Master's Thesis

Development of new gluten-free cereal products with probiotic and postbiotic component

Final Thesis 8.64 MB

Author of thesis: Bc. Radka Dohnalová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Reviewer: prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis focuses on the development of novel gluten-free cereal products enriched with probiotic and postbiotic components, with the aim of creating functional foods with potential health benefits for consumers.
The theoretical part of the thesis summarizes the issues surrounding gluten-free cereals and the possibilities for their nutritional enrichment. It further focuses on the characterization of probiotics, prebiotics, and postbiotics, their interactions, and their importance for human health. Attention is also given to the use of microalgae and yeast as sources of bioactive compounds and their synergistic effects with lactic acid bacteria.
In the experimental part, suitable cereal matrices and microbial biomass for the preparation of functional products were selected and characterized. Methods for determining basic nutritional and active components were optimized. The work included the cultivation of lactic acid bacteria of the genera Lactobacillus and Bifidobacterium on selected substrates and the evaluation of their growth and metabolic activity.
It was found that the strain Lactobacillus plantarum exhibited higher cell viability in a buckwheat matrix, making it a suitable candidate to produce probiotic cereal products. In contrast, the Bifidobacterium bifidum strain proved to be more suitable for the preparation of postbiotic ingredients, particularly in combination with quinoa flakes, where higher lactic acid production and more pronounced changes in the lipid profile were observed.
The addition of microalgae (Chlorella, Spirulina) and yeast of the genus Rhodotorula to the cereal base led to changes in the fatty acid profile.
Based on the results obtained, model cereal products were prepared, and their safety and sensory properties were evaluated. The results show that by appropriately combining the cereal matrix, microbial biomass, and fermentation process, the nutritional and functional properties of the resulting products can be specifically influenced, creating foods with the potential for use as functional gluten-free products.

Keywords:

Pseudocereals, buckwheat, quinoa, microalgae, yeast, probiotics, lactic acid bacteria, prebiotics, genus Bifidobacterium, genus Lactobacillus, chlorella, spirulina, postbiotics, functional foods

Date of defence

01.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

1. Studentka seznámila členy komise s náplní a cílem diplomové práce. 2. Byly přečteny posudky na diplomovou práci. 3. Studentka akceptovala všechny připomínky oponentky a na všechny otázky odpověděla v plné šíři. Diskuse: doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. Vyskytuje se něco podobného již dnešní době na trhu? Na jaký typ spotřebitelů to cílí? Jak jsou tyto výrobky běžně balené? Bývá to prodáváno samostatně nebo je to součástí například jogurtů? Je možné to balit i do kapslí? doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. V jaké formě byly Vaše produkty? Jednalo se o kaši? Jak bylo provedeno senzorické hodnocení? Jakou to mělo konzistenci? Chutnala jste Vámi připraven výrobky? Studentka odpověděla na všechny doplňující otázky členů komise, které byly v průběhu diskuse k dané problematice vzneseny. V diskusi studentka prokázala výbornou orientaci v dané problematice. Po diskusi následovalo hodnocení závěrečné práce. Diplomantka prokázala nejen výborné odborné znalosti, ale i schopnost samostatné prezentace dosažených výsledků.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Chemistry of Natural Products (NPCP_CHPL)

Composition of Committee

prof. RNDr. Ivana Márová, CSc. (předseda)
prof. Ing. Stanislav Obruča, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Pavel Diviš, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Adriána Kovalčík, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Eva Vítová, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Iva Burešová, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. RNDr. Ivana Márová, CSc.

Diplomová práce se zabývá vývojem nových bezlepkových cereálních výrobků obohacených o probiotické a postbiotické složky s cílem vytvořit funkční potraviny s potenciálním zdravotním benefitem. Pozornost byla věnována využití mikrořas a kvasinek jako zdrojů bioaktivních látek a jejich synergickému působení s bakteriemi mléčného kvašení.

Studentka přistupovala k práci s velkým zájmem a tvůrčím přístupem. V rámci práce zvládla i přes závažné zdravotní problémy celou řadu technik od charakterizace  základních nutričních a aktivních složek cereálií přes kultivace probiotických bakterií, kvasinek a řas. Postbiotický efekt byl analyzován prostřednictvím stanovení specifických metabolitů pomocí instrumentálních technik (GC/FID, HPLC, spektrofotometrie). Dále byla stanovena antioxidační kapacita a antimikrobiální aktivita. Součástí práce byla kultivace bakterií mléčného kvašení rodu Lactobacillus a Bifidobacterium na vybraných substrátech a hodnocení jejich růstu a metabolické aktivity. Finálně byly připraveny modelové cereální produkty, u nichž byla hodnocena jejich bezpečnost a senzorické vlastnosti. Výsledky ukazují, že vhodnou kombinací cereální matrice, mikrobiální biomasy a fermentačního procesu lze cíleně ovlivnit nutriční a funkční vlastnosti výsledných produktů a vytvořit potraviny s potenciálem využití jako funkční bezlepkové výrobky.

Spektrum zvládnutých metod je úctyhodné, po zaučení studentka pracovala samostatně, s potřebnou laboratorní zručností a nadstandardní časovou zátěží. Získané výsledky studentka řádně vyhodnotila, komplexně  interpetovala a diskutovala detailně v kontextu literárních údajů.

Výsledkem je rozsáhlá a velmi zdařilá diplomová práce, jejíž dílčí výsledky jsou podkladem pro publikaci v časopise s IF.
Celkově hodnotím práci Bc. Radky Dohnalové velmi pozitivně, aktivně využívala konzultace a spolupráci v týmu. I přes výše uvedené zdravotní problémy sepsala obsahem i rozsahem nadstandardní diplomovou práci, která je podkladem pro publikaci i pro navazující práce.

Z výše uvedených důvodů práci doporučuji k obhajobě a hodnotím stupněm A (výborně).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Studium literatury a její zpracování A
Využití poznatků z literatury A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Závěry práce a jejich formulace A
Využívání konzultací při řešení práce A
Celkový přístup k řešení úkolů A

Grade proposed by supervisor: A

Diplomová práce se zabývá aktuální problematikou vývoje funkčních bezlepkových potravin. Téma vhodně propojuje bezlepkové cereální matrice, probiotické mikroorganismy, mikrobiální biomasu a postbiotické složky.
Teoretická část je zpracována přehledně a logicky. Autorka popisuje pseudocereálie, problematiku bezlepkové diety, probiotika, prebiotika, postbiotika a možnosti využití mikrořas, sinic a kvasinek jako zdrojů biologicky aktivních látek. Použitá literatura odpovídá tématu a vytváří dobrý základ pro experimentální část.
Experimentální část je rozsáhlá a metodicky pestrá. Autorka se věnovala charakterizaci pohanky a quinoy, analýze mikrobiální biomasy, přípravě obohacených cereálních směsí, fermentaci pomocí bakterií mléčného kvašení, stanovení vybraných nutričních a biologicky aktivních látek, hodnocení cytotoxicity a senzorické analýze připravených produktů. Kladně hodnotím, že jednotlivé experimenty na sebe navazují a směřují k přípravě modelového bezlepkového výrobku.
Výsledky jsou uvedeny přehledně formou tabulek a grafů. Autorka porovnává jednotlivé cereální matrice, použité mikroorganismy i přídavky mikrobiální biomasy. Z výsledků vyplývá, že složení cereální směsi a typ použitého mikroorganismu významně ovlivňují nutriční vlastnosti, životaschopnost bakterií, produkci kyseliny mléčné i senzorickou přijatelnost výsledného produktu. Za přínosné považuji také zařazení MTT testu, který doplňuje hodnocení bezpečnosti připravených směsí.
Diskuse je věcná, dobře navazuje na získané výsledky a autorka v ní uvádí možná vysvětlení rozdílů mezi jednotlivými vzorky. Vzhledem k rozsahu práce chápu, že nebylo možné všechny souvislosti rozebrat do detailu; při jinak velmi dobré úrovni práce by však hlubší propojení výsledků se složením cereálních matric a aktivitou použitých mikroorganismů diskusi ještě posílilo.
Formální úroveň práce je velmi dobrá. Text je srozumitelný, práce má logické členění a tabulky i grafy jsou převážně přehledně označeny a v textu komentovány. V práci se vyskytují pouze drobné formální a jazykové nepřesnosti, například „vedl řidší konzistenci“ místo „vedl k řidší konzistenci“. V seznamu literatury se objevuje duplicita některých zdrojů, konkrétně položky [1] a [6] a dále položky [36] a [43], které jsou uvedeny shodně. Uvedené nedostatky mají pouze formální charakter a nesnižují odbornou hodnotu práce.
Stanovené cíle diplomové práce byly splněny. Práci považuji za kvalitně zpracovanou, experimentálně rozsáhlou a odborně přínosnou.
Diplomovou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou výborně (A).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků zadání A
Logické členění práce A
Kvalita zpracování výsledků A
Interpretace výsledků, jejich diskuse A
Využití literatury a její citace A
Úroveň jazykového zpracování A
Formální úroveň práce – celkový dojem A
Závěry práce a jejich formulace A
Topics for thesis defence:
  1. 1. V práci hodnotíte prebiotický potenciál cereálních matric hlavně podle podpory růstu bakterií mléčného kvašení. Do jaké míry je podle Vás tento přístup dostačující pro označení matrice jako prebiotické a jaké další podmínky nebo experimenty by bylo nutné splnit, aby bylo možné skutečný prebiotický účinek potvrdit?
  2. 2. Při fermentaci docházelo ke změnám obsahu bioaktivních látek i složení mastných kyselin a zároveň se lišila životaschopnost bakterií a senzorická přijatelnost výrobků. Jak byste při vývoji finálního výrobku rozhodovala, které vlastnosti jsou nejdůležitější, a proč?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová