Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung standardisierter Assays zur Bestimmung der Aktivität von Amylase-Trypsin-Inhibitoren (ATI) in Mehlen und Backwaren

Der Konsum von Weizenprodukten führt bei einem Teil der Bevölkerung zu allergischen oder entzündlichen Immunreaktionen. Schätzungsweise 1 % der westlichen Bevölkerung sind von Zöliakie, 0,5 - 2 % von Weizenallergie und möglicherweise bis zu 10 % von Nicht-Zöliakie-Weizensensitivität (NCWS) betroffen. Die einzige Therapie für diese Hypersensitivitäten ist eine gluten- (weizen-)freie Diät. Aktuelle Untersuchungen von Forschungsstelle 2 konnten zeigen, dass nicht vorrangig Glutenproteine, sondern Amylase-Trypsin-Inhibitoren (ATI) für die NCWS verantwortlich sind. Im Moment existieren jedoch kaum Daten zur Korrelation zwischen der ATI-Konzentration und ihrer Aktivität. Es gibt auch keinerlei Untersuchungen, inwieweit verschiedene Prozessparameter bei der Herstellung von Backwaren die ATI-Konzentration und -Aktivität beeinflussen.

Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Enzymassays und ELISA für die einfache, standardisierte und reproduzierbare Quantifizierung von ATI in Rohstoffen und Getreideprodukten. Mit Hilfe dieser Assays sollen grundlegende Zusammenhänge zwischen ATI-Konzentrationen, deren Inhibitor-Aktivität sowie der Immunaktivität über den Prozess der Backwarenherstellung hinweg aufgeklärt werden. Dadurch können Prozessparameter bei der Herstellung von Backwaren variiert und optimiert werden, um die ATI-Konzentration und -Aktivität zu minimieren und eine verbesserte Verträglichkeit der Produkte für NCWS-Betroffene zu erreichen. Auf Basis der Ergebnisse können KMU sensorisch und technofunktionell hochwertige Weizenprodukte mit einem verbesserten Gesundheitsaspekt herstellen und hierdurch Wettbewerbsvorteile erzielen.

Mit diesem Testverfahren können einerseits Züchter, die in Deutschland fast alle mittelständisch sind, leichter neue Zuchtziele -Getreide mit geringen ATI-Gehalten - verfolgen und die Beteiligten entlang der Warenkette Getreide und Mehle gezielt mit niedrigen ATI-Gehalten auswählen und für bestimmte Personengruppen besondere besonders geeignete Waren anbieten. Das Forschungsvorhaben hat zweifelsfrei eine wirtschaftliche Bedeutung, insbesondere für KMU.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von Enzymassays und ELISA für die einfache, standardisierte und reproduzierbare Quantifizierung von α-Amylase-Trypsin-Inhibitoren (ATI) in Rohstoffen und Getreideprodukten. Mit Hilfe dieser Assays wurden Zusammenhänge zwischen Konzentrationen der ATI, deren Inhibitor-Aktivität sowie der Immunaktivität über den Prozess der Backwarenherstellung hinweg aufgeklärt. Die Ergebnisse wurden genutzt, um Backwaren mit niedriger ATI-Konzentration und -Aktivität zu entwickeln und eine verbesserte Verträglichkeit für Nicht-Zöliakie-Weizensensitivität (NCWS-) Betroffene zu erreichen.

Zwei Enzymassays wurden etabliert, mit denen die inhibitorische Aktivität gegen Amylase und Trypsin von Mehlextrakten bestimmbar ist. Die LC-MS/MS Methode wurde auf 13 ATI erweitert. Die Untersuchung von je acht Sorten Weichweizen, Dinkel, Hartweizen, Emmer und Einkorn zeigte, dass Einkorn keine inhibitorische Aktivität gegen Schweineamylase und menschliche Amylase aufwies und nur sehr geringe Mengen enthielt. Weichweizen hatte dagegen die höchste inhibitorische Aktivität. Es gab keinen Zusammenhang zwischen Bioaktivität, inhibitorischer Aktivität und ATI-Gehalt.

Die ATI CM3 und 0.19 wurden kloniert, rekombinant exprimiert und gereinigt. Mit je zwei der Antikörper gegen CM3 und 0.19 sowie einem polyklonalen ATI-Antikörper wurden Sandwich-ELISAs für die Bestimmung von CM3 und 0.19 etabliert. Für die Bioaktivitätsmessung wurde ein neues zelluläres Indikatorsystem etabliert und validiert. Hiermit wurden mehr als 800 quantitativ für ATI extrahierte Getreide- und Brotproben auf ihre immunaktivierende Bioaktivität gemessen. Ferner sollen gemeinsam mit der Fa. Böcker Sauerteigproben mit allen im Rahmen dieses Projekts entwickelten Methoden zur ATI-Bestimmung (Enzymassays, Massenspektrometrie, Bioaktivität, ELISA), z.T. verglichen mit den Backeigenschaften und anderen Qualitätsmerkmalen untersucht werden.