project - EIP-AGRI Operational Group
GO SEEDS_New supply chain of pre-germinated seeds for the agri-food industry
GO SEEDS_Nuova filiera dei semi pre-germinati per l’industria agro-alimentare
Kontext
Nell’ambito delle produzioni agricole estensive esiste una carenza di elementi nutritivi e vitamine nei semi e farine di alcune piante coltivate, cereali in particolare, mentre è elevato il ricorso a integratori minerali nella dieta. In questo contesto, risulta del tutto innovativa la produzione di semi pre-germinati che, attraverso l’avvio dei processi fisiologici della germinazione del seme, modifica le caratteristiche qualitative e tecnologiche della materia prima vegetale, potendo così ampliare la gamma di impieghi nell’industria alimentare.
Objectives
The main objective of the demonstrative project GO SEEDS is to identify plant species with seeds with particular characteristics (color, size, starch/protein content, etc.) to be included in the new supply chain of pre-germinated seeds. The pre-germination of seeds increases the bioavailability of different macro and micro elements and vitamins and can improve the nutritional and technological quality of flours, expanding the range of possible food uses and the pool of consumers, who are increasingly attentive to healthy lifestyles.
Objectives
L’obiettivo del progetto dimostrativo GO-SEEDS è individuare specie vegetali con semi dotati di caratteristiche particolari (colore, dimensione, contenuto in amidi/proteine, etc.) da inserire nell’ambito della filiera di produzione di semi pre-germinati. La pre-germinazione dei semi aumenta la biodisponibilità di diversi macro e micro elementi e di vitamine e può essere sfruttata per il miglioramento della qualità nutrizionale e tecnologica delle farine, ampliando la gamma di possibili utilizzazioni alimentari e il bacino di consumatori, sempre più attenti a stili di vita sani.
Activities
Main project activities are: 1. Selection of old maize varieties with colored grains (white, orange, blue, violet, black, etc.) and legume varieties to start pre-germination process, most suitable for agri-food use; 2. Pre-germination: development of pre-germination and biofortification protocols and evaluation of technological quality of the flour; 3. Trials of treatment, transformation and conservation of the pre-germinated to identify its most suitable destination (flour or mix of flour, extracts, flavors, roasting treatment and more).
Activities
Le principali attività di progetto sono:
1. Selezione delle varietà di mais a cariosside colorata (bianco, arancio, blu, viola, nero, etc.) e leguminose ad alto tenore proteico da avviare alla pre-germinazione più idonee per un utilizzo futuro in ambito agroalimentare.
2. Pre-germinazione vera e propria: messa a punto di un protocollo di pre-germinazione e biofortificazione per le singole specie/varietà e sua valutazione;
3. Prove di trattamento, trasformazione e conservazione del pre-germinato per individuarne la più idonea destinazione (farine o mix di farine, estratti, aromi, trattamento di tostatura e altro).
Project details
- Main funding source
- Rural development 2014-2020 for Operational Groups
- Rural Development Programme
- 2014IT06RDRP014 Italy - Rural Development Programme (Regional) - Veneto
Ort
- Main geographical location
- Padova
EUR 262387.62
Total budget
Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.
11 Practice Abstracts
Biofortification of buckwheat seeds with calcium, potassium and magnesium 2
Undoubtedly the chemical composition of the leaf, and in particular of the cuticle, can strongly limit its absorption, as well as the number and the arrangement of the stomata in the leaf. In addition, absorption is negatively correlated with advancing leaf age as the composition of the cuticle varies. Environmental factors also have an important effect on absorption. The treatment was carried out early in the morning and with a sunny day, but with high humidity. Some authors report an effect of solar radiation on the thickening of the cuticle, which may cause less absorption, and/or alteration of the chemical composition of the solution, as is the case for iron chelates. The high temperatures typical of the August period, at the time of field treatment, may have reduced the stomatal opening and the absorption of nitric salts. The pH of the solution may also have contributed to a reduction in absorption. It is known that the isoelectric point of the cuticle (pH value at which a molecule has no net electric charge) is around 3 and solutions with pH values equal to or greater than 3 make the cuticle charged negatively, reducing the penetration of the solution. The smooth surface of buckwheat leaves may also have caused loss of product on the ground. However, it should be noted a trend increase in yield following the treatment of biofortification with nitrates of Ca, K and Mg, which has probably diluted the minerals provided in the achenes.
Biofortificazione dei semi di grano saraceno con calcio, potassio e magnesio 2
Indubbiamente la composizione chimica della foglia, ed in particolare della cuticola, può limitarne fortemente l’assorbimento, come anche il numero e la disposizione degli stomi nella foglia. Inoltre, l’assorbimento è negativamente correlato con l’avanzare dell’età della foglia in quanto varia la composizione della cuticola. Anche i fattori ambientali hanno un importante effetto sull’assorbimento. Il trattamento è stato effettuato in prima mattinata e con giornata soleggiata, ma con alta umidità. Alcuni autori riportano un effetto della radiazione solare sull’ispessimento della cuticola, che può causare un minor assorbimento, e/o l’alterazione della composizione chimica della soluzione, come avviene per i chelati di ferro. Le elevate temperature tipiche del periodo di agosto, all’epoca del trattamento in campo, possono aver ridotto l’apertura stomatica e l’assorbimento dei sali nitrici. Anche il pH della soluzione può aver contribuito ad una riduzione dell’assorbimento. È noto che il punto isoelettrico della cuticola (valore di pH al quale una molecola presenta carica elettrica netta nulla) è intorno al 3 e soluzioni con valori di pH uguali o maggiori a 3 rendono la cuticola carica negativamente, riducendo la penetrazione della soluzione. La superficie liscia delle foglie del grano saraceno possono inoltre aver provocato perdita di prodotto a terra. Va comunque osservato un tendenziale aumento di resa a seguito del trattamento di biofortificazione con nitrati di Ca, K e Mg, che ha verosimilmente diluito i minerali apportati negli acheni.
Biofortification of buckwheat seeds with calcium, potassium and magnesium 1
The choice of seed to be pre-germinated also involved buckwheat. The cultivation operations were small, limiting itself only to a pre-seeding fertilization. The plant has presented a very rapid growth, useful to the competition against weeds, but it was difficult to manage the strong scaling of flowering and maturation to identify the best time for the treatment of biofortification and harvesting. The latter took place with plants still green and/ or with achenes partly still maturing, with partial dehiscence of the already ripe achenes, adopting the harvest in two stages (mowing and harvesting after 10 days of drying in the field). The ripening scale and likely germination energy may constitute a limit to the application of pre-germination. The expected average yields in buckwheat are around 20 * 10^2 kg ha-1, but that recorded by us at both seeding densities was 7-8 * 10^2 kg ha-1.
Also in buckwheat the mineral composition of both the achenes and the plant was not found to be modifiable by foliar fertilization with calcium, potassium and magnesium nitrates, as well as the NDVI vegetational index remained stable. The lack of response may be justifiable for calcium with reduced mobility, but is not explained by more mobile elements such as potassium, magnesium and phosphorus. Therefore the cause of the lack of biofortification must be adequately investigated.
Biofortificazione dei semi di grano saraceno con calcio, potassio e magnesio 1
La scelta di granelle da sottoporre a pre-germinazione ha riguardato anche il grano saraceno. Esigue sono state le operazioni colturali, limitandosi solo ad una concimazione di pre-semina. La pianta ha presentato un accrescimento molto rapido, utile alla competizione contro le malerbe, ma è risultato di difficile gestione la forte scalarità di fioritura e maturazione per individuare il momento migliore per il trattamento di biofortificazione e la raccolta. Quest’ultima è avvenuta con piante ancora verdi e/o con acheni in parte ancora in via maturazione, con parziale deiscenza degli acheni già maturi, adottando la raccolta in due tempi (sfalcio e raccolta dopo 10 giorni di essiccazione in campo). La scalarità di maturazione e verosimilmente di energia germinativa possono costituire un limite all’applicazione della pre-germinazione. Le rese medie attese in grano saraceno si aggirano intorno a 20 q.li ha-1, ma quella rilevata da noi ad entrambe le densità di semina è stata di 7-8 q.li ha-1.
Anche nel grano saraceno la composizione minerale sia degli acheni e della pianta non è risultata essere modificabile dalla fertilizzazione fogliare con nitrati di calcio, potassio e magnesio, così come sono rimasti stabili l’indice vegetazionale NDVI. La mancanza di risposta potrebbe essere giustificabile per il calcio che possiede una ridotta mobilità, ma non risulta spiegabile per elementi più mobili come potassio, magnesio e fosforo. Pertanto la causa della mancata biofortificazione deve essere adeguatamente approfondita.
Biofortification of chickpea seeds with iron
The choice of seed to be subjected to pre-germination also involved chickpea. The cultivation of chickpea did not present particular problems, even if the incidence of seeds not germinated at sowing was high, and the incidence of fusariosis on the plant. The chemical control of weeds is possible in post-emergency with Lentagran® (Belchim, p.a. pyridate at 45%), but does not allow the control of purslane. On average, the expected yield of the chickpea is about 10 * 10^2 kg ha-1, with little variation as the seeding density changes. The Cece has however a very delicate foliar apparatus and is not suitable for foliar treatments with iron sulfate solution, which are a cause of strong phytotoxicity and leaf burns. The biofortification of iron in this species was therefore not proposed.
Biofortificazione dei semi di cece con ferro
La scelta di granelle da sottoporre a pre-germinazione ha riguardato anche il cece. La coltivazione del cece non ha presentato particolari problematiche, anche se elevata è stata l’incidenza di semi non germinati alla semina, e l’incidenza di fusariosi su pianta. Il controllo chimico delle malerbe è possibile in post-emergenza con Lentagran® (Belchim, p.a. piridate al 45%), ma non consente il controllo della portulaca. Mediamente la resa attesa del cece è di circa 10 q.li ha-1, con poche variazioni al variare della densità di semina. Il cece presenta tuttavia un apparato fogliare molto delicato e poco si presta a trattamenti fogliari con soluzione di solfato di ferro, che sono causa di forte fitotossicità e bruciature fogliare. La biofortificazione del ferro in questa specie è risultata quindi non proponibile.
Biofortification with iron during pregermination and analysis of the legislation on artificial fortification of food with iron
The treatment with FeSO4 during the pregermination phase has shown a change in the color of the caryopsis of the Marano variety; However, the acidic pH of the FeSO4 solution is of interest for containing the proliferation of moulds and bacteria that have been effectively controlled. The possibility of biofortifying pre-germinated with soaking in iron sulfate solution is effective and very effective, with much higher iron increments than biofortification in the field by foliar spraying. It must, however, be clarified, including EFSA’s questioning whether such a practice is actually possible, because it is in apparent contrast with European, but not international, regulation.
Biofortificazione con ferro in fase di pregerminazione e Analisi della normativa sulla fortificazione artificiale degli alimenti con ferro
Il trattamento con FeSO4 in fase di pregerminazione ha evidenziato una modificazione del colore della cariosside della varietà Marano; il pH acido della soluzione di FeSO4 risulta tuttavia interessante per il contenimento della proliferazione di muffe e batteri che sono stati controllati efficacemente. La possibilità di biofortificare il pre-germinato con soaking in soluzione di solfato di ferro è effettiva e molto efficace, con incrementi di ferro ben superiori rispetto alal biofortificazione in campo per irrorazione fogliare. Va tuttavia chiarito, anche interpellazione dell’EFSA se tale pratica sia effettivamente possibile, in quanto in apparente contrasto con la regolamentazione europea, ma non internazionale.
Nutraceutical evaluation 2
The experimental activity has shown how the pregermination of the seeds considerably increases the concentration of phenolic acids and deoxyntocianines already available after a few germination processes. During germination, in fact, the activity of some hydrolytic enzymes combined with the increased water content promotes the solubilization of numerous compounds in the seed. The increased availability of phenolic acids is probably linked to a defense mechanism of the plant during germination in order to release these compounds into the soil and control competition with other plant species. The decrease in phenolic acids observed in some varieties at the end of the pregermination process (96 hours) could be linked to the use of these compounds by the germinelle of maize varieties with more active metabolism, or to the partial translocation of the latter in the rootlet which, during the drying process, is eliminated.
Valutazione nutraceutica 2
L’attività sperimentale ha mostrato come la pregerminazione dei semi aumenti notevolmente la concentrazione di acidi fenolici e deossiantocianine disponibili già dopo poche di processo germinativo. Durante la germinazione infatti l’attività di alcuni enzimi idrolitici uniti all’aumentato contenuto di acqua favorisce la solubilizzazione di numerosi composti nel seme. La maggiore disponibilità di acidi fenolici è probabilmente legata ad un meccanismo di difesa della pianta durante la germinazione allo scopo di rilasciare questi composti nel terreno e controllare la competizione con altre specie di piante. La diminuzione di acidi fenolici osservata in alcune varietà alla fine del processo di pregerminazione (96 ore) potrebbe essere legata all’utilizzo di questi composti da parte del germinello delle varietà di mais con metabolismo più attivo, o alla parziale traslocazione di questi ultimi nella radichetta che, durante il processo di essiccazione, viene eliminata.
Nutraceutical evaluation 1
The bioavailability of phosphorus is an important nutraceutical factor for nutritional purposes; the enzyme phytase is able to catalyze the release of phosphorus from phytic acid, making it more bioavailable for digestion. Several varieties of maize were found to be available in phosphorus, indicating that in some (e.g. Rosso Rostrato di Rovetta) the activity of the enzyme phytase may be more developed than others (e.g. Corvino or Vinaiolo). However, it should be noted that the amount of free phosphorus decreases with the start of pregermination due to its partial consumption by the growing germinello.
Phenolic acids are antioxidant compounds normally contained in corn caryoxides, being produced by the metabolic pathway of scichemical acid as derivatives of phenylalanine; in the plant have the function of protection from oxidative elements and can act as a reaction intermediate for the formation of polycyclic molecules. In plants, phenolic acids also have an allelopathic function that allows to inhibit the growth of competing plants. Simple phenols are also involved in the mechanisms of systemic resistance to plant pathogens. Phenolic acids due to their antioxidant properties can be considered important nutraceutical substances.
Another class of compounds interesting from the nutraceutical point of view are deoxyntocianins: these molecules are derivatives of apigenidine and luteinidine, and have antioxidant activity and are products of derivation of naringenin in the metabolic pathway of phenylalanine.
Valutazione nutraceutica 1
La biodisponbilibità di fosforo rappresenta un fattore nutraceutico importante ai fini nutrizionali; l’enzima fitasi è in grado di catalizzare il rilascio di fosforo dall’acido fitico, rendendolo più biodisponbilie alla digestione. Sono state rilevate disponibilità di fosforo diverse tra le varietà di mais oggetto di studio, indicando che in alcune (es. Rosso Rostrato di Rovetta) l’attività dell’enzima fitasi possa essere più sviluppata rispetto ad altre (es. Corvino o Vinaiolo). Va rilevato comunque che la quantità di fosforo libero diminuisce con l’avvio della pregerminazione per effetto del suo parziale consumo da parte del germinello in accrescimento.
Gli acidi fenolici sono composti antiossidanti normalmente contenuti nelle cariossidi di mais, essendo prodotti con la via metabolica dell’acido scichimico come derivati della fenilalanina; nella pianta hanno funzione di protezione dagli elementi ossidativi e possono fungere da intermedio di reazione per la formazione di molecole policicliche. Nelle piante, gli acidi fenolici hanno anche una funzione allelopatica che consente di inibire la crescita di piante competitrici. I fenoli semplici sono inoltre coinvolti nei meccanismi di resistenza sistemica ai patogeni vegetali. Gli acidi fenolici per la loro proprietà antiossidante possono essere considerati delle sostanze nutraceutiche importanti.
Un’altra classe di composti interessanti dal punto di vista nutraceutico sono le deossiantocianine: queste molecole sono derivati dell’apigenidina e della luteinidina, e presentano attività antiossidante e sono prodotti di derivazione della naringenina nella via metabolica della fenilalanina.
Pre-determination tests
The pre-germination process was optimally set in maize at 22 ºC and 91 % relative humidity in the germination chamber, with 24 days of immersion in water (soaking) and 3 days (72 hours) of pregermination. The total process time is 96 hours. In chickpea, the soaking time can be reduced to 10 hours.
Prove di pregerminazione
Il processo di pre-germinazione è stato ottimamente settato in mais a 22 °C e 91% di umidità relativa nella camera di germinazione, prevedendo 24 di immersione in acqua (soaking) e 3 giorni (72 ore) di pregerminazione. La durata complessiva del processo risulta quindi di 96 ore. In cece, il tempo di soaking può essere invece favorevolmente ridotto a 10 ore.
Biofortification with leaf administration of iron sulphate 2
The results of the OG show that the application of urea has a positive effect on the concentration of Fe in the grain and plant of the Marano maize variety. Although the mechanism is not yet clear, it can be assumed that the exogenous application of urea can increase the penetration of the solution in the cuticle and promote the movement in the phloem of relatively little mobile elements such as iron. In future trials it will be necessary to reconsider doses and methods of application also to prevent product insolubilization phenomena. However, phytotoxicity phenomena have not been observed in maize, but in the future it will be possible to evaluate other forms of iron, such as chelates, which would have a greater absorption than salts. However, there is little efficiency of leaf fertilisation with iron due to the reduced mobility and translocation of this element to the grain, but some differences have been observed between the maize varieties under test. The varietal effect is also found on the quantity of other micro- and macro-elements. It is likely that an exogenous source of Fe has contributed significantly for some varieties and/or treatments (e.g. Marano and Rosso Rostrato di Rovetta) to improve the grain translocation of other minerals.
Biofortificazione con somministrazione fogliare di solfato di ferro 2
I risultati del GO evidenziano che l’applicazione di urea ha un effetto positivo sulla concentrazione di Fe nella granella e nella pianta della varietà di mais Marano. Pur non essendo ancora chiaro il meccanismo, si può ipotizzare che l’applicazione esogena di urea possa incrementare possa facilitare la penetrazione della soluzione nella cuticola e promuovere il movimento nel floema di elementi relativamente poco mobili come il ferro. In future sperimentazioni bisognerà riconsiderare dosi e modalità di applicazione anche per prevenire fenomeni di insolubilizzazione del prodotto. Non sono comunque stati osservati in mais fenomeni di fitotossicità, ma nel futuro si potranno valutare altre forme di ferro, come i chelati, che avrebbero un maggior assorbimento rispetto ai sali. Va comunque evidenziata una modesta efficienza della fertilizzazione fogliare con ferro dovuta alla ridotta mobilità e traslocazione di questo elemento alla granella, ma alcune differenze sono state osservate tra le varietà di mais in prova. L’effetto varietale si riscontra anche sulla quantità di altri micro- e macro-elementi. È probabile che una fonte esogena di Fe abbia contribuito significativamente per alcune varietà e/o trattamenti (es. Marano e Rosso Rostrato di Rovetta) a migliorare la traslocazione alla granella anche di altri minerali.
Biofortification with leaf administration of iron sulphate 1
As regards biofortification with iron by foliar spraying, there are significant differences between iron sulfate dosages with the need to significantly increase the dose to obtain appreciable increases. In the first year of the trial, the maximum dosage was increased by 30-36%. The second-year trial, almost reaching the limit of solubility with the dose Fe3 (90 g L-1 of commercial product containing iron sulphate)It achieved increases of 71% in Corvino corn without the aid of urea in solution and 47% in Marano corn with urea spraying. Already other authors have observed an increase of protein and iron in the grain as a result of fertilization on the ground with iron, assuming that the contribution of the element increases the activity of some iron-carrying proteins located in the cell membrane of the roots and the biosynthesis of phytochemicals that stimulate the absorption of the element from the soil.
Biofortificazione con somministrazione fogliare di solfato di ferro 1
Per quanto riguarda la biofortificazione con ferro tramite irrorazione fogliare, si evidenziano differenze significative tra i dosaggi di solfato di ferro con la necessità di aumentare significativamente la dose per ottenere incrementi apprezzabili. Nel primo anno di sperimentazione al massimo dosaggio si sono avuti incrementi anche del 30-36%. La sperimentazione del secondo anno, arrivando quasi al limite della solubilità con la dose Fe3 (90 g L-1 di prodotto commerciale contenente solfato di ferro), ha raggiunto incrementi del 71% in mais Corvino senza l’ausilio di urea in soluzione e del 47% in mais Marano con l’irrorazione di urea. Già altri autori hanno osservato un aumento di proteina e di ferro nella granella a seguito di concimazioni al suolo con ferro, ipotizzando che l’apporto dell’elemento incrementi l’attività di alcune proteine trasportatrici del ferro localizzate nella membrana cellulare delle radici e la biosintesi di fitosiderofori che stimolano l’assorbimento dell’elemento dal terreno.
Cultivation of old varieties of corn
The trial initially had the dual purpose of cultivating old varieties of corn and, at the same time, improving the nutritional quality of flour through biofortification, bringing iron to the plant by foliar, and developing an appropriate protocol of pre- andgermination. The cultivation of maize by farmers initially presented some problems because of the late sowing period of the first year of experimentation. In particular, the importance of plant protection and control of the piralide, an insect endemic lepidopteran in maize, was highlighted. The varieties selected for the test were found to be susceptible to attack by this insect, so insecticidal treatment proved to be an indispensable operation in order to obtain a healthy product of adequate quality for pre-germination. In this regard, the experience conducted in the first year of the project leads to recommend at least one treatment against the phytophagous from flowering, and possibly a second after 10 days. Among the varieties under test the Marano seems to be the most resistant to the attack of the piralide, probably due to the vitreous caryopsis that allows to limit the trophic action of the larvae. Harvesting also presented some problems; if too late or with very wet grain, it leads to the development of moulds (potentially mycotoxygenic) and a high incidence of grain breakage with mechanical threshing.
Coltivazione di vecchie varietà di mais
La sperimentazione inizialmente ha avuto il duplice scopo di coltivare vecchie varietà di mais e, nel contempo, migliorare la qualità nutrizionale della farina tramite biofortificazione, apportando ferro alla pianta per via fogliare, e sviluppare un adeguato protocollo di pre-germinazione. La coltivazione del mais da parte degli agricoltori ha presentato inizialmente alcune problematiche a causa della tardiva epoca di semina del primo anno di sperimentazione. In particolare è stata evidenziata l’importanza della difesa fitoiatrica e del controllo della piralide, insetto lepidottero endemico in mais. Le varietà selezionate per la prova sono risultate suscettibili all’attacco di questo insetto, per cui il trattamento insetticida si è rivelato un’operazione indispensabile per ottenere un prodotto sano e qualitativamente adeguato alla pre-germinazione. A tale riguardo l’esperienza condotta nel primo anno di progetto porta a consigliare almeno un trattamento contro il fitofago a partire dalla fioritura, ed eventualmente un secondo dopo 10 giorni. Tra le varietà in prova il Marano sembra essere quello maggiormente resistente all’attacco della piralide, probabilmente in virtù della cariosside vitrea che consente di limitare l’azione trofica delle larve. Anche la raccolta ha presentato alcune problematiche; se troppo tardiva o con granella molto umida comporta lo sviluppo di muffe (potenzialmente micotossigeniche) e un’elevata incidenza di rottura della granella con la trebbiatura meccanica.
The project pursues the following purposes:
1. to encourage the development of a new supply chain of pre-germinated seeds, expanding the range of agro-food uses of the flours obtained from them (eg special breads and pasta, biscuits, breadings, tortellini fillings, etc.).
2. to enhance cereal, leguminous grain and other species production, in order to add value to agricultural production, increasing the profitability of businesses;
3. to develop a pre-germination protocol for the individual species considered, overcoming some process critical aspects (eg bacterial contamination);
4. check the opportunity to biofortify seeds and flours with micro-elements during the pre-germination process.
Il progetto persegue le seguenti finalità:
1. Favorire lo sviluppo di una nuova filiera di semi pre-germinati, ampliando la gamma di utilizzazioni agro-alimentari delle farine da essi ottenute (es. pani e pasta speciali, biscotti, impanature, ripieno di tortellini, etc.).
2. Valorizzare le produzioni cerealicole, leguminose da granella e altre specie per aumentare il valore aggiunto delle produzioni agricole, incrementando la redditività delle imprese;
3. Mettere a punto alcuni aspetti del protocollo di pre-germinazione per semi di diverse specie, superando alcune criticità di processo (es. contaminazione batterica);
4. Verificare l’opportunità di biofortificare i semi e le farine con micro-elementi durante il processo di pre-germinazione.
Contacts
Project coordinator
-
MOLINO QUAGLIA S.P.A.
Project coordinator
Project partners
-
DIPARTIMENTO DI AGRONOMIA ANIMALI ALIMENTI RISORSE NATURALI E AMBIENTE (DAFNAE)
Project partner
-
STUDIO 3A S.R.L.
Project partner