Alternative Protein Sources Used In Gluten-Free Products

Abstract

Celiac disease is a chronic intestinal disease which occur as a result of gluten consuming. The most effective treatment for celiac disease is the elimination of gluten from the diet. Considering the malabsorption and macro-micro nutrient deficiencies, enrichment of nutrient composition in the gluten-free products can significantly increase the life quality of celiac patients. Moreover, gluten is main structure-forming protein in dough and it is very difficult to obtain gluten-free products with the same properties without gluten. Therefore, both improving the technological properties and increasing nutritional value have been gained importance. Alternative protein sources play an important role for the formation of the desired dough structure and improvement of quality characteristics like color, appearance, texture and flavor after baking. Viscoelasticity, nutrient content, dough firmness and color-taste-fragrance acceptability of gluten-free products have been studied by several researchers. The most commonly used gluten alternatives are milk proteins, egg albumin and vegetable proteins. Recently, algae and edible insects, which contain high protein as well as high amounts of bioactive compounds, have been used as an alternative to gluten. In this review, it is aimed to give information about protein alternatives to gluten and their contributions to the nutritional value and technological properties of gluten-free products.

Keywords

• celiac disease
• protein substitutes
• gluten-free bakery products

Project Number

2021/9

Glutensiz Ürünlerde Kullanılan Alternatif Protein Kaynakları

Abstract

Çölyak hastalığı kronik bir bağırsak hastalığı olup, gluten tüketilmesi sonucu semptomlar ortaya çıkmaktadır. Çölyak hastalığının en etkili tedavi yöntemi glutenin diyetten çıkarılmasıdır. Çölyak hastalarında görülen emilim bozuklukları ve makro-mikro besin ögesi eksiklikleri göz önünde bulundurulduğunda piyasadaki ürünlerin besin içeriklerinin zenginleştirilmesi kişinin hayat kalitesinin yükselmesine katkıda bulunur. Ayrıca, gluten fırıncılık ürünlerinde önemli bir yere sahiptir ve glutenin çıkarılması ile aynı özelliklere sahip ürün üretmek oldukça zordur. Bu sebeple, glutensiz ürünlerin hem teknolojik özelliklerinin iyileştirilmesi hem de besleyici değerinin arttırılması önem kazanmaktadır. Glutene alternatif olarak kullanılan protein kaynakları, istenilen hamur yapısının oluşmasında, pişme sonrası renk, görünüş, tekstür ve lezzet gibi kalite özelliklerinin iyileştirilmesinde önemli bir rol oynar. Glutensiz ürünlerle yapılan çalışmalarda viskoelastiklik, besin içeriği, hamur sıkılığı, renk-tat-koku kabul edilebilirliği konularında çok fazla çalışma yapılmıştır. En çok kullanılan alternatif kaynaklar ise süt proteinleri, yumurta albümini ve bitkisel proteinlerdir. Ancak son yıllarda yüksek protein içeriklerinin yanı sıra yüksek miktarda biyoaktif madde içeren algler ve yenilebilir böcekler de glutene alternatif olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu derlemede glutensiz ürün üretiminde kullanılabilecek alternatif protein kaynakları ve bunların glutensiz ürünlerin besin içeriklerine ve teknolojik özelliklerine sağladığı katkılar ile ilgili bilgi verilmesi amaçlanmıştır.

Keywords

• çölyak hastalığı
• protein ikamesi
• glutensiz fırıncılık ürünleri

Supporting Institution

İstanbul Aydın Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonu

Project Number

2021/9

Thanks

Bu çalışma İstanbul Aydın Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonunca kabul edilen 07.07.2021 tarihli 2021/9 no.lu proje kapsamında desteklenmiştir.

References

1. Alencar, N. M. M., Steel, C. J., Alvim, I. D., de Morais, E. C., & Bolini, H. M. A. (2015). Addition of quinoa and amaranth flour in gluten-free breads: Temporal profile and instrumental analysis. LWT-Food Science and Technology, 62(2), 1011-1018.
2. Arendt, E. K., & Dal Bello, F. (2008). Functional cereal products for those with gluten intolerance. In Technology of functional cereal products, 446-475. https://doi.org/10.1533/9781845693886.2.446
3. Aydar Y., Akgün A. & Dengiz İ.T. (2019). Glutensiz diyette kullanılan alternatif hammaddeler. Geleceğin dünyasında bilimsel ve mesleki çalışmalar, mühendislik ve doğa bilimleri. (Manisa Celal Bayar Üniversitesi, Gıda Mühendisliği Bölümü).
4. Aydın, M., Arslan Danacıoğlu, D. & Türker, S. (2021). Gıda teknolojisinde yenilikçi yaklaşımlar. Helal ve Etik Araştırmalar Dergisi, 3 (1), 19-36. https://doi.org/ 10.51973/head.925628
5. Baykut, E. D. (2021). Bazı Tahıl Benzeri Ürünlerin Besin İçeriği ve Gıda Endüstrisinde Kullanımı. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (23), 89-98. https://doi.org/10.31590/ejosat.789955
6. Berikten, D., & Kıvanç, M. (2018). Fitazlar: Çevreye Etkisi, Beslenme ve Biyoteknolojideki Önemi. Akademik Gıda, 16(1), 109-119.
7. Büyükbeşe, D., Emre, E. E., & Kaya A. (2020). Farklı Oranlarda Gam, Protein ve Emülgatör Kullanımı ve Jelatinizasyonun Pirinç Makarnası Kalitesine Etkisi. Akademik Gıda, 18 (1), 45-63. https://doi.org/10.24323/akademik-gida.730113
8. Cabrera-Chávez, F., de la Barca, A. M. C., Islas-Rubio, A. R., Marti, A., Marengo, M., Pagani, M. A., ... & Iametti, S. (2012). Molecular rearrangements in extrusion processes for the production of amaranth-enriched, gluten-free rice pasta. LWT, 47 (2), 421-426. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2012.01.040

9. Caperuto, L. C., Amaya‐Farfan, J., & Camargo, C. R. O. (2001). Performance of quinoa (Chenopodium quinoa Willd) flour in the manufacture of gluten‐free spaghetti. Journal of the Science of Food and Agriculture, 81 (1), 95-101. https://doi.org/10.1002/10970010(20010101)81:1<95::AID-JSFA786>3.0.CO;2-T
10. Çabuk, B. Influence of grasshopper (Locusta Migratoria) and mealworm (Tenebrio Molitor) powders on the quality characteristics of protein rich muffins: nutritional, physicochemical, textural and sensory aspects. Food Measure 15, 3862–3872 (2021). https://doi.org/10.1007/s11694-021-00967-x
11. Çetiner, M., & Bilek, S. E. (2018). Bitkisel protein kaynakları. Çukurova Tarım ve Gıda Bilimleri Dergisi, 33 (2), 111-126. https://dergipark.org.tr/en/ pub/cutarim/issue/42081/470649
12. da Rosa Machado, C., & Thys, R. C. S. (2019). Cricket powder (Gryllus assimilis) as a new alternative protein source for gluten-free breads. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 56, 102180.
13. Dağ, Ş. R. O., & Özkan, A. M. G. (2019). Kinoa (Chenopodium quinoa Willd.) üzerine bir derleme. Journal of Faculty of Pharmacy of Ankara University, 43(3), 309-333. https://doi.org/10.33483/jfpau.487757
14. De Arcangelis, E., Cuomo, F., Trivisonno, M. C., Marconi, E., & Messia, M. C. (2020). Gelatinization and pasta making conditions for buckwheat gluten-free pasta. Journal of Cereal Science, 95, 103073. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2020.103073
15. Dedeoğlu, M. (2020). Glutensiz makarna üretim parametrelerinin optimizasyonu. (Yüksek lisans tezi, Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Gıda Mühendisliği Anabilim Dalı) https://tez.yok.gov.tr/UlusalTezMerkezi/tezDetay.jsp?id=daz5c2EhfNMMW7EZuIMdJw&no=QqvkNedQE_H--_8G8ide8g
16. Deora, N. S., Deswal, A. & Mishra, H. N. (2015). Functionality of alternative protein in gluten-free product development. Food Science and Technology International, 21 (5), 364-379. https://doi.org/10.1177/1082013214538984
17. Diprat, A. B., Thys, R. C. S., Rodrigues, E., & Rech, R. (2020). Chlorella sorokiniana: A new alternative source of carotenoids and proteins for gluten-free bread. LWT, 134, 109974.
18. Elgeti, D., Nordlohne, S. D., Föste, M., Besl, M., Linden, M. H., Heinz, V., ... & Becker, T. (2014). Volume and texture improvement of gluten-free bread using quinoa white flour. Journal of Cereal Science, 59 (1), 41-47. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2013.10.010
19. Ergin, A. (2011). Çölyak hastalarına özel bisküvi, erişte ve pide üretimi (Yüksek lisans tezi, Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü). http://acikerisim.pau.edu.tr/xmlui/handle/11499/1407
20. Gallagher, E., Gormley, T. R., & Arendt, E. K. (2004). Recent advances in the formulation of gluten-free cereal-based products. Trends in Food Science & Technology, 15 (3-4), 143-152. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2003.09.012
21. Giménez, M. A., González, R. J., Wagner, J., Torres, R., Lobo, M. O., & Samman, N. C. (2013). Effect of extrusion conditions on physicochemical and sensorial properties of corn-broad beans (Vicia faba) spaghetti type pasta. Food chemistry, 136(2), 538-545. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2012.08.068
22. Hayıt, F. & Gül H. (2017). Çölyak ve çölyak hastaları için üretilen ekmeklerin kalite özellikleri. Journal of the Institute of Science and Technology, 7(1), 163-169.
23. Hayıt, F. & Gül, H. (2019). Kinoa ununun ve kısmi pişirilerek dondurma yönteminin glutensiz ekmek kalitesi üzerine etkisi. Karadeniz Fen Bilimleri Dergisi 9 (2), 406-427. https://doi.org/10.31466 /kfbd.647249
24. Horstmann, S. W., Foschia, M., & Arendt, E. K. (2017). Correlation analysis of protein quality characteristics with gluten-free bread properties. Food & function, 8 (7), 2465-2474. https://doi.org/10.1007/s00217-006-0405-y
25. İşleroğlu, H., Dirim, S. N., & Ertekin, F. K. (2009). Gluten içermeyen, hububat esaslı alternatif ürün formülasyonları ve üretim teknolojileri. Gıda, 34(1), 29-36.
26. Khemiri, S., Khelifi, N., Nunes, M. C., Ferreira, A., Gouveia, L., Smaali, I., & Raymundo, A. (2020). Microalgae biomass as an additional ingredient of gluten-free bread: Dough rheology, texture quality and nutritional properties. Algal Research, 50, 101998. https://doi.org/10.1016/j.algal.2020.101998
27. Kowalczewski, P. Ł., Gumienna, M., Rybicka, I., Górna, B., Sarbak, P., Dziedzic, K., & Kmiecik, D. (2021). Nutritional Value and Biological Activity of Gluten-Free Bread Enriched with Cricket Powder. Molecules, 26(4), 1184.
28. Krupa-Kozak, U., Bączek, N., & Rosell, C. M. (2013). Application of dairy proteins as technological and nutritional improvers of calcium-supplemented gluten-free bread. Nutrients, 5 (11), 4503-4520. https://doi.org/10.3390/nu5114503
29. Marco, C., & Rosell, C. M. (2008). Functional and rheological properties of protein enriched gluten free composite flours. Journal of Food Engineering, 88 (1), 94-103. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2008. 01.018
30. Marengo, M., Amoah, I., Carpen, A., Benedetti, S., Zanoletti, M., Buratti, S., ... & Iametti, S. (2018). Enriching gluten-free rice pasta with soybean and sweet potato flours. Journal of food science and technology, 55(7), 2641-2648. https://doi.org/10.1007/s13197-018-3185-z
31. Marti, A., Barbiroli, A., Marengo, M., Fongaro, L., Iametti, S., & Pagani, M. A. (2014). Structuring and texturing gluten-free pasta: egg albumen or whey proteins?. European Food Research and Technology, 238 (2), 217-224. https://doi.org/10.1007/s00217-013-2097-4
32. Matos, M. E., Sanz, T., & Rosell, C. M. (2014). Establishing the function of proteins on the rheological and quality properties of rice based gluten free muffins. Food Hydrocolloids, 35, 150-158. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.05.007
33. Megat Rusydi, M. R., & Azrina, D. A. (2012). Effect of germination on total phenolic, tannin and phytic acid contents in soy bean and peanut. International Food Research Journal, 19(2).
34. Menga, V., Amato, M., Phillips, T. D., Angelino, D., Morreale, F., & Fares, C. (2017). Gluten-free pasta incorporating chia (Salvia hispanica L.) as thickening agent: An approach to naturally improve the nutritional profile and the in vitro carbohydrate digestibility. Food Chemistry, 221, 1954-1961. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.11.151
35. Mlakar, S. G., Turinek, M., Jakop, M., Bavec, M., & Bavec, F. (2009). Nutrition value and use of grain amaranth: Potential future application in bread making. Agricultura, 6 (4), 43-53.
36. Mutlu, C., Tontul, S. A., Candal, C., & Erbaş, M. (2019). Bazi tahil benzeri ürünlerin glutensiz kek üretiminde kullanimi. Gıda, 44(5), 770-780.
37. Naqash, F., Gani, A., Gani, A., & Masoodi, F. A. (2017). Gluten-free baking: Combating the challenges-A review. Trends in Food Science & Technology, 66, 98-107. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2017.06.004
38. Özuğur, G. & Hayta, M. (2011). Tahıl esaslı glutensiz ürünlerin besinsel ve teknolojik özelliklerinin iyileştirilmesi. Gıda, 36 (5), 287-294. https://dergipark.org.tr/en/pub/gida/issue/6914/92398
39. Phimolsiripol, Y., Mukprasirt, A., & Schoenlechner, R. (2012). Quality improvement of rice-based gluten-free bread using different dietary fibre fractions of rice bran. Journal of Cereal Science, 56(2), 389-395. https://doi.org/10.1016/j.jcs.2012.06.001
40. Rai, S., Kaur, A., & Chopra, C. S. (2018). Gluten-Free Products for Celiac Susceptible People. Frontiers In Nutrition, 5, 116. https://doi.org/10.3389/fnut.2018. 00116
41. Rico, D., Ronda, F., Villanueva, M., Montero, C. P., & Martin-Diana, A. B. (2019). Development of healthy gluten-free crackers from white and brown tef (Eragrostis tef Zucc.) flours. Heliyon, 5(10), e02598. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e02598
42. Riyad, Y. M., Naeem, M. M., & Slama, S. Evaluation of gluten-free noodles fortified by Spirulina algae. https://doi.org/10.21608/enj.2020.144758
43. Różyło, R., Hameed Hassoon, W., Gawlik-Dziki, U., Siastała, M., & Dziki, D. (2017). Study on the physical and antioxidant properties of gluten-free bread with brown algae. CyTA-Journal of Food, 15(2), 196-203. https://doi.org/10.1080/19476337. 2016.1236839
44. Schoenlechner, R., Drausinger, J., Ottenschlaeger, V., Jurackova, K., & Berghofer, E. (2010). Functional properties of gluten-free pasta produced from amaranth, quinoa and buckwheat. Plant foods for human nutrition, 65 (4), 339-349. https://doi.org/10.1007/s11130-010-0194-0
45. Shevkani, K. & Singh, N. (2014). Influence of kidney bean, field peaand amaranth protein isolates on the characteristics of starch-basedgluten-free muffins. International Journal of Food Science & Technology, 49, 2237–2244.
46. Skendi, A., Papageorgiou, M., & Varzakas, T. (2021). High Protein Substitutes for Gluten in Gluten-Free Bread. Foods, 10(9), 1997. https://doi.org/10.3390/ foods10091997
47. Storck, C. R., da Rosa Zavareze, E., Gularte, M. A., Elias, M. C., Rosell, C. M., & Dias, A. R. G. (2013). Protein enrichment and its effects on gluten-free bread characteristics. LWT-Food Science and Technology, 53 (1), 346-354. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2013. 02.005
48. Şat, İ. G., & Keleş, F. (2004). Fitik asit ve beslenmeye etkisi. Gıda, 29(6), 405-409.
49. Tambunan, B.A., Julianti, E. & Suhaidi, I. (2015). The making ofgluten and egg free cake from composite flour of rice, cassava, potato starch, and soybean with the addition of hydrocolloid. Jurnal Rekayasa Pangan dan Pertanian, 3, 471–481.
50. Türksoy, S. (2018). Tam tane baklagil unlarının kimyasal, fonksiyonel ve reolojik özelliklerinin belirlenmesi. Gıda, 43 (1), 78-89. https://dergipark.org.tr/ en/pub/gida/issue/32293/334881
51. Witek, M., Maciejaszek, I., & Surówka, K. (2020). Impact of enrichment with egg constituents on water status in gluten-free rice pasta–nuclear magnetic resonance and thermogravimetric approach. Food Chemistry, 304, 125417.
52. Yaver, E. & Bilgiçli, N. (2020). Tahıl benzeri ürünler: bileşimi, beslenme-sağlık üzerine etkileri ve tahıl ürünlerinde kullanımı. Food and Health, 6 (1), 41-56. https://doi.org/10.3153/FH20006
53. Yavuz, M., & Özçelik, B. (2016). Bitkisel Protein İzolatlarının Fonksiyonel Özellikleri. Akademik Gıda, 14 (4), 424-430. https://dergipark.org.tr/en/ pub/akademik-gida/issue/55781/763550
54. Yıldırım, E. (2020). Çölyak Hastalığı ve Glutensiz Besleme. Genel Sağlık Bilimleri Dergisi, 2 (3), 175-187. https://dergipark.org.tr/en/pub/jgehes/issue/ 58651/686873
55. Yilmaz, M. B. (2019). Farklı baklagil ve yenilebilir böcek unları ile zenginleştirilmiş eriştelerin kalite ve bazı besinsel özelliklerinin belirlenmesi (Master's thesis, Sosyal Bilimler Enstitüsü)
56. Ziobro, R., Witczak, T., Juszczak, L., & Korus, J. (2013). Supplementation of gluten-free bread with non-gluten proteins. Effect on dough rheological properties and bread characteristic. Food Hydrocolloids, 32 (2), 213-220. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2013.01.006