Utafiti huu unachunguza jinsi muundo wa kemikali na uwezo wa antioksidanti wa ganda la nje la kijani la makademia, ambalo kwa kawaida huonekana kama taka, hubadilika baada ya mbinu tofauti za kukausha. Watafiti walilinganisha mbinu tatu za kukausha: kukausha juani, kukausha kwa hewa moto katika 60°C na kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe. Lengo si kujibu tu swali la “mbinu ipi ni bora?”, bali kuelewa katika kiwango cha metaboliti ni mbinu gani ya kukausha huhifadhi au huongeza vizuri zaidi kundi gani la viambato bioamilifu.

Kokwa ya makademia huunda takriban %20 tu ya jumla ya uzito wa tunda. Sehemu kubwa inayobaki ni ganda la kijani na bidhaa nyingine za pembeni. Kwa mujibu wa utafiti, ganda la kijani linaweza kuunda takriban %45–60 ya uzito wa tunda bichi. Kwenda taka, kuchomwa au kutumiwa kwa thamani ndogo kwa biomasi kubwa namna hii humaanisha hasara ya kimazingira na kiuchumi. Kwa hiyo utafiti unalenga kutoa msingi wa kisayansi kwa wazo la kutathmini ganda la kijani la makademia kama chakula tendaji, nutraceutiki au chanzo cha antioksidanti asilia.

Kwa matokeo ya uchambuzi mpana unaolengwa wa metabolomiki, jumla ya metaboliti 1292 zilizogawanyika katika madarasa madogo 12 zilibainishwa. Asidi za fenoli, flavonoidi, amino asidi na viambata vyake pamoja na lipidi ziliibuka kama makundi makuu ya metaboliti. Matokeo yanaonyesha kwamba mbinu ya kukausha hubadili kwa nguvu wasifu wa kimetaboliki wa ganda la kijani la makademia. Kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe kulihifadhi hasa antioksidanti nyeti kwa joto; jumla ya juu zaidi ya maudhui ya fenoli, 243,74 ± 8,94 mg GAE/g, shughuli ya juu zaidi ya kusafisha radikali ya DPPH, %77,04 ± 1,17, na shughuli ya juu zaidi ya ABTS⁺, %82,56 ± 1,47, zilionekana katika mbinu hii.

Kukausha kwa hewa moto kuliunda wasifu unaoongeza viwango vya flavonoidi nyingi maalumu, peptidi ndogo na lizofosfolipidi. Athari hii huenda inahusiana na joto la 60°C kuvunja kuta za seli na hivyo kufanya viambato vilivyofungamana viwe rahisi zaidi kutolewa. Kukausha juani kulivutia hasa kwa upande wa terpenoidi; jumla ya maudhui ya terpenoidi yalifikia 195,23 ± 33,48 mg/g, na mbinu hii ilitathminiwa kama chaguo la gharama ndogo kwa bidhaa zinazolenga terpenoidi.

Hitimisho kuu la utafiti ni kwamba hakuna “mbinu bora zaidi ya kukausha” moja. Ikiwa lengo ni uwezo mkubwa wa antioksidanti na kuhifadhi fenoli nyeti kwa joto, kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe hujitokeza. Ikiwa lengo ni kupata dondoo yenye utajiri wa flavonoidi, kukausha kwa hewa moto kunaweza kutoa faida fulani. Ikiwa lengo ni kuendeleza bidhaa yenye uzito wa terpenoidi na gharama ya chini zaidi, kukausha juani kunaweza kuvutia. Hata hivyo, utafiti ni preprint ambao haujapitia tathmini ya wahakiki; matokeo yanapaswa kusomwa katika kiwango cha uchambuzi wa maabara na metabolomiki, si kama ushahidi wa moja kwa moja wa athari ya kliniki, mafanikio ya kibiashara au dhamana ya utendaji uleule katika kila hali ya uzalishaji.

Makademia ni aina ya mti unaolimwa kwa ajili ya kokwa yake yenye mafuta na thamani kubwa. Bidhaa ambayo mlaji hununua mara nyingi ni kokwa; lakini katika uzalishaji wa kilimo, ili kufikia kokwa, hutokea ganda, ganda la nje la kijani na bidhaa nyingine za pembeni. Jambo muhimu linalosisitizwa katika utangulizi wa utafiti ni hili: wakati kokwa yenye thamani kubwa ya kiuchumi inawakilisha sehemu ndogo ya jumla ya uzito wa tunda la makademia, ganda la kijani huunda mtiririko mkubwa sana wa bidhaa ya pembeni. Ganda hili la kijani mara nyingi huonekana kama taka; huhifadhiwa, huchomwa au hupelekwa katika matumizi ya thamani ndogo. Hali hii ni tatizo kwa mazingira na kwa uchumi.

Ili bidhaa ya pembeni ya kilimo iondoke kwenye hadhi ya taka na kuwa chanzo chenye thamani, mambo mawili yanahitajika. Kwanza, lazima iwe kweli ina viambato vinavyoweza kutumika. Pili, lazima ijulikane viambato hivyo huhifadhiwa au hutajirishwa chini ya hali zipi za uchakataji. Ganda la kijani la makademia linaweza kuvutia kwa kuwa na polifenoli, flavonoidi, terpenoidi, polisakaridi na metaboliti mbalimbali za sekondari. Hata hivyo, viambato hivi havikai thabiti baada ya mavuno; joto la kukausha, muda, mguso na oksijeni, mwanga, upotevu wa unyevu na kuharibika kwa muundo wa seli vinaweza kubadilisha wasifu wa metaboliti.

Tatizo kuu la utafiti linazaliwa hapa: ganda la kijani la makademia linapokaushwa, ni mbinu gani huhifadhi kundi gani la viambato bioamilifu, ni ipi huliongeza na ni ipi hulipunguza?

Swali hili ni muhimu sana kwa vitendo. Kwa sababu kwa mzalishaji au kampuni inayotengeneza kiungo cha chakula, kusema “ganda la makademia lina thamani” hakutoshi. Uchaguzi wa uchakataji hubadilika kulingana na litabadilishwa kuwa bidhaa gani. Ikiwa dondoo yenye nguvu kubwa ya antioksidanti inalengwa, mbinu tofauti ya kukausha inaweza kuhitajika; ikiwa dondoo yenye utajiri wa terpenoidi, ya kunukia au bioamilifu inalengwa, mbinu nyingine inaweza kuhitajika. Utafiti huu unachukulia kukausha si kama mchakato wa kuondoa unyevu pekee, bali kama hatua muhimu ya uchakataji inayobainisha ubora wa kemikali.

Katika utafiti, mbinu tatu za kukausha zilichunguzwa. Mbinu ya kwanza ni kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe na imefupishwa katika utafiti kama FMH. Katika mbinu hii, sampuli zilikaushwa katika lyophilizer kwa -55°C kwa saa 72. Joto la chini na hali ya ombwe zina faida katika kuhifadhi viambato nyeti kwa joto. Mbinu ya pili ni kukausha kwa hewa moto na imefupishwa kama HMH. Sampuli zilikaushwa katika 60°C kwa saa 36. Mbinu hii inaweza kuwa ya vitendo zaidi na inayoweza kutumika viwandani; lakini inaweza kusababisha upotevu katika baadhi ya viambato nyeti kwa joto. Mbinu ya tatu ni kukausha juani na imefupishwa kama SMH. Sampuli zilikaushwa chini ya mwanga wa asili wa jua kwa takriban saa 120. Mbinu hii ina gharama ndogo; lakini muda ni mrefu na iko wazi zaidi kwa vipengele kama oksijeni, mwanga na mabadiliko ya joto.

Ni muhimu kwamba sampuli zote zilikaushwa hadi maudhui ya unyevu wa mwisho unaofanana, takriban %1,6. Hivyo ulinganisho hautokani tu na tofauti ya “sampuli moja ilibaki na unyevu zaidi, nyingine ikawa kavu zaidi”. Baada ya kukausha, sampuli zilisagwa, zikatolewa kwa 70% methanol ya maji na kuchambuliwa kwa mfumo wa UPLC-ESI-MS/MS kwa uchambuzi mpana unaolengwa wa metabolomiki. Mkabala huu huruhusu kufuatilia metaboliti nyingi kwa wakati mmoja na kuona jinsi mbinu za kukausha zinavyobadili mtandao wa kimetaboliki.

Metabolomiki pana inayolengwa ni pana zaidi kuliko mkabala wa kawaida wa “tupime viambato vichache”. Metabolomiki isiyolengwa inaweza kufanya uchunguzi mpana lakini unyeti wa kiasi unaweza kuwa na mipaka; metabolomiki lengwa ni nyeti sana katika viambato maalumu lakini wigo wake ni finyu. Metabolomiki pana inayolengwa hujenga daraja kati ya mikabala hii miwili: hufuatilia idadi kubwa ya metaboliti zinazojulikana au zinazoweza kuendanishwa na hifadhidata kwa unyeti mkubwa. Mbinu ya UPLC-MS/MS na MRM iliyotumiwa katika utafiti huu inategemea kufuatilia mpito maalumu wa ioni tangulizi na ioni bidhaa kwa kila metaboliti. Kwa maneno mengine, kifaa huchagua na kufuatilia ishara maalumu za kemikali ndani ya dondoo changamano ya mmea.

Katika utafiti, jumla ya metaboliti 1292 zilibainishwa. Imeripotiwa kwamba metaboliti hizi zilisambazwa katika madarasa madogo 12. Asidi za fenoli ziliunda %17,72 ya jumla, flavonoidi %17,03, amino asidi na viambata vyake %14,01, na lipidi %11,46. Mgawanyo huu unaonyesha kwamba ganda la kijani la makademia si taka yenye nyuzi tu; ni nyenzo ya mmea iliyo tajiri kikemikali, yenye metaboliti nyingi mbalimbali za msingi na za sekondari.

Kundi kubwa la kwanza la vielelezo katika utafiti linaonyesha kwamba mbinu tatu za kukausha zilitengana kimetabolomiki. Mchoro wa uainishaji wa metaboliti unaonyesha ni makundi gani ya metaboliti yanayotawala. Ramani ya uunganishaji wa kihierarkia inaonyesha kwamba sampuli za FMH, HMH na SMH zinajikusanya ndani ya makundi yao wenyewe. Grafu ya alama za PCA inaonyesha kwamba mbinu tatu za kukausha zinatengana katika kiwango cha vipengele vikuu. PC1 na PC2 kwa pamoja zilieleza %73,84 ya jumla ya tofauti. Kujikusanya kwa karibu kwa marudio ya kibiolojia ndani ya kila kundi kunaunga mkono kwamba urudikaji wa uchambuzi ulikuwa thabiti.

Ujumbe mkuu unaotolewa na vielelezo hivi ni huu: mbinu ya kukausha haikubadili viambato vichache tu, bali iliupanga upya mandhari yote ya kimetaboliki. Kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe kuliunda wasifu ulio karibu zaidi na “hali ya asili”. Kukausha kwa hewa moto kulifanya baadhi ya metaboliti zitolewe kwa urahisi zaidi, hasa kupitia kuharibika kwa kuta za seli na kufunguliwa kwa viambato vilivyofungamana. Kukausha juani, kwa upande mwingine, kuliunda mwelekeo tofauti katika kimetaboliki ya lipidi na terpenoidi kupitia msongo wa muda mrefu wa mazingira, mwanga na athari ya oksijeni.

Uchambuzi wa OPLS-DA ulionyesha kwa undani zaidi tofauti kati ya mbinu tatu za kukausha. Katika ulinganisho wa HMH na FMH, metaboliti 599 tofauti zilibainishwa; kati ya hizo 483 zilikuwa juu zaidi katika HMH na 116 juu zaidi katika FMH. Katika ulinganisho wa SMH na FMH, metaboliti 553 tofauti ziligunduliwa; 410 zilikuwa juu zaidi katika SMH na 143 katika FMH. Katika ulinganisho wa SMH na HMH, metaboliti 307 tofauti zilibainishwa; 251 zilikuwa juu zaidi katika HMH na 56 juu zaidi katika SMH.

Nambari hizi zinaashiria kwamba hasa kukausha kwa hewa moto kuliongeza kwa nguvu uwezo wa metaboliti nyingi kutolewa au baadhi ya mabadiliko ya kimetaboliki. Hata hivyo, tafsiri hapa inahitaji tahadhari. Kupimwa kwa metaboliti katika kiwango cha juu si kila mara humaanisha kwamba kwa kweli imesanisi zaidi ndani ya mmea. Wakati wa kukausha, kuta za seli zinaweza kuvunjika, aina zilizofungamana zinaweza kuachiliwa, viambato tangulizi vinaweza kubadilika au msongamano wa jamaa unaweza kuonekana kutokana na upotevu wa maji. Kwa hiyo utafiti unatathmini ongezeko pamoja na urahisi wa utoaji na mabadiliko yanayotokana na uchakataji, si biosynthesis pekee.

Kwa upande wa asidi za fenoli, matokeo hayakuwa ya mwelekeo mmoja. Baadhi ya viambato vya fenoli, hasa vile nyeti kwa joto, vilihifadhiwa vizuri zaidi katika kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe. Kinyume chake, baadhi ya viambato vikuu vya fenoli kama galic acid vilionyesha viwango vya juu zaidi chini ya kukausha kwa hewa moto au kukausha juani. Hali hii inaonyesha kwamba fenoli hazifanyi kama kundi moja. Baadhi ya fenoli huharibiwa na joto, wakati nyingine zinaweza kuachiliwa kutoka aina zilizofungamana kupitia joto na kuharibika kwa kuta za seli.

Flavonoidi ni mojawapo ya makundi ya kuvutia zaidi katika utafiti. Katika kiwango cha metabolomiki, imeelezwa kwamba flavonoidi nyingi kama myricetin, quercetin-3-O-neohesperidoside, rutin, isoquercitrin, viambata vya kaempferol, viambata vya quercetin na viambata vya methylated flavonol ziliongezeka katika kukausha kwa hewa moto. Ongezeko hili linafafanuliwa kwa joto la 60°C kuvunja ukuta wa seli na kuongeza ufikivu wa kiyeyushi kwa viambato vya ndani ya seli. Hata hivyo, baadhi ya viambato nyeti kwa joto kama catechin, epicatechin, epigallocatechin na gallocatechin vilihifadhiwa vizuri zaidi katika kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe. Kwa hiyo si sahihi kusema kwamba kukausha kwa hewa moto “huhifadhi flavonoidi zote”; badala yake huunda wasifu unaoongeza urahisi wa kutolewa au wingi wa jamaa wa flavonoidi fulani.

Katika amino asidi na viambata vyake, pia kuna taswira yenye pande mbili. Baadhi ya amino asidi huru na peptidi kama L-valine, L-tryptophan na glycyl-L-leucine ziliongezeka katika kukausha kwa hewa moto. Hii inaweza kuhusiana na joto kuongeza kuvunjika kwa protini au kuachiliwa kwa aina zilizofungamana. Kinyume chake, baadhi ya viambato kama L-proline, L-asparagine na hasa glutathione, ambayo ni muhimu kwa ulinzi wa antioksidanti, vilihifadhiwa vizuri zaidi katika kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe. Matokeo haya yanaonyesha kwamba joto na oksidishaji vinaweza kupunguza baadhi ya viambato nyeti.

Katika lipidi, kukausha kwa hewa moto na kukausha juani kulisababisha upangaji upya dhahiri. Utafiti unasema kwamba lizofosfolipidi kama LysoPC 16:0, LysoPC 18:1, LysoPC 18:2, LysoPE 16:0 na LysoPE 16:1 zilikuwa juu zaidi chini ya HMH na SMH kuliko FMH. Lizofosfolipidi zinaweza kuundwa kutokana na kuvunjika kwa fosfolipidi za utando. Kwa hiyo ongezeko katika HMH na SMH linaashiria kwamba utando wa seli unaweza kuwa umehidrolizika chini ya msongo wa joto au oksidishaji. Kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe, kwa upande mwingine, inaonekana kuhifadhi wasifu wa lipidi ulio karibu zaidi na asili kupitia joto la chini na ukomo wa oksijeni.

Kwa upande wa terpenoidi, matokeo tofauti na matarajio na muhimu yalipatikana. Matarajio ya jumla yanaweza kuwa kwamba kukausha kwa kugandisha huhifadhi vizuri zaidi viambato tete au nusu tete. Hata hivyo, katika utafiti FMH ilionyesha kupungua dhahiri kwa karibu nyingi ya terpenoidi zilizofuatiliwa. Kinyume chake, kukausha juani kuliibuka katika upande wa mkusanyiko wa jumla wa terpenoidi. Katika SMH, jumla ya maudhui ya terpenoidi yaliripotiwa kuwa 195,23 ± 33,48 mg/g. Watafiti wanahusisha hili na msongo wa mazingira wakati wa kukausha juani, uanzishaji wa njia ya mevalonate, kuharibika kwa seli na mizani ya uhifadhi/upotevu teule.

Matokeo haya hudhoofisha ujanibishaji rahisi kama “kukausha kwa kugandisha daima huhifadhi kila kiambato vizuri zaidi”. Kukausha kwa kugandisha hupunguza uharibifu wa joto; lakini uundaji wa fuwele za barafu, mchakato mrefu wa kuondoa maji, uharibifu wa kimakanika wa seli au baadhi ya michakato ya kienzimu inaweza kusababisha upotevu usiotarajiwa katika baadhi ya makundi ya metaboliti. Kwa hiyo athari ya uchakataji inahitaji kupimwa kando kwa kila kundi la bioactive.

Vipimo vya viambato amilifu vikuu na uwezo wa antioksidanti vilipeleka matokeo ya metabolomiki katika kiwango cha kiutendaji. Katika utafiti, jumla ya maudhui ya fenoli, jumla ya maudhui ya flavonoidi, jumla ya maudhui ya terpenoidi na jumla ya polisakaridi vilipimwa. Uwezo wa antioksidanti ulitathminiwa kwa majaribio ya ABTS⁺, DPPH na FRAP. FMH ilitoa uhifadhi thabiti hasa kwa fenoli na polisakaridi; jumla ya juu zaidi ya maudhui ya fenoli na shughuli zenye nguvu zaidi za kusafisha radikali za DPPH na ABTS⁺ zilipatikana katika mbinu hii.

Katika utafiti, shughuli ya kusafisha radikali ya ABTS⁺ ilihesabiwa kwa fomula ifuatayo:

\[ ABTS^{+} \, radikal \, süpürme \, aktivitesi \, (\%) = \frac{A_0 - A_i}{A_0} \times 100 \]

Hapa \(A_0\) huwakilisha absorbance ya udhibiti kabla ya kuongeza sampuli, na \(A_i\) absorbance iliyopimwa baada ya kuongeza sampuli. Maana ya fomula ni hii: kadiri sampuli inavyopunguza ishara yenye rangi inayoundwa na radikali ya ABTS⁺, ndivyo asilimia ya kusafisha radikali inavyokuwa juu zaidi. Jaribio hili huhusishwa zaidi na uwezo wa uhamishaji elektroni.

Fomula iliyotumika kwa shughuli ya kusafisha radikali ya DPPH ni hii:

\[ DPPH \, radikal \, süpürme \, aktivitesi \, (\%) = \frac{A_{control} - A_{sample}}{A_{control}} \times 100 \]

Hapa \(A_{control}\) huonyesha absorbance ya udhibiti wa suluhisho la DPPH, na \(A_{sample}\) absorbance iliyopimwa baada ya kuongeza sampuli ya jaribio. Jaribio la DPPH hupima uwezo wa viambato vya antioksidanti kutoa atomi ya hidrojeni au elektroni kwa radikali na kuifanya iwe thabiti zaidi. Kwa hiyo molekuli zenye vikundi vya hidroksili kama viambato vya fenoli zinaweza kuonyesha athari kubwa katika matokeo ya DPPH.

Jaribio la FRAP hupima nguvu ya kupunguza ioni ya ferric. Mbinu hii hutathmini uwezo wa sampuli kupunguza umbo la Fe³⁺ kuwa umbo la Fe²⁺, na matokeo hutolewa kama sawa na FeSO₄. Katika utafiti, hakuna mlinganyo wa kina uliotolewa kwa FRAP; mbinu ilitekelezwa kulingana na maelekezo ya kit cha mtengenezaji. Kwa hiyo FRAP inapaswa kutathminiwa hapa kama jaribio linalokamilisha uwezo wa jumla wa kupunguza.

Matokeo ya antioksidanti yanaonyesha kwamba kuna utofauti wazi wa kiutendaji kati ya mbinu za kukausha. FMH iliibuka kwa maudhui ya juu zaidi ya fenoli na shughuli yenye nguvu zaidi ya DPPH na ABTS⁺. SMH iliweza kuonyesha thamani za juu kuliko HMH kwa upande wa DPPH na FRAP; hali hii inaweza kuhusishwa na utajiri wa terpenoidi. Hata hivyo, shughuli ya ABTS⁺ ya SMH ilipatikana kuwa ya chini zaidi. Watafiti wanafafanua hili kwa tofauti za mifumo ya majaribio: DPPH ni nyeti zaidi kwa uhamishaji wa atomi ya hidrojeni, ilhali ABTS⁺ inaweza kuakisi zaidi uwezo wa uhamishaji elektroni. Kwa hiyo mbinu kupata matokeo ya chini katika jaribio moja haimaanishi kwamba uwezo wote wa antioksidanti ni mdogo.

Mtandao wa uwiano unaonyesha ni makundi gani ya viambato yanayohusiana kwa karibu zaidi na uwezo wa antioksidanti. Uhusiano chanya wenye nguvu sana ulipatikana kati ya jumla ya maudhui ya fenoli na DPPH: r = 0,97, p < 0,001. Pia kuna uhusiano thabiti kati ya jumla ya maudhui ya fenoli na jumla ya polisakaridi: r = 0,92, p < 0,001. Jumla ya maudhui ya flavonoidi ilionyesha uhusiano chanya wa r = 0,86 na jumla ya maudhui ya fenoli, na r = 0,72 na DPPH. Pia uhusiano muhimu wa r = 0,81 ulipatikana kati ya terpenoidi na polisakaridi.

Matokeo haya yanaonyesha kwamba athari ya antioksidanti ya ganda la kijani la makademia haitokani na kiambato kimoja tu. Fenoli zinaonekana kama kiendeshaji kikuu; lakini flavonoidi, polisakaridi na terpenoidi zinaweza kuchangia katika kuumbika kwa athari hii. Mantel test pia ilionyesha uhusiano muhimu kati ya wasifu wa jumla wa metabolomiki na viashiria vya msingi vya antioksidanti: Mantel r = 0,75, p = 0,02. Hili linaunga mkono kwamba mabadiliko ya jumla ya metabolomiki yanayotokana na kukausha yanahusiana na uwezo wa antioksidanti.

Uchambuzi wa utajirishaji wa KEGG ulichunguza metaboliti zilizobadilika zinahusishwa na njia gani za kibiolojia. Katika ulinganisho wa HMH na FMH, njia 78 zilihusishwa; katika ulinganisho wa SMH na FMH, njia 81; na katika ulinganisho wa SMH na HMH, njia 54. Mchoro wa Venn ulionyesha kwamba kati ya metaboliti 625, ni 163 tu zilizokuwa za pamoja katika makundi yote matatu ya kukausha. Ushiriki huu wa takriban %26,1 unaonyesha jinsi mbinu za kukausha zinavyoleta athari tofauti kubwa kwenye metabolomu.

Katika ulinganisho wa HMH na FMH, njia kama kimetaboliki ya wanga na sukrozi, uvunjaji wa valine-leucine-isoleucine, kimetaboliki ya nukleotidi, biosynthesis ya flavonoidi, kimetaboliki ya glycerolipid, kimetaboliki ya propanoate na kimetaboliki ya purine zilitajirika. Hili linaashiria kwamba kukausha kwa hewa moto kuna athari pana kwenye kimetaboliki ya wanga/nishati, upangaji upya wa lipidi na michakato ya flavonoidi.

Katika ulinganisho wa SMH na FMH, kimetaboliki ya asidi ya linoleiki, kimetaboliki ya glycerolipid na kimetaboliki ya propanoate ziliibuka. Hii inaonyesha kwamba kukausha juani huunda athari yenye mwelekeo zaidi hasa kwenye asidi za mafuta zisizoshiba na kimetaboliki ya lipidi. Katika ulinganisho wa SMH na HMH, biosynthesis ya flavone na flavonol, biosynthesis ya metaboliti za sekondari, kimetaboliki ya wanga-sukrozi, biosynthesis ya flavonoidi, kimetaboliki ya nukleotidi, kimetaboliki ya purine na kimetaboliki ya glycerolipid ziliibuka.

Ramani ya njia za kimetaboliki katika utafiti hufanya baadhi ya makundi ya viambato yawe halisi zaidi. Imeelezwa kwamba bidhaa za kati za kimetaboliki ya sukari kama trehalose, sucrose, UDP-glucose, glucose-1-phosphate na α-D-glucose-1,6P₂ zilikuwa juu zaidi chini ya FMH. Hili linaashiria kwamba kukausha kwa kugandisha huhifadhi vizuri zaidi hazina za sukari na bidhaa za kati za kimetaboliki. Kwa upande wa flavonoidi, viambato kama rutin, isoquercitrin, kaempferol na glycosides zake, quercetin-3-O-sulfonate, 3-O-methyl-quercetin, 3,7-di-O-methyl-quercetin na syringetin vilionekana kuongezeka kwa uwazi zaidi chini ya HMH.

Sehemu ya uchambuzi wa metaboliti zinazohusiana na afya katika utafiti inapaswa kusomwa kwa tahadhari. Watafiti walilinganisha metaboliti zilizobainishwa na hifadhidata ya TCMSP na kuripoti kwamba metaboliti 54 zinaweza kuwa na shabaha zinazohusiana na baadhi ya makundi ya afya. Kati ya hizi, 34 zilihusishwa na makundi ya uvimbe/kansa, 29 na magonjwa ya moyo na mishipa, 27 na magonjwa ya neurodegenerative, na 4 na udhibiti wa hali ya hisia. Miongoni mwa metaboliti hizi kuna asidi 24 za fenoli, flavonoidi 17, terpenoidi 9 na alkaloidi 4.

Sehemu hii inaashiria thamani inayowezekana ya nutraceutiki ya ganda la kijani la makademia; lakini si ushahidi wa kliniki. Kuhusishwa kwa metaboliti na shabaha fulani za kibiolojia katika hifadhidata hakumaanishi kwamba dondoo ya ganda hilo lililokaushwa huzuia au hutibu ugonjwa kwa binadamu. Utafiti haukufanya majaribio ya seli, wanyama au ya kliniki kwa binadamu. Kwa hiyo metaboliti zinazohusiana na afya zinapaswa kuonekana kama viashiria vya kemikali kandidati kwa utafiti wa baadaye.

Kwa mtazamo wa maisha ya kila siku, maana ya utafiti huu ni kwamba bidhaa ya pembeni ya kilimo ambayo kwa kawaida huenda taka inaweza, ikichakatwa kwa usahihi, kubadilishwa kuwa malighafi yenye uwezo wa antioksidanti, tajiri kwa viambato bioamilifu na inayoweza kuelekezwa katika bidhaa tofauti. Hata hivyo, mabadiliko haya hayapaswi kufanywa kiholela. Ganda lilelile la kijani la makademia linaweza kutoa wasifu wenye nguvu zaidi wa fenoli za antioksidanti likikaushwa kwa kugandisha; wasifu wenye flavonoidi na peptidi maalumu zaidi likikaushwa kwa hewa moto; na wasifu unaolenga zaidi terpenoidi likikaushwa juani. Hili linaonyesha kwamba katika kuthamini bidhaa za pembeni za kilimo, uchaguzi wa uchakataji unapaswa kufanywa kulingana na bidhaa lengwa badala ya kutumia “kichocheo kimoja”.

Kwa mtazamo wa historia, ganda la makademia mara nyingi limeonekana kama taka, mboji, mafuta ya kuchoma au biomasi yenye thamani ndogo. Leo, mikabala ya uchumi wa mzunguko na kilimo endelevu inahitaji tathmini upya ya bidhaa za pembeni za aina hii. Kwa mtazamo wa siku zijazo, utafiti huu unatoa ramani katika kiwango cha metaboliti kwa ajili ya kukuza dondoo za asili za antioksidanti, viambato vya chakula tendaji, viungio vya mimea au malighafi za nutraceutiki kutoka ganda la kijani la makademia.

Nguvu za utafiti ni kutumia uchambuzi wa metabolomiki wenye wigo mkubwa, kulinganisha mbinu tatu za kukausha zinazoweza kutumika kwa vitendo, kuhusisha data za metaboliti na vipimo vya viambato amilifu vya kibiokemia na majaribio ya antioksidanti, kutoa tafsiri katika kiwango cha utaratibu kupitia uchambuzi wa njia za KEGG na kutathmini metaboliti kandidati zinazohusiana na afya kupitia hifadhidata. Aidha, sampuli za QC, marudio ya kibiolojia, PCA, OPLS-DA, majaribio ya permutation na ulinganisho wa takwimu vinaunga mkono uaminifu wa uchambuzi.

Mipaka pia inapaswa kutajwa wazi. Utafiti ni preprint ambao haujapitia tathmini ya wahakiki. Jaribio liliendeshwa kwa aina moja ya makademia, eneo moja la mavuno na kipindi fulani cha mavuno. Kwa kila mbinu ya kukausha, marudio matatu ya kibiolojia yalitumika; hili lina maana kwa utafiti wa maabara, lakini kwa ujanibishaji wa viwandani kiwango pana zaidi kinahitajika. Uwezo wa antioksidanti ulipimwa kwa majaribio ya in vitro; upatikanaji wa kibiolojia, kimetaboliki na athari ndani ya mwili wa binadamu havikujaribiwa katika utafiti huu. Aidha, uchambuzi wa kiuchumi, matumizi ya nishati, ufaafu wa uzalishaji wa kiwango kikubwa na tathmini ya usalama wa bidhaa havikufanywa kwa kina.

Kile utafiti unasema ni hiki: katika ganda la kijani la makademia, mbinu ya kukausha huunda athari zenye nguvu na zinazoweza kuelekezwa juu ya wasifu wa metaboliti na uwezo wa antioksidanti; FMH inaweza kuwa na faida katika kuhifadhi nguvu ya antioksidanti na fenoli nyeti kwa joto, HMH katika kuongeza flavonoidi na peptidi fulani, na SMH katika maudhui yanayolenga terpenoidi. Kile utafiti hausemi ni hiki: dondoo hizi za ganda zinaonyesha moja kwa moja athari ya tiba kwa binadamu, matokeo yale yale yatapatikana katika kila kituo cha kukausha au kubadilishwa kwake kuwa bidhaa ya kibiashara kumehakikishwa. Kwa hiyo matokeo yanapaswa kutathminiwa kama mwanzo thabiti wa kisayansi unaolenga matumizi.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mbinu ya utafiti inategemea kuchakata ganda la kijani la makademia kwa mbinu tatu tofauti za kukausha na kulinganisha athari ya kila mbinu juu ya metabolomu, maudhui ya viambato bioamilifu na uwezo wa antioksidanti.

Nyenzo iliyochunguzwa:

Mbinu za kukausha:

Maandalizi ya sampuli:

• Sampuli zote zilikaushwa hadi takriban %1,6 ya unyevu wa mwisho.
• Sampuli zilizokaushwa zilisagwa katika 30 Hz kwa dakika 1,5.
• Kwa uchambuzi wa metabolomiki, 50 mg ya sampuli ya unga ilitumika.
• Utoaji ulifanywa kwa 1200 µL ya %70 methanol ya maji iliyokuwa baridi kama barafu.
• Dondoo zilipitishwa kwenye kichujio cha membrane cha 0,22 µm na kuhifadhiwa katika -80°C.
• Kwa kila mbinu ya kukausha, marudio matatu huru ya kibiolojia yaliandaliwa.
• Jumla ya sampuli 9 za majaribio zilichambuliwa.
• Sampuli za QC ziliingizwa kwenye mfumo baada ya kila sampuli sita za majaribio ili kufuatilia uthabiti wa kifaa.

Uchambuzi wa metabolomiki:

Uchaguzi wa metaboliti tofauti:

• Mgawanyo wa jumla wa sampuli ulichunguzwa kwa PCA.
• Utofauti kati ya makundi uliimarishwa kwa OPLS-DA.
• Miundo ya OPLS-DA ilithibitishwa kwa jaribio la permutation 200.
• Katika sehemu ya mbinu, vigezo vya metaboliti tofauti vilitajwa kuwa VIP > 1, |log₂FC| > 1 na FDR iliyorekebishwa p < 0,05.
• Katika sehemu ya matokeo, matokeo yaliripotiwa kwa kutumia kiwango sawa cha VIP ≥ 1, fold change ≥ 2 au ≤ 0,5 na p ≤ 0,05.

Wasifu wa jumla wa metaboliti:

Matokeo ya OPLS-DA na metaboliti tofauti:

Matokeo ya asidi za fenoli:

• Asidi za fenoli ziliitikia mbinu za kukausha kwa namna tofauti kulingana na kiambato.
• Baadhi ya viambato kama 2,6-dimethoxy-hydroquinone-4-O-β-D-glucopyranoside vilihifadhiwa vizuri zaidi chini ya FMH.
• Gallic acid ilionyesha kiwango cha juu zaidi chini ya HMH na SMH.
• Baadhi ya viambato kama p-coumaric acid-4-O-glucoside na protocatechualdehyde vilitajirika katika HMH na/au SMH.
• Matokeo haya yanaonyesha kwamba baadhi ya fenoli huharibika kwa joto, ilhali nyingine zinaweza kuachiliwa kutoka aina zilizofungamana.

Matokeo ya flavonoidi:

• Baadhi ya flavonoidi kama myricetin na quercetin-3-O-neohesperidoside zilipatikana juu zaidi katika HMH.
• Rutin, isoquercitrin, viambata vya kaempferol na viambata vya quercetin vilivyotiwa methyl vilijitokeza katika kukausha kwa hewa moto.
• Viambato nyeti kwa joto kama catechin, epicatechin, epigallocatechin na gallocatechin vilihifadhiwa vizuri zaidi katika FMH.
• HMH inaweza kuwa imeongeza urahisi wa kutolewa kwa flavonoidi kupitia kuvunjika kwa ukuta wa seli na kuachiliwa kwa flavonoidi zilizofungamana.

Matokeo ya amino asidi na viambata vyake:

• Viambato kama L-valine, L-tryptophan na glycyl-L-leucine viliongezeka chini ya HMH.
• Ongezeko hili linaweza kuhusishwa na kuvunjika kwa protini au kufunguliwa kwa aina zilizofungamana.
• Baadhi ya viambato kama L-proline, L-asparagine na glutathione vilihifadhiwa vizuri zaidi chini ya FMH.
• Ilisisitizwa kwamba viambato vinavyohusiana na antioksidanti kama glutathione vinaweza kuwa nyeti kwa joto na oksidishaji.

Matokeo ya lipidi:

• Lizofosfolipidi kama LysoPC 16:0, LysoPC 18:1, LysoPC 18:2, LysoPE 16:0 na LysoPE 16:1 zilipatikana juu zaidi chini ya HMH na SMH kuliko FMH.
• Baadhi ya asidi huru za mafuta kama petroselinic acid pia ziliongezeka katika SMH na HMH.
• Matokeo haya yanaonyesha kwamba msongo wa joto na oksidishaji unaweza kuvunja fosfolipidi za utando na kuongeza hidrolisisi ya lipidi.
• FMH ilihifadhi wasifu wa lipidi ulio karibu zaidi na asili kutokana na joto la chini na ukomo wa oksijeni.

Matokeo ya terpenoidi:

• Wasifu wa terpenoidi uliitikia mbinu za kukausha kwa nguvu.
• Baadhi ya laktoni kama vitexilactone ziliongezeka katika HMH.
• Baadhi ya viambato kama loliolide vilipatikana juu zaidi chini ya SMH.
• FMH, kinyume na matarajio, ilionyesha kupungua dhahiri kwa nyingi ya terpenoidi zilizofuatiliwa.
• SMH iliibuka kwa upande wa jumla ya maudhui ya terpenoidi na kufikia 195,23 ± 33,48 mg/g.

Viambato vikuu bioamilifu na matokeo ya antioksidanti:

Fomula za antioksidanti zilizotolewa katika utafiti:

\[ ABTS^{+} \, radikal \, süpürme \, aktivitesi \, (\%) = \frac{A_0 - A_i}{A_0} \times 100 \]

Katika fomula hii \(A_0\) huwakilisha absorbance ya udhibiti, na \(A_i\) absorbance ya sampuli.

\[ DPPH \, radikal \, süpürme \, aktivitesi \, (\%) = \frac{A_{control} - A_{sample}}{A_{control}} \times 100 \]

Katika fomula hii \(A_{control}\) huwakilisha absorbance ya udhibiti wa DPPH, na \(A_{sample}\) absorbance baada ya kuongeza sampuli.

Matokeo ya mtandao wa uwiano:

Matokeo ya uchambuzi wa njia za KEGG:

Metaboliti kandidati zinazohusiana na afya:

• Kwa ulinganisho wa hifadhidata ya TCMSP, metaboliti 54 zilibainishwa kama kandidati zinazoweza kuwa na uhusiano wa kiafya.
• Kati ya hizo, 24 ni asidi za fenoli, 17 ni flavonoidi, 9 ni terpenoidi na 4 ni alkaloidi.
• Metaboliti 34 zilihusishwa na makundi ya uvimbe/kansa, 29 na magonjwa ya moyo na mishipa, 27 na magonjwa ya neurodegenerative, na 4 na udhibiti wa hali ya hisia.
• Matokeo haya si ushahidi wa athari ya kliniki; yanaonyesha tu viambato kandidati vyenye uhusiano wa shabaha za kibiolojia katika kiwango cha hifadhidata.
• HMH inaweza kufaa zaidi kwa utajirishaji wa flavonoidi, na SMH kwa utajirishaji wa viambato vinavyolenga terpenoidi.

Maana ya vielelezo na majedwali:

• Kielelezo 1 inaonyesha uainishaji wa metaboliti 1292, uunganishaji wa kihierarkia wa sampuli na grafu ya alama za PCA. Mbinu tatu za kukausha zilitengana wazi kimetabolomiki.
• Kielelezo 2 inaonyesha kwa OPLS-DA na grafu za volcano kwamba kuna utenganisho mkubwa wa metaboliti tofauti kati ya HMH, SMH na FMH.
• Kielelezo 3 inaonyesha kwamba asidi za fenoli, flavonoidi, viambata vya amino asidi, lipidi na terpenoidi zinajikusanya tofauti kulingana na mbinu za kukausha.
• Kielelezo 4 inaonyesha metaboliti zilizobadilika kwa namna ya kushangaza zaidi katika kila ulinganisho wa jozi na muundo wa makundi ya sampuli.
• Kielelezo 5 inafupisha jinsi jumla ya fenoli, flavonoidi, terpenoidi, polisakaridi na thamani za uwezo wa antioksidanti zinavyobadilika kulingana na mbinu za kukausha.
• Kielelezo 6 inaonyesha mtandao wa uwiano kati ya madarasa ya metaboliti na viashiria vya antioksidanti. Uhusiano kati ya fenoli na DPPH ni wenye nguvu hasa.
• Kielelezo 7 inaonyesha metaboliti tofauti za pamoja na za kipekee pamoja na utajirishaji wa njia za KEGG.
• Kielelezo 8 inaonyesha kwa picha mabadiliko ya metaboliti kuu katika njia za kimetaboliki ya wanga-sukrozi, kimetaboliki ya galactose, kimetaboliki ya glycerolipid na biosynthesis ya flavonoidi/flavonol kulingana na mbinu za kukausha.
• Jedwali 1 inatoa kodi za sampuli kwa kila mbinu ya kukausha.
• Jedwali 2 inaonyesha thamani za Q², R²X na R²Y za miundo ya OPLS-DA; uwezo thabiti wa modeli kutenganisha na kutabiri umeungwa mkono.
• Jedwali 3 inaorodhesha metaboliti zilizo na ulinganisho wa hifadhidata unaohusiana na afya na hali zao za kuongezeka/kupungua kulingana na mbinu za kukausha.

Hitimisho la jumla la kiufundi: Thamani bioamilifu ya ganda la kijani la makademia inaweza kuelekezwa kupitia mbinu ya kukausha. FMH inaonekana kuwa chaguo linalofaa zaidi kwa nguvu ya antioksidanti na uhifadhi wa fenoli nyeti kwa joto. HMH inavutia kwa upande wa utajirishaji wa flavonoidi na peptidi ndogo. SMH ina uwezo kwa bidhaa za gharama ndogo zinazolenga terpenoidi.

Dokezo la Chanzo na Mbinu

Makala hii imeandaliwa kwa kutegemea utafiti wenye kichwa “Widely targeted metabolomics analysis of the main bioactive compounds in macadamia green husk processed by different drying methods” ulioandikwa na Gangjun Guo, Wenting Xu, Xiuhua Lan, Jiarong Fu, Shangxuan Ma, Yuanmiao Wei, Yuanda Li, Yuexue Yang, Kechang Huang na Xiyong He. Utafiti unachunguza mabadiliko katika wasifu wa metaboliti, maudhui ya viambato bioamilifu na uwezo wa antioksidanti wa ganda la kijani la makademia baada ya kukausha juani, kukausha kwa hewa moto na kukausha kwa kugandisha chini ya ombwe.

Aina ya chanzo ni makala ya utafiti ya preprint iliyofunguliwa kwenye SSRN. Kwa kuwa maandishi yana usemi wazi “This preprint research paper has not been peer reviewed”, utafiti haujapitia tathmini ya wahakiki. Kwa hiyo matokeo yanapaswa kutathminiwa si kama chapisho la mwisho lililopitiwa na wahakiki, bali kama utafiti wa preprint unaotegemea uchambuzi wa maabara na metabolomiki.

Maudhui haya yameandaliwa kwa kutegemea hali za kukausha, uchambuzi mpana unaolengwa wa metabolomiki unaotegemea UPLC-ESI-MS/MS, vipimo vya MRM, PCA, OPLS-DA, uchaguzi wa metaboliti tofauti, vipimo vya jumla ya fenoli/flavonoidi/terpenoidi/polisakaridi, majaribio ya DPPH, ABTS⁺, FRAP, mtandao wa uwiano, Mantel test, uchambuzi wa utajirishaji wa njia za KEGG na ulinganisho wa hifadhidata ya TCMSP uliotolewa katika utafiti. Madai ambayo hayamo katika PDF, kama athari ya kliniki, matokeo ya kutibu, mafanikio ya kibiashara, dhamana ya afya ya binadamu, dhamana ya utekelezaji wa kiwango cha viwanda au kupata matokeo yale yale katika kila jiografia, hayakuongezwa.

Utafiti una mipaka muhimu. Haujapitia tathmini ya wahakiki. Jaribio limefungwa kwenye aina moja ya makademia na eneo maalumu la mavuno la China/Yunnan. Kwa kila mbinu ya kukausha, marudio matatu ya kibiolojia yalitumika. Uwezo wa antioksidanti ulitathminiwa kwa majaribio ya kibiokemia ya in vitro; ufyonzaji mwilini, kimetaboliki, usalama na athari halisi kwa afya ndani ya mwili wa binadamu havikujaribiwa katika upeo wa utafiti huu. Aidha, gharama ya uzalishaji, matumizi ya nishati, ufanisi wa uchakataji wa kiwango kikubwa, muda wa rafu na uhalali wa kikanuni wa chakula havikuthibitishwa kwa kina.

Matokeo yanaonyesha kwamba ganda la kijani la makademia linaweza kuondolewa katika hadhi ya taka ya kilimo na kubadilishwa kuwa malighafi bioamilifu inayolenga bidhaa maalumu. Hata hivyo, uchaguzi wa mbinu ya kukausha unapaswa kubadilika kulingana na kundi la kiambato lengwa: FMH kwa fenoli za antioksidanti, HMH kwa utajirishaji wa flavonoidi, na SMH kwa bidhaa za gharama ndogo zinazolenga terpenoidi inaweza kuwa inafaa zaidi. Ingawa matokeo haya yana thamani kwa vitendo, maamuzi ya utekelezaji yanapaswa kuungwa mkono na tafiti kubwa zaidi, za miaka mingi, za kiuchumi na zinazolenga usalama.