Fructan and β-glucan accumulation in barley kernel and development of flours enriched in bioactive compounds

Abstract

The overall aim of this doctoral thesis was to characterise mature and immature barley (Hordeum vulgare L.) cultivars focusing on bioactive compounds fructan and β-glucan. Barley cultivars were collected at different days after anthesis until completed maturation and analysis were performed in order to assess variation of the content of fructan, β-glucan and total starch. Results indicate that fructan concentration in immature barley grain was 3.3-5.5 times higher than mature grain. β-Glucan and total starch content showed a linear increase over ripening. Six barley varieties obtained in Sweden differing in starch composition and β-glucan content were studied to evaluate β-glucan molecular features and effects of wheat (Triticum aestivum L.) β-glucanase hydrolysis, correlated to baking process. Results suggest a more packed β-glucan structure in shrunken endosperm barley compared to the other varieties. Moreover, it can be argued that β-glucan in shrunken endosperm barley is composed of a population which may express higher resistance to enzymic action. Air classification was performed on previously micronized barley flour in order to obtain fractions enriched in β-glucan. A maximum increase in β-glucan content of +84% in the coarse fraction was registered compared to the micronized flour; the highest content of β-glucan resulted in coarse fractions obtained from waxy barley cultivars.

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di caratterizzare diverse cultivar di orzo (Hordeum vulgare L.) maturo e immaturo, considerando, in particolare, i composti bioattivi fruttani e β-glucani. L’evoluzione del contenuto di fruttani, β-glucani e amido totale è stata determinata in cariossidi di orzo ottenute a diversi stadi di maturazione. Il contenuto di fruttani nelle cariossidi immature è risultato da 3,3 a 5,5 volte più elevato rispetto alle cariossidi mature. L’accumulo di β-glucani e amido totale è risultato lineare fino a maturazione completata. In sei varietà di orzo ottenute in Svezia, diverse per composizione di amido e contenuto di β-glucani, sono state studiate le caratteristiche strutturali dei β-glucani e l’impatto dell’idrolisi da parte delle β-glucanasi del frumento (Triticum aestivum L.) su di esse, correlato al processo di panificazione. I risultati ottenuti suggeriscono una struttura più compatta dei β-glucani in una varietà di orzo con endosperma shrunken e la presenza di β-glucani con una maggiore resistenza all’azione idrolitica delle β-glucanasi. La tecnologia di classificazione ad aria è stata applicata su sfarinati di orzo preventivamente micronizzati per ottenere frazioni arricchite in β-glucani. I risultati indicano un aumento massimo in β-glucani di +84% nella frazione grossa rispetto alla frazione micronizzata e un più elevato contenuto di questi polisaccaridi nelle frazioni grosse ottenute da cultivar di orzo waxy.