Vliv technologického zpracování pšeničného zrna na obsah nutričně významných látek

Bc. Karolína Cháberová

Master's thesis

The Impact of Technological Processing of Wheat Grain on Nutritionally Important Substances

Abstract:

Pšenice je jedna z nejvýznamnějších pěstovaných plodin, jejíž obilky představují jednu z hlavních komponent lidské výživy. Metodou tradičního šlechtění vznikly genotypy pšenice s barevným zrnem, které oproti tradičně pěstovaným červeným či bílým odrůdám obsahují několikanásobně vyšší koncentrace látek se zdravotně příznivým účinkem, mezi které jsou řazeny karotenoidy. Karotenoidy jsou tetraterpenoidní organické pigmenty, které se vyznačují vysokou antioxidační aktivitou a mimo jiné přispívají ke snižování rizika chronických, kardiovaskulárních či nádorových onemocnění. Ačkoliv genotypy pšenic s barevným zrnem oproti tradičně pěstovaným odrůdám obsahují vyšší množství karotenoidů, při technologickém zpracování obilek je stabilita karotenoidů narušována faktory vedoucími k dramatickým ztrátám karotenoidů. Vzhledem ke schopnosti karotenoidů snižovat riziko mnohých onemocnění, jejichž výskyt kromě rozvojových států roste i ve vyspělých státech, je nutné se zaměřit na optimalizaci technologického zpracování barevných zrn vedoucí k co nejvyššímu zachování karotenoidů v obilných výrobcích, jejichž konzumace by mohla přispět ke zlepšení zdravotního stavu populace. V rámci pokusu byl zkoumán vliv kulinárních úprav (namáčení a vaření) na obsah karotenoidů u osmi analyzovaných genotypů pšenice s barevným zrnem (purpurovým perikarpem, modrým aleuronem, žlutým endospermem a modrým aleuronem + purpurovým perikarpem) a jedné kontrolní červené odrůdy. V jednotlivých genotypech byl sledován celkový obsah karotenoidů z hlediska použité kulinární úpravy, a to v syrovém zrnu, syrovém namáčeném zrnu, vařeném syrovém zrnu a vařeném namáčeném zrnu. Celkový obsah a spektra karotenoidů byly analyzovány a kvantifikovány pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie se spektrofotometrickou detekcí (HPLC/DAD). Po analýze kulinárně upravených vzorků bylo zjištěno, že nejméně šetrnou kulinární úpravou bylo vaření zrna s předchozím namáčením, u kterého byly sledovány více než poloviční, resp. 51,8%, ztráty celkového obsahu karotenoidů. Nižší ztráty byly pozorovány při přímém vaření syrového zrna vedoucím k úbytku 48,4 % celkového obsahu karotenoidů. Při vaření syrového byly pozorovány izomerační reakce vedoucí k navýšení 9ʼ-cis-luteinu o 43,0 % původního obsahu. Obdobné izomerační reakce byly sledovány i ve vzorcích namáčených zrn, kde byl navýšen 13-cis-luteinu o 55,0 % původního obsahu. Navzdory získaným poznatkům o stabilitě xantofylových esterů během technologického zpracování, vykazovaly xantofylové estery ve vzorcích vařených syrových a vařených namáčených zrn nejnižší stabilitu, kdy v obou případech vedly k více než 70,0% úbytku původního obsahu. Ačkoliv genotypy pšenice s barevným zrnem oproti tradičně pěstované červené odrůdě Bohemia (0,857 µg/g suš.) obsahovaly vyšší koncentrace karotenoidů (průměrně 1,715 µg/g suš.), byly při použití kulinárních úprav v odrůdě Bohemia zachovány nejvyšší obsahy (namáčené zrno 83,6 % p.o.; vařené syrové zrno 68,9 % p.o. a vařené namáčené zrno 64,5 % p.o.) původní hodnoty karotenoidů v syrovém zrnu.

Abstract:

Wheat is the most important cultivated crop, whose grains are one of the main components of human nutrition. The method of traditional breeding resulted in color-grained wheat genotypes, which, compared to traditionally grown red or white varieties, contain several times higher concentrations of substances with a beneficial effect, among which carotenoids are included. Carotenoids are tetraterpenoid organic pigments that have high antioxidant activity and contribute to reducing the risk of chronic, cardiovascular and cancer diseases. Although the color-grained wheat genotypes contain higher amounts of carotenoids than traditionally grown varieties, the stability of carotenoids is impaired in many technological processes leading to dramatic carotenoid losses. Given the ability of carotenoids to reduce the risk of many diseases, whose incidence except developing countries is growing in developed countries, it is necessary to focus on optimizing technological processing of color-grained wheat genotypes leading to maximum preservation of carotenoids in cereal products, whose consumption could help improve health. The effect of culinary adjustments (soaking and cooking) on the carotenoid content of eight analyzed wheat genotypes (with purple pericarp, blue aleurone, yellow endosperm and blue aleurone + purple pericarp) and one control, traditionally grown, red variety were investigated. In the individual genotypes, the total carotenoid content was monitored in terms of the culinary treatment used, namely in raw grain, raw soaked grain, cooked raw grain and cooked soaked grain. Total carotenoid content and spectra were analyzed and quantified by high performance liquid chromatography with spectrophotometric detection (HPLC/DAD). After the analysis of culinary-treated samples, it was found that the least gentle culinary adjustment was the cooking of grain with previous soaking, with more than half, resp. 51.8%, loss of total carotenoid content. Lower losses were observed in cooked raw grains, leading to a loss of 48.4 % of the total carotenoid content. Isomerization reactions were observed during the cooking of raw grains, leading to an increase in 9ʼ-cis-lutein by 43.0 % of the original content. Similar isomerization reactions were also observed in the soaked grain samples, where 13-cis-lutein was increased by 55.0 % of the original content. Despite the acquired knowledge about the stability of xanthophyll esters during technological processing, xanthophyll esters showed the lowest stability in the samples of raw and soaked cooked grains, in both cases leading to more than 70.0% loss of the original content. Although the color-grained wheat genotypes compared to the traditionally grown red Bohemia variety (0.857 µg/g dry matter) contained higher carotenoid concentrations (average 1.715 µg/g dry matter), the highest contents (soaked grain 83.6 % of o.c., cooked raw grain 68.9 % of o.c. and cooked soaked grain 64.5 % of o.c.) of the original value of carotenoids were preserved in samples of culinary-treated grains.

Keywords

Triticum sp., pšenice s barevným zrnem, tetraterpenoidy, antioxidanty, vaření, namáčení, HPLC-DAD

Keywords

Triticum sp., color-grained wheat, tetraterpenoids, antioxidants, cooking, soaking, HPLC-DAD

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Luboš Paznocht, Ph.D.
• Reader: Veronika Jarošová, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition