Глютен: состав, свойства и применение в пищевой промышленности.

Введение

Группа белков зерновых злаков
пища, приготовленная из глютена

Глютен – это структурный белок, который естественным образом содержится в определенных зерновых злаках. Термин «глютен» обычно относится к проламинам пшеничного зерна, в частности к белкам глутелинам, которые естественным образом встречаются во многих зерновых и могут вызывать целиакию у некоторых людей. Зерновые культуры, содержащие глютен, включают все виды пшеницы (обыкновенная, дурум, спельта, хоррасан, эммер и инкорн), ячмень, рожь и некоторые сорта овса; кроме того, межвидовые гибриды любого из этих зерновых также содержат глютен, например, тритикале. Глютен составляет 75–85% от общего количества белка в хлебной пшенице. Глютены, особенно глютены семейства Triticeae, обладают уникальными вязко-эластичными и адгезивными свойствами, которые придают тесту эластичность, помогают ему подниматься и сохранять форму, а также часто придают конечному продукту жевательную текстуру. Эти свойства и его относительно низкая стоимость делают глютен ценным как для пищевой, так и для непищевой промышленности, а также включают глиадины, которые, в свою очередь, могут быть разделены на высокомолекулярные и низкомолекулярные глютенины и α/β, γ и Ω глиадины. Его гомологичные белки запаса семян в ячмене называются гордеинами, в ржи – секалинами, а в овсе – авенами. Все эти классы белков в совокупности называют «глютеном». Если это тесто заквашено дрожжами, то при брожении образуются пузырьки углекислого газа, которые, удерживаемые сетью глютена, заставляют тесто подниматься. Выпекание коагулирует глютен, который вместе с крахмалом стабилизирует форму готового продукта. Содержание глютена связано с процессом зачерствения хлеба, возможно, из-за его способности связывать воду посредством гидратации. Образование глютена влияет на текстуру выпеченных изделий. Использование муки с более высоким содержанием глютена приводит к более жевательному тесту, как в пицце и бубликах, в то время как использование муки с меньшим содержанием глютена дает нежные выпеченные изделия, такие как кондитерские изделия. Обычно хлебная мука содержит много глютена (из твердых сортов пшеницы), а кондитерская мука – меньше. Вымешивание способствует образованию глютеновых нитей и поперечных связей, создавая более жевательные выпеченные продукты (в отличие от хрупких или рассыпчатых). «Жевательность» увеличивается по мере увеличения времени вымешивания теста. Повышенное содержание влаги в тесте усиливает развитие глютена.

Gluten is a structural protein naturally found in certain cereal grains. The term gluten usually refers to a wheat grain's prolamins, specifically glutelin proteins, that naturally occur in many cereal grains, and which can trigger celiac disease in some people. The types of grains that contain gluten include all species of wheat (common wheat, durum, spelt, khorasan, emmer and einkorn), and barley, rye, and some cultivars of oat; moreover, cross hybrids of any of these cereal grains also contain gluten, e. g. triticale. Gluten makes up 75–85% of the total protein in bread wheat. Glutens, especially Triticeae glutens, have unique viscoelastic and adhesive properties, which give dough its elasticity, helping it rise and keep its shape and often leaving the final product with a chewy texture. These properties, and its relatively low cost, make gluten valuable to both food and non food industries. and the gliadins, which in turn can be divided into high molecular and low molecular glutenins and α/β, γ and Ω gliadins. Its homologous seed storage proteins, in barley, are referred to as hordeins, in rye, secalins, and in oats, avenins. These protein classes are collectively referred to as "gluten". If this dough is leavened with yeast, fermentation produces carbon dioxide bubbles, which, trapped by the gluten network, cause the dough to rise. Baking coagulates the gluten, which, along with starch, stabilizes the shape of the final product. Gluten content has been implicated as a factor in the staling of bread, possibly because it binds water through hydration. The formation of gluten affects the texture of the baked goods. Using flour with higher gluten content leads to chewier doughs such as those found in pizza and bagels, while using flour with less gluten content yields tender baked goods such as pastry products. Generally, bread flours are high in gluten (hard wheat); pastry flours have a lower gluten content. Kneading promotes the formation of gluten strands and cross links, creating baked products that are chewier (as opposed to more brittle or crumbly). The "chewiness" increases as the dough is kneaded for longer times. An increased moisture content in the dough enhances gluten development,

Добавленная глютен

В промышленном производстве пшеничную муку энергично замешивают механизированным способом до образования массы из глютена. Эта масса собирается центрифугированием, а затем транспортируется по нескольким последовательным стадиям непрерывного процесса. Примерно 65% воды из влажного глютена удаляется с помощью шнекового пресса, а остальная часть распыляется через форсунку в сушильную камеру, где выдерживается при повышенной температуре в течение короткого времени для испарения воды без денатурации глютена. В результате получается порошкообразный продукт, напоминающий муку, с влажностью 7%, который охлаждается воздухом и пневматически подается в приемник. На заключительном этапе обработанный глютен просеивается и измельчается для получения однородного продукта. Тесто с добавлением глютена необходимо интенсивно вымешивать, чтобы оно поднялось до максимального объема; для вымешивания теста с высоким содержанием глютена может потребоваться автоматическая хлебопечка или кухонный комбайн. Как правило, более высокое содержание глютена коррелирует с более высоким общим содержанием белка.

Имитации мяса

Глютен, особенно пшеничный глютен (сейтан), часто служит основой для имитаций мяса, похожих на говядину, курицу, утку (см. «утка по-китайски»), рыбу и свинину. При варке в бульоне глютен впитывает часть окружающей жидкости (вместе со вкусом) и становится упругим при жевании. Такое использование глютена – популярный способ добавления дополнительного белка в многие вегетарианские диеты. В домашней или ресторанной кулинарии пшеничный глютен получают из муки, вымешивая её в воде, чтобы сформировать эластичную сеть, известную как тесто, а затем промывая от крахмала. Глютен также используется в косметике, средствах для волос и других дерматологических препаратах.

Расстройства

"Заболевания, связанные с глютеном" – это общий термин, объединяющий все болезни, вызванные глютеном, включая целиакию (ЦБ), нецелиакийную чувствительность к глютену (НЦГ), аллергию на пшеницу, глютеновую атаксию и герпетиформный дерматит (ГД).

Патофизиологические исследования

Пептиды глютена ответственны за развитие заболеваний, связанных с глютеном. Среди пептидов глютена наиболее широко изучен глиадин. Эти пептиды способны непосредственно воздействовать на клетки и кишечные препараты in vitro, вызывая повреждение клеток in vivo и активируя врожденный иммунный ответ. Кроме того, продукты из овса могут быть перекрестно загрязнены другими зерновыми культурами, содержащими глютен. Некоторые предполагаемые объяснения этого увеличения включают следующее: растущую вестернизацию диеты, постепенную замену риса пшеницей во многих странах Азии, Ближнего Востока и Северной Африки, а также разработку в последние годы новых сортов пшеницы с более высоким содержанием цитотоксичных пептидов глютена. Однако исследование 2020 года, в котором выращивали и анализировали 60 сортов пшеницы, собранных в период с 1891 по 2010 год, не выявило изменений в содержании альбумина/глобулина и глютена с течением времени. "В целом, год сбора урожая оказывал более значительное влияние на состав белков, чем сорт. На белковом уровне мы не обнаружили доказательств, подтверждающих повышение иммуностимулирующего потенциала современной озимой пшеницы."

Целиакия

Целиакия – хроническое мультиорганное аутоиммунное заболевание, поражающее преимущественно тонкую кишку, вызванное употреблением пшеницы, ячменя, ржи, овса и продуктов их переработки, которое развивается у генетически предрасположенных людей всех возрастов. Целиакия – это не только заболевание желудочно-кишечного тракта, поскольку оно может вовлекать несколько органов и вызывать широкий спектр внекишечных симптомов, а главное – может протекать бессимптомно. Многие люди с бессимптомным течением привыкают жить с хроническим плохим самочувствием, воспринимая его как норму, но осознают наличие симптомов, связанных с целиакией, только после перехода на безглютеновую диету и улучшения состояния. У многих пациентов могут наблюдаться незначительные поражения слизистой оболочки без атрофии ворсинок кишечника. Целиакия поражает примерно 1–2% населения, однако большинство случаев остаются нераспознанными, недиагностированными и нелеченными, что сопряжено с риском развития серьезных долгосрочных осложнений. Пациенты могут страдать от тяжелых симптомов заболевания и подвергаться длительному обследованию в течение многих лет, прежде чем будет установлен правильный диагноз. Нелеченная целиакия может приводить к мальабсорбции, снижению качества жизни, дефициту железа, остеопорозу, повышенному риску развития кишечных лимфом и увеличению смертности. Целиакия ассоциирована с другими аутоиммунными заболеваниями, такими как сахарный диабет 1 типа, тиреоидит, глютен-атаксия, псориаз, витилиго, аутоиммунный гепатит, герпетиформный дерматит, первичный склерозирующий холангит и другими.

Нецелиакальная чувствительность к глютену

Нецелиакическая чувствительность к глютену (NCGS) описывается как состояние, характеризующееся множеством симптомов, которые улучшаются при переходе на безглютеновую диету после исключения целиакии и аллергии на пшеницу. Признанная с 2010 года, она входит в группу заболеваний, связанных с глютеном, с предполагаемой распространенностью 6–10%. НКГС становится все более частым диагнозом, однако определить ее истинную распространенность сложно, поскольку многие люди самостоятельно ставят себе диагноз и начинают безглютеновую диету, не пройдя предварительное обследование на целиакию или не получив рекомендации врача. Люди с НКГС и желудочно-кишечными симптомами часто оказываются в ситуации неопределенности, не получая признания со стороны специалистов и адекватной медицинской помощи и лечения. Большинство из них имеют длительный анамнез жалоб на здоровье и безуспешных консультаций с многочисленными врачами, стремясь получить диагноз целиакии, но в итоге им ставят диагноз синдрома раздраженного кишечника. У людей с НКГС могут развиваться желудочно-кишечные симптомы, схожие с симптомами синдрома раздраженного кишечника или аллергии на пшеницу. Результаты исследования 2017 года позволяют предположить, что НКГС может быть хроническим заболеванием, как и целиакия.

Аллергия на пшеницу

Люди также могут испытывать неблагоприятные последствия употребления пшеницы из-за аллергии на пшеницу. Аллергия на пшеницу и целиакия – это различные заболевания. Желудочно-кишечные симптомы аллергии на пшеницу схожи с симптомами целиакии и нецелиакической чувствительности к глютену, однако интервал между воздействием пшеницы и началом симптомов отличается. Аллергическая реакция на пшеницу развивается быстро (от минут до часов) после употребления продуктов, содержащих пшеницу, и может включать анафилаксию. При атаксии, вызванной глютеном, происходит повреждение мозжечка – центра равновесия мозга, который контролирует координацию и сложные движения, такие как ходьба, речь и глотание, с потерей клеток Пуркинье. У людей с глютен-атаксией обычно наблюдаются нарушения походки или нарушение координации, а также тремор верхних конечностей. Часто встречаются нистагм, вызванный взглядом, и другие глазные признаки дисфункции мозжечка. Также могут возникать миоклонус, тремор мягкого нёба и опсоклонус-миоклонус. Глютеновая атаксия составляет 40% атаксий неясного происхождения и 15% всех атаксий. Менее 10% пациентов с глютен-атаксией испытывают какие-либо желудочно-кишечные симптомы, однако у около 40% наблюдается повреждение кишечника. К ним относятся периферическая нейропатия, эпилепсия, головная боль, энцефалопатия, сосудистая деменция и различные двигательные расстройства (синдром беспокойных ног, хорея, паркинсонизм, синдром Туретта, тремор мягкого нёба, миоклонус, дистония, синдром опсоклонуса-миоклонуса, пароксизмы, дискинезия, миоритмия, миокимия). Диагностика основной чувствительности к глютену затруднена и откладывается при отсутствии симптомов со стороны пищеварения. Пациенты, испытывающие проблемы с желудочно-кишечным трактом, с большей вероятностью получают правильный диагноз и лечение. Строгая безглютеновая диета является терапией первой линии и должна быть начата как можно раньше. Она эффективна при большинстве этих заболеваний. При прогрессировании деменции до выраженной степени диета не оказывает положительного эффекта. Кортикальный миоклонус, по-видимому, устойчив к лечению как при безглютеновой диете, так и при иммуносупрессии. Термин «безглютеновый» обычно используется для обозначения предполагаемого безопасного уровня глютена, а не его полного отсутствия. Точный уровень, при котором глютен считается безопасным, не установлен и является предметом споров. Систематический обзор 2008 года предварительно показал, что потребление менее 10 мг глютена в день вряд ли вызовет повреждение кишечника у людей с целиакией, хотя в нем отмечалось, что проведено мало надежных исследований.

People can also experience adverse effects of wheat as result of a wheat allergy. Wheat allergy and celiac disease are different disorders. Gastrointestinal symptoms of wheat allergy are similar to those of celiac disease and non celiac gluten sensitivity, but there is a different interval between exposure to wheat and onset of symptoms. An allergic reaction to wheat has a fast onset (from minutes to hours) after the consumption of food containing wheat and could include anaphylaxis. With gluten ataxia, damage takes place in the cerebellum, the balance center of the brain that controls coordination and complex movements like walking, speaking and swallowing, with loss of Purkinje cells. People with gluten ataxia usually present gait abnormality or incoordination and tremor of the upper limbs. Gaze evoked nystagmus and other ocular signs of cerebellar dysfunction are common. Myoclonus, palatal tremor, and opsoclonus myoclonus may also appear. Gluten ataxia accounts for 40% of ataxias of unknown origin and 15% of all ataxias. Less than 10% of people with gluten ataxia present any gastrointestinal symptom, yet about 40% have intestinal damage. These include peripheral neuropathy, epilepsy, headache, encephalopathy, vascular dementia, and various
movement disorders (restless legs syndrome, chorea, parkinsonism, Tourette syndrome, palatal tremor, myoclonus, dystonia, opsoclonus myoclonus syndrome, paroxysms, dyskinesia, myorhythmia, myokymia). The diagnosis of underlying gluten sensitivity is complicated and delayed when there are no digestive symptoms. People who do experience gastrointestinal problems are more likely to receive a correct diagnosis and treatment. A strict gluten free diet is the first line treatment, which should be started as soon as possible. It is effective in most of these disorders. When dementia has progressed to an advanced degree, the diet has no beneficial effect. Cortical myoclonus appears to be treatment resistant on both gluten free diet and immunosuppression. The term "gluten free" is generally used to indicate a supposed harmless level of gluten rather than a complete absence. The exact level at which gluten is harmless is uncertain and controversial. A 2008 systematic review tentatively concluded that consumption of less than 10 mg of gluten per day is unlikely to cause intestinal damage in people with celiac disease, although it noted that few reliable studies had been done.

Бразилия

В Бразилии по закону все продукты питания должны иметь четкую маркировку, указывающую на содержание или отсутствие глютена.

Канада

На этикетках всех пищевых продуктов, продаваемых в Канаде, должно быть четко указано содержание глютена, если его уровень превышает 20 частей на миллион.

Европейский Союз и Соединенное Королевство

В Европейском союзе вся предварительно упакованная продукция, а также не упакованная продукция из ресторанов, еда на вынос, упакованная непосредственно перед продажей, или не упакованная еда, подаваемая в учреждениях, должна быть промаркирована как не содержащая глютен. "Не содержит глютен" определяется как содержание глютена не более 20 частей на миллион, а "с очень низким содержанием глютена" – не более 100 частей на миллион; только продукты, содержащие зерновые ингредиенты, обработанные для удаления глютена, могут указывать на этикетке "с очень низким содержанием глютена". Вся продукция, содержащая глютен в качестве ингредиента, должна быть соответствующим образом маркирована, поскольку глютен определен как один из 14 признанных аллергенов Европейского союза.

Соединенные Штаты

В Соединенных Штатах глютен не указывается в составе продукта на этикетке, если он не добавлен как отдельный ингредиент. Информация об аллергенах, таких как пшеница, приводится после перечня ингредиентов. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) исторически относило глютен к веществам, "общепризнанно безопасным" (GRAS). В августе 2013 года FDA опубликовало окончательное постановление, вступившее в силу в августе 2014 года, определяющее термин "без глютена" для добровольного использования при маркировке продуктов питания как содержание глютена менее 20 частей на миллион.