gluteenin hajottaa niin että se ei enää aiheuttaisi ...Helsingin... · Tuula Sontag-Strohm Viljateknologia Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos ERIHYVÄ - Erityisruokavaliot,

www.helsinki.fi/yliopisto

Ruisleivästäkö gluteenitonta? Kaura ja härkäpapu

Mikä tekee gluteenista keliaakikoille haitallista? Voisiko

gluteenin hajottaa niin että se ei enää aiheuttaisi keliakiaa?

Kaura ja härkäpapu: uutta tietotaitoa tuotekehitykseen

Tuula Sontag-Strohm Viljateknologia

Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos

ERIHYVÄ - Erityisruokavaliot, tarpeita ja mahdollisuuksia

Tutkimus, tuotekehitys ja analytiikka

10.5.2017, Kokouskeskus Mauno, Turku

, 2017 1

Kuvat leipätiedotus ja keliakialiitto


• Gluteenialtistus- keliakian syntymekanismi

• Gluteenista- prolamiineista: evoluutio, rakenne, ominaisuudet

• Olosuhteet joissa prolamiini hajoaa; entsymaattisesti, hapetus-pelkistysreaktiot/ fermentaation-raskituksen mahdollisuudet

• Idätys: mallasuutteet

• Ruisraskitus?

• Gluteeniton teollinen leivonta

• Kaura, härkäpapu; erityiskysymykset

10.5.2017 2

Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön

nimi / Esityksen nimi

Sisältö

10.5.2017 3



Gluteenialtistus

Autoimmuunisairaudet

Keliakia, 2 %

Ataksia, hermosto-oire

Ihokeliakia

Allergia

Vehnä/vilja-allergia

Astma

Ruoka-allergia

Iho-oireet kosketusherkkyys

Vehnään liittyvä anafylaktinenrasitusreaktio

Ei allergia

Ei autoimmuuni

Vehnäherkkyys, 6 %

(myös gluteeniherkkyys)

Muokattu; Fassano ym. Gastroenterology 2015;148:1195–1204

10.5.2017 4



Keliakian syntymekanismi

Gliadiini deamidoituna

Vasta-aineita

syntyy

Perinnöllisesti määräytynyt,

esittelee antigeenin T-solulle

Tulehdusaineita syntyy

Vehnän, ohran ja

rukiin prolamiinit

Gluteeni

10.5.2017 5



Viljojen sukulaisuus ja evoluutio;kaura eronnut aiemmin muista tutuista viljoista

Viljojen esi-isä

Ohra diploidi

Ruis diploidiVehnä heksa-,

tetra-,diploidi

Kaura heksaploidi

Riisi diploidi

Kaura

Riisi

Hirssi

Maissi Durra

Ruis

Ohra

Vehnä

Prolamiini varastoi glutamiinia ja proliinia, toistorakenteita

10.5.2017 6



Gluteenittomien leipien

ravintoarvojen vertailu ruisleipään

Kuitua

Pohjoismaiset suositukset

päivittäinen saanti

Vilja-

tuotteista RuisTattariTärkkelys

Rautaa

Leivät


• Ainutlaatuista osaamista, < 20 mg/kg gluteenia

• Mallasuutteet ohrasta: Senson Oy: Maltax 10 GF, vaalea

ohramallasuute, Maltax 1100 GF, tumma ohramallasuute, Maltax 200 Clear GF,

kirkas ja punertava ohramallasuute, Maltax 1700 GF, erittäin tumma

ohramallasuute

• Itävän ohran omat entsyymit pilkkovat ohran gluteenin,

pilkkoutuminen alle 9 aminohapon pituisiksi peptideiksi

varmistetaan lisätyllä entsyymillä. Luoto ym. 2012 J. Cereal Sci 56:

504–509.

• Monia käyttömahdollisuuksia; leivonnassa, makulisänä

• Gluteenittominen viljojen maltaat, esim. kaurasta? (Crisp,

UK, ei-gluteeniton kauramallas)

10.5.2017 7



Gluteenittomat mallasuutteet

Suomesta


• Rukiin raskitus on monipuolinen prosessi, jossa maitohappobakteerit tuottavat maitohappoa ja hiukan etikkahappoa, jolloin pH laskee (< 4).

• Happamassa rukiin proteolyyttiset entsyymit aktivoituvat pilkkomaan gluteenia.

• Kun käytetään mallastettua ruista proteolyysi voimakasta päästään tasolle 1000 gluteenia mg/kg.

• Lisätään entsyymiä kuten prolyyliendopeptidaasia joka pilkkoo peptidit edelleen alle 9 aminohapon kokoisiksi, jolloin raskiuutteessa saavutetaan < 20 mg/kg.

• Raskissa kiinteää ainesta, josta on vaikea hydrolysoida gluteenia, tulee poistaa.

10.5.2017 8



Gluteenitonta ruisraski?

10.5.2017 9



Maitohappoa >>Hapantuminen Gluteeni osin liukenee,

aukeaapH < 4

Rukiin peptidaasit

aktivoituvat

Mikrobien (maitohappobakteerit ja hiiva)

ja rukiin glutationi pelkistää gluteenia (pilkkoutuu)

2 GSH >> GSSG

gluteeni S-S gluteeni >> 2 gluteenipeptidiä

Gluteeni pilkkoutuu

Gluteeni pilkkoutuu

Proteolyysi raskituksessa

Rukiin ja mikrobien peptidaasitAminohappoja ja

pieniä peptidejä

10.5.2017 10



0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

0h GRSD L. reuteri RSD L. reuteri

Loponen ym. 2009 J. Agric. Food Chem.,57,746–753

Mallastetun rukiin (GRSD) raskituksessa

gluteeni pilkkoutuu

16 h


• Ruismallasta, idätettyä ruista

• Suomessa, Laihian Mallas Oy

• Raskitusprosessi hallinnassa

• Prolyyliendopeptidaasia,

• Esimerkiksi Brewer’s Clarex®, käytetään oluen

proteiinisaostumien hajottamiseen. DSM:

https://www.dsm.com/markets/foodandbeverages/en_U

S/products/enzymes/brewing/brewers-clarex.html

• Gluteenittomuuden analytiikkaan perehtyminen

suositeltavaa, omassa talossa.

10.5.2017 11



Milloin kannattaa ryhtyä

valmistamaan gluteenitonta

ruisraskia?

https://www.dsm.com/markets/foodandbeverages/en_US/products/enzymes/brewing/brewers-clarex.html


• Esikuva ruisleivonnassa, taikinatulos (TT) korkea, taikina tarttuvaa

• Konsistenssi valinta; vedensidonta riippuujauhotyypistä, partikkelikoosta; TT= 190-220.

• Hydrokolloidin valinta; selloosajohdannaiset (CMC, HPMC), siemenlimat (psyllium, guarkumi), mikrobiaaliset (ksantaani), seokset

• 1 % jauhojen painosta

• Sekoituksen optimointi

• Kuivaraskit; tattari ja riisi

• Mallasuutteet

10.5.2017 12



Gluteeniton teollinen leivonta

Kaurataikinaan ruismallasuutetta

Tattarileipä

4,6% kuitua (Vuohela, Fi)


• Monipuolinen käyttö rakenteen muodostamisessa;

leivonnassa, pastoissa, mysleissä, puuroissa,

juomissa, emulsioissa jne.

• Useimmissa tärkkelystä (glukoosipolymeeri)

‒ Rakenteen muodostaja, viskositeetin ja geelin muodostus

• Useimmissa toiminnallinen proteiini ja kuitu; tukee

rakenteita es. taikinavaahtoja, ravitsemuksellinen

merkitys suuri.

• Korkea ravintoarvo; vitamiinit, kivennäisaineet, muut

suoja-aineet---- käyttö täysjyvinä

10.5.2017 13



Pseudoviljat (valeviljat),

palkoviljat, juurekset, mukulat

www.helsinki.fi/yliopisto 10.5.2017 14



Gluteenittomat Suomessa tuotetut

tattari ja gluteeniton kaura

• Monipuolinen tarjonta; useita jauholaatuja, fraktioita

(leseet, hiutaleet yms.), valmiita kuluttajatuotteita

• Laadukkaita tuotteita; jäljitettävyys, tarkastukset esim.

puhdaskaura

• Sopivat myös moniin seoksiin

• Kuitu toiminnallista, esim gluukosiaineenvaihdunnan

kannalta:

• Beetaglukaani kaurassa

• D-kiroinositolit tattarissa, mono,- di- ja

trigalaktosideja eli fagopyritoleja.


• Suomen viileälle kasvuvyöhykkeelle erityisen sopiva vilja;

• laadukas ja tasainen sato

• Terveysväittämät liittyvät kauran kuituun, EU Komission asetus N:o 432/2012:

1. Edistävää veren kolesterolitasojen pysymistä normaalina

• Edullinen vaikutus saavutetaan nauttimalla päivittäin 3 g beetaglukaaneja

• Väite voidaan esittää kun annoksessa on vähintään 1 g

2. Auttaa vähentämään veren glukoosipitoisuuden kohoamista aterian jälkeen

• Väite voidaan esittää jos annoksessa on vähintään 4 g beetaglukaaneja kutakin 30 g:aa imeytyvää hiilihydraattia kohti.

10.5.2017 15



Kauran ainutlaatuisuus

suomalaisena ravintokasvina


• Eroaa muista kotimaisista viljoista (vehnä, ruis, ohra)!

• Eniten proteiinia, jopa 15 % täysjauhon painosta

• Varastoproteiinissa vain vähän gluteenityyppistä

proteiinia

• Eniten globuliiniproteiinia, 80 % proteiinista

• Tasapainoisempi aminohappokoostumus

• Sopii keliaakikoille

10.5.2017 16



Kauran proteiinien ainutlaatuisuus

Globuliinin perusrakenne


Prolamiinien erottelu geelilevyllä Prolamiinit uutettu 60 % etanolilla (1,3,5,7) ja osa pelkistetty

(2,4,6,8)

Vehnä

gliadiini

+gluteniini

Ohra

hordeiini

Ruis

sekaliini

Kaura

aveniini

M 1 2 3 4 5 6 7 8

113 000

92 000

52 900

35 40029 000

21 500

g/mol

10.5.2017

Molekyylipaino-

näyte, M

Prolamiinin osuus 80 % 60 % 60 % 10 %


Kauran proteinin liukoisuus

riippuu pH:sta ja suolasta (NaCl)

Loponen et al (2006)

0; 0,05; 0,5 ja

1 M NaCl

10.5.2017 19



• Happokäsittely

• Proteiini-Glutaminaasi, PG Amano 50, Amano

Enzymes Inc., Japan

Kauran proteiinin liukoisuus

paranee deamidoinnilla


• Janatuinen ym. 1995 osoitti I tieteellisesti

kontrolloidulla tutkimuksella että kaura sopii.

• 15 kontroloitua tutkimusta varmistanut kauran

sopivuuden. Pulido ym, 2009. Advances in Food and Nutrition Research,

Volume 57 (Health Canada).

• 1 norjalainen henkilö kehitti keliakian oireet kaurasta

kliinisessa kokeessa (Lundin ym. 2003)

10.5.2017 20



Kliiniset kokeet (>16 kpl) ympäri

maailmaa osoittaneet että kaura sopii

keliaakikon ruokavalioon


• > 73 % keliaakikoista käytti kauraa

• > 55 % ihokeliaalikoista käytti kauraa

• ”Elämän laatu paranee”

• Mieto maku

• Käytön helppous

• Puhdaskauratuotteita saatavilla

• Monipuolistaa ruokavaliota

• Kohtuullinen hinta

10.5.2017 21



Suomessa keliaakikot käyttävät

kauraa (Peräaho ym 2004)


Vehnän alfa-gliadiinin aminohappokoostumus

sisältää monia haitallisia rakenteita

keliaakikolle

10.5.2017 22



33 aminohapon pätkä (33-meeri) ei

pilkkoudu, pääsee ohutsuoleen

(keltaisella) Kasarda 1996, 1997:

Vehnä, ruis, ohra: QQQPFP

Vehnä, ruis, ohra, kaura: QQQPF

Vehnä, ruis, ohra, kaura maissi, riisi: QQQP

R5 (QQPFP:a vastaan, eristetty rukiista)

G12 (33-meeriä vastaan, synteettinen)

Vasta-aineet R5 ja G12 kiinnittyvät

samantyyppisesti paljon proliinia P

ja glutamiinia Q, esim toistona QQPFP.

G12: QPLPY and QLPYPQP(Kasarda 1979)


• Silano ym. (2006) ja jo aiemmin kauran aveniinit reagoivat

in vitro:ssa T-solujen kanssa.

• Comino ym. (2011) tutki kauralajikkeita G12 vasta-aineella, joka tunnistaa

kauran: G12 kiinnittyy QPLPY ja QLPYPQP

-Kauralajikkeet: suuri – keski – ‘nolla’

-Kuitenkin kiinnittyminen 40-400 x pienempää

kuin vehnän gliadiiniin.

• Mujico ym. (2011),T-solulinjat jotka reaktiivisia

gliadiinille reagoivat myös joidenkin kauralajikkeiden

aveniini-peptideille

Peruste kauralaijkkeiden seulonnalle.

Kauran turvallisuus todistettu kliinisesti!!!

Comino ym. Gut 2011;60:915-922

G12 vasta-aineella kauran

lajikenäytteissä. 33-meerin tunnistusta

Voiko kauralajike olla haitallinen –

kliininen todiste puuttuu

Peltoviljat Sato

(1000

kg/ha)

Proteiini-

pitoisuus

%

Proteiini

saanto

(kg/ha)

Tuontanto

2012-16

(t/vuosi)

Proteiinia

(milj.Kg)

Ohra 5 12-13 550 1581 000 190

Kaura 6 12-13 750 1073 100 140

Vehnä 5 13-15 600 887 100 115

Rypsi (rypsi,

Brassica rapa

oleifera)

2 23 400 24 000 5

Rapsi (rapsi,

Brassica napus

oleifera)

2,5 23 500 49 200 11

Hamppu 1 25 220

Herne 4 21 750 30 000 6

Härkäpapu 3 30 800 30 000 9

• 67 % tuotannosta rehuksi

• 15 % ihmisten käyttöön

• Lähde: http://stat.luke.fi/sato-ja-viljasadon-laatu-2015_fi

Peltoviljat, sato, tuotanto Suomessa

www.helsinki.fi/yliopisto 2017/5/10

Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön


Palkoviljojen ja viljojen

ravintoarvoja

23-32

Palkovilja Vehnä Kaura Maissi Durra




Kreikan kielessä härkäpapujauho oli ”puanos”.

Jauhoa käytettiin leipien leivontaan Kreikassa ja

Roomassa, latinaksi sana ”pan” = leipä tulee tästä

sanasta.

26

Härkäpapujauho on tunnettu jo antiikin

Kreikassa leivontajauhona

Härkäpapuja maailmalta

Pan

Härkäpapujauhoa


Palkoviljojen proteiini monipuolista

toiminnallisilta ominaisuuksiltaan

• Liukoisuus, pinta-aktiivisia Emulsiot,

maidot, vaahdot

• Denaturaatio Geelit, rakenteet

Lämpö

Happamuus

Hydrolyysi Makuaineet, biopeptidit




Proteiinin ja hiilihydraattien

pitoisuudet vaihtelevat palkoviljoissa

Energiavaraston tyyppi: Hiilihydraatti/ rasva (soija)

Tärkkelyspitoisuus

Suurin herneellä 50 %

Pienin soijalla 5 %

Polygalaktaani

Suurin lupiinilla 30 %

Proteiinipitoisuus

Pienin herneellä: 20 %

Suurin härkäpavulla ja lupiinilla: 32 ja 40 %

S=tärkkelys, P= proteiini hiukkanen, CW=

soluseinä, M=middle lamellaUebersax et al. (1989).In Lukas et al.

Food Uses of Whole Oil and Protein Seeds.




Palkoviljan hiilihydraatit

Tärkkelystä, 40-60%

• Paljon amyloosia (25-40%), vrt viljat (20-25%).

‒ Amyloosi muodostaa resistantia tärkkelystä

• Suuri kuumuuden kestokyky

Sokerit ja oligosakkaridit, 3-10%, raffinoosisarjan

sokerit

Kuitu, 10- 40%

Selluloosaa, tanniinia in kuorissa




Härkäpavun liisteröityminen; 10 lajiketta

RVA (Rapid Visco Analyser)

Amyloosia 25-30 %, hitaasti sulavaa

Härkäpapujauho Härkäpaputärkkelys

Vis

kositeett

i/ c

P

Vis

kositeett

i/ c

P

25.0 mL vettä + 3.50g jauhoa / 3.00g tärkkelystä (14 %:n kosteudessa)


• Kuumennusta tarvitaan inaktivoimaan lipaasin ja

lipoksigenaasin.

10.5.2017 31



Härkäpavun esikäsittely

suositeltavaa- ehkäiseen

papumaisen aromin

www.helsinki.fi/yliopisto 10.5.2017 32



Heating forms protein aggregates

around starch granules… explains

the pasting properties

Control, unheated Microwave heated


Papujauhot lisäävät vedensidontaa

Tässä lupiinilisäys vehnäjauhoihin

Farinografi-vedensidonta suurenee

50

55

60

65

70

75

80

0 10 20

Wate

r A

bso

rpti

on

(%

)

Lupiinin osuus (%)

Boruta

Haags Blaue

Campos & El-Dash (1978)


Koeleivonta lupiinilla

8 min mixing 10% Lupin substitution

9 min mixing 20% Lupin substitution

4,2 3,5 3,2 ominaistilavuus (tilavuus/ paino)

-Neutraali maku

-Voimakkaan keltainen sisus

- Ominaistilavuus pienenee 12-

23 %

Taikinan sekoitusominaisuudet

• Viljan beetaglukaanin fysikaaliset ja

kemialliset ominaisuudet; TEKES, Suomen

Akatemia

• tuotteissa, prosesseissa ja fysiologiassa

• Viljaproteiinit, kaura, gluteenittomuus asiat,

analytiikka; Raision tutkimussäätiö

• Aqueous processing of oats

• Gluten-free detection of oats

• Elimination of prolamins during processing using

proteolysis and oxidation

• Härkäpavun elintarvikekäyttö; MMM,

Helsingin yliopisto• Questions of food use of faba bean, pre-

processing, dehulling, heat treatment,

fractionation, aqueous processing.

Xin Huang, defended thesis

30.9.2016.

Zhongqing Jiang, PhD

student

Noora Mäkelä, PhD student.

Yujie Wang, PhD student

Ndegwa H. Maina, post doc

Professor Fred Stoddard

University lecture Tuula

Sontag-Strohm

Viljatiede ja -teknologia Research


Kiitos

10.5.2017 36

Documents

gluteenin hajottaa niin että se ei enää aiheuttaisi ...Helsingin... · Tuula Sontag-Strohm Viljateknologia Elintarvike- ja ympäristötieteiden laitos ERIHYVÄ - Erityisruokavaliot,