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 separation techniques for complex characterization of plant proteins and carbohydrates

In the Research Group of Cereal Science and Food Quality at the Department of Applied Biotechnology and Food Science of BME, separation technique has been part of the methods used for the complex quality assessment of food and food ingredients for a long time. Our colleagues working in our current and predecessor department achieved serious results with the help of their separation technique methods, for example in the analysis of protein and carbohydrate composition, analysis of lipids (fatty acids), quantitative and qualitative evaluation of biogenic amines and amino acids, etc. In addition to determining the composition of the raw material, the impact of different molecules on quality and technological properties was always an important question. It was always possible to investigate this using the modern tools and methods of the time, so the application of gel chromatography, high-performance liquid chromatography, gas chromatography and electrophoretic techniques determined the quality of both research and education. In recent years, the research group has mainly dealt with the quality of grains, their composition, their technological potential and their evaluation from a food safety aspect. For the research of these areas, molecular level (mainly protein and fibre composition) examinations have become essential, for which modern electrophoretic and chromatographic methods are excellent tools. However, their proper application is a great challenge, because in most cases, serious method development and/or method adaptation and partial validation tasks are required for their routine use. In the following, we provide a brief overview of the projects and results achieved in our research group in the field of separation techniques through a few application examples

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

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

Elválasztástechnikai módszerek fejlesztése növényi fehérjék és szénhidrátok komplex jellemzésére

A BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszékén működő Gabonatudományi és Élelmiszerminőség Kutatócsoportban az elválasztástechnika már hosszú idő óta részét képezi az élelmiszerek, élelmiszer összetevők komplex minőségi értékeléséhez alkalmazott módszereknek. A jelenlegi és jogelőd tanszékünkön dolgozó kollégáink komoly eredményeket értek el az elválasztástechnikai módszereik segítségével például a fehérje és szénhidrát összetétel vizsgálatában, a lipidek (zsírsavak) analízisében, a biogén aminok és aminosavak mennyiségi és minőségi értékelésében, stb. Az alapanyag összetételi meghatározása mellett fontos kérdés volt az egyes molekulák minőségre, technológiai tulajdonságokra gyakorolt hatása. Ezt mindig az adott korban korszerűnek számító eszközöket és módszereket felhasználva volt lehetőség vizsgálni, így gélkromatográfia, nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia, gázkromatográfia és elektroforetikus technikák alkalmazása fémjelezte mind a kutatás, mind az oktatás színvonalát. Az elmúlt években a kutatócsoportunkban főként a gabonák minőségével, összetételükkel, technológia potenciáljukkal és élelmiszerbiztonsági szempontú értékelésükkel foglalkoztunk. Ezeknek a területeknek a kutatására a részletes molekuláris szintű (elsősorban fehérje és rost összetételi) vizsgálatok elengedhetetlenné váltak, amelyek kiváló eszközei a modern elektroforetikus és kromatográfiás módszerek. Ezek megfelelő alkalmazása azonban nagy kihívást jelent, mert rutinszerű használatukhoz a legtöbb esetben komoly módszerfejlesztési és/vagy módszeradaptálási, részleges validálási feladatok elvégzése szükséges. A következőkben néhány alkalmazási példán keresztül rövid áttekintést adunk a kutatócsoportunkban az elválasztástechnika területét érintő projektekről és elért eredményeinkről

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