Freising, Germany
July 29, 2025
Barley, Photo: Prof. Dr. Katharina Scherf
Researchers develop new measurement method and analyze over 180 barley accessions from around the world
Amylase/trypsin-inhibitors (ATIs) are proteins that can trigger immune reactions in the human body. They are best known from wheat, where they are considered a possible trigger of non-celiac wheat sensitivity. An international research team led by Katharina Scherf from the Leibniz Institute for Food Systems Biology at the Technical University of Munich has now succeeded for the first time in precisely measuring these proteins in barley. The results could open up new avenues for the development of more tolerable foods.
For their study, the researchers analyzed 181 different barley accessions from around the world. Among the accessions were 113 two-row and 68 six-row types with different genetic backgrounds. Although two-row accessions only form one grain per node in the ear, this grain is particularly strong and rich in starch, making it especially suitable for beer production. In contrast, multi-row barley accessions develop three grains per node. These are slightly weaker developed and are mainly used as animal feed.
Using a specially developed analysis method, Katharina Scherf and her team were able to clearly identify and quantify ten barley-specific ATI types for the first time. “Until now, we knew very little about the occurrence of ATIs in barley. Our method now provides reliable data on the barley-specific ATI composition for the first time,” reports principal investigator Katharina Scherf.
As her research team shows, the total ATI content of the samples examined varied between 1.1 and 5.2 milligrams per gram of flour, which corresponds to 0.7–3.6 percent of the total protein content. Interestingly, the number of rows of barley did not significantly influence the ATI content.
Relevance for people with intolerances
The findings are particularly relevant for people with food intolerances. Alongside gluten and so-called FODMAPs, ATIs are considered possible triggers of symptoms such as diarrhea, flatulence, headaches, or “brain fog.” Sabrina Geisslitz, co-author from the Leibniz Institute, adds: “Although it is still difficult to diagnose non-celiac wheat sensitivity, many sufferers report relief from symptoms when following a gluten-free or low-gluten diet.”
“Now that we have a better understanding of the ATI composition in barley, we can specifically identify accessions with particularly low ATI content. This is an important first step toward breeding more tolerable barley accessions,” explains Sarah Joestl, first author of the study and PhD student of Katharina Scherf. Three six-row landraces originating in Eritrea, Greece, and Ethiopia, which had very low ATI levels, are particularly promising.
Barley—more than just a base for beer
Barley is one of the world's most important cereals after corn, wheat, and rice. Around 142 million tons were harvested in the 2023/24 harvest year alone. In Europe, it is mainly used for animal feed and beer production, but increasingly also as an ingredient in breakfast cereals, baked goods, and plant-based meat alternatives.
In future studies, the researchers therefore want to investigate the ATI content in processed barley products. The aim is to improve the tolerability of these products, especially for sensitive people with allergies or chronic inflammatory diseases.
Publication: Joestl, S., Alomari, D.Z., Alqudah, A.M., Börner, A., Geisslitz, S., and Scherf, K.A. (2025). Quantitation of amylase/trypsin inhibitors in barley using targeted LC-MS/MS. Food Res Int, 116910. 10.1016/j.foodres.2025.116910. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2025.116910
Funding: Co-funded by the European Union (ERC, GLUTENOMICS, 101040437). However, the views and opinions expressed are those of the authors and do not necessarily reflect those of the European Union or the European Research Council Executive Agency. Neither the European Union nor the funding authority can be held responsible for this.
More Information:
An accession is a single, clearly identified plant variety that is collected, described, and preserved for research or breeding purposes. Each accession may be genetically different, e.g., from a specific region, with special resistance characteristics, yield potential, or taste.
Amylase/trypsin-inhibitors (ATIs) are naturally occurring proteins found in the endosperm, the nutrient storage tissue of grains. They may be involved in grain maturation and carbohydrate storage. They also act as protection against parasites and pathogens by inhibiting the digestive enzymes alpha-amylase and/or trypsin.
FODMAPs are certain types of carbohydrates found in many foods that can cause digestive problems such as bloating, abdominal pain, and diarrhea in some people. FODMAP stands for fermentable oligosaccharides, disaccharides, monosaccharides, and polyols. These are types of sugars and sugar alcohols. Foods high in FODMAPs include grains such as wheat, dairy products, certain fruits and vegetables, and legumes.
The prevalence of non-celiac wheat sensitivity varies between 0.6 and 6 percent in the Western population.
Grains such as corn, wheat, rice, and barley are important staple foods worldwide, accounting for over 60 percent of global food consumption. Barley was one of the first grains to be domesticated and is grown worldwide due to its adaptability to different climates and geographical areas.
Analysis methods: The research team developed its own liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for its analyses and combined it with stable isotope dilution analysis.
The barley samples examined in the study were provided by the Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research.
Erstmals allergieauslösende Proteine in Gerste exakt gemessen – Neue Grundlage für verträglichere Lebensmittel
Forschende entwickeln neue Messmethode und analysieren über 180 Gerstensorten aus aller Welt
Amylase/Trypsin-Inhibitoren (ATIs) sind Proteine, die im menschlichen Körper Immunreaktionen auslösen können. Bekannt sind sie vor allem aus Weizen, dort gelten sie als mögliche Auslöser der sogenannten Nicht-Zöliakie-Weizensensitivität. Einem internationalen Forschungsteam um Katharina Scherf vom Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der Technischen Universität München ist es nun erstmals gelungen, diese Proteine auch in Gerste präzise zu messen. Die Ergebnisse könnten neue Wege für die Entwicklung besser verträglicher Lebensmittel eröffnen.
Für ihre Untersuchung analysierten die Forschenden 181 verschiedene Gerstensorten aus aller Welt. Unter den Sorten befanden sich 113 zweizeilige und 68 sechszeilige Typen mit unterschiedlichen genetischen Hintergründen. Zweizeilige Sorten bilden zwar nur ein Korn pro Ansatzstelle in der Ähre aus, dieses ist jedoch besonders kräftig und stärkereich und somit insbesondere für die Bierherstellung geeignet. Im Gegensatz dazu entwickeln mehrzeilige Gerstensorten drei Körner pro Ansatzstelle. Diese sind etwas schwächer entwickelt und dienen hauptsächlich als Tierfutter.
Mithilfe eines eigens entwickelten Analyseverfahrens konnte das Team um Katharina Scherf erstmals zehn gerstenspezifische ATI-Typen eindeutig identifizieren und quantifizieren. „Bislang wussten wir kaum etwas über das Vorkommen von ATIs in Gerste. Unsere Methode liefert nun erstmals belastbare Daten zur gerstenspezifischen ATI-Zusammensetzung“, berichtet die Studienleiterin.
Wie ihr Forschungsteam zeigt, variierte der ATI-Gesamtgehalt der untersuchten Proben zwischen 1,1 und 5,2 Milligramm pro Gramm Mehl, was 0,7–3,6 Prozent des gesamten Proteingehalts entspricht. Auffällig: Die Zeilenzahl der Gerste beeinflusste den ATI-Gehalt nicht wesentlich.
Relevanz für Menschen mit Unverträglichkeiten
Die Erkenntnisse sind vor allem für Menschen mit Nahrungsmittelunverträglichkeiten relevant. ATIs gelten neben Gluten und sogenannten FODMAPs als mögliche Auslöser von Beschwerden wie Durchfall, Blähungen, Kopfschmerzen oder „Brain Fog“. Sabrina Geißlitz, Co-Autorin vom Leibniz-Institut, ergänzt: „Zwar ist die Diagnose der Nicht-Zöliakie-Weizensensitivität bislang schwierig, doch viele Betroffene berichten von einer Linderung der Symptome bei einer glutenfreien oder glutenarmen Ernährung.“
„Indem wir nun auch die ATI-Zusammensetzung in Gerste besser kennen, können wir gezielt Sorten mit besonders niedrigem ATI-Gehalt identifizieren. Das ist ein wichtiger erster Schritt für die Züchtung besser verträglicher Gerstensorten“, erklärt Sarah Joestl, Erstautorin der Studie und Doktorandin von Katharina Scherf. Besonders vielversprechend seien drei sechszeilige Landrassen mit Ursprung in Eritrea, Griechenland und Äthiopien, die sehr niedrige ATI-Gehalte aufwiesen.
Gerste – mehr als nur Biergrundlage
Gerste ist nach Mais, Weizen und Reis eines der wichtigsten Getreide weltweit. Allein im Erntejahr 2023/24 wurden rund 142 Millionen Tonnen geerntet. In Europa wird sie vor allem für Tierfutter und die Bierproduktion verwendet, zunehmend aber auch als Zutat in Frühstückscerealien, Backwaren oder pflanzlichen Fleischalternativen.
In zukünftigen Studien wollen die Forschenden daher auch den ATI-Gehalt in verarbeiteten Gerstenprodukten untersuchen. Ziel ist es, die Verträglichkeit dieser Produkte zu verbessern, insbesondere für empfindliche Menschen mit Allergien oder chronisch-entzündlichen Erkrankungen.
Publikation: Joestl, S., Alomari, D.Z., Alqudah, A.M., Börner, A., Geisslitz, S., and Scherf, K.A. (2025). Quantitation of amylase/trypsin-inhibitors in barley using targeted LC-MS/MS. Food Res Int, 116910. 10.1016/j.foodres.2025.116910. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2025.116910
Förderung: Co-finanziert durch die Europäische Union (ERC, GLUTENOMICS, 101040437). Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind jedoch ausschließlich die der Autoren und spiegeln nicht unbedingt die der Europäischen Union oder der Exekutivagentur des Europäischen Forschungsrats wider. Weder die Europäische Union noch die Bewilligungsbehörde können dafür verantwortlich gemacht werden.
Hintergrundinformation
Amylase/Trypsin-Inhibitoren (ATIs) sind natürlich vorkommende Proteine, die sich im Endosperm befinden, dem Nährstoffspeicher der Körner. Sie sind möglicherweise an der Kornreife und der Kohlenhydratspeicherung beteiligt. Zudem fungieren sie als Schutz vor Parasiten und Krankheitserregern, indem sie die Verdauungsenzyme alpha-Amylase und/oder Trypsin hemmen.
FODMAPs sind bestimmte Arten von Kohlenhydraten, die in vielen Lebensmitteln vorkommen. Sie können bei manchen Menschen Verdauungsbeschwerden wie Blähungen, Bauchschmerzen und Durchfall auslösen. Die Abkürzung FODMAP (Fermentable Oligosaccharides, Disaccharides, Monosaccharides, and Polyols) steht für fermentierbare Mehrfach-, Zweifach- und Einfachzucker sowie Zuckeralkohole. Lebensmittel mit hohem FODMAP-Gehalt sind z. B. Getreidesorten wie Weizen, Milchprodukte, bestimmte Obst- und Gemüsesorten und Hülsenfrüchte.
Die Prävalenz für Nicht-Zöliakie-Weizensensitivität variiert in der westlichen Bevölkerung zwischen 0,6 und 6 Prozent.
Getreide wie Mais, Weizen, Reis und Gerste sind weltweit wichtige Grundnahrungsmittel und decken über 60 Prozent des globalen Nahrungsmittelbedarfs. Gerste war eine der ersten Getreidearten, die domestiziert wurde, und wird aufgrund ihrer Anpassungsfähigkeit an verschiedene Klimazonen und geographische Gebiete weltweit angebaut.
Analysemethoden: Für ihre Analysen entwickelte das Forschungsteam seine eigene Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie-Methode, die es mit einer Stabilisotopenverdünnungsanalyse kombinierte.
Die in der Studie untersuchten Gerstenproben wurden vom Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung zur Verfügung gestellt.
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