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ID WHEAT

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Changed on: 26.01.2021

ID WHEAT - Verbesserung der Verdaulichkeit von Weizenprodukten

Durch die steigende Anzahl an Menschen mit Unverträglichkeiten wie die Weizensensitivität werden Produkte aus Weizen, besonders Gebäck, verstärkt gemieden. Neben dem Gluten, stehen Amylase-Trypsin-Inhibitoren (ATIs) in Verdacht diese Unverträglichkeit auszulösen und den Verdau negativ zu beeinflussen. Sogenannte FODMAPs (dt. „fermentierbare Oligo-, Di-, Monosaccharide und Polyole“) verstärken die Beschwerden und sind auch für Personen mit Reizdarmsyndrom prekär.

Zielsetzung

Im Projekt ID WHEAT war das Ziel, die Bekömmlichkeit von Weizengebäck über die gesamte Wertschöpfungskette von der Zucht (Saatzucht Donau) über die Vermahlung (Pfahnl Mühle) bis hin zur Bäckerei (Ströck und Haubis) zu untersuchen und zu verbessern. Dabei wurden zwei Schwerpunkte beleuchtet, einerseits eine gezielte Auswahl an Weizensorten mit geringer Menge an problematischen Inhaltsstoffen (allergene Proteine wie ATIs und FODMAPs wie Fruktane), anderseits eine Optimierung der Sauerteigführung um die genannten Inhaltstoffe abzubauen.

Selektion von Weizensorten

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Abbildung: Lineare Regression zwischen proteinbezogener Parameter (A: ATI; B: Alpha Gliadine; C: HMW; D: GLU/GLI) und Jahr der Zulassung der jeweiligen Weizensorte.

Zu Beginn des Projektes wurde eine Methode etabliert und validiert, um die Hemmung von Verdauungsenzymen wie Trypsin in Getreideprodukten untersuchen zu können. Weitere Untersuchungen zeigten auch, dass in hohen Ausmaß ATIs, aber auch andere Proteine an der Hemmung des Trypsins beteiligt sind (Call et al., 2019). Weizenproben von Versuchsfeldern der Universität für Bodenkultur (BOKU) aus dem Jahre 2017 und 2018 wurden mit dieser neuen Methode und weiteren zur Quantifizierung von Proteinen untersucht.      

Die Ergebnisse zeigten, dass alte Weizensorten (19. Jahrhundert) sich im ATI-Gehalt nicht von modernen Sorten unterscheiden. Des Weiteren ist die Menge an hoch allergenen α-Gliadinen gesunken, während die für die Backeigenschaften wichtigen HMWs gestiegen ist. Dadurch konnte die geläufige Meinung, dass alte Sorten bekömmlicher sind wiederlegt werden (Call et al., 2020). Auch eine vorherige Studie mit Weizenproben aus dem Jahre 2015 bestätigte die Ergebnisse in Hinblick auf ATIs und Züchtung (D’Amico et al., 2018). Des Weiteren konnten deutliche Unterschiede beim Vorkommen verschiedener ATIs zwischen den Weizenarten beobachtet werden, z.B. fehlt im Einkorn das CM3 Protein.

Auch bei der Trypsin-Inhibierung war ein ähnlicher Trend erkennbar, jedoch zeigten einige wenige moderne Sorten sehr hohe Trypsin Inhibierung.  Der Fruktangehalt wies eine geringe Variabilität zwischen den Sorten auf. Aufgrund dieser Daten wurden anschließend 6 moderne Weichweizensorten (Adesso, Amicus, Alessio, Arnold, Aurelius, Laurenzio) für den großflächigen Anbau ausgewählt. Um Umwelteinflüsse zu minimieren wurden alle Sorten an 4 verschiedenen Standorten angebaut, welche anschließend an der HTL-Wels unter industriellen Bedingungen vermahlenen wurden.

Optimierung der Teigführung

In Modellversuchen wurde erst untersucht, inwieweit die Mikroorganismen im Sauerteig ATIs, Gliadine und Fruktane abbauen können. Die Ergebnisse zeigten, dass Hefen bis zu 80% der Fruktane hydrolysieren können (Fraberger et al., 2108), auch ATIs und andere Proteine wie Gliadine können durch Milchsäurebakterien großteils verstoffwechselt werden (Fraberger et al., 2020). Dadurch können problematische Inhaltstoffe im Weizen mittels gezielter Auswahl der Sauerteigmikrobiota stark reduziert werden.

 

Anschließend wurden Backversuche im industriellen Maßstab bei den Firmen Ströck und Haubis durchgeführt. Zuerst wurde in einem Versuchsplan der Einfluss der Menge an Vorsauer und der Fermentationszeit für den Abbau problematischer Inhaltsstoffe mit einem Mehl der Pfahnlmühle evaluiert.

 

Der restliche Fruktan- und ATI-Gehalt war stark von der Vorsauermenge und der Fermentationszeit abhängig. Zudem wurden grundlegende Eigenschaften der Sauerteige der zwei Bäckerrein bestimmt, z.B. Mikrobiota, Säureprofil, Temperatureinfluss, usw. In weiterer Folge wurden dann Backversuche mit den ausgewählten reinsortigen Mehlen durchgeführt. Abhängig von der Sorte zeigten sich unterschiedliche Backqualitäten, der Abbau von ATIs und Fruktanen war bei allen Mehlen jedoch sehr ähnlich. Bei einer optimierten Langzeit-Führung konnte die Menge an ATIs bis zu ca. 50% und die Fruktane fast vollständig reduziert werden. Auch ein in vitro Verdau bestätigte, dass die hergestellten Sauerteiggebäcke (Semmeln und Baguettes) besser verdaubar sind als ein reines Hefegebäck. Daraus lässt sich schließen, dass die im Projekt entwickelten Sauerteiggebäcke besser bekömmlich sind und eine potentielle Alternative für Menschen mit Verdauungsproblemen oder Unverträglichkeiten darstellen können.

Ergebnisse und Ausblick

Im Zuge des Projektes konnte belegt werden, dass durch die Züchtung die Menge an ATIs in modernen Sorten nicht gesteigert wurde, die qualitätsbestimmenden Proteine sogar erhöht wurden. Des Weiteren zeigten die Experimente zur Sauerteigführung, dass bei dessen Optimierung sowohl die Menge an ATIs, als auch an Fruktanen deutlich reduziert werden könnte. In Hinblick auf die FODMAPs sogar unterhalb von vorgeschlagenen Richtwerten (siehe Varney et al. 2017). Da es jedoch noch keine Grenzwerte bezüglich der genannten Inhaltstoffe gibt und noch eindeutige medizinische Studien zu deren Wirkung beim Menschen fehlen, ist derzeit eine Vermarktung mit gesundheitsbezogenen Angaben oder speziellen Deklarationen nicht möglich. Eine kürzlich veröffentlichte Studie bestätigte die Ergebnisse des ATI-Abbaus durch Milchsäurebakterien. Des Weiteren könnte mit einem in vivo Modell mit Darmzellen von Mäusen gezeigt werden, dass eine Sauerteigführung das Entzündungspotential von ATIs stark verringern kann (Huang et al., 2020).

 

Weiterführende Studien außerhalb dieses Projektes befassten sich mit der Kornreife und Bildung von problematischen Inhaltsstoffen des Weizens (ATIs, Gluten und FODMAPs), sowie mit dem Einfluss des Klimas (Call et al., 2020b, Call et al., 2020c).

Forschungsthema: Allergene

Akronym: ID WHEAT - Improved Digestability of Wheat Bakery Products

Projektlaufzeit: 01.07.2017 - 30.09.2020

Projektleitung: Dr. Elisabeth Reiter (AGES) und Dr. Stefano D’Amico (AGES, zu Projektbeginn BOKU)

Projektkonsortium: ID WHEAT ist ein Konsortium von zwei österreichischen Forschungsinstitutionen, vier Unternehmen und der Österreichischen Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit (AGES):

  • AGES - Institut für Tierernährung und Futtermittel
  • BOKU – Institut für Lebensmitteltechnologie sowie Abteilung für Pflanzenzüchtung
  • HTL für Lebensmitteltechnologie, Getreide- und Biotechnologie in Wels
  • Ströck-Brot G.m.b.H.
  • Haubis G.m.b.H.
  • Pfahnl Backmittel G.m.b.H.
  • Saatzucht Donau G.m.b.H.

Förderstelle/Förderprogramm: Das Projekt ID WHEAT wird finanziert durch die österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG (Projekt Nr.: 858540)

Literatur

Call, L., Kapeller, M., Grausgruber, H., Reiter, E.V., Schoenlechner, R., D‘Amico, S., 2020. Effects of species and breeding on wheat protein composition. Journal of Cereal Science 93,  102974 (DOI: 10.1016/j.jcs.2020.102974).

Call, L., Haider, E., D’Amico, S., Reiter, V.E., Grausgruber, H. 2020. Synthesis and accumulation of amylase-trypsin inhibitors and FODMAPs in bread wheat (Triticum aestivum L.) during grain development. Eingereicht bei BMC Biology, Preprint verfügbar unter DOI: 10.21203/rs.3.rs-72372/v1.

Call, L., Haider, E., Reiter, E., Flamm, C., Schoenlechner, R., Grausgruber, H., D'Amico, S. 2020. Impact of environmental conditions on the occurrence of ATIs in bread wheat. In: Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs (Hrsg.), Tagungsband der 70. Jahrestagung der Vereinigung der Pflanzenzüchter und Saatgutkaufleute Österreichs, 25.-27. November 2019, Raumberg-Gumpenstein, 31-32; ISBN: 978-3-900932-73-2.

Call, L., Reiter, E.V., Wenger-Oehn, G., Strnad, I., Grausgruber, H., Schoenlechner, R., D‘Amico, S., 2019. Development of an enzymatic assay for the quantitative determination of trypsin inhibitory activity in wheat. Food Chemistry 299, 125038 (DOI: 10.1016/j.foodchem.2018.12.039).

Fraberger, V., Call, L.M., Domig, K.J., D’Amico, S., 2018. Applicability of Yeast Fermentation to Reduce Fructans and Other FODMAPs. Nutrients 10(9), 1247 (DOI: 10.3390/ nu10091247).

Fraberger, V., Ladurner, M., Nemec, A., Call, L.M., Grünwald-Gruber, C., Hochegger, R., Domig, K.J., D’Amico, S., 2020. Insights into the potential of sourdough-related lactic acid bacteria to degrade proteins in wheat. Eingereicht bei Microorganism im Oktober 2020.

D’Amico, S., Call, L., Edlmayr, M., Marzak, S., Jager, H., Domig, K., Reiter, E., and Grausgruber, H., 2018. Characterization of non-gluten proteins in Austrian wheat varieties from 19th century until today. Cereal Technology 2018 (2), 4-12 (DOI: 10.23789/1869-2303-2018-2-80).

Huang, X., Schuppan, D., Rojas Tovar, L.E., Zevallos, V.F., Loponen, J., Ganzle, M., 2020. Sourdough fermentation degrades wheat alpha-amylase/trypsin inhibitor (ATI) and reduces pro-inflammatory activity. Foods 9 (7), 943 (DOI: 10.3390/foods9070943).

Varney, J., Barrett, J., Scarlata, K., Catsos, P., Gibson, P.R., Muir, J.G. 2017. FODMAPs: food composition, defining cutoff values and international application. Journal of Gastroenterology and Hepatology 1, 53-61 (DOI: 10.1111/jgh.13698).


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