة في ظروف البثق القاسية.<br/>La structure cellulaire d'origine et la présence d'amidon sont connues pour réduire la digestibilité des protéines de quinoa. Ici, nous avons cherché à optimiser un processus intégré en une seule étape exploitant les synergies de l'amylolyse (<0,42%, base d'amidon) et de l'extrusion (à différents profils de température) pour améliorer la digestibilité des protéines dans la farine de quinoa sans saponine tout en minimisant les pertes en polyphénols. La vitesse de digestion des protéines (vitesse d'épuisement du substrat) et l'extension (pourcentage de substrat digéré à la fin de la réaction) ont été significativement améliorées à chaque traitement d'extrusion, atteignant jusqu'à quatre fois plus rapidement la vitesse de digestion des protéines et jusqu'à 47 % de réduction des protéines résiduelles non digérées à 100 °C (dernière température du baril) et 0,36 g/100 g de concentration d'α-amylase par rapport à la farine native. En général, l'extrusion réactive a abaissé la teneur en polyphénols extractibles (libres) et en proanthocyanines non extractibles, mais cet effet a été minimisé à des températures d'extrusion plus basses et à une concentration d'α-amylase plus élevée. Au contraire, les polyphénols liés hydrolysables plus thermorésistants ont augmenté dans tous les cas, en particulier dans des conditions d'extrusion difficiles.<br/>Se sabe que la estructura celular original y la presencia de almidón reducen la digestibilidad de las proteínas de la quinua. Aquí, nuestro objetivo fue optimizar un proceso integrado de un solo paso aprovechando los sinergismos de amilólisis (<0.42%, base de almidón) y extrusión (a diferentes perfiles de temperatura) para mejorar la digestibilidad de las proteínas en la harina de quinua sin saponina y minimizar las pérdidas de polifenoles. La tasa de digestión de proteínas (velocidad de agotamiento del sustrato) y la extensión (porcentaje de sustrato digerido al final de la reacción) mejoraron significativamente con cada tratamiento de extrusión, alcanzando una tasa de digestión de proteínas hasta cuatro veces más rápida y una reducción de hasta el 47% de proteína residual no digerida a 100 °C (última temperatura del barril) y una concentración de α-amilasa de 0,36 g/100 g en comparación con la harina nativa. En general, la extrusión reactiva redujo el contenido de polifenoles extraíbles (libres) y proantocianinas no extraíbles, pero este efecto se minimizó a temperaturas de extrusión más bajas y una mayor concentración de α-amilasa. Por el contrario, los polifenoles unidos hidrolizables más termorresistentes aumentaron en todos los casos, especialmente en condiciones de extrusión duras.<br/>The original cellular structure and the presence of starch are known to reduce quinoa protein digestibility. Here, we aimed at optimizing an integrated single-step process exploiting the synergisms of amylolysis (<0.42%, starch basis) and extrusion (at different temperature profiles) to enhance protein digestibility in saponin-free quinoa flour while minimizing polyphenol losses. Protein digestion rate (velocity of substrate depletion) and extension (percentage of digested substrate at the end of the reaction) were significantly enhanced with every extrusion treatment, reaching up to four-fold faster protein digestion rate and up to 47% reduction of residual non-digested protein at 100 °C (last barrel temperature) and 0.36 g/100 g α-amylase concentration compared to native flour. Generally, reactive extrusion lowered the content of extractable (free) polyphenols and non-extractable proanthocyanins, but this effect was minimized at lower extrusion temperatures and higher α-amylase concentration. Contrarily, the more thermoresistant hydrolysable bound polyphenols increased in all cases, especially at harsh extrusion conditions.<br/>