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Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie 19. - 21. Juni 2012, Hannover Baustein A: Knettechnologie Mehlqualitätsdaten - Möglichkeiten der Einflussnahme.

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1 Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie Juni 2012, Hannover Baustein A: Knettechnologie Mehlqualitätsdaten - Möglichkeiten der Einflussnahme -

2 Mikrobiologisch unbedenklich Rückstandsfrei Protein-Zusammensetzung Lipid-Zusammensetzung Stärkegehalt Enzymaktivität Backeigenschaften Getreide - Anforderung für die Technologie

3 Gegenüberstellung von Weizen und Roggen RoggenWeizen Quellstoffe7 - 9 % Pentosane % Proteine % Kleberprotein % Pentosane Wasserbindungsvermögen der Quellstoffe fachca. 2 fach wasserlösliche Stoffeviel %wenig % Stärkeverkleisterung °C °C enzymatische Angreifbarkeit der Stärke großgeringer Auswuchsgefährdunggroßvorhanden Teigverarbeitungmit Sauerteig oder Säuerungsmittel ohne Säuerung, u.U. mit Vorteig; Wasser oder Milch pH-Wert4,5 ± 0,55,5 ± 0,5

4 Verankerung der Qualität durch Sorte und Umwelt Quelle: obligatorische Zusammenhänge für hefe-gelockertes Weizenbrot und Weizenkleingebäck

5 hot/dry cold/wet STRONG WEAK CLIMATE GENETICS The balance of gluten visco-elasticity (“strength”) determines end use quality

6 Mahl- und Backweizen  Verarbeitungsqualität Mahlfähigkeit: Mehlausbeute (Anteil Mehlkörper / Schale, Kornausbildung, niedriger Schalenanteil, Besatz, Wassergehalt, Kornhärte, Grießbildungsvermögen, Auflösbarkeit des Mehlkörpers, gelblich weiße Mehlfarbe). Backfähigkeit: Teigausbeute, Wasseraufnahme, Teigbeschaffenheit, Gärverhalten, Backvolumen, Krumenbeschaffenheit (primär abhängig von Sorte, sekundär: von Protein- / Klebergehalt und –qualität Indirekte Qualitätsmerkmale: Protein- und Klebermenge (NIR-Werte, Protein- und Glutengehalt und –beschaffenheit, Sedimentationswert, Glutenindex, Extensogramm, Alveogramm). Stärkebeschaffenheit: (Struktur, Fallzahl, ɑ -Amylaseaktivität

7 Qualitätsweizen für Kekse und Waffeln niedriger Proteingehalt, niedriger Klebergehalt geringere Härte geringe Kleberaggregation geringe Stärkebeschädigung gute Verkleisterungseigenschaften der Stärke Weichweizen-Sorten: Contur, Crousty, Wasmo, Hermann, Manhattan

8 Qualitätsmerkmale in Abhängigkeit vom Mehlanfall (Seling 2010)

9 Was macht Mehle backfähig? Eiweiße / Proteine im Weizenkorn Quelle: Ewers, T., USDA 20 % Eiweiße 80 % Eiweiße u. a. Enzyme zur Mobilisierung der Speicherstoffe: Stärke & Eiweiß hpts. Reserve-/Speicher-Eiweiße … Glutenine Gliadine Klebereiweiße = Gluten

10 Mikroskopische Strukturen im Mehl Quelle: Meyer, D., BfEL (BAGKF) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Weizenmehl

11 Schematische Darstellung der Glutenin- und Gliadin- Vernetzungsfähigkeit Quelle: Köhler, P.; Schurer, F.; Kieffer, R.; Wieser, H.; Forschungsreport 2006 Mehl Glutenine Gliadine Disulfid- Bindung +Wasser kneten Kleber

12 Die Verarbeitungseigenschaften von Weizen werden durch die Kleberproteine bestimmt ! Weizenkleber (Gluten) schafft die visko-elastischen Eigenschaften eines Weizenteiges Weizenkleber / Feuchtkleber Visco-elastic properties Comprises 75% protein 25% starch + lipids

13 Weizenkleber aggregiert u.a. durch Eintragen von intensiver mechanischer Energie (Kneten). Das Protein verändert dadurch seine Raumstruktur und der Teig erhält völlig andere Eigenschaften. Aggregiertes Weizenprotein ist eine Form der höchsten Ausprägung einer Teigentwicklung und führt zu sehr hohem Wasserbindevermögen, bei ausgeprägt elastischen Teig – bzw. Kleber- eigenschaften. Entsprechende Gebäcke erhalten u.a. eine sehr grobe Krumen-Struktur bei eher langer Frischhaltung. Mechanische Kleberaggregation General aggregation scheme Structural changes Assembly Processes Native protein Transition state or aggregation competent species Non-native aggregates

14 monomere Gliadine polymere Glutenine Summe: Gliadin + Glutenin Weizen–GLUTEN: Ein komplexes PROTEIN-System (Shewry, 2008)

15 genetisch determiniertbiochemisch belegt Allelische Variation in HMW-Subunit Strukturen sind mit der Qualität korreliert Present in high M r polymers which correlate with quality HMW SUBUNITS des GLUTENIN beeinflussen die Teigstabilität (Shewry, 2008)

16 Schematische Struktur von Weizenkleber und seine funktionellen Eigenschaften (Gliadin ist ein Lipoproteid) Weizenkleber Lipide SH SSSS SSSS

17 Kleber unterschiedlicher Dehnfähigkeit und Elastizität Quelle: Bietz, J.; AACC, 1990 kurznormal weich nachlassend Kleber- struktur Unterschiedliche Dehnfähigkeit je nach Eiweißzusammensetzung & Eiweißmenge Sorte & Anbaubedingungen Krankheiten Witterung Düngung

18 Mixing time, min Torque, Bu Einfluss der Mehlqualität auf die Teigentwicklung (Fariongramm)

19 Quelle: Fretzdorf, B.; BfEL Teigbereitung Teigruhe Mehl-Wasser-Hefe-Salz-Teig nach dem Kneten Stärkekörner (S) und ein grobes Proteinnetzwerk (P) bilden die Hauptstruktur Mehl-Wasser-Hefe-Salz-Teig nach der Gare (Teigruhe) Wechselwirkungen zwischen Stärkekörnern (S) und Proteinsträngen (P): zwei Stärkekörner sind über mehrere Proteinstränge verbunden: Protein- Stärke-Netzwerk Protein-Stärke-Netzwerk

20 Micrograph showing a flour particle after digestion to remove starch (taken from Amend, 1995) Gluten forms a continuous network in dough

21 Confers textural and cohesive properties to pasta and noodles Confers textural and cohesive properties to pasta and noodles Expansion by CO 2 forms a protein foam which is “fixed” (denatured) during baking Expansion by CO 2 forms a protein foam which is “fixed” (denatured) during baking Adds textural and binding properties to processed food Adds textural and binding properties to processed food The Visco-elastic properties of gluten underpin breadmaking and other food uses

22 Quelle: BfEL,2011 Vorgänge während der Teigruhe Bildung des dehnfähigen Eiweiß-Stärke-Netzwerkes Hefe wandelt lösliche Zucker in CO 2 (Kohlendioxid) & Wasser um Diese Gärgase dehnen das Protein-Stärke-Netzwerk

23 Backprozess Quelle: BfEL,2011 Durch die hohen Ofentemperaturen erfolgen strukturelle Veränderungen u. a. von Proteinen & Stärke „Stabilisierung“ des gedehnten Protein-Stärke-Netzwerkes

24 Quelle: BfEL,2011 … die drei Säulen der Backqualität … Backqualität Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Backqualität Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Backqualität

25 Quelle: BfEL,2011 Gebäcke sortenreiner Mehle mit unterschiedlicher Backqualität nach dem Rapid-Mix-Test (RMT) Bester Weg zur Beurteilung der Backqualität stellt ein standardisierter Backversuch dar aber für den Weizenhandel: der Weg vom Korn zum Brötchen ist zu zweitaufwendig

26 … die drei Säulen der Backqualität und ihre „Bestimmung“… Quelle: BfEL,2011 Backqualität Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Sedimentationswert Eiweißgehalt Fallzahl

27 Einfluss steigender Proteingehalte auf das Backvolumen (1/2) (Ergebnisse der Wertprüfung von 116 Winterweizensorten der aktuellen BSL) Quelle: BfEL,2011

28 Einfluss steigender Proteingehalte auf das Backvolumen (2/2) (Ergebnisse der Wertprüfung von 116 Winterweizensorten der aktuellen BSL)

29 Beziehung zwischen Rohproteingehalt und Backvolumen von zwei Winterweizensorten Quelle: BfEL,2011

30 Charakterisierung der Mehle aus technologischer Sicht Weizen homozygot lange Keimruhe geringe Auswuchsanfälligkeit Proteinmenge: maßgebend Proteinqualität: maßgebend Proteinselbststrukturierung Stärkeverkleisterung > 70°C Stärkestruktur: weniger maßgebend Enzymaktivität: maßgebend Hemicellulosen: zum Teil maßgebend Lipide: maßgebend Roggen heterozygot kurze Keimruhe hohe Auswuchsanfälligkeit Proteinmenge: kaum maßgebend Proteinqualität: kaum maßgebend keine Proteinselbststrukturierung Stärkeverkleisterung > 60°C Stärkestruktur: maßgebend Enzymaktivität: maßgebend Hemicellulosen: maßgebend Lipide: zum Teil maßgebend

31 Qualitätsprofil der Roggenmehltypen 997 und 1150 Standardmehl > 3,0 2,5 – 1,3 <1,3 starke Enzymaktivität schwache Enzymaktivität Amylogramm (AE) Max. Viskosität ICC Nr.:126/1 Endverkl. Temp. (°C) Fallzahl (s) ICC Nr.:107 Maltosezahl Volumenausbeute (%)

32 Qualitätsprofil Weizenmehl: Type 550 RMT (ml): Protein i. Tr. (%) ICC Nr. 105 Kleber (%) ICC Nr. 137 Sedimentationswert ICC Nr.: 116 Fallzahl (g) ICC NR. 107 Maltosezahl Kleberschwaches Mehl z. B. für Kekse, Massen etc. Kleberstarkes Mehl z. B. für GU, GV, LF, Berliner, Toast etc. Standardmehl Für Weißbrot, Brötchen, Baguette, Mischbrot ,5 1,5-2,0 1-1, ,2-11,7 12,0 12,5 12,7-13,2 13,5 14,

33 Hohe Eiweißqualität fördert: Teigausbeute, Teigeigenschaft, Gebäckvolumen und Krumenbeschaffenheit Qualitäts- gruppe - E - A - B - C Brötchen Fladenbrot Brot Kekse E A B C Quelle: Bfel Wirkung der Eiweißqualität und –quantität bei Weizengebäck

34 Analytical values: Wheat flour (sandwich)

35 GSH = reduziertes Gluthation GSSG =oxidiertes Gluthation ASC = L-Ascorbinsäure DH-Asc. = Dehydro-L-Ascorbinsäure Redox-Reaktion von L-Ascorbinsäure in Weizenteig Abb.: Biochemischer Mechanismus der Ascorbinsäure-Reaktion bei Weizenteigen Prot.SS-Prot. = oxidiertes Kleberprotein Prot.-SH=reduziertes Kleberprotein GSH-DH= Gluthation-Dehydrogenase Prot-SS- Prot GSH-DH Prot-SH GSSG 2 GSH DH-Asc Asc ½ O 2 H2OH2O

36 Influence of different additives in baking products on the volume (x103) of wheat roll (6 pieces) control Ascorbic acid Amylase Ascorbic acid Emulsifier Amylase Ascorbic- acid Xylanase Emulsifier Amylase Ascorbic Acid Baking volume (ml)

37 Beeinflussung der plastischen und elastischen Eigenschaften bei der Teigbereitung

38 Differences between dough and batters

39 Average analytical figures of flour for fine baked goods

40 Gelatinisierung von Stärke ist Temperaturabhängig

41 Factors afftecting starch gelatinization Exogenous and Endogenous Factors  Acid  pH  Salt  Sugar  Lipids  Proteins  Shear

42 Influence of different sugars on the quality of a pound cake

43 Abb.: Stellung der Teigrheologie u. a. als Resultante einer spezifischen Redox-Situation einerseits und als Maßgabe für die maschinelle Teigbe- und Verarbeitung andererseits (Schema). Oxidation (u. a. m.) z. B. Hydratation Reduktion Weizenteige (WZ-Qualität, Rezeptur) polydispers, dreiphasig, hochgradig redox-sensitiv Teigeigenschaften Teigrheologie plastisch elastischscherempfindlich “stressfrei” maschinelle Teigbe- und - verarbeitung Backen Endprodukt: Ergebnis des Zusammenspieles von Redoxsituation, Teigrheologie und angepaßter Anlagentechnik Teigeigenschaften spezifisch generieren

44 Dehnwider- stand (EE) Dehnbar- keit (mm) Plastisch/Viskose Komponente SH Elastische Komponente SS überstabilisiert normal plastisch-viskos viskos-plastisch Differenzierung der rheologischen Größen von Weizenteigen im Kraft-Weg-Diagramm (schematisiert)

45 Dehnwider- stand (EE) Dehnbarkeit (mm) Plastisch/Viskose Komponente SH Elastische Kompo- nente SS Handelsmehl; Teige „schnurren“ 20ppm L-Cystein konstante Flächenausdehnung S S SH Cys-SH Einfluß von L-Cystein auf die Teigrheologie von Ascorbinsäure-haltigen Weizenmehlen der Type 550 (schematisiert)

46 Redox-Reaktionen in Weizenteigen 2) Austauschreaktion 1) 2 P – CH 2 – SHP – CH 2 – SS – CH 2 – P + 2 H P 1 – SH + P 2 – SS P 3 P 1 – SS – P 3 + P 2 - SH Oxidation Reduktion

47 Mixing or stirring the wheat flour-water mixture until the dough is developed. – Flour particles become hydrated – Formation of a cohesive and elastic dough – Dough becomes resistant to extension – Incorporation of air into the dough When a dough is optimally developed all the protein and starch become fully hydrated. The longer the dough is mixed, the more resistant to extension it becomes. Knetprozess und Teigentwicklung

48 Teigbe-und Verarbeitung im Wechselspiel von mechanischer Beanspruchung und Entspannung Rohstoffe Kneten Teigruhe Verwiegen Formen Ballengare Stückgare Backen Stress Teigentspannung Mechanischer Stress Stress Teigentspannung Schematischer und typischer Ablauf einer Teigherstellung und -verarbeitung im Wechselspiel von mechanischem Stress und Teigentspannung

49 Auswirkung der Mehlqualität auf das Gebäck- volumen nach einer Gärzeit von 45 min (TA 162) Abb.: Auswirkung der Mehlqualität auf das Gebäckvolumen durch Zusatz von Sauerstoff und Ascorbinsäure bei Ascorbinsäure freiem Mehl (direkte Teigführung)

50 ttz Bremerhaven Am Lunedeich Bremerhaven Tel. : Fax.: Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bäckerei- und Getreidetechnologie


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