Impact of sprouting and low-frequency ultrasound technology on barley and spelt wholegrain flours

Abstract

The consumption of whole grain foods provides an excellent source of carbohydrates, proteins, dietary fiber, and phytochemical compounds to the diet, contributing to the prevention of chronic diseases, cancer and obesity. Whole grain flours obtained from sprouted grains have emerged in recent years as valuable ingredients, improving nutritional and sensory profiles of baked products. During the germination process, different enzymes such as amylases, lipases, proteases and fiber degrading enzymes are synthesized, contributing to the breakdown of endosperm and cell walls components and thus, inducing a greater bioavailability of nutrients while modifying the techno functional properties (Lemmens et al., 2019). These modifications will depend on the times and temperatures of the process, as well as on the characteristics of the different grains. Recently, the combined application of non-destructive technologies has been reported to increase the content of bioactive compounds while improving the functional properties of the whole grain flours. Low-frequency ultrasonic treatments (20-100 KHz) (US) have shown promising results promoting internal modifications and boosting the germination process (Nogueira et al., 2024). During ultrasound treatment, the mechanical pressure exerted by cavitation on the seed´s coat pericarp, increases the fluidity and facilitates the formation of micropores and cracks in the seed coating, triggering water absorption and enzyme-mediated process. However, there is still a need of additional research to evaluate the impact of these processes on the quality of the flours and ultimately, in food products. Sprouting, combined or not with ultrasound treatment, seems to be a valid strategy for improvement of nutritional and functional properties of wholegrain flours. However, further research is needed into molecular level impacts and into the incorporation of sonicated sprouted flours in different bakery products.

El consumo de alimentos integrales aporta una excelente fuente de carbohidratos, proteínas, fibra dietética y compuestos fitoquímicos a la dieta, contribuyendo a la prevención de enfermedades crónicas, cáncer y obesidad. Las harinas integrales obtenidas de granos germinados se han convertido en los últimos años en ingredientes valiosos que mejoran los perfiles nutricionales y sensoriales de los productos horneados. Durante el proceso de germinación se sintetizan diferentes enzimas como amilasas, lipasas, proteasas y enzimas degradantes de fibras, contribuyendo a la degradación de los componentes del endospermo y de las paredes celulares y así, induciendo una mayor biodisponibilidad de los nutrientes y modificando las propiedades tecnofuncionales (Lemmens et al. ., 2019). Estas modificaciones dependerán de los tiempos y temperaturas del proceso, así como de las características de los distintos granos. Recientemente, se ha informado que la aplicación combinada de tecnologías no destructivas aumenta el contenido de compuestos bioactivos al tiempo que mejora las propiedades funcionales de las harinas integrales. Los tratamientos ultrasónicos de baja frecuencia (20-100 KHz) (EE. UU.) han mostrado resultados prometedores promoviendo modificaciones internas e impulsando el proceso de germinación (Nogueira et al., 2024). Durante el tratamiento con ultrasonido, la presión mecánica ejercida por la cavitación sobre el pericarpio de la cubierta de la semilla aumenta la fluidez y facilita la formación de microporos y grietas en la cubierta de la semilla, desencadenando la absorción de agua y el proceso mediado por enzimas. Sin embargo, todavía es necesario realizar investigaciones adicionales para evaluar el impacto de estos procesos en la calidad de las harinas y, en última instancia, en los productos alimenticios. La germinación, combinada o no con tratamiento con ultrasonidos, parece ser una estrategia válida para mejorar las propiedades nutricionales y funcionales de las harinas integrales. Sin embargo, se necesita más investigación sobre los impactos a nivel molecular y sobre la incorporación de harinas germinadas sonicadas en diferentes productos de panadería.