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 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

A new linear combination method of haplogroup distribution central vectors to model population admixtures

We introduce a novel population genetic approach suitable to model the origin and relationships of populations, using new computation methods analyzing Hg frequency distributions. Hgs were selected into groups which show correlated frequencies in subsets of populations, based on the assumption that correlations were established in ancient separation, migration and admixture processes. Populations are defined with this universal Hg database, then using unsupervised artificial intelligence, central vectors (CVs) are determined from local condensations of the Hg-distribution vectors in the multidimensional point system. Populations are clustered according to their proximity to CVs. We show that CVs can be regarded as approximations of ancient populations and real populations can be modeled as weighted linear combinations of the CVs using a new linear combination algorithm based on a gradient search for the weights. The efficacy of the method is demonstrated by comparing Copper Age populations of the Carpathian Basin to Middle Age ones and modern Hungarians. Our analysis reveals significant population continuity since the Middle Ages, and the presence of a substrate component since the Copper Age. SUPPLEMENTARY INFORMATION: The online version contains supplementary material available at 10.1007/s00438-022-01888-0

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

Investigation of the Role of Arabinoxylan on Dough Mixing Properties in Native and Model Wheat Dough Systems

The aim of this work was to investigate and compare the effect of arabinoxylan (AX) addition and incorporation on the mixing properties of native and model doughs of different wheat types, to get more insight into the role of AXs in dough formation. In the experiments, flour samples of a wheat variety (normal starch type) and two wheat lines (waxy and high amylose) were used. Model doughs were composed by fractionating flours into starch and gluten followed by subsequent reconstitution according to their original gluten to starch ratio. AX isolate was dosed in 1% and 3% to the native and model doughs. Incorporation of AX was performed by reduction and re-oxidation of wheat dough with dithiothreitol (DTT) and KIO3, respectively. Model doughs behaved similarly to native doughs thus were found appropriate for the model experiments. In general, higher AX level resulted higher dough consistency in every dough system compared to the corresponding base dough, however, the extent of the growth was different. In case of assumed AX incorporation only small differences were found in the mixing properties compared to AX addition. Based on sodium dodecyl sulfate–polyacrylamide gel electrophoresis (SDS–PAGE) analysis, some minor but clear changes were observed in the protein subunit profile of AX containing doughs compared to base doughs, but no difference was identified between doughs made by AX addition and AX incorporation. However, the characterization of the gluten-AX interactions requires more detailed investigation, in which a pure gluten-starch-AX model system can offer a valuable, well-defined matrix

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