Karotenoidy a fenolické látky barevných odrůd a genotypů pšenice

Ing. Luboš Paznocht

Disertační práce

Carotenoids and phenolic compounds of coloured wheat varieties and genotypes

Anotace:

Celozrnné cereálie jsou významným zdrojem nutričně hodnotných látek, jako například karotenoidů, fenolických sloučenin (fenolických kyselin, antokyanů) a mnohých dalších, které jsou silnými antioxidanty. V organismu jsou tyto látky schopné vychytávat volné radikály a bránit tak rozvoji oxidačního stresu. Pro experimenty byly použity pšenice čtyř různých barev zrna (standardní tzv. červené, se žlutým endospermem, purpurovým perikarpem a modrým aleuronem. V pšeničném zrnu bylo za pomoci HPLC-DAD identifikováno a kvantifikováno celkem pět karotenoidů (lutein, zeaxantin, anteraxantin, α- a β-karoten). Naprosto dominantním karotenoidem byl shledán lutein, který představoval až 79,5 % celkového obsahu karotenoidů. Nejvyšším obsahem karotenoidů se vyznačovaly pšenice se žlutým endospermem (7,04 µg/g), nejméně karotenoidů obsahovaly pšenice s modrým aleuronem (2,41 µg/g), zatímco pšenice s purpurovým perikarpem (3,60 µg/g) dosáhly srovnatelných či vyšších obsahů karotenoidů než tradiční pšenice (3,56 µg/g). Většina analyzovaných genotypů obsahovala jak volné, tak i značný podíl esterovaných karotenoidů (až 61 %), přičemž jejich největší podíl náležel luteinu. Pigmentované zrno bylo využito rovněž k pekařskému pokusu. Byla připravena celozrnná mouka, těsto, upečeny bulky a ty byly následně krátkodobě (24 hodin) skladovány. K největšímu poklesu obsahu karotenoidů (průměrně o 61,5 %) došlo v průběhu přípravy těsta, následným pečením pak došlo k podstatně menšímu úbytku karotenoidů (11,1 %). Celkově, vlivem pečení a následného krátkodobého skladování, zůstala zachována pouze jedna čtvrtina z původního obsahu karotenoidů v mouce (celkový úbytek 75,1 %). Některé z pšenic s barevným zrnem byly v dalším experimentu po dvě sezóny pěstovány v konvenčním a ekologickém režimu. Všechny sledované parametry (obsah karotenoidů, antokyanů, fenolických látek celkově a fenolických kyselin) byly významně ovlivněny jak genotypem, tak přírodními podmínkami. Zatímco celkový obsah fenolických látek, obsah fenolických kyselin a karotenoidů byl nejvíce ovlivněn ročníkem (64,3; 31,1 a 52,1 %), celkový obsah antokyanů byl nejvíce ovlivněn genotypem (48,7 %). Vyšší obsah všech typů antioxidantů (fenolických látek 671 µg GAE/g; fenolických kyselin 797 µg/g; karotenoidů 2,36 µg/g i antokyanů 39,6 µg/g) byl naměřen v zrnu ekologického systému pěstování (+6; +7; +4 a +6 % oproti konvenční produkci) a v celkově sušší sezóně 2015/2016 (702 µg GAE/g; 811 µg/g; 3,00 µg/g a 42,4 µg/g tedy +17; +11; +83 a +23 % oproti sezóně následující 2016/2017).

Abstract:

Whole grains are a source of numerous nutritionally important compounds such as carotenoids, phenolic compounds (e.g. phenolic acids, anthocyanins) and others which can act as strong antioxidant agents – they are able to scavenge free radicals in organism and then prevent the development of oxidative stress. Wheat varieties of four different grain colours (red – standard, yellow endosperm, purple pericarp, and blue aleurone) were used for experiments. Five carotenoids, namely lutein, zeaxanthin, antheraxanthin, α- and β-carotene) were identified and quantified by HPLC-DAD in wheat grains/kernels. The main carotenoid found in wheat was lutein up to 79.5% of total carotenoid content). Comparing carotenoid contents, yellow endosperm varieties showed the highest (7.04 µg/g), blue varieties had lower (2,41 µg/g) whereas purple ones (3.60 µg/g) had the same or higher levels than conventional bread wheat (3.56 µg/g). The majority of wheat genotypes contained free carotenoids together with considerable amounts of their esterified forms (up to 61%) of which lutein esters prevailed. Coloured-grain wheat genotypes were used in the preparation of flour, dough, and buns which were stored for a short period of time. The most detrimental step was the preparation of dough in which the total carotenoid content decreased significantly by an average of 61.5%. In baked buns, the average decrease of total carotenoids was lower (11.1%). After storing buns for 24 h at room temperature approximately one-quarter of carotenoids observed in the original flour was preserved (total decrease by 75.1%). Some coloured-grain wheat genotypes and traditional control cultivar was also cultivated under organic and conventional cropping systems in two-year trials. All of the evaluated parameters (carotenoid, anthocyanin, total phenolic and phenolic acid contents) were significantly affected both by genotype and environmental factors. While in the total phenolic content, phenolic acid and the total carotenoid content the effect of years prevailed (64.3; 31.1 and 52.1% resp.), the total anthocyanin content was affected mainly by genotype (48.7%). Higher antioxidant contents (phenolics 671 µg GAE/g; phenolic acids 797 µg/g; carotenoids 2,36 µg/g and anthocyanins 39,6 µg/g) were observed in organic cropping system (+6; +7; +4 and +6% resp. compared to conventional) and in drier growing season 2015/2016 (702 µg GAE/g; 811 µg/g; 3,00 µg/g and 42,4 µg/g, it represents +17; +11; +83 and +23% resp. compared to 2016/2017).

Klíčová slova

lutein, modrý aleuron, purpurový perikarp, žlutý endosperm

Keywords

lutein, blue aleurone, purple pericarp, yellow endosperm

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 26. 6. 2019

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: prof. Ing. Jaromír Lachman, CSc.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Doktorský studijní program / obor:
Zemědělská specializace / Zemědělská chemie