gluteenin hajottaa niin että se ei enää aiheuttaisi ...helsingin... · tuula sontag-strohm...
TRANSCRIPT
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
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Gluteenittomien leipien
ravintoarvojen vertailu ruisleipään
Kuitua
Pohjoismaiset suositukset
päivittäinen saanti
Vilja-
tuotteista RuisTattariTärkkelys
Rautaa
Leivät
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Gluteenittomat mallasuutteet
Suomesta
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Gluteenitonta ruisraski?
10.5.2017 9
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Milloin kannattaa ryhtyä
valmistamaan gluteenitonta
ruisraskia?
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Gluteeniton teollinen leivonta
Kaurataikinaan ruismallasuutetta
Tattarileipä
4,6% kuitua (Vuohela, Fi)
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Pseudoviljat (valeviljat),
palkoviljat, juurekset, mukulat
www.helsinki.fi/yliopisto 10.5.2017 14
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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.
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Kauran ainutlaatuisuus
suomalaisena ravintokasvina
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Kauran proteiinien ainutlaatuisuus
Globuliinin perusrakenne
www.helsinki.fi/yliopisto
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 %
www.helsinki.fi/yliopisto
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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
• Happokäsittely
• Proteiini-Glutaminaasi, PG Amano 50, Amano
Enzymes Inc., Japan
Kauran proteiinin liukoisuus
paranee deamidoinnilla
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Kliiniset kokeet (>16 kpl) ympäri
maailmaa osoittaneet että kaura sopii
keliaakikon ruokavalioon
www.helsinki.fi/yliopisto
• > 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
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Suomessa keliaakikot käyttävät
kauraa (Peräaho ym 2004)
www.helsinki.fi/yliopisto
Vehnän alfa-gliadiinin aminohappokoostumus
sisältää monia haitallisia rakenteita
keliaakikolle
10.5.2017 22
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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)
www.helsinki.fi/yliopisto
• 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
nimi / Esityksen nimi
Palkoviljojen ja viljojen
ravintoarvoja
23-32
Palkovilja Vehnä Kaura Maissi Durra
www.helsinki.fi/yliopisto 2017/5/10
Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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
www.helsinki.fi/yliopisto
Palkoviljojen proteiini monipuolista
toiminnallisilta ominaisuuksiltaan
• Liukoisuus, pinta-aktiivisia Emulsiot,
maidot, vaahdot
• Denaturaatio Geelit, rakenteet
Lämpö
Happamuus
Hydrolyysi Makuaineet, biopeptidit
www.helsinki.fi/yliopisto 2017/5/10
Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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.
www.helsinki.fi/yliopisto 2017/5/10
Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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
www.helsinki.fi/yliopisto 2017/5/10
Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
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)
www.helsinki.fi/yliopisto
• Kuumennusta tarvitaan inaktivoimaan lipaasin ja
lipoksigenaasin.
10.5.2017 31
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Härkäpavun esikäsittely
suositeltavaa- ehkäiseen
papumaisen aromin
www.helsinki.fi/yliopisto 10.5.2017 32
Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta / Henkilön
nimi / Esityksen nimi
Heating forms protein aggregates
around starch granules… explains
the pasting properties
Control, unheated Microwave heated
www.helsinki.fi/yliopisto
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)
www.helsinki.fi/yliopisto
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
www.helsinki.fi/yliopisto
Kiitos
10.5.2017 36