Az élelmiszerallergének mérésének lehetőségei ma - kihívások, megoldások, a fejlesztés irányai = Possibilities of allergen analysis at present - challenges, solutions and directions of development

Az élelmiszerekkel szemben jelentkező túlérzékenységi reakciók (allergia, intolerancia) a népesség egyre növekvő hányadát érintik. Ezen betegségek egyetlen hatékony kezelési módja az érzékenyítő komponensek étrendből történő teljes elhagyása. Az EU jelenleg 14 olyan allergén komponenst tart számon, melyek jelölése kötelező az élelmiszerek csomagolásán. A szabályozás betartásához megfelelő technológiára és ennek támogatására érvényesített (validált) analitikai módszerekre van szükség. Napjainkban az allergének mérésére az immunanalitikai módszerek (ELISA, LFD) a legelterjedtebbek. Ezen módszerek fejlesztése és validálása több nehézségbe ütközik. A reakciót kiváltó fehérjék összetétele nem minden esetben ismert, valamint nem állnak rendelkezésre sem referencia-anyagok, sem referenciamódszerek. Em ellett a feldolgozási folyamat hatásait is meg kell ismerni és figyelembe kell venni. A problémamegoldás egyik iránya allergén fehérjét deklarált mennyiségben tartalmazó feldolgozott élelmiszermátrix fejlesztése, mely kutatásaink egyik fő célja. Siker esetén a mintamátrix referencia-anyagként is használható, melynek segítségével lehetőség nyílik a feldolgozási folyamat hatásainak vizsgálatára, valamint a kereskedelmi forgalomban kapható ELISA tesztek összehasonlító elemzésére is. Hypersensitivity reactions (allergy and intolerance) triggered by certain food proteins affect an increasing rate of population. The only effective treatm ent of these illnesses is the total avoidance of the problem atic proteins from p atien t’s diet. At the m om ent the labelling regulations of E uropean Union defines 14 foodstuffs or com ponents which are responsible for the highest number of these cases. In order to comply the regulation, right technological solutions and validated analytical methods are needed. At present, the most commonly used methods in allergen analysis are immune-analytical based ELISA or LFD kits. The development and validation of these methods cause many challenges. The compositions of allergenic proteins are not welldefined, furthermore neither reference materials nor reference methods exist. Finally the effects of food processing steps on the allergenic proteins and the results of the analytical methods are not described well. One direction towards overtaking the problems is the developm ent of incurred real food matrices which contains dedicated amount of allergenic protein, which was the main goal of this work. These model matrices can be used as incurred reference material (IRM) and opened the door to investigate the influence of food processing. Reference material also give the opportunity to make a comparative study of ELISA kits and other analytical methods

The behavior of hypersensitivitycausing proteins during food processing

Since the components causing hypersensitivity reactions (allergies, celiac disease) are usually proteins, therefore, learning about their potential changes is important from the food safety point of view. If the proteins undergo various structural modifications during processing, their determination in foods could be problematic. Nevertheless, the fact that these altered proteins cannot be detected using analytical methods does not necessarily mean that they cannot cause adverse reactions in the human body. Answering the questions that arise in connection with this topic requires the cooperation of patients, clinicians and analysts as well. Foods intended for final consumption undergo several processing steps while going from raw material to final product. Each process that alters the structure of proteins is also expected to have an effect on their binding to antibodies. Food processing procedures cause a number of physical, chemical and biochemical changes that can affect the allergenic properties of a protein. Depending on the properties of the protein, the type, length and intensity of the processing operation, or the matrix, the allergenic effect of a protein can be increased, decreased, or left unchanged by processing. ELISA tests, which are currently used in routine methods, employ various antibodies, so the epitopes targeted in the immune responses can also be different. The various epitopes can undergo different modifications during food processing, therefore, their affinity to the antibody can also change, which can affect the results provided by the method. This phenomenon calls attention to the fact that the accuracy of commercially available methods is questionable, and so both the improvement and harmonization of immunoanalytical methods is necessary

Development of a barley reference material for gluten analysis

Celiac disease (CD) can be triggered in susceptible individuals by the consumption of gluten, a complex storage protein mixture present in wheat, rye and barley. There is no specific reference material (RM) available for barley and this leads to inaccurate quantitation of barley gluten in supposedly gluten-free foods. Therefore, the aim was to select representative barley cultivars to establish a new barley RM. The relative protein composition of the 35 barley cultivars averaged 25% albumins and globulins, 11% d-hordeins, 19% C-hordeins, and 45% B/γ-hordeins. The mean gluten and protein content was 7.2 g/100 g and 11.2 g/100 g, respectively. The prolamin/glutelin ratio (1:1) commonly used in ELISAs to calculate the gluten content was found to be inappropriate for barley (1.6 ± 0.6). Eight cultivars suitable as potential RMs were selected to ensure a typical barley protein composition and improve food safety for CD patients

Celiac disease specific prolamin peptide content of wheat relatives and wild species determined by ELISA assays and bioinformatics analyses.

Enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs) are widely used to determine gluten contamination in gluten-free and low gluten food samples. ELISA assays developed using monoclonal antibodies against known toxic peptides have an advantage in the identification of toxic prolamin content in protein extracts of different food samples, as well as raw materials. R5 and G12 monoclonal antibodies specific for two known toxic peptides used in commercially available gluten ELISA assays were applied to test toxic peptide contents in wheat relatives and wild wheat species with different genome composition and complexity. Although the R5 peptide content showed some correlation with ploidy levels in Triticum species, there was a high variance among Aegilops species. Some of the analysed diploid Aegilops species showed extremely high R5 peptide contents. Based on the bioinformatics analyses, the R5 peptide was present in most of the sulphur rich prolamins in all the analysed species, whereas the G12 epitope was exclusively present in alpha gliadins. High variation was detected in the position and frequency of epitopes in sequences originating from the same species, thus highlighting the importance of genotypic variation within species. Identification of new prolamin alleles of wheat relatives and wild wheat species is of great importance in order to find germplasm for special end-use quality purposes as well as development of food with reduced toxicity

A túlérzékenységi reakciókat kiváltó fehérjék viselkedése élelmiszerfeldolgozási folyamatok során

Mivel a túlérzékenységi reakciókat (allergia, cöliákia) kiváltó komponensek általában fehérjék, ezért ezek estleges változásainak megismerése élelmiszerbiztonsági szempontból fontos téma. Amennyiben a fehérjék a feldolgozás során különböző szerkezeti módosulásokon esnek át, az élelmiszerekből történő meghatározásuk akadályokba ütközhet. Ha a módosult fehérjék a rendelkezésre álló analitikai módszerekkel különböző eredményt adnak, nem feltétlenül jelenti azt, hogy a szervezetben is eltérően viselkednek. E témával kapcsolatosan felmerülő kérdések megválaszolása a betegek, a klinikusok és az analitikusok együttműködését igényli. A végső fogyasztásra szánt élelmiszerek számos feldolgozási folyamaton esnek át a nyersanyagtól a végtermékig. Minden olyan hatás, amely megváltoztatja a fehérjék szerkezetét, várhatóan befolyásolja azok ellenanyagokhoz történő kötődését is. Az élelmiszer-feldolgozási folyamatok számos olyan fizikai, kémiai és biokémiai változást okoznak, amelyek hatással lehetnek egy fehérje allergén tulajdonságaira. A feldolgozás növelheti, csökkentheti vagy változatlanul hagyhatja a fehérjék allergén hatását a fehérje tulajdonságaitól, a feldolgozási művelet típusától, időtartamától és intenzitásától, illetve a mátrixtól függően. A jelenleg rutin módszerként használt ELISA tesztek eltérő antitesteket alkalmazhatnak, így az immunreakciókban megcélzott epitópok is különbözőek lehetnek. A különböző epitópok pedig más-más módosulásokon eshetnek át az élelmiszerek feldolgozása során, ezért az antitesthez való affinitásuk is változhat, ami hatással van a módszer által szolgáltatott eredményekre. Ez arra a tényre hívja fel a figyelmet, hogy a kereskedelmi forgalomban kapható tesztek alkalmazása során részben eltérő eredményeket kaphatunk, tehát az immunanalitikai módszerek fejlesztése és harmonizálása egyaránt szükségszerű

Recent past, present and hoped-for future of cereal science and plant protein research

The fields of science indicated in the title represent centuries old research and development activities of the current department and its legal predecessor institutions, matching the standards, expectations and possibilities of the given era. It is of course impossible to summarize all this in a few pages. A tangential or more detailed description of some areas can be found in other chapters of this issue compiled to review the scientific activities of the department (e.g., in the articles of András Salgó and Ferenc Békés, Zsuzsanna Bugyi et al., Eszter Schallet al.) and in the summary article presenting the department’s food science activities [1]. In our current paper, we attempt to provide a brief overview of research directions and results that, from the 1990s to the present day, have played a decisive role in the activities of the department, including the Cereal Science and Food Quality Research Group, as well as in the development and shaping of its research profile. The years following the regime change were decisive in the lives of all of us. The conditions for education and the cultivation of science changed continuously and significantly, mostly worsening in this transition period. Many people questioned whether it was worth continuing to cultivate the old, traditional areas, or whether we should be more open, modernize and look for new ways, taking advantage of the extremely slow but continuously opening opportunities for building domestic and, especially, international relations, and later for tenders and financing. Progress, development, and openness to new ideas should be essential qualities for an educator and researcher. However, the acquisition of knowledge, experience, and skills takes time, as does the creation and maintenance of the conditions necessary for the cultivation of old or new fields

Classics in a new perspective: gluten as a special food safety and analytical challenge

In the last couple of decades, the nutritional role and perception of gluten became controversial. In one hand, gluten proteins play a central role in determining the baking quality of wheat and other cereals. On the other hand, hypersensitivity reactions triggered by gluten in susceptible individuals have become subjects of growing interest. Of these gluten-related disorders, with an estimated global prevalence of 1%, the most important one is celiac disease (CD), which is an autoimmune disorder accompanied by villous atrophy. CD can manifest in a wide range of symptoms, its only treatment option is a lifelong gluten-free (GF) diet. To support compliance to this diet, current EU legislation maximizes the gluten-content of products sold with a GF label in 20 mg/kg. It necessitates accurate quantification of gluten in this low concentration range. The method-of-choice for this purpose is the immunoanalytical-based ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay). However, validation of different ELISA methods and the comparability of their results and, consequently, the reliability of the data they provide is problematic. The major goal of this paper is to introduce the analytical and protein chemistry issues behind this problem and the efforts to improve the conditions of the methodology. We are also including the special role of oats in the GF diet in an attempt to provide the widest possible overview of the food safety and analytical challenges represented by gluten

A gabonatudományi és növényi fehérje kutatások közelmúltja, jelene és remélt jövője

A címben jelzett tudományterületek a jelenlegi tanszék és jogelőd intézményeinek évszázados, az adott kor színvonalához, elvárásaihoz, lehetőségeihez illeszkedő kutatás-fejlesztési tevékenységeket jelentenek. Ennek összefoglalása néhány oldal terjedelemben természetesen lehetetlen. Egyes területek érintőleges vagy részletesebb leírása a tanszék tudományos tevékenységének áttekintésére összeállított jelen lapszám más fejezeteiben (pl. Salgó András és Békés Ferenc, Bugyi Zsuzsanna és mtsai., Schall Eszter és mtsai. cikkeiben) illetve a tanszék élelmiszertudományi tevékenységét bemutató összegző cikkben [1] megtalálható. Jelenlegi írásunkban olyan kutatási irányok és eredmények rövid áttekintésére teszünk kísérletet, melyek az 1990-es évektől napjainkig meghatározó szerepet játszanak a tanszék és ezen belül a Gabonatudományi és Élelmiszerminőség kutatócsoport tevékenységében, illetve kutatási profiljának alakulásában, alakításában. A rendszerváltást követő évek mindannyiunk életében meghatározóak voltak. Az oktatás és a tudomány művelésének feltételei folyamatosan és jelentősen változtak, az átmeneti időszakban inkább romlottak. Sokakban megfogalmazódott a kérdés, hogy lehet-e, érdemes-e a régi, hagyományos területek művelését folytatni, vagy élve a rendkívül lassan, de folyamatosan kinyíló hazai és főleg nemzetközi kapcsolatépítési, majd később pályázati, finanszírozási lehetőségekkel, nyissunk, modernizáljunk, keressünk új utakat. A fejlődés, a fejlesztés, az új iránti nyitottság alap kell, hogy legyen egy oktató-kutató számára. Azonban a tudás, a tapasztalat, a jártasság megszerzése időigényes ugyanúgy, mint régi vagy új területek műveléséhez szükséges feltételrendszer megteremtése és fenntartása. Ebben a bizonytalannak nevezhető működési mátrixban döntöttünk úgy a 90-es évek közepén, hogy úgy indulunk el az új területek (élelmiszeranalitika modernizálása, automatikus és gyorsvizsgálati módszerek, élelmiszerbiztonság) felé, hogy közben igyekszünk megtartani és erősíteni az elődeink munkájának köszönhetően hazai és nemzetközi elismertséget kivívó hagyományos területek (mint pl. a gabonatudományi és növényi fehérjékkel kapcsolatos kutatások, analitikai módszer és műszerfejlesztések) művelését is [1]. Az alábbiakban a gabonaminősítés és az azokhoz kapcsolódó, jellemzően kis anyagmennyiségek vizsgálatát lehetővé tévő módszerés műszerfejlesztésekről, a kis- és álgabonák minősítésével és felhasználási lehetőségeinek javításával kapcsolatos kutatásokról, valamint -részben az előző témához is kapcsolódva- az élelmiszerbiztonság növelését szolgáló analitikai és termékfejlesztési eredményekről adunk rövid összegzést

Klasszikus témák új megvilágításban: a glutén mint speciális élelmiszerbiztonsági és analitikai kihívás

A glutén, vagy sikér fehérjék táplálkozás-élettani szerepe és megítélése az utóbbi évtizedekben kettőssé vált. A glutén fehérjék egyrészt központi szerepet töltenek be a búza és más gabonák sütőipari minőségének kialakításában. Másrészt azonban egyre inkább előtérbe kerülnek olyan túlérzékenységi reakciók, melyeket szintén a glutén fehérjék váltanak ki az arra érzékeny populációban. A glutén által okozott rendellenességek közül 1% körüli globális előfordulásával az egyik legjelentősebb a lisztérzékenység, vagy más néven cöliákia, mely a vékonybél bolyhainak sorvadásával járó autoimmun betegség. A tünetek széles skáláját okozhatja, jelenleg egyetlen ismert kezelési módja az élethosszig tartó gluténmentes diéta. A diéta betartásának elősegítésére a jelenleg érvényes EU szabályozás 20 mg/kg-ban maximalizálja a gluténmentesként értékesíthető termékek gluténtartalmát. Ez pedig szükségessé teszi a glutén mennyiségének minél pontosabb meghatározását ebben az alacsony koncentráció-tartományban. A meghatározás rutinmódszere az immunanalitikai elven működő ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay). A különböző ELISA módszerek validálása és eredményeik összehasonlíthatósága, vagyis az általuk szolgáltatott adatok megbízhatósága azonban problémát jelent. Cikkünk fő célkitűzése az ennek hátterében álló analitikai és fehérjekémiai kérdések, valamint a módszertan feltételrendszerének javítását célzó törekvések bemutatása. Emellett kitérünk a zab gluténmentes diétában betöltött különleges szerepére is, így kísérelve meg minél szélesebb körben rálátást nyújtani a glutén által képviselt élelmiszerbiztonsági és analitikai kihívásokra