Оригинални статии

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

Резюме

Нарастващото разпространение на непоносимост към глутен поражда необходимостта от разширяване на гамата от продукти, които са подходящи за целиакия. Обикновено това означава създаване на продукти без глутен (GF). Ограничени количества пшеница обаче могат да се консумират безопасно от някои хора с умерена непоносимост към глутен. В това проучване ние се опитахме да произведем висококачествен хляб с намалена имунореактивност на протеини от пшенично брашно чрез частично заместване на пшеничното брашно с пшенично нишесте и чрез използване на млечнокисела ферментация. Получената имунореактивност на хляба беше определена с помощта на метода на ензимно-свързан имуносорбентен анализ (ELISA) и сравнена с тази на обикновения пшеничен хляб. Комбинацията от модификация и ферментация на смес от брашно понижава имунния отговор в пробите от усвоен хляб с повече от 90% в случай на анти-QQQPP пептидни антитела и с над 40% за човешки анти-глиадинови антитела.

хипоалергичен

Въведение

Консумацията на хляб при генетично податливи индивиди може да предизвика различни нежелани ефекти. Типичните реакции включват стомашно-чревни разстройства като хронична диария, недохранване, загуба на тегло, мастни изпражнения, коремни болки и подуване на корема. Тези симптоми се диагностицират като цьолиакия (CD), която е хронично имунологично заболяване, предизвикано от поглъщане на храна, съдържаща глутен (Lohi et al., 2007; Shan et al., 2002). Изчислено е, че CD е едно от най-разпространените генетично индуцирани заболявания и че приблизително 1% от световното население страда от непоносимост към глутен (Green & Jabri, 2003; Niewinski, 2008). Разпространението на CD се увеличи рязко през последните години, въпреки че подобрените нива на откриване са най-често цитираната причина (Lohi et al., 2007; Niewinski, 2008). Пред лицето на постоянно нарастващия брой хора, страдащи от непоносимост към глутен, трябва да се правят опити за разширяване на гамата от продукти, които могат да се консумират.

За щастие лечението на CD не винаги изисква пълно отстраняване на глутена от диетата на пациента. Степента на непоносимост към глутен варира при отделните индивиди. Някои пациенти трябва да живеят на строга GF диета, с храна само от естествени GF източници, докато има други, които могат да понасят диета с ниско съдържание на глутен (Catassi et al., 1993; Montgomery, Goka, Kumar, Farthing, & Clark, 1988). По този начин, ограничени количества пшеница с понижена имунореактивност могат да се консумират безопасно от онези, които са с непоносимост към глутен, но чиято чувствителност е умерена.

Много изследвания показват, че пшеничното брашно става хипоалергенно чрез хидролиза на пептидни връзки. Различни методи за биообработка се оказаха ефективни и имат различни нива на въздействие върху реологичните, биохимичните и имунологичните характеристики на брашното (Susanna & Prabhasankar, 2011). Напоследък ферментацията на заквасено тесто получи повишен интерес като инструмент за намаляване на имунореактивността на пшеничното брашно (Gobbetti, Rizzello, Di Cagno и De Angelis, 2007; Moroni, Dal Bello и Arendt, 2009). Закваската е смес от брашно и вода, ферментирала от млечнокисели бактерии (LAB) и дрожди, които не само определят киселинността, аромата и втасването на брашна, но и подобряват техните хлебни и хранителни качества (Ganzle, Loponen, & Gobbetti, 2008; Poutanen, Flander, & Katina, 2009; Thiele, Grassl, & Gänzle, 2004). Доказано е, че микроорганизмите, пребиваващи в закваска, разкриват сложна метаболитна активност, водеща до хидролиза на глиадини, отговорни за възпаления при CD (De Angelis et al., 2006; Di Cagno et al., 2002; Leszczynska et al., 2009; Loponen, Mikola, Katina, Sontag-Strohm, & Salovaara, 2004; Rizzello, De Angelis, Coda, & Gobbetti, 2006; Rollan, De Angelis, Gobbetti, & de Valdez, 2005). Няколко лаборатории вече са започнали изследвания за производството на пшеничен хляб с ниска имунореактивност за целиакия (Di Cagno et al., 2004; Leszczynska, Diowksz, Lacka, Wolska, & Bartos, 2012; Moroni et al., 2009; Rizzello et al., 2006). Въпреки това, поради свързаните технически трудности, все още има спешна нужда от по-широко проучване за това как да се приготвят хлябове, които са подходящи за хора с непоносимост или алергия към глутен. Целта на това проучване е да се произведе висококачествен хляб с намалена имунореактивност на протеини от пшенично брашно, който може да разнообрази ястията, консумирани от страдащите от умерена непоносимост към глутен.

Материали и методи

Приготвяне на хляб

Съставът на брашнените смеси, използвани при изпитванията за печене, се основава на пшенично брашно (пшенично брашно тип 500 ‘Szymanowska’), пшенично нишесте (Meritena 200) и ферментирало пшенично брашно (пшенична закваска - вж. Ферментация на закваска по-долу), използвани в различни пропорции (Таблица 1). В някои рецепти гуарова гума (Brenntag, Полша) се използва като заместител на глутена.

Публикувано онлайн:

Таблица 1. Състав на тестото, използвано в изпитванията за печене.

Всички съставки (Таблица 1) се смесват при скорост 1 за 3 минути и тестото се меси при скорост 2 в продължение на 7 минути с помощта на Bosch ProfiMixx 46. След това тестото се разделя на порции от 400 g и се поставя във формите. Втасването се извършва при 30 ° С в продължение на 45 минути. Хлябът се пече при 230 ° C в продължение на 30 минути с пара с ниско налягане, въведена във фурната (Полин, Верона, Италия) в началото на процеса на печене.

Обучен сензорен панел оценява качеството на хлябовете според метода за оценяване на полските стандарти (Polish Standards, 1996). Техните проверки включват сензорни анализи и инструментална оценка на обема на хляба, влагата и киселинността на трохите. Сериозните дефекти на хляба водят до загуба на точки в оценката. Хлябовете бяха поставени в категории според общия им резултат. Първият клас съответстваше на 40–36 точки, вторият на 35–31, третият на 30–26 и четвъртият на 25–8 точки. Хлябовете с по-малко от 8 точки бяха дисквалифицирани.

Ферментация на закваска

Пшеничната закваска (Таблица 2) се приготвя съгласно едноетапния процес на ферментация. Стартовата култура беше съставена от Лактобацилус LAB (Lb.plantarum ЗАКЛЮЧВАНЕ-0858, Lb.sanfranciscensis DSMZ-20663 и Lb.brevis DSMZ-1267), култивиран при 30 ° C в продължение на 24 часа в лактобацили MRS бульон (Difco, САЩ) и дрожди Saccharomyces cerevisiae LOCK-K1 се култивира предварително при 30 ° C за 24 часа в YPG среда (BTL, Полша). Щамовете произхождат от колекцията Pure Cultures на Института по ферментационни технологии и микробиология - LOCK 105 (LOCK) - и от немската колекция Deutsche Sammlung von Mikroorganizmem und Zellkulturen GmbH (DSMZ).

Публикувано онлайн:

Таблица 2. Състав на закваска.

Ферментацията се извършва при температура 30 ° С в продължение на 24 часа. Закваската след ферментация служи като източник на ферментирало брашно (Таблица 1), използвана в опитите за печене.

Определяне на имунореактивността

Симулирано храносмилане

Инвитро храносмилането се извършва в съответствие с експерименталните условия, предложени от Berti, Trovato, Bardella и Forlani (2003): 1 час инкубация с пепсин при 37 ° С, рН 2,0, последвано от 1 час инкубация с трипсин при 37 ° С, рН 8,3, със съотношение ензим към субстрат 1:30.

Статистически анализ

Резултатите бяха изчислени като средни и стандартни отклонения на трикратни определяния. Статистическата значимост на данните е определена от студент т-тест. A стр стойност под 0,05 се счита за статистически значима.

Резултати и дискусия

Основната цел на нашето изследване беше да се получи продукт с ниско съдържание на глутен със сензорни характеристики, подобни на тези на обикновения пшеничен хляб. Бяха проучени два алтернативни начина: единият използва пшенично нишесте за намаляване на първоначалното съдържание на глутен в брашнената смес, а другият разчита на LAB протеолитична активност по време на ферментацията на закваска, за да намали имунореактивността на крайния хляб. В предварителните проучвания беше показано, че пшеничното брашно може да бъде заменено с пшенично нишесте в количества до 50% (рецепта за тесто № 2) с приемливи резултати (Фигура 1). Въпреки това, общото качество на хляба беше понижено с три класа на качество в сравнение с контролния пшеничен хляб (рецепта за тесто № 1). Това се дължи главно на лошото сетивно качество, особено на по-лошата структура на хляба.

Публикувано онлайн:

Gan, Rafael, Cato и Small (2001) твърдят, че за постигане на приемливо качество на хляба и без добавяне на заместител на глутен, максимум 30% от пшеничното брашно може да бъде заменено с оризово брашно. Реологията на пшеничните теста и произтичащият от тях обем на хляба се определят главно от глутенови протеини (Ganzle et al., 2008). Свойствата на глутена стават очевидни, когато брашното се хидратира, дава разтегателно тесто, с добри газодържащи свойства и добра структура на трохи, когато се пече (Gallagher et al., 2004). Следователно се очакваше, че намаляването на съдържанието на глутен наполовина ще окаже неблагоприятно въздействие върху качеството и външния вид на хляба.

Резултатите бяха още по-лоши, когато освен частично заместване на пшеничното брашно, вместо неферментирало брашно се използва пшенична закваска (рецепта за тесто № 3). Thiele et al. (2004) показват, че протеолизата по време на ферментацията на заквасеното тесто и реологичните последици от разграждането на глутена са свързани главно с pH-медиираното активиране на зърнените ензими. Подкисляването и намаляването на дисулфидните глутенови връзки чрез LAB повишават активността на зърнените протеази (Ganzle et al., 2008). Първичната протеолиза се причинява от ендогенни ензими от пшеница, които се активират от ниско рН. След това по-нататъшната хидролиза на пептиди се причинява от вътреклетъчни пептидази на LAB по специфичен за щама начин (Di Cagno et al., 2002). Разграждането на структурата на глутеновия протеин в закваските е решаващ фактор за загубата на вискоеластични свойства в крайното тесто. Глутенът е от решаващо значение за водозадържащата способност на тестото и за задържането на газове по време на ферментацията (Arendt, Morrissey, Moore и Dal Bello, 2008). Въпреки че в нашите експерименти обемът на хляба изглежда се увеличаваше, напречното сечение на питките разкриваше необичайно големи газови клетки и кора, издаващи се върху трохичката, което показва, че увеличаването на обема на хляба е само очевидно. Такива тежки дефекти доведоха до хляба, който беше дисквалифициран при оценката на качеството. По този начин, както предполагат някои автори (Di Cagno et al., 2004; Rizzello et al., 2006), закваската с удължено време на ферментация не е подходяща за производство на хляб и може да бъде включена само като печене в рецептите на GF.

Тъй като реологичните характеристики на тестото бяха силно повлияни както от частичното заместване на пшеничното брашно с нишесте, така и от процеса на ферментация, добавянето на добавки за изграждане на структурата беше необходимо, за да стане тестото подходящо за производство на хляб. Използването на хидроколоиди представлява най-широко разпространеният подход, използван за имитиране на глутен при производството на хляб GF (BeMiller, 2008). За да се получи желаната текстура и външен вид в преработения хляб, беше добавена гума гуар (рецепти за тесто № 4 и № 5). Използването на гуар доведе до значително значително увеличаване на обема на хляба и подобряване на структурата на трохите с по-равномерно разпределение на размера на клетките. Въздействието беше особено изразено при хляба, приготвен от смес от пшенично нишесте и ферментирало брашно (рецепта за тесто № 5). Специфичният обем хляб е толкова висок, колкото в контролната проба, а структурата и вкусът са сравними с тези на традиционните пшенични хлябове. Установено е, че включването на гуар като алтернатива на глутена значително подобрява качеството на зърнените трохи и общата оценка на хляба.

Успех по отношение на постигнатото качество обаче не беше достатъчен за изпълнение на задачата. Изисква се потвърждение на ефективността по отношение на намаляване на имунореактивността. На първо място беше тестван процесът на ферментация на закваска. Имунореактивността на тестото преди (неферментирало тесто) и след ферментация на закваска (ферментирало тесто) е сравнена (Таблица 3).

Публикувано онлайн:

Таблица 3. Сравнение на имунореактивността на неферментирало и ферментирало тесто и хляб, приготвени от пшенично брашно и нишестена смес (означава ± SD; н = 3).

Резултатите, получени с двата типа антитела, са много последователни. Ферментацията на пшеничното брашно, започната от бактериално-дрождова закваска, доведе до ок. 45% намаляване на имунния отговор. Предишни проучвания (De Angelis et al., 2006; Di Cagno et al., 2002; Leszczynska et al., 2009; Loponen et al., 2004; Rizzello et al., 2006; Rollan et al., 2005) също потвърждават полезността на LAB като ефективен инструмент за намаляване на пшеничните алергени, въпреки че не всички щамове разкриват еднакъв капацитет за хидролиза на фракция на глиадин. Началната култура, приложена в процеса на ферментация, не е съставена на случаен принцип. Избраните щамове бяха изследвани преди това за способността им да разрушават глиадиновите епитопи, разпознати от антитела от серумите на пациенти с CD (Leszczynska et al., 2009). De Angelis и сътр. (2006) отбелязват, че смесените култури намаляват имуноактивността по-ефективно от единичните щамове поради сложното действие на протеолитичните ензими със зависима от щама специфичност. Такава програмирана протеолиза в комбинация с частично заместване на брашно с пшенично нишесте може да намали нивата на глутен до такава степен, че получените продукти да се понасят от пациенти с целиакия.

Трябва обаче да се вземе предвид, че зърнените алергени претърпяват допълнителни значителни модификации в зависимост от вида на преработката на храната, на която са подложени. Термичната обработка, по-специално, на която са подложени печени изделия по време на производството, може да повлияе на антигенността на хранителните протеини. Смята се, че печенето повишава имунореактивността на пшеничното брашно чрез въвеждане на нови антигени в резултат на реакцията на Maillard (Davis, Smales, & James, 2001; Simonato et al., 2001). Тези наблюдения бяха потвърдени от нашето проучване. Като се има предвид, че количеството пшенично брашно в рецептите за хляб е намалено наполовина, може да се очаква получената имунореактивност на хляба също да бъде с 50% по-ниска поради „разреждането“ на глутена чрез добавяне на нишесте. Анализът на пробите хляб (Таблица 3) демонстрира известно намаляване на имунореактивността им, но резултатите не са толкова добри, колкото се очаква. Независимо от това, имунореактивността на хляба, направен с ферментирало брашно, съответства на разликата, получена на етапа на ферментация (около 45%).

Промените, които се случват в храносмилателния тракт на пациента, са също толкова важни по отношение на токсичността на глиадин, колкото и термичната конверсия по време на печене. Само пробите, подложени на симулирано храносмилане, съответстват на това как полипептидите, които се съдържат, си взаимодействат в организма. По време на храносмилането, получените от проламин полипептиди, богати на пролин и глутамин, се освобождават и предизвикват Т-клетъчно-медиирани имунни отговори при пациенти с целиакия (Ganzle et al., 2008). Ефективността на предложения метод за преработка на пшенично брашно при понижаване на имунореактивността на глиадини в хляба е напълно потвърдена в пробите, изложени на храносмилане (Таблица 4).

Публикувано онлайн:

Таблица 4. Оставаща имунореактивност на проби от хляб, изложени на симулирано храносмилане (означава ± SD; н = 3).

Имунореактивността на хляба, първоначално намалена чрез добавяне на нишесте към пшеничното брашно, използвано за печене, беше допълнително намалена от процеса на ферментация. Нивото на оставащата имунореактивност зависи от вида антитела, използвани при измерванията. Окончателният спад на имунния отговор надхвърля 90% в случай на анти-QQQPP пептидни антитела и 40% за човешки анти-глиадинови антитела. Обикновено се казва, че стомашно-чревните ензими не могат да разграждат зърнените алергени, които достигат до червата непроменени, където предизвикват имунен отговор (Astwood, Leach, & Fuchs, 1996). Но също така е съобщено, че глиадините, които са останали нехидролизирани по време на ферментацията, са по-податливи на протеолиза в храносмилателния тракт и че продуктите от тази реакция показват малка или никаква целиакия (De Angelis et al. 2006; Di Cagno et al., 2004 ).

Заключения

Ефективността на ферментацията на закваска за намаляване на имунореактивността на пшеницата предлага обещаваща перспектива за производството на печени изделия, които могат да се консумират от хора с умерена непоносимост към глутен. Ферментацията на пшенично брашно с избрана LAB и комбинацията му с нишесте, добавено към тестото, може да представлява нов метод за печене на качествени хлябове с ниско съдържание на глутен. Подобна хипоалергенна рецепта на основата на пшеница би представлявала безопасна и ефективна алтернатива за лица с непоносимост към глутен. Контролираната протеолиза в пшеничното тесто може да намали нивото на глутен до такава степен, че полученият продукт да се понася добре. Очакваното ниво на остатъчна имунореактивност в крайния продукт зависи от вида на антителата, използвани при анализа. Дали предложеният метод за производство на хипоалергичен хляб може да се използва в бъдеще за производство на безопасни продукти за чувствителни към глутен хора, остава да се реши чрез клинични изпитвания.