Munich Freising, Germany
August 11, 2020
From the archive, the researchers selected five leading wheat varieties for each decade of the 120 years examined. In order to generate comparable samples, they cultivated the different varieties in 2015, 2016 and 2017 under the same geographical and climatic conditions. - Credit: Katharina Scherf / Leibniz-LSB@TUM
In recent years, the number of people affected by coeliac disease, wheat allergy or gluten or wheat sensitivity has risen sharply. But why is this the case? Could it be that modern wheat varieties contain more immunoreactive protein than in the past? Results from a study by the Leibniz-Institute for Food Systems Biology at the Technical University of Munich and the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research are helping to answer this question.
Wheat grains contain about 70 percent starch. Their protein content is usually 10 to 12 percent. Gluten accounts for the lion's share of proteins, at around 75 to 80 percent. Gluten is a compound mixture of different protein molecules. These can be roughly divided into two subgroups: "gliadins" and "glutenins".
It has long been known that wheat proteins can trigger disorders such as coeliac disease or wheat allergies. Approximately 1 or 0.5 percent of the adult population is affected worldwide. In addition, non-celiac gluten sensitivity (NCGS) is becoming increasingly important in the western world.
"Many people fear that modern wheat varieties contain more immunoreactive proteins than in the past and that this is the cause of the increased incidence of wheat-related disorders," says Darina Pronin from the Leibniz-Institute for Food Systems Biology, who was significantly involved in the study as part of her doctoral thesis. Where gluten is concerned, the protein group of gliadins in particular is suspected of causing undesired immune reactions, explains the food chemist.
60 wheat varieties from the period 1891 - 2010 analyzed
But how big are the differences between old and new wheat varieties really? In order to help clarify this, Katharina Scherf and her team at the Leibniz-Institute for Food Systems Biology investigated the protein content of 60 preferred wheat varieties from the period between 1891 and 2010. This was made possible by the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research. It has an extensive seed archive. From the archive, the researchers selected five leading wheat varieties for each decade of the 120 years examined. In order to generate comparable samples, they cultivated the different varieties in 2015, 2016 and 2017 under the same geographical and climatic conditions.
Analyses by the team of scientists show that, overall, modern wheat varieties contain slightly less protein than old ones. In contrast, the gluten content has remained constant over the last 120 years, although the composition of the gluten has changed slightly. While the proportion of critically viewed gliadins fell by around 18 percent, the proportion of glutenins rose by around 25 percent. In addition, the researchers observed that higher precipitation in the year of the harvest was accompanied by a higher gluten content in the samples.
Environmental conditions are more relevant than the variety
"Surprisingly, environmental conditions such as precipitation had an even greater influence on protein composition than changes caused by breeding. In addition, at least on the protein level, we have not found any evidence that the immunoreactive potential of wheat has changed as a result of the cultivation factors," explains Katharina Scherf, who is now continuing her research as a professor at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT). However, Scherf also points out that not all protein types contained in wheat have been investigated with regard to their physiological effects. Therefore, there is still a lot of research to be done.
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Original publication: Pronin D, Börner A, Weber H, Scherf KA (2020) J Agric Food Chem, DOI: 10.1021/acs.jafc.0c02815. Wheat (Triticum aestivum L.) breeding from 1891 to 2010 contributed to increasing yield and glutenin contents but decreasing protein and gliadin contents
Funding: The study was funded by the Leibniz Association as part of the Leibniz Competition 2015; project number: K195/2015 (WHEATSCAN: Unraveling the causes for wheat sensitivities).
Background information:
Wheat is one of the most important crops and an important staple food in many countries. According to the Food and Agriculture Organization of the United Nations, the global wheat harvest in 2018 was over 734 million metric tons. With over 20 million metric tons of wheat per year, Germany is one of the 20 largest wheat producers. All wheat varieties cultivated today are derived from ancient cereals that were cultivated by humans 10,000 years ago.
"Gliadins" and "glutenins" differ in their molecular properties and thus influence the baking behavior of a dough in different ways. Gliadins play a role in the viscosity and extensibility of a dough. On the other hand, due to their molecular properties, glutenins form a continuous network that is responsible for the stretch resistance and elasticity of the dough. In cross-linked form, they are among the largest naturally occurring protein molecules.
Read also:
Differentiation of celiac disease from the clinical picture of "non-celiac gluten sensitivity" https://www.dzg-online.de/krankheitsbild.312.0.html
Why einkorn wheat could be better for people with wheat intolerance
Freising 11/14/2018 - Modern, but also ancient types of wheat such as einkorn, emmer and spelt naturally contain a group of protein molecules that are suspected of triggering symptoms of wheat intolerance. A new study by the Leibniz-Institute for Food Systems Biology at the Technical University of Munich shows for the first time in a direct comparison that einkorn wheat, in contrast to common wheat, durum wheat, spelt and emmer, contains no or significantly lower amounts of these proteins. The researchers have now published their results in the Journal of Agricultural and Food Chemistry. Further information is available at: https://www.leibniz-lsb.de/presse-oeffentlichkeit/pressemitteilungen/pm-14112018-pressemitteilung-einkorn-weizenunvertraeglichkeit/
Freispruch für modernen Weizen? Gluten im Weizen: Was sich nach 120 Jahren Züchtung verändert hat
In den letzten Jahren ist die Zahl der Menschen stark gestiegen, die von einer Zöliakie, Weizenallergie oder einer Gluten- oder Weizensensitivität betroffen sind. Doch warum ist dies so? Enthalten moderne Weizensorten eventuell mehr immunreaktives Eiweiß als früher? Eine Studie des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung trägt nun mit ihren Ergebnissen dazu bei, diese Frage zu beantworten.
Weizenkörner bestehen zu etwa 70 Prozent aus Stärke. Ihr Eiweißanteil liegt in der Regel bei 10 bis 12 Prozent. Gluten, das sogenannte Klebereiweiß, macht davon mit etwa 75 bis 80 Prozent den Löwenanteil aus. Es handelt sich bei Gluten um ein Stoffgemisch aus verschiedenen Eiweißmolekülen. Diese lassen sich grob in zwei Untergruppen einteilen: die „Gliadine“ und die „Glutenine“.
Seit langem ist bekannt, dass Weizeneiweiße Erkrankungen wie Zöliakie oder Weizenallergien auslösen können. Etwa 1 bzw. 0,5 Prozent der erwachsenen Weltbevölkerung sind betroffen. Zudem gewinnt die Nicht-Zöliakie-Nicht-Weizenallergie-Weizensensitivität (NCGS) in der westlichen Welt immer mehr an Bedeutung.
„Viele Menschen befürchten, dass moderne Weizenzüchtungen mehr immunreaktives Eiweiß enthalten als früher und dies die Ursache für die gestiegene Erkrankungshäufigkeit ist“, sagt Darina Pronin vom Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie, die im Rahmen ihrer Doktorarbeit maßgeblich an der Studie beteiligt war. Hinsichtlich des Glutens stünde insbesondere die Eiweißgruppe der Gliadine im Verdacht, ungewünschte Immunreaktionen hervorzurufen, so die Lebensmittelchemikerin weiter.
60 Weizensorten aus der Zeit von 1891 – 2010 analysiert
Doch wie groß sind die Unterschiede zwischen alten und neuen Weizenzüchtungen wirklich? Um zur Klärung der Sachlage beizutragen, untersuchte das Team um Katharina Scherf am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie den Eiweißgehalt von 60 bevorzugten Weizensorten aus der Zeit zwischen 1891 und 2010. Möglich machte dies das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung. Es verfügt über ein umfangreiches Saatgutarchiv. Aus diesem wählten die Forschenden für jedes Jahrzehnt der betrachteten 120 Jahre jeweils fünf führende Weizensorten aus. Um vergleichbare Proben zu generieren, bauten sie die verschiedenen Sorten in den Jahren 2015, 2016 und 2017 unter jeweils gleichen geografischen und klimatischen Bedingungen an.
Wie Analysen des Wissenschaftlerteams zeigen, enthalten moderne Weizensorten insgesamt etwas weniger Eiweiß als alte. Der Glutengehalt blieb dagegen über die letzten 120 Jahre konstant, wobei sich die Zusammensetzung des Glutens jedoch leicht veränderte. Während der Anteil der kritisch gesehenen Gliadine um rund 18 Prozent sank, stieg im Verhältnis der Gehalt der Glutenine um etwa 25 Prozent an. Darüber hinaus beobachteten die Forschenden, dass mit einer höheren Niederschlagsmenge im Erntejahr auch ein höherer Glutengehalt der Proben einherging.
Umweltbedingungen sind entscheidender als die Sorte
„Überraschenderweise hatten Umweltbedingungen wie die Niederschlagsmenge, sogar einen größeren Einfluss auf die Eiweißzusammensetzung als die züchterischen Veränderungen. Zudem haben wir zumindest auf Eiweißebene keine Hinweise darauf gefunden, dass sich das immunreaktive Potential des Weizens durch die züchterischen Maßnahmen verändert hat“, erläutert Katharina Scherf, die heute ihre Forschung als Professorin am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) fortsetzt. Jedoch seien auch noch nicht alle im Weizen enthaltenen Eiweißarten im Hinblick auf ihre physiologischen Effekte untersucht, gibt Scherf zu bedenken. Es bestünde also noch viel Forschungsbedarf.
Originalpublikation:Pronin D, Börner A, Weber H, Scherf KA (2020) J Agric Food Chem, DOI: 10.1021/acs.jafc.0c02815. Wheat (Triticum aestivum L.) breeding from 1891 to 2010 contributed to increasing yield and glutenin contents but decreasing protein and gliadin contents
Förderung: Die Studie wurde von der Leibniz-Gemeinschaft im Rahmen des Leibniz-Wettbewerbs 2015 gefördert; Projektnummer: K195/2015 (WHEATSCAN: Unraveling the causes for wheat sensitivities).
Hintergrundinformationen:
Weizen ist eine der wichtigsten Kulturpflanzen und in vielen Ländern ein bedeutendes Grundnahrungsmittel. Laut der Food and Agriculture Organization der vereinten Nationen lag die globale Weizenernte im Jahr 2018 bei über 734 Millionen Tonnen. Deutschland gehört mit über 20 Millionen Tonnen Weizen pro Jahr zu den 20 größten Weizenproduzenten. Alle heutigen Zuchtformen des Weizens leiten sich von Urgetreideformen ab, die Menschen bereits vor 10.000 Jahren anbauten.
„Gliadine“ und „Glutenine“ unterscheiden sich in ihren molekularen Eigenschaften und beeinflussen so in unterschiedlicher Weise das Backverhalten eines Teiges. Gliadine spielen eine Rolle für die Viskosität und Dehnbarkeit eines Teiges. Die Glutenine bilden dagegen aufgrund ihrer Moleküleigenschaften ein durchgängiges Netzwerk, das für den Dehnwiderstand und die Elastizität des Teiges verantwortlich ist. Sie gehören in vernetzter Form zu den größten natürlich vorkommenden Eiweißmolekülen.
Abgrenzung der Zöliakie zum Krankheitsbild der „Nicht-Zöliakie-Nicht-Weizenallergie-Weizensensitivtät“ https://www.dzg-online.de/krankheitsbild.312.0.html
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Warum Einkorn besser für Menschen mit Weizenunverträglichkeit sein könnte
Freising 14.11.2018 - Moderne, aber auch ursprüngliche Weizenarten wie Einkorn, Emmer und Dinkel enthalten natürlicherweise eine Gruppe von Eiweißmolekülen, die im Verdacht steht, Symptome einer Weizenunverträglichkeit auszulösen. Eine neue Studie des Leibniz-Instituts für Lebensmittel-Systembiologie an der TU München zeigt erstmals im direkten Vergleich, dass Einkorn im Gegensatz zu Brotweizen, Hartweizen, Dinkel und Emmer keine oder deutlich geringere Mengen dieser Eiweiße enthält. Die Forschenden veröffentlichten ihre Ergebnisse nun in der Fachzeitschrift Journal of Agricultural and Food Chemistry. Weitere Informationen unter: https://www.leibniz-lsb.de/presse-oeffentlichkeit/pressemitteilungen/pm-14112018-pressemitteilung-einkorn-weizenunvertraeglichkeit/
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