Weizen und Gluten: Technologische und gesundheitliche Aspekte

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Peer-Review-Verfahren │ Eingegangen: 09.12.2015 │ Akzeptiert: 13.05.2016

Getreide und Getreideproteine

Getreide zählt zu den weltweit be­deutendsten Rohstoffen. Auf ca. 60 % der landwirtschaftlich genutzten Flächen wird Getreide angebaut. Im Jahr 2014 wurden weltweit mehr als 2,5 Milliarden t Getreide geern­tet, wobei Mais (986 Mio. t), Weizen (727 Mio. t) und Reis (714 Mio. t) an der Spitze der Produktion stan­den [1].

Produkte aus Getreide gehö­ren zu den wichtigsten Grundnah­rungsmitteln, wobei v. a. Brot von besonderer Bedeutung ist. Obwohl Proteine mit einem mittleren Gehalt von 10 % nicht die Hauptinhalts­stoffe von Getreide darstellen, de­cken Proteine aus Getreide wegen der hohen Verzehrmengen etwa 30 % des Proteinbedarfs des Menschen.

Die Getreideproteine können nach dem von Osborne [2] entwickel­ten Extraktionsschema nach ihrer Löslichkeit in Wasser, verdünnter Salzlösung, 70 % Ethanol und ver­dünnter Essigsäure oder Alkali in die Fraktionen Albumine, Globuline, Prolamine und Gluteline eingeteilt werden. Bei den Albuminen und Globulinen handelt es sich um me­tabolische Proteine, die Funktionen während der Kornentwicklung in­nehaben. Die Prolamine und Glute­line sind Speicherproteine, die etwa 70–80 % des Kornproteins ausma­chen und im stärkehaltigen Endosperm der Getreidearten vorkom­men.

Die Prolamine liegen über­wiegend monomer vor, während der Großteil der Gluteline über­intermolekulare Disulfidbindungen polymerisiert ist und durch Reduk­tion in monomere Untereinheiten überführt werden kann. Diese sind wie die Prolamine alkohollöslich. Gängige Bezeichnungen für die Speicherproteine sind Gliadine (Pro­lamine) und Glutenine (Gluteline) aus Weizen, Hordeine aus Gerste, Secaline aus Roggen und Avenine (nur Prolamine) aus Hafer. Sowohl die Prolamin- als auch die Glutelinfraktionen enthalten zahlreiche Proteinkomponenten, die anhand homologer Aminosäuresequenzen und ähnlicher Molekulargewichte in eine hochmolekulare (HMW), eine mittelmolekulare (MMW) und eine niedermolekulare (LMW) Gruppe eingeteilt werden. Innerhalb der Gruppen werden die nah verwand­ten Proteine in einzelne Typen weiter unterteilt [3].

Zusammenfassung

Nur aus Weizenmehl entsteht nach Zugabe von Wasser durch den Kleber (Wei­zengluten) ein kohäsiver, viskoelastischer Teig mit hohem Gashaltevermögen, der dem Brot sein Volumen und die typische Krumenstruktur verleiht und als Grund­lage für eine Vielzahl an Produkten dient. Allerdings löst der Verzehr von Weizen und anderen glutenhaltigen Getreidearten wie Roggen und Gerste bei einem Teil der Bevölkerung Hypersensitivitäten wie Weizenallergie, Zöliakie oder Nicht-Zöli­akie-Glutensensitivität (NCGS) aus. Die derzeit einzige wirksame Therapie für die Betroffenen ist die strikte Einhaltung einer glutenfreien Diät oder die Vermeidung der Exposition. Für die überwiegende Mehrheit der Bevölkerung (90–95 %), bei der keine Hypersensitivität gegenüber Gluten diagnostiziert wurde, besteht aus wissenschaftlicher Sicht keine Veranlassung, auf Produkte aus glutenhaltigen Ge­treidearten zu verzichten.

Schlüsselwörter: Gluten, Backeigenschaften, Nicht-Zöliakie-Glutensensitivität, Weizenallergie, Zöliakie

Peer-reviewed │ Manuscript received: December 09, 2015 │ Revision accepted: May 13, 2016

Cereals and cereal proteins

Cereals are among the most important raw materials in the world and are grown on about 60 % of agricultural land. In 2014, more than 2.5 billion tons of cereals were harvested, the main ones being maize (986 million tons), wheat (727 million tons) and rice (714 million tons) [1]. Cereal products are among the most important staple foods, particularly bread. With a mean content of only 10 %, proteins are not the main ingredient of bread. Nevertheless, cereal proteins provide about 30 % of human protein requirements, due to the high levels of consumption.

According to the extraction scheme developed by Osborne [2], cereal proteins can be classified into the fractions of albumins, globulins, prolamins and glutelins, depending on their solubility in water, dilute salt solutions, 70 % ethanol and dilute acetic acid or alkali. The albumins and globulins are metabolic proteins, with functions during grain development. Prolamins and glutelins are storage proteins, which make up about 70–80 % of grain protein and which occur in the starchy endo- sperm of different cereal grains. Prolamins mostly occur as monomers, whereas most of the glutelins are polymers linked through intermolecular disulphide bonds which can be converted to monomeric subunits by reduction. Like the prolamins, glutelin subunits are soluble in aqueous alcohols. Common names for these storage proteins are gliadins (prolamins) and glutenins (glutelins) from wheat, hordeins from barley, secalins from rye and avenins (only prolamins) from oats. Both the prolamin and glutelin fractions contain numerous protein components; these can be classified as high molecular weight (HMW), medium molecular weight (MMW) and low molecular weight (LMW) groups on the basis of their homologous amino acid sequences and similar molecular weights. Within the groups, close- ly related proteins are subclassified into individual types (• Table 1) [3].

Summary

Among the gluten-containing cereals only wheat contains gluten that converts flour into a cohesive, viscoelastic dough after mixing with water. Due to its high gas holding capacity, wheat dough is the basis for bread with high volume and typical crumb structure as well as for a variety of different baked goods. On the other hand, in some individuals, the consumption of wheat and gluten-containing cereals, such as rye and barley, triggers hypersensitivity reactions; these include wheat allergy, coeliac disease or non-coeliac gluten sensitivity (NCGS). The only effective therapy for these individuals is to avoid exposure by strictly following a gluten-free diet. The great majority of the population (90–95%) do not exhibit hypersensitivities and have no scientific reason to avoid products from gluten-containing cereals.

Keywords: gluten, baking properties, non-coeliac gluten sensitivity, wheat allergy, coeliac disease

Den vollständigen Artikel finden Sie hier und in Ernährungs Umschau 08/16 von Seite M458 bis M467.