ERIHYVÄ - Erityisruokavaliot, tarpeita ja mahdollisuuksia Tutkimus, tuotekehitys ja analytiikka , Kokouskeskus Mauno, Turku

Transkriptio

1 Kuvat leipätiedotus ja keliakialiitto 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 , Kokouskeskus Mauno, Turku,

2 Sisältö 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

3 Gluteenialtistus Autoimmuunisairaudet Allergia Ei allergia Ei autoimmuuni Keliakia, 2 % Ihokeliakia Vehnä/vilja-allergia Astma Ruoka-allergia Vehnäherkkyys, 6 % (myös gluteeniherkkyys) Iho-oireet kosketusherkkyys Ataksia, hermosto-oire Vehnään liittyvä anafylaktinen rasitusreaktio Muokattu; Fassano ym. Gastroenterology 2015;148:

4 Keliakian syntymekanismi Gluteeni Vehnän, ohran ja rukiin prolamiinit Gliadiini deamidoituna Tulehdusaineita syntyy Perinnöllisesti määräytynyt, esittelee antigeenin T-solulle Vasta-aineita syntyy

5 Viljojen sukulaisuus ja evoluutio; kaura eronnut aiemmin muista tutuista viljoista Vehnä Viljojen esi-isä Kaura Ohra Riisi diploidi Kaura heksaploidi Riisi Ruis Hirssi Ohra diploidi Maissi Durra Vehnä heksa-, tetra-,diploidi Ruis diploidi Prolamiini varastoi glutamiinia ja proliinia, toistorakenteita

6 Gluteenittomien leipien ravintoarvojen vertailu ruisleipään Viljatuotteista Tärkkelys Leivät Tattari Ruis Pohjoismaiset suositukset päivittäinen saanti Kuitua Rautaa

7 Gluteenittomat mallasuutteet Suomesta 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 J. Cereal Sci 56: Monia käyttömahdollisuuksia; leivonnassa, makulisänä Gluteenittominen viljojen maltaat, esim. kaurasta? (Crisp, UK, ei-gluteeniton kauramallas)

8 Gluteenitonta ruisraski? 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

9 Proteolyysi raskituksessa Maitohappoa >>Hapantuminen Rukiin peptidaasit aktivoituvat ph < 4 Mikrobien (maitohappobakteerit ja hiiva) ja rukiin glutationi pelkistää gluteenia (pilkkoutuu) 2 GSH >> GSSG gluteeni S-S gluteeni >> 2 gluteenipeptidiä Gluteeni osin liukenee, aukeaa Gluteeni pilkkoutuu Gluteeni pilkkoutuu Rukiin ja mikrobien peptidaasit Aminohappoja ja pieniä peptidejä

10 Mallastetun rukiin (GRSD) raskituksessa gluteeni pilkkoutuu h 0h GRSD L. reuteri RSD L. reuteri Loponen ym J. Agric. Food Chem.,57,

11 Milloin kannattaa ryhtyä valmistamaan gluteenitonta ruisraskia? Ruismallasta, idätettyä ruista Suomessa, Laihian Mallas Oy Raskitusprosessi hallinnassa Prolyyliendopeptidaasia, Esimerkiksi Brewer s Clarex, käytetään oluen proteiinisaostumien hajottamiseen. DSM: S/products/enzymes/brewing/brewers-clarex.html Gluteenittomuuden analytiikkaan perehtyminen suositeltavaa, omassa talossa

12 Gluteeniton teollinen leivonta Tattarileipä 4,6% kuitua (Vuohela, Fi) Esikuva ruisleivonnassa, taikinatulos (TT) korkea, taikina tarttuvaa Konsistenssi valinta; vedensidonta riippuu jauhotyypistä, partikkelikoosta; TT= Hydrokolloidin valinta; selloosajohdannaiset (CMC, HPMC), siemenlimat (psyllium, guarkumi), mikrobiaaliset (ksantaani), seokset 1 % jauhojen painosta Sekoituksen optimointi Kuivaraskit; tattari ja riisi Mallasuutteet Kaurataikinaan ruismallasuutetta

13 Pseudoviljat (valeviljat), palkoviljat, juurekset, mukulat 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

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

15 Kauran ainutlaatuisuus suomalaisena ravintokasvina 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

16 Kauran proteiinien ainutlaatuisuus 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 Globuliinin perusrakenne

17 Prolamiinien erottelu geelilevyllä Prolamiinit uutettu 60 % etanolilla (1,3,5,7) ja osa pelkistetty (2,4,6,8) Molekyylipainonäyte, M g/mol Vehnä gliadiini +gluteniini Ohra hordeiini Ruis sekaliini Kaura aveniini M Prolamiinin osuus 80 % 60 % 60 % 10 %

18 Kauran proteinin liukoisuus riippuu ph:sta ja suolasta (NaCl) 0; 0,05; 0,5 ja 1 M NaCl Loponen et al (2006)

19 Kauran proteiinin liukoisuus paranee deamidoinnilla Happokäsittely Proteiini-Glutaminaasi, PG Amano 50, Amano Enzymes Inc., Japan

20 Kliiniset kokeet (>16 kpl) ympäri maailmaa osoittaneet että kaura sopii keliaakikon ruokavalioon Janatuinen ym osoitti I tieteellisesti kontrolloidulla tutkimuksella että kaura sopii. 15 kontroloitua tutkimusta varmistanut kauran sopivuuden. Pulido ym, Advances in Food and Nutrition Research, Volume 57 (Health Canada). 1 norjalainen henkilö kehitti keliakian oireet kaurasta kliinisessa kokeessa (Lundin ym. 2003)

21 Suomessa keliaakikot käyttävät kauraa (Peräaho ym 2004) > 73 % keliaakikoista käytti kauraa > 55 % ihokeliaalikoista käytti kauraa Elämän laatu paranee Mieto maku Käytön helppous Puhdaskauratuotteita saatavilla Monipuolistaa ruokavaliota Kohtuullinen hinta

22 Kasarda 1996, 1997: Vehnän alfa-gliadiinin aminohappokoostumus sisältää monia haitallisia rakenteita keliaakikolle Vehnä, ruis, ohra: QQQPFP Vehnä, ruis, ohra, kaura: QQQPF Vehnä, ruis, ohra, kaura maissi, riisi: QQQP 33 aminohapon pätkä (33-meeri) ei pilkkoudu, pääsee ohutsuoleen (keltaisella) 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)

23 Voiko kauralajike olla haitallinen kliininen todiste puuttuu 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 x pienempää kuin vehnän gliadiiniin. G12 vasta-aineella kauran lajikenäytteissä. 33-meerin tunnistusta Mujico ym. (2011),T-solulinjat jotka reaktiivisia gliadiinille reagoivat myös joidenkin kauralajikkeiden aveniini-peptideille Peruste kauralaijkkeiden seulonnalle. Comino ym. Gut 2011;60: Kauran turvallisuus todistettu kliinisesti!!!

24 Peltoviljat, sato, tuotanto Suomessa Peltoviljat Sato (1000 kg/ha) Proteiinipitoisuus % Proteiini saanto (kg/ha) Tuontanto (t/vuosi) Proteiinia (milj.kg) Ohra Kaura Vehnä Rypsi (rypsi, Brassica rapa oleifera) Rapsi (rapsi, Brassica napus oleifera) , Hamppu Herne Härkäpapu % tuotannosta rehuksi 15 % ihmisten käyttöön Lähde:

25 Palkoviljojen ja viljojen ravintoarvoja Palkovilja Vehnä Kaura Maissi Durra Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön 2017/5/10

26 Härkäpapujauho on tunnettu jo antiikin Kreikassa leivontajauhona Kreikan kielessä härkäpapujauho oli puanos. Jauhoa käytettiin leipien leivontaan Kreikassa ja Roomassa, latinaksi sana pan = leipä tulee tästä sanasta. Härkäpapujauhoa Pan Härkäpapuja maailmalta Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön 2017/5/10 26

27 Palkoviljojen proteiini monipuolista toiminnallisilta ominaisuuksiltaan Liukoisuus, pinta-aktiivisia Denaturaatio Lämpö Happamuus Hydrolyysi Emulsiot, maidot, vaahdot Geelit, rakenteet Makuaineet, biopeptidit

28 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 lamella Uebersax et al. (1989).In Lukas et al. Food Uses of Whole Oil and Protein Seeds. Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön 2017/5/10

29 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 Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön 2017/5/10

30 Viskositeetti/ cp Viskositeetti/ cp Härkäpavun liisteröityminen; 10 lajiketta RVA (Rapid Visco Analyser) Amyloosia %, hitaasti sulavaa Härkäpapujauho Härkäpaputärkkelys 25.0 ml vettä g jauhoa / 3.00g tärkkelystä (14 %:n kosteudessa) Maatalous-metsä tieteellinen tiedekunta / Henkilön 2017/5/10

31 Härkäpavun esikäsittely suositeltavaa- ehkäiseen papumaisen aromin Kuumennusta tarvitaan inaktivoimaan lipaasin ja lipoksigenaasin

32 Heating forms protein aggregates around starch granules explains the pasting properties Control, unheated Microwave heated

33 Water Absorption (%) Papujauhot lisäävät vedensidontaa Tässä lupiinilisäys vehnäjauhoihin Farinografi-vedensidonta suurenee Boruta Haags Blaue Campos & El-Dash (1978) Lupiinin osuus (%)

34 Koeleivonta lupiinilla Taikinan sekoitusominaisuudet 8 min mixing 10% Lupin substitution 9 min mixing 20% Lupin substitution -Neutraali maku -Voimakkaan keltainen sisus - Ominaistilavuus pienenee % 4,2 3,5 3,2 ominaistilavuus (tilavuus/ paino)

35 Xin Huang, defended thesis 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 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, preprocessing, dehulling, heat treatment, fractionation, aqueous processing. Research

36 Kiitos