Der Weizen zählt aufgrund seiner Inhaltsstoffe wie Stärke, Proteine, Vitamine und Mineralstoffe zu den wichtigsten Nutzpflanzen für die menschliche Ernährung. Da sein Kleberprotein, das Gluten, im Pflanzenreich einzigartig und für die Herstellung voluminöser Backwaren unersetzlich ist, handelt es sich dabei um einen der bedeutendsten Rohstoffe in der Backwarenindustrie [1].
Allerdings werden insbesondere Menschen im Erwachsenenalter immer häufiger mit der Diagnose einer Glutenunverträglichkeit, der Zöliakie, konfrontiert. Aus diesem Grund wird es für die Lebensmittelindustrie zunehmend wichtiger, glutenfreie Lebensmittel herzustellen, um den Bedürfnissen der Betroffenen gerecht zu werden [2].
Neben der klassischen Form der Zöliakie mit Symptomen wie Durchfall, Gewichtsverlust, Mangelerscheinungen und Blähungen, haben die „atypischen“ Verlaufsformen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Darunter fallen Patienten mit einer sogenannten „stummen“ oder auch einer „potenziellen“ Zöliakie [2].
Die Prävalenz der Zöliakie liegt zwischen 1% und 2% der Gesamtbevölkerung in Nordamerika, Südamerika, dem Nahen Osten und Nordafrika, und es gibt erste Hinweise für ähnliche Werte in den asiatischen Populationen.
Die Häufigkeit für das Auftreten der Krankheit wird auch in Familienangehörigen ersten Grades mit 10-15% erhöht. Studien deuten darauf hin, dass von allen Betroffen nur 10-15% tatsächlich diagnostiziert werden. Neben den hohen Schätzungen von nicht diagnostizierten Fällen, haben neuere Studien gezeigt, dass auch ein überraschend starker Anstieg der Prävalenz von Zöliakie in den letzten Jahrzehnten zu verzeichnen ist, wobei Nordamerika und Europa den höchsten Anstieg erleben [3].
Über Umweltfaktoren, Ernährungsgewohnheiten oder Infektionen als Ursachen kann lediglich spekuliert werden. Allerdings sind die meisten der Patienten abdominal beschwerdefrei, man spricht von einer stummen Zöliakie, und können nur mit Antikörpertests früherfasst werden. „Stumme“ Zöliakie heißt also, dass nur sehr geringe oder sogar überhaupt keine klinischen Symptome, aber klassische histologische Duodenalveränderungen und ein typisches Antikörpermuster vorliegen. Von einer „potenziellen“ Zöliakie spricht man dann, wenn zwar zu keinem Zeitpunkt Veränderungen in der Zotten-Krypten-Struktur nachgewiesen werden konnten, aber trotzdem eine Zöliakie oder zumindest eine Veranlagung dafür vorliegen könnte. Sowohl die stumme als auch die potenzielle Zöliakie machen eine genaue Angabe der Zahl der Betroffenen schwierig [2].
Die Zöliakie, auch glutensensitive Enteropathie oder einheimische Sprue ist eine immunologische Erkrankung des Dünndarms, die durch gliadinhaltige Nahrungsmittel bei genetisch prädisponierten Personen zu histologischen Veränderungen am Dünndarm und zur Malabsorption mit unterschiedlichen Symptomen führt. Eine Heilung dieser Erkrankung ist bislang nicht möglich. Die einzige Möglichkeit zur Behandlung besteht im vollständigen Verzicht auf Gluten in der Nahrung [5].
Was sind Gluten?
Als Gluten bezeichnet man das Eiweißgemisch aus Glutelinen (Glutenine) und Prolaminen (Gliadinen), welches in Getreidekörnern vorkommt. Sowohl Glutenin als auch Gliadin sind durch hohe Mengen von Prolinen (20%) und Glutaminen (40%) charakterisiert, die sie vor einem vollständigen Abbau im Magen-Darm-Trakt schützen und sie daher schwer zu verdauen machen [3; 5,6,7, 8].
Was ist Zöliakie?
Zöliakie ist eine T-Zell-vermittelte Erkrankung, bei der Gliadin-abgeleitete Peptide Immunzellen im Darm aktivieren und infiltrierende T-Lymphozyten rekrutieren, die eine adaptive Th1 (T-Helfer-Zellen 1)-Antwort und die gleichzeitige Zunahme von Interferon-gamma (IFN-γ) und Interleukin-15 (IL-15) initiieren. Dies führt zur Aktivierung von intraepithelialer Lymphozyten-Toxizität, was zu einem starken Gewebeumbau führt [3].
Die Ursachen der Zöliakie liegen sowohl in Umwelt- als auch in genetischen Faktoren. Den am meisten charakterisierten genetischen Beitrag zur Zöliakie leistet mit rund 40% das menschliche Leukozyten-Antigen-System (HLA) [3].
Der Major Histocompatibility coplex (MHC) Klasse II-HLA-DQ2 und DQ8 sorgen für die größte Anfälligkeit für Krankheiten [3].
Gegenwärtig wird die Kette von Ereignissen, durch die Gliadin den Beginn der klinischen Erkrankung auslöst, folgendermaßen vermutet:
Nach oraler Einnahme interagieren teilweise verdaute Gliadin-Peptide mit der Dünndarm-Schleimhaut und lösen durch die Freisetzung von IL-8 und IL-15 aus epithelialen Zellen und dendritischen Zellen der Lamina propria eine angeborene Immunantwort aus. IL-8 ist ein potenter chemischer Lockstoff und seine Produktion führt zur unmittelbaren Rekrutierung von Neutrophilen in der Lamina propria, während die Freisetzung von IL-15 eine enterocytische Apoptose induziert.
Spezifische Gliadin-Peptide interagieren mit CXCR3-Rezeptoren, die auf der apikalen Seite des Epithetls exprimiert werden. Diese Interaktion löst die Freisetzung von Zonulin aus, was zu einem erhöhten Antigentransport führt. Gliadin-Peptide werden dann in die Lamina propria transloziert, wo sie von der Transglutaminase 2 desaminiert werden. Als Konsequenz daraus interagieren die Peptide mit Makrophagen und dendritischen Zellen der intestinalen Submukosa. Die darauf folgende Th1/Th17-angetriebene adaptive Immunantwort wird durch eine hohe Produktion der pro-inflammatorischen Cytokine IFN-γ, Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) und Interleukin-17 (IL-17), die weiter die Darm-Permeabilität erhöhen und eine Beschädigung der Darmschleimhaut hervorrufen, charakterisiert [3].
Verdautes Gluten interagiert mit Epithelzellen im Dünndarm und löst die Unterbrechung der tight junctions aus (1). Die konsequent erhöhte intestinale Permeabilität führt zur Translokation von Gluten-Peptiden zur Lamina propria (2), wo sie die Produktion von IL-15 (3) induzieren. In der Lamina propria werden die Gluten-Peptide durch Gewebe-Transglutaminase-Enzyme (4) modifiziert und lösen eine adaptive Immunantwort aus (5-8).
Bisher gibt es keine pharmakologische Behandlung für Patienten mit einer Glutenunverträglichkeit. Eine glutenfreie (GF) Diät ist die einzige sichere und akzeptiere Behandlung für Zöliakie. Wichtig dabei ist, dass die Ernährung nicht nur glutenfrei ist, sondern auch ernährungsphysiologisch adäquat. Es gibt viele Faktoren, die die Einhaltung einer glutenfreien Ernährung beeinflussen. Dabei spielen vor allem eine richtige Lebensmittelkennzeichnung, der Preis und die Verfügbarkeit dieser Produkte eine entscheidende Rolle. Durch diese ganzen Einflussfaktoren hat eine glutenfreie Ernährung auch einen enormen Einfluss auf die Lebensqualität [15; 16].
Lebensmittel, die in einer glutenfreien Ernährung nicht erlaubt sind Brote, Getreide oder andere Lebensmittel aus Weizen, Roggen, Gerste, Dinkel und Hafermehl oder aus diesen Getreidearten hergestellte Zutaten und Nebenprodukte sowie verarbeitete
Lebensmittel, die Weizen und Gluten-Derivate enthalten wie Verdickungsmittel und Füllstoffe. Weiters sollte man Medikamente, die Gluten verwenden, um Pillen oder Tabletten zusammen zu binden, vermeiden [17].
Glutenfreie Nahrungsmittel
Glutenfreie Nahrungsmittel sind Lebensmittel mit einem Glutengehalt kleiner als 20 mg/kg. Glutenfreie Produkte sind weltweit am „glutenfrei-Symbol“, einem durchgestrichenen Ährensymbol, erkennbar. Lebensmitteln, die mit „sehr geringer Glutengehalt“ gekennzeichnet sind, dürfen einen Glutengehalt von über 20 mg/kg, aber unterhalb 100 mg/kg enthalten [18].
Die Bäckereiprodukte, die zurzeit am glutenfreien Markt verfügbar sind, sind durch geringere Schmackhaftigkeit gekennzeichnet als ihre konventionellen Pendants und können zu ernährungsphysiologischem Mangel an Vitaminen, Mineralien und Ballaststoffen führen. Außerdem sind glutenfreie Produkte in der Regel nicht überall verfügbar und meistens auch teurer als herkömmliche Produkte. Deshalb wurde die Produktion von hochwertigen glutenfreien Produkten zu einem sehr wichtigen sozioökonomischen Thema [15].
In den vergangenen Jahrzehnten gab es mehrere Ansätze für die Entwicklung von glutenfreien Produkten (insbesondere für glutenfreie Backwaren). Zum Beispiel die Verwendung von verschiedenen glutenfreien Mehlen wie Reis, Sorghum, Hafer, Buchweizen, Amaranth, Quinoa und Mais. Aber auch alternative Technologien wie enzymatische Verfahren oder hydrostatische Hochdruckverarbeitung sowie die Zugabe von Zusatzstoffen wie Stärke, Hühnerprotein, Milchprodukte, Ballaststoffe wurden untersucht. Trotz der guten Resultate hat die Zugabe von Additiven auch mehrere Nachteile. Dazu zählen ein erhöhter Preis und mögliche allergische Reaktionen auf die zugefügten Additive. Die Verwendung von Stärke, Gummi arabicum und Hydrokolloiden ist aufgrund ihrer Struktur-und Wasserbindungseigenschaften trotzdem der am weitesten verbreitete Ansatz um Gluten bei der Herstellung von glutenfreien Backwaren zu imitieren. Die Anwendung von Ballaststoffen und alternativen Proteinquellen ist ebenfalls auf dem Vormarsch. Eine Möglichkeit die Qualität von glutenfreien Lebensmitteln zu verbessern, ist die mikrobielle Fermentation mithilfe von Milchsäurebakterien und Hefe [15; 19].
Ein Ansatz für die Herstellung von glutenfreien Produkten ist die Verwendung von Stärke, Milchprodukten, Hydrokolloiden, nicht-Gluten Proteinen, Präbiotika und eine Kombination dieser Substanzen als Alternative für Gluten, um die Struktur, das Mundgefühl, die Akzeptanz und die Haltbarkeit von glutenfreien Backerzeugnissen zu verbessern. Neuere Ansätze kombinieren den Einsatz von Ballaststoffen und alternativen Proteinquellen mit der response surface methodology (RSM) [19].
Die Zugabe von Stärke oder Hydrokolloiden in der Bäckereiindustrie verleiht den Getreideerzeugnissen eine gute Textur und ein gutes äußeres Erscheinungsbild. Reisstärke ist eine gute Möglichkeit zu Herstellung glutenfreier Backwaren. Die Vorteile von Reisstärke sind eine gute Verfügbarkeit, das Nichtvorhandensein von Gluten, ein geringer Natriumgehalt und große Mengen leicht verdaulicher Kohlenhydrate. Jedoch verursacht das Fehlen von Gluten Probleme bei der Brotherstellung. Außerdem werden bei der Herstellung glutenfreier Produkte Verdickungsmittel verwendet um die Gelierfähigkeit, die Wasseraufnahme und die Textur zu verbessern [19].
Da glutenfreie Produkte normalerweise nicht angereichert sind und aus verarbeitetem Mehl oder Stärke hergestellt werden, beinhalten diese Produkte nicht die gleiche Menge an Nährstoffe wie Produkte mit Gluten. Eine Studie zeigte, dass vor allem der Aufnahme von Ballaststoffen geringer ist als bei der Kontrollgruppe mit normaler Ernährung. Eine Möglichkeit ist die Zugabe von Inulin, einem nicht verdaulichen Polysaccharid, das als Ballaststoff eingestuft ist. Inulin fungiert als Präbiotika durch die Wachstumsstimulierung von guten Bakterien im Dickdarm. Eine Möglichkeit um die Gehalt an Proteinen und Ballaststoffen zu erhöhen ist der Austausch von Maisstärke durch Amaranth-Mehl [19].
Der Einsatz von Milchinhaltsstoffen hat sich in der Backindustrie sehr bewährt. Milchproteine sind sehr funktionelle Inhaltsstoffe, die aufgrund ihrer Vielseitigkeit bei der Herstellung von vielen Lebensmitteln verwendet werden können. Sie haben sowohl einen ernährungsbedingten als auch funktionellen Nutzen. Dazu zählen unter anderem eine Geschmacks- und Texturverbesserung sowie eine Verlängerung der Haltbarkeit. In glutenfreiem Brot erhöhen Milchprodukte die Wasserabsorption und dadurch wird die Bearbeitung des Teiges erleichtert. Ein negativer Aspekt bei der Verwendung von Milchinhaltsstoffen ist das Vorhandensein von Laktose. Diese kann bei Menschen mit geschädigten Darmzotten und bei Laktoseintoleranz zu Problemen führen [19].
Die Response Surface Methode (RSM) wird hauptsächlich in der Produktentwicklung eingesetzt, um Rezepte für glutenfreies Brot zu entwickeln und zu optimieren. Einige Wissenschaftler haben mit der Hilfe von RSM herausgefunden, dass optimale Brotlaibe mit fein gemahlen Reismehl aus Körnern mit mittlerer Kornstärke hergestellt werden. Diese Brote sind den Broten aus Weizenmehl am ähnlichsten. Durch die Response Surface Methode können auch die Effekte von Methylcellulose, Gummi arabicum und Eialbumin auf die sensorischen Eigenschaften von glutenfreiem Brot analysiert werden [19].
Die Response Surface Methode wird auch zur Herstellung von glutenfreien Nudeln verwendet. Es zeigte sich, dass glutenfreie Nudeln mit einem höheren Gehalt an modifizierter Stärke, Xanthangummi und Johannisbrotkernmehl ähnliche Eigenschaften wie Nudeln auf Weizen-Basis haben [19].
Mikrobielle Fermentation kann eingesetzt werden, um die Qualität von glutenfreien Produkten zu verbessern und um neue Produkte mit funktionellen und gesundheitsfördernden Eigenschaften zu entwickeln. Der Fokus liegt dabei auf der Verwendung von Milchsäurebakterien, da deren Aktivität in fermentierten Lebensmitteln sowie deren biochemischen und metabolischen Eigenschaften sehr gut charakterisiert sind. Der neueste Ansatz zur Verbesserung der Qualität von glutenfreiem Brot ist der Einsatz von Sauerteig-Technologie. Die verwendete Mehl-Art bestimmt die mikrobielle Flora des resultierenden Sauerteiges. Glutenfreie Sauerteige haben einen positiven Einfluss auf die Backeigenschaften, zum Beispiel glutenfreie Brote, die mit getrocknetem Reis oder Quinoa fermentiert wurden. Eine weitere positive Eigenschaft der Milchsäurebakterien ist deren antimykotische Aktivität, dadurch wird die Haltbarkeit erhöht. Deshalb sind Milchsäurebakterien eine vielversprechende Alternative zur chemischen Haltbarmachung [15].
Durch eine mikrobielle Fermentation können glutenfreie Getreideerzeugnisse natürlich mit Inhaltsstoffen angereichert werden, die einen positiven Effekt auf die Gesundheit haben. Beispiele dafür sind die B-Vitamine Riboflavin (B2), Folat (B11) und Kobalamin (B12). Studien zeigten, dass man durch eine glutenfreie Ernährung weniger Folat zu sich nimmt, als bei einer normalen Ernährung. Deshalb ist die Verwendung von nährstoffreichen Inhaltsstoffen für die Verbesserung der Qualität von glutenfreien Produkten wichtig. Hefe und Pseudogetreide wie Quinoa und Amaranth sind gute Folat-Quellen. Die Fermentation mit Milchsäurebakterien kann außerdem antinutritive Faktoren wie Tannine und Enzyminhibitoren effektiv reduzieren. Weiters kommt es durch die Fermentation auch zu einer Detoxifikation von Mycotoxinen, diese werden irreversibel abgebaut ohne dass giftige Toxin-Reste übrig bleiben. Die mikrobielle Fermentation mit Milchsäurebakterien würde sich auch zur Gluten Detoxifikation eigenen und wäre dadurch ein guter Ansatzpunkt für die Herstellung von Lebensmitteln für Menschen mit einer Glutenunverträglichkeit. Die Gluten Detoxifikation ist ein sehr komplexes System, das auf der Hydrolyse der toxischen Peptide von Prolin beruht. Jedoch wird diese Methode zurzeit noch nicht für die industrielle Herstellung von glutenfreien Produkten eingesetzt [15].
Es gibt immer mehr Menschen, die sich freiwillig glutenfrei ernähren. Die Gründe dafür sind sehr unterschiedlich. Manche glauben eine glutenfreie Ernährung kann Krankheiten wie Dermatitis, Reizdarmsyndrom, neurologische Störungen, rheumatoide Arthritis, Diabetes Mellitus und HIV-assoziierte Enteropathie behandeln. Andere glauben, es ist gesünder glutenfrei zu leben und, dass man sich dadurch besser fühlt. Eine glutenfreie Ernährung wird von manchen auch als Hilfsmittel zur Gewichtsreduktion verstanden
Dann gibt es noch Personen, die glauben, dass glutenfreie Lebensmittel grundsätzlich von höherer Qualität sind. Glutenfreie Produkte beinhalten jedoch meistens weniger Inhaltsstoffe und sind nicht mit Mikronährstoffen angereichert im Vergleich zu den Produkten mit Weizen. Das kann schnell zu Nährstoffdefiziten führen, die weitreichende Auswirkungen haben können. Eine glutenfreie Ernährung führt auch zu einer prozentuell höheren Kalorienaufnahme aus Fett und weniger aus Kohlenhydraten. Darüber hinaus wird das Fehlen von Gluten mit einer Erhöhung der Fettspeicher im Körper assoziiert. Außerdem sind glutenfreie Produkte meist teurer und nicht überall verfügbar. Deshalb sollte man sich, wenn man nicht an einer Glutenunverträglichkeit leidet, einfach ausgewogen ernähren und nicht auf Weizen verzichten [15; 16]
LITERATURVERZEICHNIS
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