Cereals - Active Substances, Biological Effects and Selected Applications in Food Industry

Předložená dizertační práce je zaměřena na studium biologických účinků aktivních látek vyskytujících se v cereáliích, na vývoj metod k analýze těchto účinků a ke stanovení obsahu aktivních složek a charakterizaci vztahu složení a účinků cereálií a cereálních výrobků. Pro analýzu bylo vybráno několik druhů surových cereálních vzorků (vločky, mouky, klíčky, otruby), ochucené extrudované cereální výrobky a také vzorky loupané a neloupané rýže. Mezi hlavní typy analyzovaných aktivních látek patří především fenolické látky, a to ve formě glykosidů i aglykonů, a dále sacharidy. Skupinové parametry - celkové polyfenoly, flavonoidy a flavanoly a celkové a redukující sacharidy byly stanoveny spektrofotometricky, individuální fenolické sloučeniny a sacharidy byly stanoveny pomocí kapalinové chromatografie. Ke stanovení antioxidační aktivity cereálií byly použity metody TEAC, DPPH a CLAMS, a dále nepřímé metody stanovení obsahu látek s antioxidačním účinkem. Výsledky antioxidační aktivity byly srovnány s hodnotami antimutagenní/genotoxické aktivity s využitím několika mikrobiálních testů. Antimutagenní efekt byl vyjádřen jako procento inhibice účinku standardního mutagenu a představuje potenciální preventivní účinek cereálie proti poškození DNA způsobenému primárně volnými radikály. Nejvyšší hodnoty skupinových i individuálních fenolických látek, antioxidační i antimutagenní aktivity byly nalezeny u klíčků, otrub a pohankových produktů a dále u barevné a neloupané rýže. U ochucených cereálních výrobků bylo zjištěno, že přidaná složka – zejména čokoláda a ovoce pozitivně ovlivňuje obsah aktivních fenolických látek, sacharidů, antioxidační a antimutagenní aktivity. Na reprezentativním vzorku populace byla provedena dotazníková studie monitorující zájem o cereální výrobky a preference spotřebitelů. Většina spotřebitelů považuje cereálie s čokoládovou příchutí za méně zdravé než potrzují výsledky analýz. V rámci vývoje nových výrobků bylo připraveno několik typů modelových cereálních směsí obsahujících rostlinné (ovocné, zeleninové) extrakty přidané v lyofilizované a enkapsulované formě. Nejvyšší pozitivní efekt vykazoval přídavek extraktu ze směsi tuzemského lesního ovoce. V rámci přípravy enkapsulovaných extraktů bylo rovněž vyzkoušeno několik metod přípravy částic lipidové nebo polysacharidické povahy. Analyzovaná byla enkapsulační účinnost metod a stabilita a velikost částic. Na základě získaných výsledků lze navrhnout optimální typ fortifikované cereální potraviny s popsaným biologickým účinkem. Vybrané cereálie byly použity též jako alternativní upravené či surové substráty pro kultivaci mikroorganizmů za účelem produkce obohacené biomasy využitelné v krmivářství. Závěrem lze konstatovat, že cereálie, ať už ve formě surové nebo technologicky zpracované, jsou všestrannou potravinou a bohatým zdrojem biologicky aktivních látek a poskytují celou řadu možností zpracování. Je možné je využít jak pro přímou konzumaci, jako součást nových výrobků a také nepřímo jako substrát pro krmivářské účely.The presented doctoral thesis is focused on the study of the biological effects of active compounds found in cereals, on the development of methods of analysis these effects, on the determination of the content of active substances and characterization of the relationship between composition and biological effects of cereals and cereal products. For the analysis several kinds of raw cereal samples (flakes, flour, germ, bran), flavored extruded cereal products and also samples of paddy and husked rice were chosen. To major types of analysed active compounds belong mainly phenolic compounds in the form of glycosides and aglycones, and also saccharides. Group parameters such as total polyphenols, flavonoids and total and reducing saccharides were determined spectrophotometrically, individual phenolics and saccharides were determined by high performance liquid chromatography (HPLC). TEAC, DPPH and CLAMS methods were used to determine the antioxidant activity. Indirect methods of determination of substances with antioxidant effect were used as well. Results of the total antioxidant activity were compared with values of antimutagenic/genotoxic activity obtained by several microbial test systems. Antimutagenic effect was expressed as a percentage of inhibition of effect of standard mutagen and could be considered as a potential preventive effect of cereals to DNA arising primarily by free radicals effect. The highest values of group and individual phenolics, antioxidant and antimutagenic activity were found in germs, bran, in buckwheat products and in coloured and raw rice. In flavoured cereal products addition of chocolate or fruit positively influences content of active phenolic substances as well as sugars, antixidant and antimutagenic activity. In a representative sample of Czech population, questionnairy study was performed to monitor interest in cereals and consumer preferences. The most of consumers consider cereals with chocolate flavour as less healthy than confirmed results of laboratory analyses. In this study some new food products were developed. Several types of model cereal products containing plant (fruit, vegetables) extracts were proposed. Extracts were added to cereals in freeze-dried and encapsulated form. The highest positive effect exhibited addition of local forrest fruit extract. Within preparation of encapsulated extracts several methods of preparing lipid or saccharides particles were also tested. The encapsulation efficiency of the methods and stability and size of particles were analysed. Optimal type of fortified cereal foods could be suggested based on the acquired results. Selected cereals were used as alternative carbon substrates (processed or raw) for the cultivation of microorganisms to produce enriched biomass usable in the feed industry. We can conclude that cereals in raw as well as processed form belong to universal foods and rich sources of biologically active substances. They can be processed by many ways. They can be used for direct consumption, as a part of new products and also undirectly as a substrate for feedstock.