A különböző egészségügyi problémákkal kapcsolatos speciális táplálkozási igények és az ezek kielégítésére szolgáló termékek egyre inkább reflektorfénybe kerültek az utóbbi években. A „,mentes” termékek iránti növekvő kereslet megjelenésével a gluténmentes diétában alkalmazható alapanyagok és technológiai eljárások az elsők között kerültek a tudományos kutatások fókuszába. Ezzel párhuzamosan sokszor lehet hallani, hogy a kovászolással készített pékáruk akár gluténérzékenyek számára is fogyaszthatók, habár az erre vonatkozó tanulmányok nem bizonyítják ezt egyértelműen. Az ÚNKP által támogatott kutatásunkban kutatócsoportunk egy kontrollált fermentációs kísérlet formájában erre a kérdésre kereste a választ.
A cikk a BME, a Pro Progresszió és az Élet és Tudomány közös cikkpályázatán az ÚNKP alkategória díjat nyerte el.
Ahhoz, hogy a kovászolás alatt lejátszódó fehérjebomlási folyamatokat megértsük, először a gluténtartalmú gabonák fehérjéit kell jobban megismernünk. A gabonák fehérjetartalma széles tartományban mozoghat: kevesebb mint 6 százalék vagy akár 20 százalék is előfordul az egyes fajok, fajták és változatok esetében. A fehérjék mennyiségét a genetikai adottságokon túl a környezeti tényezők is befolyásolják, így akár a különböző évben termesztett, de azonos gabonafajta fehérjetartalma is eltérő lehet. Funkciójuk szerint a gabonafehérjék három csoportba sorolhatók: szerkezeti (például membránfehérjék), metabolikus (például enzimek és inhibitorok) és tartalékfehérjék. A gabonák összes fehérjéinek 70-80 százalékát a tartalékfehérjék alkotják. A tartalék fehérjék minősége a gabonákra jellemző, fő funkciójuk a csírából kibontakozó növény nitrogénnel és szénnel való ellátása a fejlődés során. A gabonafehérjéket hagyományosan az oldhatóságuk alapján osztályozzuk. A XIX. század végén az amerikai Thomas Osborne tanulmányozta a gabonákból származó fehérjéket. Az egyes gabonákból különböző oldószerekkel oldva a fehérjéket, kidolgozta az oldhatóság szerinti csoportosításuk módszerét, melyet azóta Osborne-frakcionálásnak nevezünk. A vízben oldható gabonafehérjéket albuminoknak, a fennmaradó részből sóoldatban oldhatókat globulinoknak, a 70 százalékos vizes etanolban oldható kat prolaminoknak, míg végül a híg savban vagy lúgban oldódókat glutelineknek nevezte el. A frakcionálás után oldhatatlan maradékok a szkleroproteinek, melyek funkciójuk szerint szerkezeti fehérjék. Az albuminok és a globulinok főleg metabolikus fehérjék.
A prolaminok leginkább monomerek formájában fordulnak elő, míg a glutelinek képesek egymással diszulfidhidakkal összekapcsolódni, komplex fehérjehálót kialakítani. Az utóbbi két csoport tagjai a tartalékfehérjék közé tartoznak. A Triticeae nemzetségcsoport prolaminjait és glutelinjeit nevezzük gluténfehérjéknek, ezek a különböző fajokban részleges homológiák mellett több különböző fehérjét takarnak. A legjelentősebb gluténtartalmú gabonák közül a búza prolaminjai a gliadinok, glutelinjei a gluteninek, a rozs tartalékfehérjéi a szekalinok, az árpáéi a hordeinek.
Túlérzékenységi reakciók
Míg a legtöbb ember számára a gabonák az alapvető tápanyagforrások közé tartoznak, a populáció egy arra érzékeny kisebb csoportjában különböző típusú érzékenységeket válthatnak ki. A gabonafehérjék több nemkívánatos immunreakcióért is felelősek, ezek közül a gabonával kapcsolatos legfontosabb érzékenységek: a búzaallergia, a cöliákia, illetve a nem cöliákiás gluténérzékenység (NCGS). A cöliákia az egyik legismertebb gluténtartalmú gabonák fogyasztásával összefüggő túlérzékenységi reakciót kiváltó betegség. Az arra érzékeny betegek szervezetében a glutén fogyasztásának hatására autoimmun folyamat indul el, melynek során a vékonybél bolyhainak károsodása, ezáltal a tápanyagok felszívódásának zavara következik be. Hosszabb ideig tartó kezeletlen állapot esetén ez hiánybetegségekhez és további járulékos egészségkárosodáshoz is vezethet. Jelenleg a betegség egyetlen hatékony kezelési módja a szigorú, élethosszig tartó gluténmentes diéta betartása, így a biztonságos gluténmentes élelmiszerek biztosítása ezen betegek számára élelmiszerbiztonsági probléma. A gluténmentes élelmiszerek mind táplálkozási értékükben, mind érzékszervi tulajdonságukban különböznek a hasonló, gluténtartalmú gabonákból készült élelmiszerektől. Így a fogyasztói érdekek azt kívánják, hogy a speciális gluténmentes termékek fejlesztése során minél jobban törekedjünk az eredetihez hasonló tulajdonságok kialakítására. A gabonák túlérzékenységi reakciót kiváltó fehérjéi elsősorban a tartalékfehérjék közül kerülnek ki, ezek közül is főként a prolamin és glutelin csoportba tartozó fehérjékben található toxikus peptidszakaszok, az epitópok okozzák a rendellenes immunreakciókat. E két tartalékfehérje mellett azonban több más típusú fehérjét is azonosítottak már allergénekként, ezek főként enzimek és enzim-inhibitor fehérjék, melyeknek leginkább a búzaallergiánál is jelentkező IgE alapú klasszikus allergiás reakciók kialakulásában van szerepük.
A kovászolás hatása a rozs gluténfehérjéire
A termékpaletta szélesítése érdekében az utóbbi időben előtérbe kerültek a hagyományos fermentációs technikák, köztük a kovászos sütőipari termékkészítés, melynek során a gabonák makrokomponensei, így a fehérjéi is a jelenlévő mikroorganizmusok és enzimek hatására részlegesen bomlanak. Jelenleg még nem pontosan ismert, hogy a cöliákiában toxikus peptidszakaszok milyen mértékben érintettek a gabonafehérjék kovászolás alatti bomlása során, azonban néhány kutatás előre mutató eredményeket vázol a búza- és árpafehérjékkel kapcsolatban. A rozs gluténfehérjéivel kapcsolatos kutatások eddig nem voltak a középpontban, mivel a sütőipar szempontjából a búzának, a söripar szempontjából az árpának van nagyobb jelentősége. A BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék Gabonatudományi és Élelmiszerminőség Kutatócsoportjában Tömösközi Sándor vezetésével végzett kutatásunk - célja a rozs gluténtartalmának és gluténfehérje-összetételének vizsgálata volt kontrollált fermentáció hatására, melynek során kereskedelmi forgalomban elérhető kovász starter kultúrákat használtunk. A kísérletekbe bevontunk mind búza-, mind rozsalapú kovászporokat, baktériumkultúra keverékét és hajdina-, illetve rizsalapú, gluténmentes o kovászstartereket is. A vizsgálatainkhoz rozslisztből, vízből és különböző s starterkultúrákból ellenőrzött körülmények között kovászszuszpenziókat készítettünk, melyeket a hagyományos kovászolási eljárásoknak megfelelő 25, illetve 30 Celsius-fokon 24 és 48 órán keresztül inkubáltunk. A gluténtartalmat - Codex Alimentarius ajánlásának megfelelően 1 R5 antitestet alkalmazó, enzimmel kapcsolt immunszorbens teszt (ELISA) módszerrel, a fehérjeösszetétel változásait nagy teljesítményű folyadékkromatográfiás (HPLC) módszerekkel - követtük nyomon.
A kísérleteink során megfigyelhető volt a rozs gluténfehérjék méret szerinti eloszlásának változása, illetve szignifikáns csökkenés a szekalinok összes mennyiségében, ami azt igazolja, hogy a kovászolás közben a fehérjék részleges - bomlása, a szerkezetük átalakulása megtörténik. Azonban a gluténfehérjék s részleges bomlásából nem következik automatikusan a cöliákiában toxikus peptidszakaszok mennyiségének csökkenése. Ezt bizonyítják a kapott ELISA-eredményeink is, amelyek a fermentációs folyamat során továbbra is emelkedett gluténtartalmat mutattak a mintákban. Noha voltak olyan minták, amelyeknél a kovászolás hatására szignifikáns csökkenés volt kimutatható, Összességében ezeknél is nagyságrendekkel haladta meg a mért érték a gluténmentes élelmiszerekre vonatkozó 20 mg/kg határértéket. Az immunanalitikai módszerrel mért gluténtartalom néhány mintánál pedig még növekedést is mutatott, ezt nagy valószínűséggel indokolja az ép fehérjékben lévő nagyszámú olyan, a fehérje térszerkezete miatt az ELISA antitestek számára rejtett toxikus szekvencia, melyek a bomlás után a kisebb peptideken már hozzáférhetők.
A biotechnológia ígéretes lehetőségei
Noha a jelenleg kereskedelmi forgalomban elérhető kovász starterkultúrák nem bizonyulnak hatékonynak a cöliákiában toxikus epitópok lebontására, ígéretes kutatások folynak olyan szelektált mikrobák és enzimek kiválasztására, amelyekkel célzottan ezeket a peptidszakaszokat lehet eltávolítani. Ilyen célzott gluténfehérje-bontást végeznek a söriparban a gluténmentes sörök gyártása során prolil-endopeptidáz enzimek alkalmazásával. Ezek az enzimek bár bizonyítottan több, cöliákiában toxikus epitópot lebontanak, a megmaradt immunogén szekvenciák továbbra is kockázatot jelenthetnek a cöliákiás betegek számára.
A gluténmentes sörök mellett jelen vannak a piacon a glutén lebontását ígérő különböző étrendkiegészítők is, melyeknek a hatóanyagai szintén különböző fehérjebontó enzimek. Ezek közül az Aspergilus niger által termelt, szintén prolil-endopeptidáz, AN-PEP-enzim hatékonyságáról több tanulmány is született. A globális szinten eltérő szabályozási rendszerek miatt ennek az enzimnek a használatát a világ több részén különböző kategóriákban engedélyezték, így az EU-ban új élelmiszerként regisztráltak ilyen hatóanyagú étrendkiegészítőben alkalmazható alapanyagot. Azonban az engedélyt azzal a kitétellel korlátozták, hogy csak az általános felnőtt populáció számára készült termékekben lehet használni. Emellett a fogyasztók biztonságát szem előtt tartva, figyelmeztető jelölést kell elhelyezni a csomagoláson arra vonatkozóan, hogy az étrendkiegészítő fogyasztása nem helyettesíti a gluténmentes diétát, illetve, hogy a termék nem alkalmas a cöliákia megelőzésére vagy kezelésére. Ebből is látható, hogy a jelenleg rendelkezésre álló kutatási eredmények még nem elégítik ki maradéktalanul az élelmiszer-biztonsági szabályozás által támasztott igényeket.
Megjósolni is nehéz lenne
A gluténfehérjék lebontásával, a kisebb peptidek keletkezésével a glutén analitikai meghatározásának korlátaihoz is elérkezünk. Az általánosan alkalmazott ELISA-módszerek többnyire szendvicsmódszerek, melyek esetében a vizsgált fehérjének legalább két antigén kötőhellyel kell rendelkeznie. A kisebb peptidszakaszok esetében a méretük miatt ez már nem feltétlenül teljesül, ezért is nem alkalmazhatók az ilyen tesztek bizonyos fermentált, feldolgozott élelmiszerek gluténtartalmának mérésére. Léteznek természetesen olyan ELISA-tesztek, melyek kompetitív elven működnek és alkalmasak olyan minták mérésére, amelyek a kisebb méretű peptideken lévő toxikus epitópok meghatározására lettek kifejlesztve, azonban könnyen belátható, hogy komoly analitikai problémát okozhat, ha nem ismerjük a fehérjebomlás mértékét, így az egyes peptideken található kötőhelyek számát sem. Amennyiben részleges bomlás játszódik le, a keletkező egyes kisebb fehérjemolekulák és peptidek különböző méretei miatt megjósolni is nehéz lenne az antitestek számára felismerhető szekvenciák elhelyezkedését.
A gluténmeghatározás egyik további nehézsége, hogy a rendelkezésre álló analitikai módszerek sem minden toxikus epitópot mutatnak ki. A leggyakrabban alkalmazott R5 antitestek a glutamin-glutamin-prolin-fenilalaninprolin szekvenciát ismerik fel, amely szintén egy cöliákiában toxikus peptidszakasz, azonban a többi, az Immun Epitope Database jelenlegi adatai szerint ezernél is több epitóp egy része nem detektálható ezzel a módszerrel. Ez a nehézség a többi rendelkezésre álló immunanalitikai módszer esetében is fennáll, az alkalmazott antitestek minden esetben csak meghatározott szekvenciákra lesznek specifikusak. Összességében a kovászolás alatti fehérjebontási folyamatok eredményei arra utalnak, hogy bár a nagyobb fehérjék bomlása jól követhető, cöliákiás betegek számára továbbra sem ajánlott a gluténtartalmú gabonákból kovászolással készített termékek fogyasztása. A célzott kezelések perspektivikusak lehetnek, azonban jelenleg még nincs olyan enzim, amelyről bizonyítható lenne, hogy maradéktalanul lebontja a toxikus epitópokat. A jelen kutatásban elért eredményeink azonban hozzájárulnak a gluténfehérjék kovászolás alatti bomlási folyamatainak jobb megismeréséhez, a cöliákiában toxikus epitópok és a gluténtartalommérés összefüggéseinek jobb megértéséhez és a távolabbi jövőben a különböző starterkultúrák közötti különbségek kihasználásával az esetleges termékfejlesztésekhez.
A kutatás a Kulturális és Innovációs Minisztérium ÚNKP-23-3II-BME-148 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült.
Forrás: Élet és Tudomány