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Proteine di riserva del frumento, rapporto GLIA/GLUT e implicazioni strutturali, reologiche e immunologiche

by luciano

Riassunto

Le proteine di riserva del frumento che formano il glutine comprendono gliadine prevalentemente monomeriche e glutenine polimeriche. Le prime contribuiscono soprattutto alla viscosità e all’estensibilità dell’impasto; le seconde, attraverso polimeri stabilizzati da ponti disolfuro intermolecolari, sostengono elasticità, resistenza e stabilità. Il rapporto GLIA/GLUT — quantità di gliadine divisa per quantità di glutenine — è quindi un indicatore utile dell’equilibrio fra le due frazioni, ma non è una proprietà assoluta della specie: dipende da genotipo, ambiente, fertilizzazione, matrice e metodo analitico. Nei confronti eseguiti con procedure omogenee, il frumento tenero presenta in genere rapporti più bassi, mentre farro, frumento duro, farro dicocco e soprattutto monococco mostrano spesso rapporti più elevati. Nel più ampio dataset comparativo disponibile, basato su 15 cultivar per specie coltivate in quattro località, i valori osservati furono 1,6–3,8 nel frumento tenero, 2,3–4,8 nel farro, 2,1–7,5 nel duro, 3,0–11,1 nel dicocco e 3,7–12,1 nel monococco [3]. Questi intervalli descrivono quello specifico disegno sperimentale e non vanno trasformati in soglie universali. Sul piano tecnologico, un rapporto elevato è generalmente associato a impasti più morbidi ed estensibili, meno stabili e con minore capacità panificatoria; tuttavia il rapporto da solo non esaurisce la qualità. Contano anche quantità totale di proteine, composizione delle subunità HMW-GS e LMW-GS, dimensione dei polimeri, quota di glutenin macropolymer, distribuzione delle masse molecolari e interazioni con amido, lipidi, fibre ed enzimi [1–5]. Sul piano clinico, infine, GLIA/GLUT non misura la sicurezza per la celiachia né la digeribilità individuale: il monococco contiene sequenze capaci di attivare la risposta celiaca e non è idoneo a una dieta senza glutine [9– 11].

Che cosa sono gliadine e glutenine

Nel chicco di frumento le proteine si distinguono tradizionalmente in albumine, globuline, gliadine e glutenine in base alla solubilità. Gliadine e glutenine sono le principali proteine di riserva dell’endosperma e, dopo idratazione e impastamento, costituiscono la componente proteica del glutine [1].

1.1 Gliadine

Le gliadine sono per lo più proteine monomeriche, solubili in miscele idroalcoliche. In base a mobilità elettroforetica e sequenza vengono raggruppate soprattutto in α/β-, γ- e ω-gliadine. Molte α/β- e γ-gliadine possiedono ponti disolfuro intramolecolari, ma normalmente non costruiscono i grandi polimeri intermolecolari tipici delle glutenine. Nel sistema impasto agiscono prevalentemente come componenti viscose e plasticizzanti: favoriscono scorrimento ed estensibilità e riducono, entro certi limiti, la rigidità della rete [1,2].

1.1.1 Le sottoclassi non sono equivalenti

La classificazione α/β, γ e ω non è soltanto descrittiva: riflette differenze di sequenza, contenuto di zolfo, struttura e modalità d’interazione con la rete. Le funzioni non sono però rigide e isolate; ogni frazione comprende molte proteine e alleli, e l’effetto osservato dipende dalla farina nella quale viene inserita.

  • α/β-gliadine: sono ricche di glutammina e prolina e possiedono normalmente sei cisteine, impegnate in tre ponti disolfuro intramolecolari. Non entrano stabilmente nel macropolimero gluteninico, ma partecipano a legami a idrogeno e interazioni idrofobiche. Negli esperimenti di aggiunta aumentano soprattutto mobilità ed estensibilità, con un effetto di indebolimento generalmente meno marcato di quello delle γ- e ω-gliadine [12,13].
  • γ-gliadine: possiedono in genere otto cisteine e una struttura intramolecolare più ricca di ponti disolfuro. Restano prevalentemente monomeriche, ma interagiscono fortemente tramite legami non covalenti; durante la cottura alcune possono legarsi covalentemente alle glutenine attraverso reazioni di scambio sulfidrile-disolfuro. In prove controllate, la frazione γ ha prodotto la maggiore riduzione del tempo d’impastamento e della resistenza massima all’estensione, indicando un forte effetto di ammorbidimento e fluidificazione [12,14].
  • ω-gliadine: sono molto ricche di glutammina e prolina, povere o prive di cisteina e quindi incapaci, salvo rare varianti, di formare ponti disolfuro. Dipendono soprattutto da legami a idrogeno e interazioni idrofobiche. Sono la frazione più tipicamente viscosa: riducono tenuta e altezza del pane e, in un’indagine del 2024 su 74 genotipi, la loro quota relativa è risultata positivamente associata all’adesività dell’impasto [13,15].

1.2 Glutenine

Le glutenine sono assemblate in polimeri mediante ponti disolfuro intermolecolari. Le loro subunità sono classificate in HMW-GS (high-molecular-weight glutenin subunits) e LMW-GS (low- molecular-weight glutenin subunits). Le HMW-GS rappresentano una quota quantitativamente minore, ma influenzano in modo rilevante dimensione e architettura dei polimeri; le LMW-GS sono più abbondanti e contribuiscono anch’esse alla rete. L’insieme conferisce resistenza alla deformazione, elasticità, capacità di recupero e stabilità all’impastamento [1,2].

1.3 Il glutine è un sistema: il ruolo centrale del glutenin macropolymer

Descrivere il glutine come semplice somma di gliadine e glutenine è utile ma incompleto. La proprietà decisiva non è soltanto quanta glutenina è presente, ma quanta parte di essa è organizzata in polimeri molto grandi e come tali polimeri sono connessi. La frazione di massimo interesse tecnologico viene indicata come glutenin macropolymer (GMP), macropolimero gluteninico, oppure — secondo il metodo di estrazione — come unextractable polymeric protein (UPP), proteina polimerica non estraibile in SDS senza un agente riducente. GMP e UPP non sono sinonimi analitici perfetti, ma descrivono entrambi la porzione più aggregata e meno solubile della rete gluteninica [2,16]. Il macropolimero si forma soprattutto mediante ponti disolfuro intermolecolari. Le HMW-GS funzionano come elementi di estensione e ramificazione dell’ossatura, mentre le LMW-GS, più numerose, ampliano e collegano la rete. Non si tratta di una maglia immobile: durante idratazione e impastamento ponti disolfuro, legami a idrogeno e interazioni idrofobiche si rompono e si riformano. L’energia meccanica orienta e avvicina le catene; lo scambio sulfidrile-disolfuro consente una redistribuzione dei collegamenti. Si sviluppa così una rete continua capace di deformarsi, immagazzinare energia elastica e recuperare parzialmente la forma. La quantità di GMP/UPP e la distribuzione delle dimensioni molecolari sono spesso più strettamente correlate a forza dell’impasto e volume del pane del contenuto proteico totale o del solo GLIA/GLUT. Se il polimero è abbondante, di grande massa e ben connesso, le pareti delle bolle resistono alla pressione dei gas. Se è scarso o depolimerizzato, l’impasto può contenere molte proteine ma comportarsi ugualmente come un sistema debole, viscoso e cedevole [2,16,17]. Le gliadine occupano gli spazi fra questi polimeri e ne modulano la mobilità. Acqua, amido, lipidi, arabinoxilani, fibre, sali, enzimi e stato redox modificano ulteriormente idratazione e contatti fra proteine. Due farine con lo stesso GLIA/GLUT possono quindi avere prestazioni diverse se differiscono per GMP/UPP, rapporto HMW-GS/LMW-GS, alleli presenti, distribuzione delle masse molecolari o quantità totale di proteine [2,4,5].

Figura 1 — Il macropolimero gluteninico come collegamento tra composizione proteica e proprietà dell’impasto.

Definizione e corretta interpretazione del rapporto GLIA/GLUT

Il rapporto è definito come: GLIA/GLUT = gliadine totali / glutenine totali Un valore 2 significa che, nel materiale quantificato con quel metodo, le gliadine sono due volte le glutenine. Se — e solo se — le due quantità sono espresse sulla stessa base e la loro somma rappresenta il glutine considerato, la quota relativa può essere ricavata matematicamente: quota gliadine = R / (1 + R); quota glutenine = 1 / (1 + R).

 

GLIA/GLUT (R)

Gliadine sul totale GLIA + GLUT

Glutenine sul totale GLIA + GLUT

2,0

66,7%

33,3%

4,0

80,0%

20,0%

8,0

88,9%

11,1%

12,0

92,3%

7,7%

Queste percentuali non indicano la quota sul totale delle proteine della farina e non permettono di calcolare automaticamente le HMW-GS. Per farlo servirebbe conoscere anche la composizione interna della frazione gluteninica. Nel testo precedente questo passaggio veniva trattato come proporzionalità diretta: è una semplificazione non giustificata.

Confronto tra specie: che cosa mostrano davvero i dati

Il confronto più informativo è quello nel quale specie diverse sono coltivate e analizzate con lo stesso protocollo. Geisslitz e collaboratori hanno studiato 300 campioni: 15 cultivar per ciascuna di cinque specie, coltivate in quattro località nello stesso anno. Le farine erano integrali e le frazioni proteiche furono determinate con una procedura spettrofotometrica adattata e validata rispetto alla RP-HPLC [3].

 

Specie

Ploidia / genoma

Intervallo GLIA/GLUT osservato

Frumento tenero (T. aestivum)

esaploide, AABBDD

1,6–3,8

Farro spelta (T. spelta)

esaploide, AABBDD

2,3–4,8

Frumento duro (T. durum)

tetraploide, AABB

2,1–7,5

Farro dicocco (T. dicoccum)

tetraploide, AABB

3,0–11,1

Monococco (T. monococcum)

diploide, AA

3,7–12,1

La tendenza è netta: nel medesimo disegno sperimentale il monococco si colloca generalmente verso valori più elevati, mentre il frumento tenero presenta valori più bassi. Gli intervalli, tuttavia, si sovrappongono. Non è quindi corretto attribuire a ciascuna specie un unico valore né dedurre la specie dal rapporto misurato [3]. Un precedente studio standardizzato su otto cultivar per specie, coltivate in un’unica località, aveva trovato rapporti medi indicativi di circa 2,6 nel frumento tenero, 3,5 nel farro, 5,2 nel dicocco e 8,0 nel monococco. Lo stesso studio mostrò che contenuto di glutenine, HMW-GS e glutenin macropolymer erano predittori del volume del pane più informativi del solo contenuto proteico [2].

3.1 Perché i valori non devono essere trasferiti senza cautela

  • Il rapporto varia tra cultivar della stessa specie.
  • Ambiente, temperatura, disponibilità idrica e azoto modificano accumulo e proporzioni delle frazioni.
  • Farina bianca, semola, farina integrale, glutine isolato e granella intera non sono matrici equivalenti.
  • Estrazione Osborne, RP-HPLC, SE-HPLC, LC-MS ed ELISA non misurano necessariamente le stesse popolazioni proteiche con la stessa resa.
  • Anche calibranti, solubilizzazione delle glutenine e base di espressione del risultato possono cambiare il valore finale. Un confronto recente tra RP-HPLC ed ELISA su 80 farine di frumento tenero è istruttivo: la RP- HPLC fornì un intervallo GLIA/GLUT di 1,3–2,9 (mediana 2,0), mentre l’ELISA diede 0,8–7,5 (mediana 2,3); la correlazione fra i rapporti ottenuti con i due metodi fu debole [6]. Il rapporto deve dunque essere accompagnato da matrice, protocollo e unità di calcolo.

Perché il monococco tende ad avere un rapporto elevato

Il monococco possiede il solo genoma A. Il frumento duro possiede i genomi A e B; il frumento tenero A, B e D. Questa diversa architettura genomica significa che il monococco dispone di un solo locus omeologo Glu-1 per le HMW-GS, mentre i frumenti poliploidi possiedono loci sui diversi genomi. È corretto parlare di un numero minore di loci omeologhi disponibili, ma non di una necessaria “scarsa diversità” del locus Glu-A1: nelle popolazioni diploidi esiste un’ampia variabilità allelica [7]. La minore dotazione genomica non determina da sola il rapporto. Il fenotipo finale dipende dall’espressione degli alleli, dalla quantità relativa di gliadine e glutenine, dalla composizione HMW/LMW e dalla capacità di costruire polimeri di grandi dimensioni. Nei dataset comparativi il monococco presenta spesso meno glutenine, meno HMW-GS e meno glutenin macropolymer, coerentemente con impasti più morbidi e prestazioni panificatorie mediamente inferiori [2,3].

4.1 Le gliadine come plasticizzanti

Un plasticizzante è una molecola che, inserendosi fra catene polimeriche, ne aumenta la mobilità relativa e riduce la rigidità complessiva. Le gliadine svolgono una funzione analoga perché sono molecole relativamente compatte e prevalentemente monomeriche: non prolungano la rete mediante ponti disolfuro intermolecolari, ma si collocano fra i polimeri di glutenina e interagiscono con essi soprattutto attraverso legami a idrogeno e forze idrofobiche. In questo modo aumentano la distanza e la possibilità di scorrimento fra segmenti gluteninici, riducono la densità effettiva dei collegamenti elastici per unità di volume e facilitano la dissipazione dell’energia. A livello reologico diminuiscono tempo e lavoro necessari all’impastamento, resistenza all’estensione e stabilità, mentre aumentano deformabilità ed estensibilità. L’acqua coopera a questo effetto: idratando proteine e gruppi polari, scherma parte delle interazioni proteina-proteina e accresce ulteriormente la mobilità molecolare [4,5,12,13]. “Plasticizzante” non significa però sostanza inerte. Le diverse gliadine hanno struttura, idrofobicità e comportamento differenti; α/β- e γ-gliadine possono partecipare ad aggregazioni non covalenti e, in certe condizioni di cottura, a collegamenti con le glutenine. Il termine descrive quindi il loro effetto medio sul sistema, non una funzione identica per ogni molecola [12–14].

Conseguenze reologiche, adesività e qualità panificatoria

A parità delle altre condizioni, un aumento di GLIA/GLUT tende a spostare l’equilibrio dalla risposta elastica verso quella viscosa. Gli esperimenti nei quali gliadine e glutenine sono state aggiunte in proporzioni controllate mostrano che più glutenine aumentano tempo di impastamento e resistenza all’estensione e riducono l’estensibilità; più gliadine producono l’effetto opposto [4,5]. In termini pratici, un rapporto elevato è spesso associato a:

  • sviluppo più rapido ma minore tolleranza all’impastamento prolungato;
  • impasto più morbido, adesivo o cedevole;
  • maggiore estensibilità e minore resistenza allo stiramento;
  • minore capacità di stabilizzare le bolle di gas durante fermentazione e cottura;
  • volume specifico del pane mediamente inferiore. Queste sono tendenze, non equivalenze automatiche. Il valore alveografico W non può essere previsto dal solo rapporto GLIA/GLUT. Idratazione, qualità delle subunità gluteniniche, polimerizzazione, danneggiamento dell’amido, fibre, attività enzimatica e processo di panificazione possono attenuare o amplificare il risultato. Inoltre, una farina meno adatta al pane ad alto volume può essere adatta a biscotti, prodotti a bassa lievitazione o formulazioni che valorizzano l’estensibilità.

5.1 Perché un impasto diventa adesivo

L’adesività — comunemente descritta come “appiccicosità” — è la tendenza dell’impasto ad aderire a mani, utensili o superfici. Non coincide semplicemente con l’estensibilità: un impasto può allungarsi senza aderire molto, oppure essere debole e adesivo. L’adesione aumenta quando, alla superficie, prevale una fase viscosa e mobile e la rete elastica interna non sviluppa sufficiente coesione per staccarsi in modo netto. Un elevato contenuto relativo di gliadine favorisce questa condizione perché accresce lo scorrimento molecolare e riduce la continuità del macropolimero gluteninico. La rete trattiene meno efficacemente l’acqua; aumenta la quota di acqua debolmente legata o facilmente redistribuibile e si forma uno strato superficiale più mobile. Anche sovraidratazione, proteolisi, attività amilasica, riduzione dei ponti disolfuro e sovraimpastamento possono produrre o aggravare lo stesso fenomeno

[17]. Quanto alle sottoclassi, i dati non permettono di dire che l’adesività sia “dovuta alle γ-gliadine”. Le γ-gliadine hanno mostrato un forte effetto di riduzione della resistenza e del tempo d’impastamento

[12]; tuttavia, nello studio comparativo più direttamente dedicato all’adesività, questa era correlata significativamente alle ω-gliadine e non alle α/β- o γ-gliadine [15]. La formulazione più corretta è quindi: le γ-gliadine possono contribuire all’ammorbidimento; una quota elevata di ω-gliadine sembra associarsi più direttamente all’adesività; il risultato finale dipende dall’equilibrio con glutenine, GMP e acqua.

5.2 Implicazioni pratiche per il monococco

Il comportamento tipico del monococco — impasto estensibile ma fragile, ridotta tenuta in fermentazione e maggiore sensibilità alla sovralavorazione — è coerente con l’elevato GLIA/GLUT e la minore quota di polimeri gluteninici. Ciò aiuta a spiegare perché tecniche progettate per il frumento tenero forte non siano trasferibili automaticamente. Miscelazione meno aggressiva, controllo rigoroso dell’idratazione e della temperatura, acidificazione, tempi calibrati e formatura rispettosa della struttura possono diventare più importanti della ricerca di una lunga lavorazione meccanica.

Farina integrale e farina raffinata: ciò che si può affermare

Nel documento precedente si affermava che la farina integrale aumenterebbe leggermente GLIA/GLUT per una maggiore presenza di gliadine negli strati periferici, una concentrazione delle

HMW-GS nel centro dell’endosperma e una frammentazione enzimatica dei polimeri. Queste spiegazioni, presentate come meccanismo generale, non sono adeguatamente sostenute dai dati citati. L’inclusione di crusca e germe aumenta proteine non gluteniche, fibre, lipidi ed enzimi e modifica certamente il comportamento dell’impasto. Non segue però che debba aumentare in modo sistematico il rapporto fra gliadine e glutenine estratte. L’esito dipende dalla distribuzione spaziale delle frazioni, dal grado di macinazione, dall’efficienza di estrazione e dalla base analitica. Un’eventuale proteolisi durante conservazione o impasto può modificare la dimensione dei polimeri senza trasformare automaticamente glutenine in gliadine. La conclusione metodologicamente corretta è più sobria: dati ottenuti su farine integrali non vanno confrontati direttamente con dati su farine bianche o semole senza uno studio che utilizzi lo stesso genotipo, la stessa coltivazione e lo stesso metodo. Le differenze di matrice possono alterare recupero e quantificazione; non esiste una correzione universale.

Fertilizzazione azotata: può aumentare anche la forza?

L’azoto aumenta generalmente il contenuto proteico, ma gli effetti sulle singole frazioni non sono costanti. In numerosi esperimenti le gliadine rispondono più marcatamente, con un possibile aumento di GLIA/GLUT; in altri casi la risposta dipende da cultivar, dose, momento di applicazione e condizioni di crescita. Una revisione quantitativa della chimica delle proteine del glutine riporta, in uno specifico confronto, un incremento medio del rapporto di circa il 4,6% con alto apporto di azoto, non una variazione di ordine multiplo [8]. I valori molto bassi attribuiti nel documento precedente al frumento duro “a basso” e “ad alto azoto” non erano confrontabili con gli altri intervalli e non devono essere usati per sostenere una regola generale. Se il metodo, la matrice o perfino l’orientamento del rapporto (GLIA/GLUT oppure GLUT/GLIA) cambiano, numeri apparentemente simili possono significare cose diverse. Esistono però studi nei quali la concimazione azotata ha aumentato non solo la quantità di proteine, ma anche la forza tecnologica. In un esperimento triennale su frumento tenero in Italia, l’azoto tardivo alla spigatura aumentò il contenuto proteico di 1,2 punti percentuali e il valore alveografico W del 22%; tutte le frazioni del glutine aumentarono in misura simile, senza una variazione significativa dei loro rapporti relativi [18]. In questo caso la maggiore forza derivava soprattutto dalla maggiore quantità complessiva di proteine funzionali. In linee quasi isogeniche trattate con 0–120 kg N/ha alla levata, l’azoto aumentò glutenine, HMW- GS, concentrazione di ponti disolfuro e comparsa del GMP durante il riempimento della cariosside. Aumentarono anche tempo di sviluppo, stabilità e resistenza massima dell’impasto; l’entità della risposta dipendeva però dall’allele Glu-D1 [19]. Un altro studio ha osservato che l’applicazione congiunta di azoto e zolfo all’antesi accresceva proteine polimeriche, massa molecolare, compattezza, forza e consistenza [20]. La conclusione è dunque articolata: sì, l’azoto può aumentare la forza, attraverso più proteina totale e, in alcune condizioni, più glutenine e maggiore polimerizzazione. Ma non è un effetto garantito. Se l’azoto favorisce soprattutto le gliadine, se manca zolfo per sintetizzare proteine ricche di cisteina, o se genotipo e clima orientano diversamente l’accumulo, il rapporto può aumentare senza un corrispondente miglioramento della rete. Dose eccessiva, allettamento, resa, epoca di applicazione e impatto ambientale impediscono inoltre di trasformare il dato tecnologico in una raccomandazione agronomica generale.

Rapporto GLIA/GLUT e implicazioni biologiche: piani distinti

Il rapporto GLIA/GLUT è nato come descrittore compositivo e tecnologico. Non è un indice clinico di tossicità celiaca, di allergenicità o di tollerabilità nella sensibilità al frumento non celiaca.

8.1 Celiachia

Nella celiachia, peptidi ricchi in prolina e glutammina resistono parzialmente alla digestione; la transglutaminasi tissutale 2 deamida specifici residui di glutammina, aumentando l’affinità di alcuni

peptidi per HLA-DQ2 o HLA-DQ8 e favorendo l’attivazione dei linfociti T. Gli epitopi clinicamente rilevanti non sono confinati a una sola frazione: sono stati descritti nelle α-, γ- e ω-gliadine e anche in glutenine [9–11]. Il monococco può mostrare profili peptidici differenti e, in alcuni esperimenti ex vivo, rilasciare meno peptidi immunogenici rispetto ad altri frumenti. Questo non lo rende sicuro: cataloghi delle sequenze e studi di digestione dimostrano che possiede il potenziale per attivare la celiachia. Deve pertanto essere escluso dalla dieta del paziente celiaco [9–11].

8.2 Che cosa implica la struttura secondaria delle proteine

Le catene proteiche non sono fili privi di forma. Tratti locali assumono α-eliche, β-foglietti, β-turn o conformazioni disordinate; queste strutture determinano quanto le catene possono avvicinarsi, formare legami a idrogeno, esporre gruppi idrofobici e partecipare ad aggregati. Nei β-foglietti, segmenti affiancati sono stabilizzati da una rete ordinata di legami a idrogeno; un loro aumento può accompagnare aggregazione e maggiore coesione. Le α-eliche sono strutture più compatte intramolecolari; le regioni disordinate offrono maggiore flessibilità e accessibilità. Durante l’impastamento la conformazione cambia: uno studio FTIR ha osservato aumenti coordinati di α-elica, β-turn e β-sheet e una riduzione della random coil fino al punto di consistenza ottimale. Questo indica un progressivo ordinamento delle proteine mentre si forma la rete [21]. La relazione non è però univoca: un aumento dei β-sheet può comparire sia in una rete più aggregata e resistente, sia dopo depolimerizzazione indotta da agenti riducenti. Per interpretarlo occorre conoscere contemporaneamente ponti disolfuro, massa molecolare dei polimeri, idratazione e proprietà reologiche [17,22]. La struttura secondaria ha quindi implicazioni concrete per: capacità di aggregazione; stabilità termica; ritenzione e mobilità dell’acqua; elasticità e viscosità; accessibilità agli enzimi digestivi; modificazioni durante impastamento, fermentazione e cottura. Non costituisce però, da sola, un indice di qualità o di digeribilità: è una parte del meccanismo strutturale e deve essere letta insieme all’organizzazione del GMP e alle interazioni non covalenti.

8.3 Sensibilità non celiaca e tolleranza individuale

“Il grano monococco viene frequentemente impiegato da soggetti con sensibilità al glutine non celiaca (NCGS), pur in assenza di evidenze cliniche definitive e validate su larga scala, ferme restando le specifiche intolleranze individuali accertate in sede clinica.

Sotto il profilo della ricerca, la carenza di studi clinici strutturati si lega a dinamiche di sostenibilità economica: i finanziamenti privati tendono a concentrarsi su asset industriali proprietari, mentre le istituzioni pubbliche, vincolate da risorse limitate, danno priorità ad aree sanitarie a maggiore impatto epidemiologico.

Ciononostante, l’attuale e diffuso consumo di questa varietà funge da indicatore empirico sul territorio: un’eventuale incidenza significativa di reazioni avverse verrebbe prontamente intercettata ed evidenziata dai canali della sorveglianza sanitaria attiva, attraverso la pratica quotidiana di medici di medicina generale, gastroenterologi e nutrizionisti.”

Come usare correttamente il rapporto GLIA/GLUT

Il rapporto è informativo quando viene usato all’interno di un confronto controllato. Per interpretarlo servono almeno:

  • specie e cultivar;
  • anno e ambiente di coltivazione;
  • tipo di campione: granella, farina integrale, farina raffinata, semola o glutine isolato;
  • protocollo di estrazione e tecnica di quantificazione;
  • definizione esatta delle frazioni incluse;
  • contenuto proteico totale e contenuti assoluti di gliadine e glutenine;
  • se l’obiettivo è tecnologico, HMW-GS, LMW-GS, glutenin macropolymer e una misura reologica o di panificazione. Il rapporto è molto meno informativo quando viene isolato dal metodo oppure trasformato in indicatore sanitario. Due errori da evitare sono: confrontare numeri prodotti con tecniche differenti come se appartenessero alla stessa scala; e interpretare “meno glutenine” come “meno glutine” o “meno immunogenicità”.

Conclusioni

  • Il glutine è formato soprattutto da gliadine monomeriche e glutenine polimeriche, con funzioni reologiche complementari.
  • Un GLIA/GLUT elevato segnala una prevalenza relativa delle gliadine, ma il suo valore dipende da genotipo, ambiente, matrice e metodo.
  • Nei confronti standardizzati il monococco presenta spesso i rapporti più elevati e minori quantità di glutenine, HMW-GS e macropolimeri gluteninici.
  • Questa composizione contribuisce a impasti più estensibili, meno elastici e meno stabili, ma non determina da sola tutta la prestazione panificatoria.
  • La ploidia aiuta a comprendere l’architettura dei loci, ma non autorizza a descrivere il monococco come geneticamente poco variabile.
  • Non è dimostrato che la farina integrale aumenti universalmente GLIA/GLUT; confronti tra matrici diverse richiedono protocolli omogenei.
  • GLIA/GLUT non è un indice di sicurezza clinica. Il monococco contiene glutine e non è adatto alle persone con celiachia.
  • L’adesività non è attribuibile a una sola gliadina: le γ-gliadine possono ammorbidire la rete, mentre le ω-gliadine mostrano l’associazione più diretta con l’adesività nei dati disponibili.
  • La concimazione azotata può aumentare la forza dell’impasto, ma l’effetto dipende da genotipo, zolfo, ambiente, dose ed epoca di applicazione.
  • La struttura secondaria condiziona aggregazione, acqua e reologia, ma va interpretata insieme a ponti disolfuro e dimensione dei polimeri.

Nota finale — Quale struttura glutinica è più adatta a pane, pasta e pizza?

Non esiste una composizione del glutine migliore in assoluto. La qualità funzionale dipende dal prodotto e dal processo: il pane richiede soprattutto sviluppo e ritenzione dei gas; la pasta secca deve conservare una matrice proteica compatta durante cottura; la pizza deve combinare tenuta in fermentazione e facilità di stesura. Quantità proteica, GLIA/GLUT, HMW-GS, LMW-GS, GMP/UPP e interazioni con amido e acqua devono quindi essere valutati insieme.

Figura 2 — La struttura glutinica desiderabile cambia in funzione del prodotto e del processo.

Pane lievitato

  • Assetto desiderabile: quota relativamente elevata di glutenine e di proteine polimeriche non estraibili, GMP/UPP abbondante e distribuzione orientata verso grandi masse molecolari.
  • Subunità: HMW-GS capaci di sostenere polimeri lunghi e ramificati sono particolarmente importanti; nel frumento tenero alcune combinazioni, come 5+10 al locus Glu-D1, sono spesso

associate a impasti forti, ma l’effetto dipende dal fondo genetico e dall’equilibrio con le LMW- GS [4,12].

  • Funzione: elevata elasticità, stabilità all’impastamento, resistenza all’estensione e capacità di trattenere le bolle fino alla cottura. A parità di proteina, aumentare glutenine/gliadine tende ad accrescere forza e volume del pane ma a ridurre l’estensibilità [23].
  • Limite: una rete eccessivamente tenace richiede più energia, si espande con difficoltà e può produrre un impasto poco estensibile; serve quindi una quota di gliadine sufficiente a plasticizzare la rete.

Pasta secca di semola di frumento duro

  • Assetto desiderabile: quantità proteica adeguata e rete continua, compatta e poco permeabile, capace di inglobare i granuli di amido e limitarne il rilascio nell’acqua di cottura.
  • Subunità: nel duro la variabilità delle LMW-GS, soprattutto al locus Glu-B3, è spesso più determinante della sola quota di HMW-GS. Il modello LMW-2 è generalmente associato a glutine più forte rispetto a LMW-1. La γ-gliadina 45 è soprattutto un marcatore genetico collegato a LMW-2, mentre γ-42 è collegata più spesso a LMW-1; non è la γ-gliadina, da sola, a determinare la qualità [24].
  • Funzione: buona fermezza, minore adesività superficiale e minori perdite di solidi in cottura. Studi recenti mostrano tuttavia che, entro intervalli commerciali, il contenuto proteico può contare più della forza e che il vantaggio del glutine forte emerge soprattutto con sovracottura o semole deboli [25].
  • Limite: aumentare indiscriminatamente HMW-GS o forza non garantisce pasta più ferma; gli effetti dipendono da genotipo, quantità proteica, amido e temperatura di essiccazione [24,25].

Pizza

  • Assetto desiderabile: equilibrio intermedio fra rete gluteninica e plasticizzazione gliadinica. L’impasto deve trattenere gas durante la fermentazione ma anche stendersi in un disco sottile senza lacerarsi né ritirarsi eccessivamente.
  • Subunità e polimeri: servono GMP/UPP e HMW-GS sufficienti a sostenere idratazione, fermentazione e condimento; una quota eccessiva di polimeri molto grandi o un rapporto glutenine/gliadine troppo alto può aumentare tenacità e ritorno elastico. Le gliadine, entro un rapporto equilibrato, facilitano stesura ed espansione in forno.
  • Processo: una pizza a lunga maturazione, molto idratata o cotta in teglia richiede in genere maggiore stabilità rispetto a una pizza sottile con fermentazione breve. Per questo la composizione ottimale non può essere separata da durata, temperatura, acidificazione, proteolisi, idratazione e modalità di cottura.
  • Limite: il valore W, il contenuto proteico o GLIA/GLUT, considerati singolarmente, non identificano la farina ideale. Gli studi sulle pizze napoletane confermano l’utilità di combinare parametri alveografici, chimici e fermentativi [26].

Figura 3 — Il rapporto fra le due famiglie proteiche descrive un continuum, non due categorie rigide.

Per la pasta fresca all’uovo o laminata il requisito cambia ancora: una tenacità eccessiva può ostacolare la sfogliatura. La nota relativa alla pasta si riferisce quindi principalmente alla pasta secca di semola di frumento duro.

Bibliografia

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Antiossidanti e glutine/cisteina e glutine/lattobacilli e glutine

by luciano

1 – Antiossidanti e crusca del grano
Gli antiossidanti (presenti nella crusca) possono interagire con le proteine del glutine riducendo le reazioni di interscambio disolfuro-solfidrile, influenzando così l’aggregazione delle proteine del glutine. (Huang et al., 2018).

2 – Antiossidanti e crusca del grano
La crusca di frumento fornisce sia fibre alimentari che una grande varietà di sostanze che si ritiene siano biologicamente attive, come antiossidanti, fitoestrogeni o lignani (Pruckler et al., 2014).

3 – Interazione cisteina glutine
La cisteina (enzima) presente nel germe di grano esercita attività idrolizzante nei confronti del glutine.

4 – Durante la fase di maturazione avviene una parziale idrolisi dei peptidi del frumento.
Per quanto riguarda le proteine presenti negli impasti, è stato osservato che con la fase di maturazione avviene una parziale idrolisi dei peptidi del frumento, quali residui di proline e glutammine che sono responsabili dell’innesco della risposta autoimmune nei pazienti celiaci (Iancu et al., 2019).

5 – Il glutine e fermentazione utilizzando madri acide
In altri studi si è invece recentemente provato che il glutine viene completamente idrolizzato durante la fermentazione utilizzando madri acide, rendendo i prodotti derivati sicuri per il consumo da parte di individui celiaci.

6 – Prodotti fermentati da madri acide e sintomi da intestino irritabile
Correlato al disturbo della celiachia, è stato osservato che i prodotti fermentati da madri acide riescono a controllare e a ridurre i sintomi da intestino irritabile (Gobbetti et al., 2019).

7 – Hydrolysis and depolymerization of gluten proteins during sourdough fermentation
Hydrolysis and depolymerization of gluten proteins during sourdough fermentation were determined. Neutral and acidified doughs in which microbial growth and metabolism were inhibited were used as controls to take into account the proteolytic activity of cereal enzymes. Doughs were characterized with respect to cell counts, pH, and amino nitrogen concentrations as well as the quantity and size distribution of SDS-soluble proteins. Furthermore, sequential extractions of proteins and analysis by HPLC and SDS-PAGE were carried out. Sourdough fermentation resulted in a solubilization and depolymerization of the gluten macropolymer. This depolymerization of gluten proteins was also observed in acid aseptic doughs, but not in neutral aseptic doughs. Hydrolysis of glutenins and occurrence of hydrolysis products upon sourdough fermentation were observed by electrophoretic analysis. Comparison of sourdoughs with acid control doughs demonstrated that glutenin hydrolysis and gluten depolymerization in sourdough were mainly caused by pH-dependent activation of cereal enzymes.
…….Il confronto tra impasti a lievitazione naturale e impasti a controllo acido ha dimostrato che l’idrolisi della glutenina e la depolimerizzazione del glutine nella pasta madre erano principalmente causate dall’attivazione pH-dipendente degli enzimi dei cereali…….Gluten hydrolysis and depolymerization during sourdough fermentation Claudia Thiele, Simone Grassl, Michael Gänzle PMID: 14995138 ; DOI: 10.1021/jf034470z

8 – Gluten breakdown by lactobacilli and pediococci strains isolated from sourdough. C L Gerez, G C Rollán, G F de Valdez; PMID: 16620203; DOI: 10.1111/j.1472-765X.2006.01889.x

9 – Proteolytic activity and reduction of gliadin-like fractions by sourdough lactobacilli
G Rollán, M De Angelis, M Gobbetti, G F de Valdez; PMID: 16313422; DOI: 10.1111/j.1365-2672.2005.02730.x
Abstract
Aims: To characterize the peptide hydrolase system of Lactobacillus plantarum CRL 759 and CRL 778 and evaluate their proteolytic activity in reducing gliadin-like fractions.
Methods and results: The intracellular peptide hydrolase system of Lact. plantarum CRL 759 and CRL 778 involves amino-, di- (DP), tri- (TP) and endopeptidase activities. These peptidases are metalloenzymes inhibited by EDTA and 1,10-phenanthroline and stimulated by Co2+. DP and TP activities of Lact. plantarum CRL 759 and CRL 778, respectively, were completely inhibited by Cu2+. Lactobacillus plantarum CRL 778 showed the highest proteolytic activity and amino acids release in fermented dough. The synthetic 31-43 alpha-gliadin fragment was hydrolysed to 36% and 73% by Lact. plantarum CRL 778 and CRL 759 respectively.
Conclusions: Lactobacillus plantarum CRL 759 and CRL 778 have an active proteolytic system, which is responsible for the high amino acid release during sourdough fermentation and the hydrolysis of the 31-43 alpha-gliadin-like fragment.
Significance and impact of the study: This work provides new information of use when obtaining sourdough starters for bread making. Moreover, knowledge regarding lactobacilli capable of reducing the level of gliadin-like fractions, a toxic peptide for coeliac patients, has a beneficial health impact.

Note:
A – Crusca di grano I parte (https://glutenlight.eu/?s=bran+composition)

B – Il germe del frumento contiene α-tocoferolo, vitamine, minerali, fitochimici e proteine di alto valore, trigliceridi e lipasi e attività di lipossigenasi. La presenza di questi elementi purtroppo favoriscono l’ossidazione dei grassi e quindi la formazione di off-flavour nella fase di stoccaggio e nella preparazione di panificati. Questo però non avviene se viene utilizzata la lievitazione con lievito madre, perché quest’ultima è capace di disattivare l’attività delle lipasi consentendo l’uso del germe nei lievitati.
In entrambe le specie la cariosside si distingue in:
Endosperma o mandorla amilifera: è costituito da due parti: lo strato aleuronico e l’endosperma amilifero. Lo strato aleuronico che viene perso con la crusca, è lo strato più esterno monostratificato, ricco di proteine, grassi, sostanze minerali, vitamine ed enzimi. L’endosperma amilifero rappresenta l’80-85% del peso dell’intera cariosside ed è costituito da cellule poliedriche allungate che contengono i granuli di amido. Tegumenti esterni: sono il 7-8 % del chicco e costituiscono la crusca. Sono costituiti da tre strati: il pericarpo, lo spermoderma e il perisperma. Il pericarpo è l’involucro esterno ed è formato dall’epicarpo e da tre strati di cellule (intermedie, incrociate e tubolari). Lo spermoderma è l’involucro che serve a proteggere il seme vero e proprio. Il perisperma o strato ialino separa l’ultimo strato dello spermoderma da quello delle cellule aleuroniche. Essi vanno a formare la crusca che normalmente viene allontanata durante la macinazione. Da un punto di vista morfologico, hanno la funzione di proteggere l’embrione e le sostanze nutritive ad esso necessarie durante il primo periodo di germinazione. Germe o embrione: costituisce l’apparato germinativo del chicco e contiene lipidi, vitamine del gruppo B e, minerali e proteine (Surget et al., 2005 e Carrai, 2010)

Figura 2: struttura della cariosside del frumento (Surget et. al.,2005)

Le fasi della molitura devono essere precedute da una fase di pulitura e di condizionamento dei cereali. Nella prima fase lo scopo è quello di eliminare i materiali estranei come pietre, sassi e paglia. Invece, il condizionamento consiste nel ridurre, attraverso l’umidificazione, la friabilità che è presente nei tegumenti allo stato secco. Inoltre, rende più friabile l’endosperma e ne facilita la separazione dai tegumenti. L’umidità iniziale nel frumento tenero è del 10-12% mentre l’umidità finale dopo il condizionamento è del 15-16% aumentando in questa fase la possibilità di fenomeni di germinazione e crescita microbica.
I Sottoprodotti dell’industria molitoria I prodotti e i sottoprodotti della macinazione del frumento, sottoposto alle varie fasi di macinazione e conseguente abburattamento, si possono dunque suddividere in:

– Farina: 75%

SOTTOPRODOTTI

Farinaccio: 2,5-3% dimensioni di circa 200 µm
Crusca: 20-22% insieme a cruschello e tritello. Ha una dimensione di circa 900-600 µm.
Cruschello: dimensione di 340 µm
Tritello: simile al cruschello, ma con parti più triturate e con più parti farinose attaccate
Farinette: 0,2-2%.

Fonte: ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITÀ DI BOLOGNA CAMPUS DI CESENA SCUOLA DI AGRARIA E MEDICINA VETERINARIA CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI-
TITOLO DELLA TESI: Isolamento e identificazione di lieviti e batteri lattici da sottoprodotti dell’industria molitoria e loro impiego nella formulazione di prefermenti da utilizzare in panificazione. Tesi in Microbiologia delle fermentazioni.
Presentata da Alessio Gigli; Relatore Prof.ssa Rosalba Lanciotti; Correlatori Dott. Lorenzo Siroli Dott.ssa Samantha Rossi.

Glutine e colon

by luciano

Gli enzimi digestivi gastro-intestinali riducono “spezzettano” il glutine in frammenti piccoli o/e singoli aminoacidi che vengono assorbiti nell’intestino tenue o piccolo intestino attraverso i villi intestinali. Ma solo i più piccoli potranno essere digeriti, gli altri, in individui sani, attraversano l’intestino crasso [1] dove, partre di essi, verranno fermentati dalla flora batterica e trasformati in nutrienti; altri verranno eliminati con le feci.
1 – La ricerca “Diversity of the cultivable human gut microbiome involved in gluten metabolism: isolation of microorganisms with potential interest for coeliac disease” ha evidenziato come alcuni di questi batteri riescano a degradare il glutine trasformandolo in nutrienti utili per l’intestino stesso.
Abstract. “Gluten, a common component in the human diet, is capable of triggering coeliac disease pathogenesis in genetically predisposed individuals. Although the function of human digestive proteases in gluten proteins is quite well known, the role of intestinal microbiota in the metabolism of proteins is frequently underestimated. The aim of this study was the isolation and characterisation of the human gut bacteria involved in the metabolism of gluten proteins. Twentytwo human faecal samples were cultured with gluten as the principal nitrogen source, and 144 strains belonging to 35 bacterial species that may be involved in gluten metabolism in the human gut were isolated. Interestingly, 94 strains were able to metabolise gluten, 61 strains showed an extracellular proteolytic activity against gluten proteins, and several strains showed a peptidasic activity towards the 33-mer peptide, an immunogenic peptide in patients with coeliac disease. Most of the strains were classified within the phyla Firmicutes and Actinobacteria, mainly from the genera Lactobacillus, Streptococcus, Staphylococcus, Clostridium and Bifidobacterium. In conclusion, the human intestine exhibits a large variety of bacteria capable of utilising gluten proteins and peptides as nutrients [2], [3]. These bacteria could have an important role in gluten metabolism and could offer promising new treatment modalities for coeliac disease.” Diversity of the cultivable human gut microbiome involved in gluten metabolism: isolation of microorganisms with potential interest for coeliac disease. Alberto Caminero et al. Final version published online 3 March 2014. DOI: 10.1111/1574-6941.12295

Note:
[1]- “Alimentary protein digestion followed by amino acid and peptide absorption in the small intestinal epithelium is considered an efficient process. Nevertheless, unabsorbed dietary proteins enter the human large intestine as a complex mixture of protein and peptides.53,63 The incomplete assimilation of some dietary proteins in the small intestine has been previously demonstrated, even with proteins that are known to be easily digested (e.g., egg protein).64,65 The high proline content of wheat gluten and related proteins renders these proteins resistant to complete digestion in the small intestine. As a result, many high molecular weight gluten oligopeptides arrive in the lower gastrointestinal tract.66 While gluten peptides pass through the large intestine, proteolytic bacteria could participate in the hydrolysis of these peptides. 81Gluten Metabolism in Humans. Alberto Caminero, … Javier Casqueiro, in Wheat and Rice in Disease Prevention and Health, 2014”
[2], [3] – “Considering the characteristics of gut microbiota such as the large diversity, the stability and resilience, and the symbiotic interaction with the host, we can define the host and the microorganisms inhabiting it as a “superorganism” [8,9] which performs immune and metabolic functions [1]. Gut bacteria are key regulators of digestion along the gastrointestinal tract; commensal bacteria play an important role in the extraction, synthesis, and absorption of many nutrients and metabolites, including bile acids, lipids, amino acids, vitamins, and short-chain fatty acids (SCFAs). Gut microbiota have a crucial immune function against pathogenic bacteria colonization inhibiting their growth, consuming available nutrients and/or producing bacteriocins. Gut microbiota also prevent bacteria invasion by maintaining the intestinal epithelium integrity [10]. Microorganisms prevent pathogenic colonization by many competition processes: nutrient metabolism, pH modification, antimicrobial peptide secretions, and effects on cell signaling pathways. Moreover, recent studies have identified a critical role for commensal bacteria and their products in regulating the development, homeostasis, and function of innate and adaptive immune cells [11]. It is paradoxical to note that the gut microbiota functions are highly preserved between individuals, whereas each individual’s gut microbiota are characterized by a specific combination of bacterial species due to inter-individual and intra-individual variations throughout human life. What is the Healthy Gut Microbiota Composition? A Changing Ecosystem across Age, Environment, Diet, and Diseases. Emanuele Rinninella et al. Published online 2019 Jan 10. doi: 10.3390/microorganisms7010014. PMCID: PMC6351938”

Glutine e infiammazione intestinale

by luciano

Il glutine induce infiammazione intestinale non solo in soggetti celiaci ma anche in quelli sani.

L’infiammazione intestinale è una condizione dell’apparato gastro-intestinale che colpisce un numero molto ampio e in costante aumento di persone (1). Tale condizione rappresenta per l’individuo non solo uno stato di disagio che incide sulla qualità della vita ma può – se sottovalutata o trascurata – favorire l’insorgere o l’aggravarsi di malattie gravi.
Un ruolo importante ma ancora da esplorare a fondo è svolto dal glutine in quanto pro-infiammatorio.

Lo studio “Il ruolo del glutine nei disturbi gastrointestinali: una revisione. Sabrina Cenni. Disturbi gastrointestinali: una rassegna. Nutrients 2023” fornisce un’utile panoramica della sua efficacia nella prevenzione e nella gestione di questi disturbi.”

“Abstract: Gluten is only partially digested by intestinal enzymes and can generate peptides that can alter intestinal permeability, facilitating bacterial translocation, thus affecting the immune system. Few studies addressed the role of diet with gluten in the development of intestinal inflammation and in other gastrointestinal disorders. The aim of this narrative review was to analyse the role of gluten in several gastrointestinal diseases so as to give a useful overview of its effectiveness in the prevention and management of these disorders.”

“Introduction. Gluten is a protein mass made of a complex network of gliadins and glutenins, which are proteins rich in glutamines and prolines found in most grains, such as barley, wheat, and rye [1 ,2]. Due to its high-water binding capacity and its consequent malleability and elasticity, gluten induces the formation of viscoelastic membranes, thus determining the proper consistency of dough, which allows it to be processed in bread and other foods [ 3– 5]. The high content of glutamines and prolines in gliadins make them difficult to cleave, making them able to escape degradation from gastric, pancreatic, and intestinal proteolytic enzymes [3, 4]. Therefore, gluten is what remains after the removal of starch, water-soluble proteins, and albumins [1]. In Western countries, the gluten dietary intake is approximately 5 to 20 g per day [3 , 4]. In the last decades, the literature reports an increased number of reactions following a widespread exposure to gluten [ 6]. Gluten-related diseases affect up to 10% of the general population and can be classified as three different disorders: IgE-mediated wheat allergy, Celiac disease (CD), and non-celiac gluten sensitivity (NCGS) [2, 6]. However, there is increasing evidence that gluten can trigger an innate and adaptative immune response responsible for intestinal inflammation [7]. Notably, along with other dietary elements, gluten may contribute to the development of inflammatory intestinal disorders, such as inflammatory bowel disease (IBD), as well as functional gastrointestinal disorders (FGIDs) and concur in symptom exacerbation, although its exact role is still under investigation.”

Gluten and intestinal inflammation. “Inflammation is the natural response of the innate immune system to external stimuli, such as microbial pathogens and injuries [8 ]. When the trigger persists and the immune cells are constantly activated, the inflammatory response may become chronic and self-sustainable [8]. The aetiology of inflammation is clear and easily detectable in some health conditions, while in others it can be difficult to identify [ 8]. The pathogenesis of inflammation is multifactorial. Nevertheless, genetic vulnerability, psychological stress, environmental factors, and some dietary patterns have been described as potentially implicated in the development of inflammatory phenotypes [ 8]. There are at least 50 different types of gliadin epitopes that can have an immunomodulatory and cytotoxic role or that can impact the gut permeating activities [ 8 ]; in fact, some of these can stimulate a pro-inflammatory innate immune response and others can activate specific T cells [8].
Gliadins immune cells’ activation is not only observed in celiac patients, as described by Lammers et al. [9, 10]. Indeed, their study concluded that gliadin induced an inflammatory response and, in particular, an important production of pro-inflammatory cytokines (IL-6, IL- 13, and interferon-gamma) both in Celiac patients and in healthy controls, even if proinflammatory cytokine levels were higher in Celiac patients [9, 10]. Similarly, Harris et al. showed that incubated peripheral blood mononuclear cells (PMBC) obtained from healthy HLA-DQ2 positive individuals produced proinflammatory cytokines, such as IL-23, IL-1beta, and TNF-α, when exposed to gliadin peptides [ 8, 11]. These cytokines’ production was significantly higher in Celiac patients compared to healthy controls [8,11]. Accordingly, Cinova et al., in their case-control study, demonstrated that gliadin could stimulate a substantial TNF-α and IL-8 production by monocytes, principally in celiac patients, but also, to a lesser extent, in healthy control individuals [12]. Gliadin also has an important role in modifying intestinal permeability through the reorganization of actin filaments and the modified expression of junctional complex proteins [ 8,13 ]. As demonstrated by Drago et al. and Lammers et al., gliadin’s binding to the chemokine receptor CXCR3 determines a release of zonulin, an active protein, which compromises the integrity of the intestinal barrier through the rearrangements of actin filaments, ultimately leading to an altered intestinal permeability both in Celiac and non-Celiac patients [ 9, 10, 14 ]. In conclusion, Ziegler et al. and Junker et al. reported that amylase trypsin inhibitors, found in gluten-containing cereals, have the capacity to activate toll-like receptors, thus stimulating the release of inflammatory cytokines and inducing a T-cell immune response in both celiac and non-celiac patients [15,16]”.

Einkorn wheat is the exception in relation to gluten-induced intestinal inflammation

A – Einkorn bread evidenced an anti-inflammatory effect. Integrated Evaluation of the Potential Health Benefits of Einkorn-Based Breads A. Gobetti et al. 2017.

B – Protective effects of ID331 Triticum monococcum. Protective effects of ID331 Triticum monococcum gliadin on in vitro models of the intestinal epithelium. Giuseppe Iacomino et al. (PMID: 27374565 DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.06.014 )

Note

1 – Worldwide Prevalence and Burden of Functional Gastrointestinal Disorders, Results of Rome Foundation Global Study

BACKGROUND & AIMS: Although functional gastrointestinal disorders (FGIDs), now called disorders of gut-brain interaction, have major economic effects on health care systems and adversely affect quality of life, little is known about their global prevalence and distribution. We investigated the prevalence of and factors associated with 22 FGIDs, in 33 countries on 6 continents. METHODS: Data were collected via the Internet in 24 countries, personal interviews in 7 countries, and both in 2 countries, using the Rome IV diagnostic questionnaire, Rome III irritable bowel syndrome questions, and 80 items to identify variables associated with FGIDs. Data collection methods differed for Internet and household groups, so data analyses were conducted and reported separately. RESULTS: Among the 73,076 adult respondents (49.5% women), diagnostic criteria were met for at least 1 FGID by 40.3% persons who completed the Internet surveys (95% confidence interval [CI], 39.9–40.7) and 20.7% of persons who completed the household surveys (95% CI, 20.2–21.3). FGIDs were more prevalent among women than men, based on responses to the Internet survey (odds ratio, 1.7; 95% CI, 1.6–1.7) and household survey (odds ratio, 1.3; 95% CI, 1.3–1.4). FGIDs were associated with lower quality of life and more frequent doctor visits. Proportions of subjects with irritable bowel syndrome were lower when the Rome IV criteria were used, compared with the Rome III criteria, in the Internet survey (4.1% vs 10.1%) and household survey (1.5% vs 3.5%). CONCLUSIONS: In a large-scale multinational study, we found that more than 40% of persons worldwide have FGIDs, which affect quality of life and health care use. Although the absolute prevalence was higher among Internet respondents, similar trends and relative distributions were found in people who completed Internet vs personal interviews. Worldwide Prevalence and Burden of Functional Gastrointestinal Disorders, Results of Rome Foundation Global Study. Ami D. Sperber et al. Gastroenterology 2021;160:99–114

RNA-amplicon sequencing method

by luciano

“Gli attuali metodi commerciali di rilevamento del glutine non sono in grado di distinguere tra varianti di epitopi CD immunogeniche e non immunogeniche e quindi di quantificare con precisione il carico complessivo di epitopi CD di una data varietà di frumento. Il metodo di sequenziamento dell’RNA-amplicon è stato sviluppato per le trascrizioni di alfa-gliadina che comprendono i tre principali epitopi di CD e le loro varianti. Tale quantificazione è indispensabile per la corretta selezione delle varietà di frumento con basso potenziale in grado di causare la celiachia. “Quantitative and qualitative differences in celiac disease epitopes among durum wheat varieties identified through deep RNA-amplicon sequencing
Elma MJ Salentijn, Danny G Esselink, Svetlana V Goryunova, Ingrid M van der Meer, Luud JWJ Gilisse and Marinus JM Smulders Salentijn et al. BMC Genomics 2013, 14:905 http://www.biomedcentral.com/1471-2164/14/905

Abstract
“Background: Wheat gluten is important for the industrial quality of bread wheat (Triticum aestivum L.) and durum wheat (T. turgidum L.). Gluten proteins are also the source of immunogenic peptides that can trigger a T cell reaction in celiac disease (CD) patients, leading to inflammatory responses in the small intestine. Various peptides with three major T cell epitopes involved in CD are derived from alpha-gliadin fraction of gluten. Alpha-gliadins are encoded by a large multigene family and amino acid variation in the CD epitopes is known to influence the immunogenicity of individual gene family members. Current commercial methods of gluten detection are unable to distinguish between immunogenic and non-immunogenic CD epitope variants and thus to accurately quantify the overall CD epitope load of a given wheat variety. Such quantification is indispensable for correct selection of wheat varieties with low potential to cause CD.

Results: A 454 RNA-amplicon sequencing method was developed for alpha-gliadin transcripts encompassing the three major CD epitopes and their variants. The method was used to screen developing grains on plants of 61 different durum wheat cultivars and accessions. A dedicated sequence analysis pipeline returned a total of 304 unique alpha-gliadin transcripts, corresponding to a total of 171 ‘unique deduced protein fragments’ of alpha-gliadins. The numbers of these fragments obtained in each plant were used to calculate quantitative and quantitative differences between the CD epitopes expressed in the endosperm of these wheat plants. A few plants showed a lower fraction of CD epitope-encoding alpha-gliadin transcripts, but none were free of CD epitopes.

Conclusions: The dedicated 454 RNA-amplicon sequencing method enables 1) the grouping of wheat plants according to the genetic variation in alpha-gliadin transcripts, and 2) the screening for plants which are potentially less CD-immunogenic. The resulting alpha-gliadin sequence database will be useful as a reference in proteomics analysis regarding the immunogenic potential of mature wheat grains.

……omissis Limiting the abundance of CD epitopes in food products may reduce the risk of sensitization of the immune system of the group of people that are genetically susceptible for CD. In order to breed and select for wheat varieties with significantly reduced immunogenic potential to cause CD it is necessary to accurately estimate the quantity and quality of the CD epitope load in gluten. Up to now, the ability for high throughput quantification of CD epitopes by presently available assays based on T cell clones and on monoclonal antibodies is very limited, mainly because of the high complexity of the wheat material on the one hand, and the laboriousness of in vitro T cell assays and the promiscuity of the monoclonal antibodies on the other hand [22,23]. In addition, most commercial kits with monoclonal antibodies detect gluten, not CD epitopes.

A custom 454 sequence analysis pipeline was used to quantify CD epitopes and their variants in the alpha-gliadin transcriptomes of a set of 77 individual plants from 61 different durum wheat accessions, by determining the normalised transcript abundances for the respective CD epitopes and variants thereof.”

More information: https://www.yourgenome.org/facts/what-is-the-454-method-of-dna-sequencing

Nota:

Il sequenziamento del DNA è la determinazione dell’ordine dei diversi nucleotidi (quindi delle quattro basi azotate che li differenziano, cioè adenina, citosina, guanina e timina) che costituiscono l’acido nucleico.

La sequenza del DNA contiene tutte le informazioni genetiche ereditarie del nucleo, plasmidi, mitocondri e cloroplasti che sono alla base per lo sviluppo di tutti gli organismi viventi. All’interno di questa sequenza sono codificati i geni di ogni organismo vivente, nonché le istruzioni per esprimerli nel tempo e nello spazio (regolazione dell’espressione genica). Determinare la sequenza è dunque utile nella ricerca del perché e come gli organismi vivono.

La conoscenza del genoma risulta quindi utile in ogni campo della biologia e l’avvento di metodi per il sequenziamento del DNA ha accelerato significativamente la ricerca.