Глютен — это структурный белок, который естественным образом содержится в некоторых злаковых культурах . [1] Термин «глютен» обычно относится к эластичной сети белков зерна пшеницы, в первую очередь глиадина и глютенина , которые легко образуются при добавлении воды и часто при замешивании в случае хлебного теста. [2] Типы злаков, которые содержат глютен, включают все виды пшеницы ( обыкновенная пшеница , твердая пшеница , полба , хорасан , полба и однозернянка ), а также ячмень , рожь и некоторые сорта овса ; более того, скрещенные гибриды любого из этих злаковых культур также содержат глютен, например, тритикале . [3] [4] Глютен составляет 75–85% от общего белка в хлебной пшенице . [5]
Глютен, особенно клейковина Triticeae , обладает уникальными вязкоупругими и адгезивными свойствами, которые придают тесту эластичность, помогая ему подниматься и сохранять форму, и часто оставляя конечный продукт с жевательной текстурой. [5] [6] [7] Эти свойства и его относительно низкая стоимость делают глютен ценным как для пищевой , так и для непищевой промышленности. [7]
Пшеничный глютен состоит в основном из двух типов белков: глютенинов [8] и глиадинов , [9] которые в свою очередь можно разделить на высокомолекулярные и низкомолекулярные глютенины и α/β, γ и Ω глиадины. Его гомологичные белки запаса семян, в ячмене, называются гордеинами , во ржи, секалинами , а в овсе, авенинами . [10] Эти классы белков в совокупности называются «глютен». [4] Белки запаса в других зернах, таких как кукуруза ( зеины ) и рис ( рисовый белок ), иногда называют глютеном, но они не вызывают вредных эффектов у людей с целиакией . [3]
Глютен может вызывать неблагоприятные, воспалительные , иммунологические и аутоиммунные реакции у некоторых людей. Спектр заболеваний, связанных с глютеном, включает целиакию у 1–2% населения в целом, не связанную с целиакией чувствительность к глютену у 0,5–13% населения в целом, а также герпетиформный дерматит , глютеновую атаксию и другие неврологические расстройства. [11] [12] [13] [14] Эти расстройства лечатся безглютеновой диетой . [14]
Глютен образуется, когда молекулы глютенина сшиваются через дисульфидные связи , образуя субмикроскопическую сеть, прикрепленную к глиадину, что придает смеси вязкость ( густоту) и растяжимость. [5] [15] Если это тесто заквашивается дрожжами , ферментация производит пузырьки углекислого газа , которые, будучи захваченными сетью глютена, заставляют тесто подниматься. Выпечка коагулирует глютен, который вместе с крахмалом стабилизирует форму конечного продукта. Содержание глютена было вовлечено в качестве фактора черствения хлеба , возможно, потому, что он связывает воду посредством гидратации. [16] [17]
Образование глютена влияет на текстуру хлебобулочных изделий. [5] Достижимая эластичность глютена пропорциональна содержанию в нем глютенинов с низкой молекулярной массой, поскольку эта часть содержит преобладание атомов серы , ответственных за сшивание в глютеновой сети. [18] [19] Использование муки с более высоким содержанием глютена приводит к получению более жевательного теста, например, такого, которое используется в пицце и рогаликах , в то время как использование муки с меньшим содержанием глютена дает нежную выпечку, например, кондитерские изделия. [20]
Как правило, хлебопекарная мука содержит много глютена (твердая пшеница); кондитерская мука содержит меньше глютена. Замешивание способствует образованию глютеновых нитей и поперечных связей, создавая выпечку, которая становится более жевательной (в отличие от более хрупкой или рассыпчатой). «Жевательность» увеличивается, когда тесто замешивается в течение более длительного времени. Повышенное содержание влаги в тесте усиливает развитие глютена, [20] и очень влажное тесто, оставленное подниматься в течение длительного времени, не требует замешивания (см. хлеб без замешивания ). Шортенинг препятствует образованию поперечных связей и используется вместе с уменьшенным количеством воды и меньшим замешиванием, когда требуется нежный и слоеный продукт, такой как корочка для пирога .
Сила и эластичность клейковины в муке измеряется в хлебопекарной промышленности с помощью фаринографа . Это дает пекарю возможность измерить качество различных сортов муки при разработке рецептов для различных хлебобулочных изделий. [5] [21] [22]
В промышленном производстве кашица из пшеничной муки энергично замешивается с помощью машин до тех пор, пока клейковина не превратится в массу. [23] [ неудачная проверка ] Эта масса собирается центрифугированием , затем транспортируется через несколько стадий, объединенных в непрерывный процесс. Около 65% воды во влажной клейковине удаляется с помощью винтового пресса ; остаток распыляется через распылительную насадку в сушильную камеру, где она остается при повышенной температуре в течение короткого времени, чтобы позволить воде испариться, не денатурируя клейковину. [ необходима цитата ] В результате процесса получается мукообразный порошок с содержанием влаги 7%, который охлаждается воздухом и пневматически транспортируется в приемный сосуд. На последнем этапе обработанная клейковина просеивается и измельчается для получения однородного продукта. [23]
Этот мукообразный порошок, добавленный к обычному мучному тесту, может помочь улучшить способность теста увеличиваться в объеме. Полученная смесь также увеличивает структурную стабильность и жевательность хлеба. [24] Тесто с добавлением глютена должно быть энергично обработано, чтобы заставить его подняться до полной мощности; для замешивания с высоким содержанием глютена может потребоваться автоматическая хлебопечка или кухонный комбайн . [25] Как правило, более высокий уровень глютена связан с более высоким общим содержанием белка. [26]
Глютен, особенно пшеничный глютен (сейтан), часто является основой для имитации мяса, напоминающей говядину , курицу , утку (см. имитация утки ), рыбу и свинину . При приготовлении в бульоне глютен впитывает часть окружающей жидкости (включая вкус) и становится твердым на вкус. [27] [28] Такое использование глютена является популярным средством добавления дополнительного белка во многие вегетарианские диеты. В домашней или ресторанной кухне пшеничный глютен готовят из муки путем замешивания муки под водой, агломерации глютена в эластичную сеть, известную как тесто , а затем вымывания крахмала . [5]
Глютен часто присутствует в пиве и соевом соусе и может использоваться в качестве стабилизирующего агента в более неожиданных пищевых продуктах, таких как мороженое и кетчуп . Поэтому продукты такого рода могут представлять проблемы для небольшого числа потребителей, поскольку скрытый глютен представляет опасность для людей с целиакией и чувствительностью к глютену. Содержание белка в некоторых кормах для домашних животных также может быть увеличено за счет добавления глютена. [29]
Глютен также используется в косметике , средствах для волос и других дерматологических препаратах. [30]
«Расстройства, связанные с глютеном» — это общий термин для всех заболеваний, вызванных глютеном, включая целиакию (CD), не связанную с целиакией чувствительность к глютену (NCGS), аллергию на пшеницу , [31] глютеновую атаксию и герпетиформный дерматит (DH). [13]
Пептиды глютена ответственны за возникновение расстройств, связанных с глютеном. [32] У людей, страдающих целиакией, пептиды вызывают иммунный ответ, который вызывает повреждение кишечника, от воспаления до частичного или полного разрушения кишечных ворсинок . [33] [34] Для изучения механизмов этого повреждения проводятся лабораторные эксперименты in vitro и in vivo . [35] [34] Среди пептидов глютена наиболее изучен глиадин . [32]
В контексте целиакии пептиды глиадина классифицируются в фундаментальных и клинических исследованиях как иммуногенные , в зависимости от механизма их действия : [32] [36]
По крайней мере 50 эпитопов глютена могут оказывать цитотоксическое, иммуномодулирующее и проникающее в кишечник действие. [38]
Эффект овсяных пептидов (авенинов) у людей с целиакией зависит от сорта потребляемого овса из-за генов проламинов, последовательностей аминокислот белка и иммунотоксичности проламинов, которые различаются в зависимости от сорта овса. [40] [41] [42] Кроме того, овсяные продукты могут быть перекрестно загрязнены другими злаками, содержащими глютен . [41]
По состоянию на 2017 год [обновлять]частота заболеваний, связанных с глютеном, возросла в различных географических районах. [39] [43] [44] [45] Некоторые предлагаемые объяснения этого роста включают следующее: растущая вестернизация рациона питания, [43] все большее использование продуктов на основе пшеницы, включенных в средиземноморскую диету , [46] [47] прогрессирующая замена риса пшеницей во многих странах Азии, Ближнего Востока и Северной Африки, [43] более высокое содержание глютена в хлебе и хлебобулочных изделиях из-за сокращения времени ферментации теста, [48] [49] и разработка в последние годы новых видов пшеницы с более высоким содержанием цитотоксических пептидов глютена , [48] [50] Однако исследование 2020 года, в котором выращивали и анализировали 60 сортов пшеницы с 1891 по 2010 год, не обнаружило никаких изменений в содержании альбумина/глобулина и глютена с течением времени. «В целом, год сбора урожая оказал более существенное влияние на состав белка, чем сорт. На уровне белка мы не нашли никаких доказательств, подтверждающих повышенный иммуностимулирующий потенциал современной озимой пшеницы». [51]
Целиакия (ЦД) — хроническое аутоиммунное заболевание , поражающее несколько органов, в первую очередь тонкий кишечник, вызванное употреблением пшеницы, ячменя, ржи, овса и их производных, которое возникает у генетически предрасположенных людей всех возрастов. [52] ЦД — это не только желудочно-кишечное заболевание, поскольку оно может поражать несколько органов и вызывать широкий спектр негастроэнтерологических симптомов, и, что наиболее важно, оно может протекать бессимптомно. [4] [53] Многие бессимптомные люди привыкают жить с хроническим плохим состоянием здоровья, как будто это нормально, но они способны распознать, что на самом деле у них были симптомы, связанные с целиакией, после начала безглютеновой диеты, и наступает улучшение. [53] [54] [44] Дополнительные трудности для диагностики связаны с тем, что серологические маркеры ( антитканевая трансглутаминаза [TG2]) присутствуют не всегда [55] , и у многих людей могут быть незначительные поражения слизистой оболочки без атрофии кишечных ворсинок . [56]
CD поражает приблизительно 1–2% населения в целом, [11] но большинство случаев остаются нераспознанными, недиагностированными и нелечеными, и подвергаются риску серьезных долгосрочных осложнений для здоровья. [11] [44] [57] [58] Люди могут страдать от тяжелых симптомов заболевания и подвергаться обширным обследованиям в течение многих лет, прежде чем будет поставлен правильный диагноз. [54] Нелеченная CD может вызвать мальабсорбцию , снижение качества жизни, дефицит железа , остеопороз , повышенный риск лимфом кишечника и большую смертность. [59] CD связана с некоторыми другими аутоиммунными заболеваниями, такими как сахарный диабет 1 типа , тиреоидит , [60] глютеновая атаксия , псориаз , витилиго , аутоиммунный гепатит , герпетиформный дерматит , первичный склерозирующий холангит и многое другое. [52] [60]
CD с «классическими симптомами», которые включают желудочно-кишечные проявления, такие как хроническая диарея и вздутие живота, мальабсорбция, потеря аппетита и нарушение роста, в настоящее время является наименее распространенной формой проявления заболевания и поражает преимущественно маленьких детей, как правило, младше двух лет. [52] [54] [57]
CD с «неклассическими симптомами» является наиболее распространенным клиническим типом [54] и встречается у детей старшего возраста (старше двух лет), [54] подростков и взрослых. [54] Он характеризуется более легкими или даже отсутствующими желудочно-кишечными симптомами и широким спектром некишечных проявлений, которые могут затрагивать любой орган тела, и очень часто может быть полностью бессимптомным [57] как у детей (по крайней мере, в 43% случаев [61] ), так и у взрослых. [57]
Бессимптомная CD (ACD) присутствует у большинства пораженных пациентов и характеризуется отсутствием классических признаков непереносимости глютена, таких как диарея, вздутие живота и боли в животе. Тем не менее, у этих людей очень часто развиваются заболевания, которые могут быть связаны с потреблением глютена. Глютен может расщепляться на несколько морфиноподобных веществ, называемых глютенэкзорфинами . Эти соединения имеют доказанные опиоидные эффекты и могут маскировать пагубное воздействие белка глютена на слизистую оболочку желудочно-кишечного тракта и его функцию. [62]
Нецелиакийная чувствительность к глютену (NCGS) описывается как состояние с множественными симптомами, которое улучшается при переходе на безглютеновую диету после исключения целиакии и аллергии на пшеницу. [63] [64] Признанное с 2010 года, [65] [66] оно включено в число заболеваний, связанных с глютеном . [65] Его патогенез еще не до конца изучен, но предполагается активация врожденной иммунной системы, прямое негативное воздействие глютена и, вероятно, других компонентов пшеницы. [66] [37]
NCGS является наиболее распространенным синдромом непереносимости глютена , [65] [67] с распространенностью, по оценкам, 6-10%. [12] NCGS становится все более распространенным диагнозом, но его истинную распространенность трудно определить, потому что многие люди ставят себе диагноз самостоятельно и начинают безглютеновую диету, не сдав предварительное тестирование на целиакию или не получив диетического предписания от врача. [68] Люди с NCGS и желудочно-кишечными симптомами обычно остаются на «ничейной земле», не будучи признанными специалистами и не имея адекватной медицинской помощи и лечения. [69] Большинство из этих людей имеют долгую историю жалоб на здоровье и безуспешных консультаций с многочисленными врачами, пытаясь получить диагноз целиакии, но им ставят только диагноз синдром раздраженного кишечника . [69] [70] Постоянное, хотя и неопределенное количество людей исключают глютен, потому что они считают его ответственным за свои симптомы, и они улучшаются с безглютеновой диетой , поэтому они сами ставят себе диагноз NCGS. [69] [70]
У людей с NCGS могут развиться желудочно-кишечные симптомы, которые напоминают симптомы синдрома раздраженного кишечника или аллергии на пшеницу , [65] [37] или широкий спектр негастроэнтерологических симптомов, таких как головная боль , хроническая усталость , фибромиалгия , атопические заболевания , аллергии , неврологические заболевания или психические расстройства и другие. [59] [66] [71] Результаты исследования 2017 года показывают, что NCGS может быть хроническим заболеванием, как и в случае с целиакией. [72]
Помимо глютена, дополнительные компоненты, присутствующие в пшенице, ржи, ячмене, овсе и их производных, включая другие белки, называемые ингибиторами амилазы-трипсина (ATI), и короткоцепочечные углеводы, известные как FODMAP , могут вызывать симптомы NCGS. [66] По состоянию на 2019 год обзоры приходят к выводу, что, хотя FODMAP, присутствующие в пшенице и связанных с ней зерновых, могут играть роль в нецелиакийной чувствительности к глютену, они объясняют только определенные желудочно-кишечные симптомы, такие как вздутие живота , но не внепищеварительные симптомы, которые могут развиться у людей с нецелиакийной чувствительностью к глютену, такие как неврологические расстройства , фибромиалгия , психологические расстройства и дерматит . [73] [72] [66] ATI могут вызывать воспаление кишечника, опосредованное толл-подобным рецептором 4 ( TLR4 ) у людей. [74] [75]
Люди также могут испытывать неблагоприятные эффекты пшеницы в результате аллергии на пшеницу . [76] Как и в случае с большинством аллергий, аллергия на пшеницу заставляет иммунную систему ненормально реагировать на компонент пшеницы, который она рассматривает как угрожающее инородное тело. Этот иммунный ответ часто ограничен по времени и не наносит длительного вреда тканям организма. [77] Аллергия на пшеницу и целиакия — это разные заболевания. [78] [58] [79] Желудочно-кишечные симптомы аллергии на пшеницу похожи на симптомы целиакии и нецелиакальной чувствительности к глютену, но между воздействием пшеницы и появлением симптомов существует другой интервал. Аллергическая реакция на пшеницу имеет быстрое начало (от нескольких минут до нескольких часов) после употребления пищи, содержащей пшеницу, и может включать анафилаксию . [55]
Глютеновая атаксия — это аутоиммунное заболевание, вызванное употреблением глютена. [80] При глютеновой атаксии 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 глютеновой атаксией обычно наблюдается нарушение походки или нарушение координации и тремор верхних конечностей. Распространены нистагм , вызванный взглядом , и другие глазные признаки мозжечковой дисфункции. Также могут появляться миоклонус , небный тремор и опсоклонус-миоклонус . [81]
Ранняя диагностика и лечение с помощью безглютеновой диеты могут улучшить атаксию и предотвратить ее прогрессирование. Эффективность лечения зависит от времени, прошедшего с момента начала атаксии до постановки диагноза, поскольку гибель нейронов в мозжечке в результате воздействия глютена необратима. [81] [82]
Глютеновая атаксия составляет 40% атаксий неизвестного происхождения и 15% всех атаксий. [81] [83] Менее 10% людей с глютеновой атаксией проявляют какие-либо желудочно-кишечные симптомы, однако около 40% имеют кишечные повреждения. [81]
Помимо глютеновой атаксии, чувствительность к глютену может вызывать широкий спектр неврологических расстройств, которые развиваются с наличием или без наличия пищеварительных симптомов или повреждения кишечника. [14] К ним относятся периферическая нейропатия , эпилепсия , головная боль , энцефалопатия , сосудистая деменция и различные двигательные расстройства ( синдром беспокойных ног , хорея , паркинсонизм , синдром Туретта , небный тремор , миоклонус , дистония , синдром опсоклонуса-миоклонуса , пароксизмы , дискинезия , миоритмия, миокимия ). [14] [84]
Диагностика скрытой чувствительности к глютену сложна и задерживается, когда нет никаких пищеварительных симптомов. Люди, у которых есть желудочно-кишечные проблемы, с большей вероятностью получат правильный диагноз и лечение. Строгая безглютеновая диета является лечением первой линии, которое следует начинать как можно скорее. Она эффективна при большинстве этих расстройств. Когда деменция прогрессирует до тяжелой степени, диета не оказывает никакого положительного эффекта. Кортикальный миоклонус, по-видимому, устойчив к лечению как при безглютеновой диете, так и при иммуносупрессии. [14]
Люди с расстройствами, связанными с глютеном, должны строго исключить глютен из своего рациона, поэтому им нужны четкие правила маркировки. [85] Термин «без глютена» обычно используется для обозначения предполагаемого безвредного уровня глютена, а не полного отсутствия. [86] Точный уровень, при котором глютен безвреден, неопределен и спорен. Систематический обзор 2008 года предварительно пришел к выводу, что потребление менее 10 мг глютена в день вряд ли вызовет повреждение кишечника у людей с целиакией, хотя в нем отмечено, что было проведено мало надежных исследований. [86] Регулирование маркировки «без глютена» варьируется. [85]
В международных стандартах Codex Alimentarius по маркировке пищевых продуктов есть стандарт, касающийся маркировки продуктов как « безглютеновых ». Он применяется только к продуктам, которые обычно содержат глютен. [87]
По закону в Бразилии все продукты питания должны иметь этикетки, на которых четко указано, содержат ли они глютен. [88]
На этикетках всех пищевых продуктов, продаваемых в Канаде, должно быть четко указано наличие глютена, если его содержание превышает 20 частей на миллион. [89]
В Европейском союзе все предварительно упакованные и непредупакованные продукты из ресторанов, еда на вынос, упакованная непосредственно перед продажей, или неупакованная еда, подаваемая в учреждениях, должны быть обозначены как не содержащие глютен. [90] «Без глютена» определяется как 20 частей на миллион глютена или менее, а «очень низкий уровень глютена» — как 100 частей на миллион глютена или менее; только продукты с зерновыми ингредиентами, обработанными для удаления глютена, могут иметь на этикетках обозначение «очень низкий уровень глютена». [90] Не разрешается маркировать продукты как «без глютена», если все аналогичные продукты по своей природе не содержат глютен, например, в случае с молоком. [91]
Все продукты, содержащие глютен в качестве ингредиента, должны быть соответствующим образом маркированы, поскольку глютен определен как один из 14 признанных аллергенов ЕС. [92]
В Соединенных Штатах глютен не указывается на этикетках, если только он не добавлен как отдельный ингредиент. Пшеница или другие аллергены указаны после строки ингредиентов. Управление по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) исторически классифицировало глютен как « общепризнанный безопасный » (GRAS). В августе 2013 года FDA вынесло окончательное постановление, вступившее в силу в августе 2014 года, которое определило термин «безглютеновый» для добровольного использования в маркировке продуктов питания как означающий, что количество глютена, содержащегося в пище, составляет менее 20 частей на миллион. [93]
Аналогичные глиадину белки, обнаруженные в пшенице, существуют как секалин во ржи, гордеин в ячмене и авенины в овсе, и вместе называются "глютеном". Глютен, обнаруженный во всех этих зернах, был идентифицирован как компонент, способный вызвать иммуноопосредованное расстройство, целиакию.
отличительной чертой, делающей пшеницу уникальной, является именно вязкоупругость глютена. Когда зерно измельчается и смешивается с водой, запасные белки образуют тесто, способное удерживать пузырьки газа. Эти свойства делают пшеницу пригодной для приготовления самых разнообразных пищевых продуктов
Учитывая уникальные свойства пшеничной клейковины, неудивительно, что она стала предметом пристального внимания со стороны пищевой промышленности. (...) Глютен действительно имеет экономические преимущества по сравнению с более дорогими продуктами из молочного или соевого белка (таблица 1), а его функциональные свойства, которые другие продукты не могут воспроизвести, дают ему уникальное место среди различных белковых продуктов. (...) В отличие от сывороточных и соевых белков, глютеновые или пшеничные белки не обладают высокой биологической ценностью и не были широко исследованы на предмет их питательных преимуществ.
В пептидах глютена имеется не менее 50 токсичных эпитопов, оказывающих цитотоксическое, иммуномодулирующее и проникающее в кишечник действие.
Предыдущие исследования показали, что глиадин может вызывать немедленное и временное увеличение проницаемости кишечника. Этот проникающий эффект является вторичным по отношению к связыванию специфических неперевариваемых фрагментов глиадина с рецептором хемокина CXCR3 с последующим высвобождением зонулина, модулятора межклеточных плотных контактов. Этот процесс происходит у всех людей, которые употребляют глютен. Для большинства эти события не приводят к аномальным последствиям. Однако эти же события могут привести к воспалительному процессу у генетически предрасположенных лиц, когда система иммунологического надзора ошибочно распознает глютен как патоген.
Необходимо учитывать, что овес включает в себя множество разновидностей, содержащих различные аминокислотные последовательности и демонстрирующих различную иммунореактивность, связанную с токсичными проламинами. В результате несколько исследований показали, что иммуногенность овса варьируется в зависимости от потребляемого сорта. Таким образом, важно тщательно изучить разновидность овса, используемого в пищевом ингредиенте, прежде чем включать его в безглютеновую диету.
Рост потребления средиземноморской диеты во всем мире, которая включает широкий спектр продуктов на основе пшеницы, возможно, способствовал тревожному росту заболеваемости расстройствами, связанными с пшеницей (глютеном?).1, 2
механизация сельского хозяйства и растущее промышленное использование пестицидов способствовали развитию новых типов пшеницы с более высоким содержанием токсичных пептидов глютена, которые вызывают развитие заболеваний, связанных с глютеном
Кроме того, роль компонента FODMAP (например, фруктаны) пшеницы как единственного триггера симптомов несколько сомнительна, поскольку многие пациенты с NCWS сообщают об исчезновении симптомов после отказа от пшеницы и связанных с ней злаков, продолжая при этом употреблять овощи и фрукты с высоким содержанием FODMAP в своем рационе.59 В целом, можно предположить, что в симптомах NCWS (как они в настоящее время определяются) может быть задействовано более одного виновника, включая глютен, другие пшеничные белки и FODMAP.60–62
Хотя непереносимость фруктанов и других FODMAP может способствовать развитию NCGS, они могут объяснять только желудочно-кишечные симптомы, а не внекишечные симптомы, наблюдаемые у пациентов с NCGS, такие как неврологическая дисфункция, психологические расстройства, фибромиалгия и кожная сыпь.15 Поэтому маловероятно, что они являются единственной причиной NCGS.