In vitro trávení pšenice a pšeničných výrobku a jeho vliv na obsah karotenoidů

Bc. Kateřina Mysíková

Master's thesis

In vitro digestion of wheat and its effect on carotenoid content

Abstract:

Pšenice je významným zemědělským produktem a značnou měrou přispívá k zajištění nutričních potřeb člověka. Představuje významný zdroj energie v podobě sacharidů, bílkovin, vlákniny, vitaminů zejména skupiny E a B, minerálních látek a také biologicky aktivních látek jako jsou například karotenoidy a antokyany, jež jsou silnými antioxidanty. Jejich antioxidační aktivita spočívá ve schopnosti zhášet volné radikály a bránit tak vzniku a rozvoji oxidačního stresu. Během trávení dochází ke změnám v obsahu antioxidantů z původní matrice, doposud však není známo, k jakým a jak velké ztráty během trávení mohou být.V této práci bylo použito deset odrůd pšenic s různou barevností zrn, a to standardní červené zrna, dále zrna se žlutým endospermem, purpurovým perikarpem a v neposlední řadě s modrou aleuronovou vrstvou. Zrna byla tepelně zpracována vařením ve vroucí vodě po dobu 30 minut. Celkový obsah karotenoidů byl stanoven v syrových i tepelně zpracovaných zrnech. Identifikace karotenoidů probíhala porovnáním jejich retenčních časů a absorpčních spekter se zakoupenými standardy a následná kvantifikace byla provedena metodou externí kalibrace. Tepelně upravená zrna byla následně trávena pomocí in vitro statického modelu trávení. Po intestinální fázi byly vzorky zamrazeny na -18 °C, lyofylizovány po dobu 100 hodin v temnu a analyzovány pomocí HPLC.V syrovém pšeničném zrnu byl identifikován a kvantifikován lutein a jeho estery, zeaxantin a β-karoten. Dominantním karotenoidem byl shledán lutein, který představoval až 62 % z celkového obsahu karotenoidů. Nejvyšším obsahem karotenoidů se v průměru vyznačovaly odrůdy pšenice se žlutým endospermem (3,57 μg/g), naopak nejméně karotenoidů bylo průměrně nalezeno v pšenicích s modrým aleuronem (0,85 μg/g). Pšenice s purpurovým perikarem (1,32 μg/g) dosáhly srovnatelných či vyšších obsahů karotenoidů než tradiční pšenice s červenými zrny (0,89 μg/g). Po tepelné úpravě celkový obsah karotenoidů poklesl o 27,3 %, přičemž nejvíce stabilní se zdál být zeaxantin, který poklesl pouze o 7,7 % oproti luteinu, který poklesl o 26,3 %. β-karoten byl stanoven pouze u odrůdy Konini (0,081 μg/g), naopak v odrůdách Citrus a Bona Vita byl pod limitem kvantifikace a v ostatních odrůdách nebyl detekován. Následnou simulací trávení došlo k poklesu celkového obsahu karotenoidů o 40 %. Nejmenší ztráty vykazovaly pšenice se žlutým endospermem (v průměru pokles na 1,41 μg/g), naopak v pšenicích s červeným zrnem došlo k poklesu v průměru na 0,47 μg/g. Co se týče karotenoidů došlo k celkovému poklesu zeaxantinu na 68,3 %, luteinu na 73,7 %, esterů luteinu na 53,4 % a β-karoten již nebyl detekován.Bylo zjištěno, že karotenoidy jsou schopné odolat trávení v lidském těle a zůstat tak nadále využitelné pro lidský organismus, nicméně jejich biologická dostupnost je ovlivněna mnoha faktory, přičemž nejvýznamnější se zdá být tepelné zpracování.

Abstract:

Wheat is an important agricultural product and contributes significantly to the nutritional needs of humans. It is an important source of energy in the form of carbohydrates, proteins, fiber, vitamins, especially vitamins E and B, minerals and also biologically active substances such as carotenoids and anthocyanins, which are powerful antioxidants. Their antioxidant activity consists in their ability to catch up free radicals and thus prevent the formation and development of oxidative stress. During digestion there are changes in the content of antioxidants from the original matrix, but it is not yet known what and how much losses during digestion can be.In this work ten wheat varieties with different grain colors were used, namely standard red grains, grains with yellow endosperm, purple pericarp and last but not least with blue aleurone layer. The grains were heat treated by boiling in boiling water for 30 minutes. The total carotenoid content was determined in raw and heat treated grains. The identification of carotenoids was carried out by comparing their retention times and absorption spectra with purchased standards and subsequent quantification was performed by an external calibration method. The heat treated grains were subsequently digested using an in vitro static digestion model. After the intestinal phase, the samples were frozen at -18 ° C, lyophilized for 100 hours in the dark and analyzed by HPLC.In raw wheat grain, lutein and its esters, zeaxanthin and β-carotene were identified and quantified. The dominant carotenoid was found to be lutein, which represented up to 62% of the total carotenoid content. The highest content of carotenoids was on average characterized by varieties of wheat with yellow endosperm (3,57 μg/g), while the least carotenoids were found on average in blue aleurone (0,85 μg/g) wheat. Purple pericarum wheat (1,32 μg/g) achieved comparable or higher carotenoid content than traditional red grain wheat (0,89 μg/g). After heat treatment, the total carotenoid content decreased by 27,3 %, with zeaxanthin appearing to be most stable, which decreased only by 7,7 % compared to lutein, which decreased by 26,3%. β-carotene was determined only in the Konini variety (0,081 μg/g), whereas it was below the limit of quantification in the Citrus and Bona Vita varieties and was not detected in the other varieties. The subsequent digestion simulation resulted in a 40% decrease in the total carotenoid content. Yellow endosperm wheat showed the lowest losses (on average 1,41 μg/g), whereas in red grain wheat it decreased to 0,47 μg/g on average. For carotenoids, there was an overall decrease in zeaxanthin to 68,3%, lutein to 73,7%, lutein esters to 53,4%, and β-carotene was no longer detected.Carotenoids have been found to be able to resist digestion in the human body and thus remain useful for the human body, but their bioavailability is influenced by many factors, with heat treatment appearing to be the most important.

Keywords

In vitro model trávicí soustavy, Karotenoidy, Pečivo, Pšenice, Trávicí soustava člověka

Keywords

Carotenoids, Human digestive system, In vitro model of digestive system, Pastry, Wheat

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 5. 2020

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Ivo Doskočil, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme / field:
Farm Products Quality and Processing / Farm Products Quality and Processing