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Ein multidisziplinäres Forschungsgebiet

Glutenfrei = geschmacksarm?

Kein Brot, keine Pizza, keine Nudeln, kein Mehl … Zöliakiebetroffene vertragen kein Eiweiß aus Weizen, Roggen, Gerste und Hafer und müssen strenge Diät halten, um nicht krank zu werden. Doch die Forschung macht Fortschritte und erleichtert Schritt für Schritt den Umgang mit der Veranlagung. Über einige Beispiele wird hier berichtet.

Bei der Zöliakie, die auch als glutenabhängige Enteropathie bezeichnet wird, handelt es sich um eine chronisch-entzündliche Erkrankung des Dünndarms. Sie beruht auf einer lebenslangen Unverträglichkeit gegenüber den Speicherproteinen des Weizens (Gliadine und Glutenine), des Roggens (Secaline), der Gerste (Hordeine) und möglicherweise auch des Hafers (Avenine), die im Zusammenhang mit Zöliakie auch mit dem Sammelbegriff „Gluten“ bezeichnet werden [1]. Da das Gluten bei der Verarbeitung von Weizenmehl dafür sorgt, dass der Teig elastisch bleibt, Flüssigkeit gebunden wird und ein lockeres Gebäck entsteht, wird Gluten aus Weizen auch als Kleber oder Klebereiweiß bezeichnet.

Entzündliche Immunreaktion

Für die Schädigung der Dünndarmschleimhaut sind nicht die Speicherproteine selbst verantwortlich, sondern deren Bruchstücke (Peptide), die im Verdauungstrakt gebildet werden. Besonders die Abschnitte der Glutenproteine, die einen hohen Anteil der Aminosäuren Prolin und Gluta­min enthalten, können von den Protein abbauen­den Enzymen des Magens und Darms nicht vollständig gespalten werden [2]. Wenn nun diese Peptide aus mehr als acht Aminosäureresten bestehen und bestimmte Aminosäuresequenzen (Epitope) aufweisen, lösen sie bei Zöliakiekranken eine entzündliche Immunreaktion aus: Die Peptide dringen in das lymphatische Gewebe unter der Darmschleimhaut ein, werden dort vom körpereigenen Enzym Gewebstransglutaminase gezielt modifiziert und von zöliakiespezifischen Zellen gebunden. Diese stimulieren im Immunsystem T-Zellen, die daraufhin die Entzündung und Zerstörung der Darmzotten herbeiführen (Abb.1). Die Darmoberfläche verkleinert sich dabei von der Größe eines Tennisplatzes auf DIN-A4-Größe. Dadurch wird die Funktion des Dünndarms beeinträchtigt und durch die Störung der Nährstoffaufnahme kann es zu Mangelerscheinungen z.B. an Kalzium, Magnesium, Eisen oder den Vitaminen A, D, E und K kommen. Zu den typischen Symptomen der ­Zöliakie zählen Durchfall, Gewichtsverlust oder fettiger Stuhl. Bei vielen Patienten treten jedoch nur indirekte Symptome wie Knochenschwund, Blutarmut und Nachtblindheit oder unspezifische Beschwerden wie Bauchschmerzen, chronische Müdigkeit und Kraftlosigkeit auf. Derzeit ist die einzig wirksame Behandlungsmöglichkeit eine strikt glutenfreie Diät. Zöliakiepatienten müssen daher ein Leben lang auf Weizen, Roggen, Gerste und deren Produkte verzichten und regelmäßig von einem Spezialisten betreut werden. Besonders problematisch ist die vielfältige Verwendung von Gluten als technologisch wirksame Zutat in zahlreichen Fertigprodukten, sodass eine fundierte Ernährungsberatung sehr wichtig ist.


Abb.1 Dünndarmschleimhaut eines Gesunden (links) und eines Zöliakiekranken mit vollständigem Fehlen der Darmzotten (rechts).
Bild: Deutsche Zöliakiegesellschaft e.V.

Multidisziplinarität

Aufgrund des untrennbaren Zusammenhangs zwischen Zöliakie und dem sie auslösenden Faktor Gluten sind multiple Disziplinen an der Forschung beteiligt. Im medizinischen Bereich werden Studien zur Häufigkeit und Verbreitung der Zöliakie durchgeführt, um bislang unbekannte Risikofaktoren zu identifizieren, die zur Auslösung der Krankheit führen. Nachdem viele Zöliakiepatienten lange auf die richtige Dia­gnose warten müssen und diese vor allem bei Erwachsenen erschwert ist, da typische Symp­tome fehlen, werden die Tests für zöliakiespezifische Antikörper im Blut und für den genetischen Risikofaktor HLA-DQ stetig verbessert. Die Aufklärung weiterer Schritte im Entstehungs­mechanismus der Zöliakie im Dünndarm ermöglicht die Entwicklung neuer Therapiean­sätze, die auf der Blockierung einzelner Schritte beruhen oder das aufgenommene Gluten bereits im Magen abbauen. Eine Art Impfung oder Immunisierung wäre für die Betroffenen besonders wünschenswert. Über die Erforschung der einzelnen medizinischen Aspekte der Krankheit hinaus sind viele weitere Disziplinen in die Bereiche Zöliakie und Gluten involviert. Diätassis­tenten unterstützen Zöliakiepatienten nach der Diagnose dabei, ihre Ernährung auf glutenfreie Kost umzustellen und mögliche Mangelerscheinungen zu beheben. Die detaillierte Aufklärung der Patienten und ihrer Familien über die entscheidende Bedeutung der glutenfreien Ernährung ist ein zentraler Bestandteil der Therapie, um das Risiko für Langzeitfolgen und Komplikationen zu senken. Als Vertreter der Interessen der Zöliakiepatienten spielen Zöliakiegesellschaften eine wichtige Rolle, da sie das öffentliche Bewusstsein für die Erkrankung stärken, ausführliche Beratung anbieten und Veranstaltungen organisieren, mit denen sich Betroffene gegenseitig unterstützen können.

Lebensmitteltechnologen tüfteln an der Optimierung des ­Geruchs, des Geschmacks und der Konsistenz glutenfreier Backwaren und Biere und erproben die Verwendung neuer, bisher wenig genutzter, glutenfreier Zutaten, beispielsweise aus Buchweizen, Quinoa und Amaranth. In Zusammenarbeit mit Ernährungswissenschaftlern sollen in glutenfreien Produkten zudem wichtige Qualitätsparameter wie der Gehalt an Vitaminen, Mineralstoffen und Ballaststoffen sowie die biologische Wertigkeit der Proteine verbessert werden. Genetiker und Pflanzenzüchter arbeiten daran, ursprünglich glutenhaltige Getreidearten durch Züchtung oder gezielte ­Auswahl von genetischen Varianten glutenarm oder sogar glutenfrei zu machen. Lebensmittelchemiker und -analytiker entwickeln Methoden zum spezifischen Nachweis von Gluten in Lebensmitteln, um die Einhaltung des gesetzlich festgelegten Grenzwerts von 20mg Gluten/kg für gluten­freie Lebensmittel überprüfen zu können und so die Sicherheit der Produkte für Zöliakiepatienten zu gewährleisten. Die Gesetzgebung ist auf internationaler (Codex Alimentarius und Europäische Union) und ­nationaler Ebene an der Festlegung von Grenzwerten für glutenfreie ­Lebensmittel sowie deren Kennzeichnung und Überwachung beteiligt. Trotz ihrer teilweise sehr unterschiedlichen Schwerpunkte haben alle beteiligten Disziplinen das gemeinsame Ziel, das Thema Zöliakie und Gluten in all seinen Facetten besser zu verstehen, um Zöliakiepatienten den Umgang mit der Krankheit zu erleichtern.

Abbau von Gluten direkt im Rohstoff oder im Lebensmittel

Ein Ansatz der aktuellen Forschung besteht in dem Bestreben, Gluten direkt im Rohstoff (z.B. Stärke) oder im Lebensmittel (z.B. Getränke wie Malzbier) mittels Enzymen (Prolylendopetidasen, PEP) abzubauen [3], um so glutenfreie Lebensmittel herzustellen. Hier gibt es bereits Erfolge; so sind etwa in Deutschland, Spanien und Finnland glutenfreie Biere auf Gerstenbasis im Handel erhältlich. Die Hersteller von glutenfreien Backwaren würden für ihre Produkte gerne glutenfreie Weizenstärke einsetzen, weil diese im Vergleich zu Stärken aus zöliakieverträglichen Rohstoffen bessere technologische Eigenschaften aufweist. Dazu muss die Weizenstärke jedoch glutenfrei sein. Der Abbau von Gluten gelingt durch Behandlung mit PEP, ohne dass sich die Eigenschaften der Stärke verschlechtern. Es muss allerdings darauf geachtet werden, dass die Behandlung bei leicht saurem pH-Wert durchgeführt wird (Abb.2) [4].


Abb.2 Glutengehalt dreier Weizenstärken nach Behandlung (50 °C, 4 h) mit der Prolylendopeptidase AN-PEP in Abhängigkeit vom pH-Wert. Die Ausgangs-Glutengehalte der Stärken 1, 2 und 3 betrugen 110, 1679 und 2070mg/kg. Der Glutengehalt wurde mit einem kommerziellen ELISA-Kit bestimmt (LOQ: unterhalb der Bestimmungsgrenze des ELISA-Kits; d.h. glutenfrei).


Abb.3 Wiederfindung von Gluten in Proben, die Mehle, Prolamine und Gluteline aus verschiedenen Getreidearten enthielten. Der Glutengehalt betrug jeweils 30mg/kg (=100 %).

„PEP-Pille“

Ein weiterer Forschungsansatz ist die so genannte „PEP-Pille“, die als Medi­kament oder Nahrungsergänzungsmittel eingesetzt werden könnte [5]. Dabei würden die Betroffenen glutenhaltige Nahrung gemeinsam mit einem als Pille verpackten PEP-Präparat aufnehmen. Die Peptidasen spalten das mit der Nahrung zugeführte Gluten bereits im Magen und bauen die schädlichen Peptide so weit ab, dass im Dünndarm keine Immunreaktion mehr hervorgerufen wird. Auf diese Weise könnte der Zöliakiebetroffene auch glutenhaltige Lebensmittel zu sich nehmen. Diese Präparate befinden sich derzeit in der Testphase. Eine solche Pille könnte die Diätgewohnheiten der Betroffenen revolutionieren. Allerdings sollte dabei bedacht werden, dass viele Patienten die Diät völlig aussetzen und nur noch die Tablette schlucken würden. Außerdem ist unklar, welche Menge an Gluten durch eine Pille abgebaut werden kann.

Nachweis von Gluten in Lebensmitteln

Die Analyse von Gluten in (glutenfreien) Lebensmitteln ist eine Herausforderung. Derzeit sind immunchemische Methoden (ELISA – Enzyme Linked Immuno Sorbent Assay) auf der Basis verschiedener gluten­spezifischer Antikörper am verbreitetsten. Sie sind einfach durchführbar, empfindlich, selektiv und benötigen keine aufwändige Ausrüstung. ­Probleme resultieren insbesondere aus der Komplexität des Glutens, das aus hunderten von Einzelproteinen besteht, sowie aus der unterschiedlichen Spezifität der eingesetzten Antikörper für verschiedene Proteintypen und Getreidearten. Dies zeigten Untersuchungen, bei denen Mehle, Prolamine (ethanollöslicher Teil des Glutens) und Gluteline (ethanolunlöslicher Teil des Glutens) verschiedener Getreidearten mit Reisstärke auf einen Glutengehalt von 30mg/kg eingestellt wurden. Die Analyse der Proben mit einem kommerziellen ELISA zeigte große Unterschiede der gemessenen Konzentrationen hinsichtlich der Getreideart und der Proteinfraktion (Abb.3). Mit heute verwendeten ELISA-Methoden wird außerdem nur der Prolaminanteil des Glutens bestimmt, der dann laut Codex Alimentarius durch Multiplikation mit dem Faktor 2 in den Glutengehalt umgerechnet wird. Untersuchungen haben aber gezeigt, dass der Prolaminanteil des Glutens aus verschiedenen Getreidearten stark schwankt, sodass die Berechnung des Glutengehaltes aus dem Prolamingehalt häufig zu falschen Ergebnissen führt [6]. Daher wird intensiv nach Methoden gesucht, mit denen der Glutengehalt unabhängig von der Getreideart zuverlässig ermittelt werden kann.

LC-MS für die Quantifizierung von Gluten?

Flüssigkeitschromatografie-Massenspektro­metrie (LC-MS) ist derzeit eine der leistungs­fähigsten analytischen Techniken. Glutenanalytik mittels LC-MS beinhaltet die enzymatische Spaltung des Glutens in Peptide, deren Quantifizierung und Umrechnung der Peptid- in Gluten­gehalte. Kürzlich wurde eine LC-MS-Methode zur Quantifizierung von Glutenpeptiden in unverarbeiteten und verarbeiteten Lebensmitteln entwickelt [7]. Dabei werden sechs als immunogen bekannte Gluten-Markerpeptide sehr empfindlich quantifiziert. Da diese Peptide in verschiedenen Lebens­mitteln in unterschiedlichen Mengenverhältnissen vorliegen, ist die Berechnung der Gluten­konzentration aus den Peptidkonzentrationen derzeit allerdings nicht möglich. Dies wäre aber nach dem Codex Alimentarius und anderen rechtlichen Regelungen erforderlich, da nicht der Peptidgehalt, sondern der Protein(Gluten)gehalt darüber entscheidet, ob ein Lebensmittel als glutenfrei bezeichnet werden darf oder nicht. Auf­grund dieser Problematik wird intensiv weiter geforscht, um die LC-MS als zuverlässige Referenz­methode zur Gluten­bestimmung zu etablieren.

Literatur

[1] Wieser, H. & Koehler, P. (2008) Cereal Chem. 85, 1–13
[2] Wieser, H. et al. (2013) Cereal Foods World 57, 2151224
[3] Stepniak, D. et al. (2006) Am. J. Physiol. 291, G6211629
[4] Walter, T. et al. (2014) J. Cereal Sci. 60, 202–209
[5] Mitea, C. et al. (2008) Gut 57, 25132
[6] Wieser, H. & Koehler, P. (2009) Eur. Food Res. Technol. 229, 9113
[7] Sealey-Voyksner, J. et al. (2010) J. Chromatogr. A 1217, 416714183

Bild: © fotolia.com| Africa Studio

L&M 6 / 2014

Diese Artikel wurden veröffentlicht in Ausgabe L&M 6 / 2014.
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