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Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie 19. - 21. Juni 2012, Hannover Baustein C: Ofensteuerung Neuartige Ansätze zur Generierung von Aroma und.

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1 Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie Juni 2012, Hannover Baustein C: Ofensteuerung Neuartige Ansätze zur Generierung von Aroma und Geschmack bei Backwaren

2 Beeinflussung und Verhältnis von Aroma- und Geschmacksstoffen durch Fermentation und Backprozess (Rothe, modifiziert) Percursoren - Zucker - Aminosäuren - Fettsäuren Enzyme sek. Inhalts- stoffe anderes Substrat (Mehl etc.) FermentationBackprozess Amine Ester Alkan- Alkohol Fettsäuren Aldehyde Hydroxy- und Ketosäuren Ketone Lactone Alken- Alkohol Furan Derivate Pyridine Pyrazine Pyrrole Heterocyclische Verbindungen Hydroxy- und Ketone Katabolismus, partiell Anabolismus Maillard-Reaktionen Karamellisierungen

3 Steuerung der Ornithinbildung durch L. pontis und L. reuteri 2-Acetyl-1-Pyrrolin ist ein Schlüsselaromastoff in Weizenbroten, welcher zum röstigen Aroma der Kruste beiträgt 2-Acetyl-1-Pyrrolin entsteht während der Backens aus einer Dikarbonylkomponente und Ornithin Ornithin ist keine proteinogene Aminosäure und wird von einigen Laktobazillen aus Arginin gebildet Der Gehalt an Aminosäuren (Arginin) in Brotmehlen ist gering! Taste and Flavor

4 Bildung von 2-Acetyl-Pyrrolin bei der Brotherstellung Thiele, Gänzle, Vogel 2002 Cereal Chem 79:45; 2003, J. Agric Food Chem 51:2745 Schieberle, 1996 Adv. Food Sci 18:237; Kang, Hertel, Brandt, Hammes, unveröffentlicht Character impact compounds Proteolytischer Abbau durch Mehl-Proteasen Fermentation Maillard- Reaktion Backen Arginin-Deiminase Weg von L. pontis u. a. Fermentation

5 Ornithinbildung in Sauerteigen Biotechnolgical formation of character impact compounds

6 Abb.: Grundreaktion aller Fermentationen Mikrobieller Stoffwechsel als Grundlage von Fermentationen Allen Fermentationen gemeinsam ist die Grundreaktion: Substrat (S)StoffwechselStoffwechselprodukte (X) + Mikroorganismus (A)(Zellzuwachs)+ vermehrte Mikroorganismus (A) Stoffbilanz: S=X+∆ A (X dominiert bei katabolischen Reaktionen X : z. B. mehr Aromabiosynthese etc.) Voraussetzungen: 1.Das Substrat muss nutzbar sein, Nähr- und Wuchsstoffe enthalten 2.Die physikalisch-chemischen Bedingungen müssen geeignet sein. Zeit → ↑ Menge S X A

7 Ziele der Fermentation von Getreidemahlerzeugnissen 1.pH-Wertsenkung 2.Erhöhung des Säuregrades 3.Aromabildung 4.Geschmacksbildung 5.Beeinflussung der Geschwindigkeit der Fermentation 6.Geringe Verflüssigung des Sauerteiges 7.Gebäckqualitätsmerkmale (z. B. Frischhaltung) ~ Backfähigkeit

8 Abb.: Zuckerkomposition in Weizenmehl (T. 550) der Ernte 2003

9 Abb.: Fermentationsleistung von Lactob. fermentum (PL 1) in Weizen- und Roggensauerteig (einstufige Führung) TA = 200 Temp. = 30° C

10 Abb.: Säuregrad und pH-Wert von Reissauerteig (Reispuder aus Weißreis). Einstufige Führung, TA = 200, T = 35 °C (konst.), Starter: 0,5 % PL 1 bezogen auf Mehl Charakterisierung der Fermentation von Reissauerteig Geringe Säuregradentwicklung! Säure- grad pH-Wert

11 Phytaseaktivitäten in verschiedenen Getreidemahlerzeungissen Abb.: Phytaseaktivität in µg umgesetztes Phosphor je g Probe und min. von verschiedenen Mehlen Bedingungen: Inkubationszeit: 20 Min., Inkubationstemperatur: 50°C Inkubationszeit: 20 Min., pH 5,0 Phytaseaktivtät in µg P/(g  min) ReispuderWeizenmehlRoggenmehl aus WeißmehlType 550Type 1150

12 Einfluss einer mikrobiellen Phytase auf den Säuregrad und den pH-Wert von Reissauerteig (Reispuder aus Weißreis). Einstufige Führung, TA = 200, T = 35 °C (konst.), Starter: 0,5 % PL 1 bezogen auf Mehl  Säuregrad = ca. 75 % Reissauerteig

13 Aleurone – Concentrated Source of Phytic Acid (~ 4%) Phytic acid Myoinositol hexaphosphate Aleurone cell with inclusion bodies containing protein and phytin *Hoseney (1994). Principles of Cereal Science and Technology. OPO 3 H 2 H 2 O 3 PO OPO 3 H 2 H 2 O 3 PO

14 PL 1PL 3 PL 3 + Phytase Ergebnisse – Reissauerteige aus enzymgestützer Fermentation Führungsbedingungen: TA: 180 T: 35 °C, 80 % rel. Feuchte t: 16 h

15 Tab.: Einfluss einer Phytase-gestützten Reissauerteig - Fermentation auf Reisbrotqualitätsmerkmale PL 1PL 3 (Phytase) FarbeHelle KrusteDunkle, typische Brotfarbe GeruchLeer, nach Reis Aromatisch, brottypisch (wenig nach Reis) GeschmackEtwas leer Aromatisch, brottypisch (wenig nach Reis) ElastizitätGeschwächt, krümelt Elastische Krume, kein krümeln SchneidbarkeitUngünstigGut FrischhaltungGeringausgeprägt Sensorische Bewertung – Reisbackware mit Phytase

16 Ergebnisse – Reisbrote aus enzymgestützer Fermentation PL 1 PL 3 PL 3 + Phytase Abb.: Einfluss von Phytase auf die Qualität bei Reisbrot

17 Phytase Milchsäure -bakterien, Hefen  -Amylase Milchsäure, Essigsäure, CO 2, Aromastoffe Stärke Calciumionen, Ca 2 + ortho-Phosphat myo-Inositol Mineralstoffe (Ca, Mg, Fe, …) Oligosaccharide Einfluss von Phytase auf Teig und Gebäck (Thesen) Model: schematisch Proteine, Peptide Rheologie, Hefe, Aroma, Geschmack Phytinsäure Me Protein Peptide

18 Ohne Weizensauer- teig PL 1 – Weizensauertei g 10 % PL 1 – Weizensauerteig 20 % PL 3 – Weizensauerteig 10 % PL 3 – Weizensauerteig 20 % Phytase-gestützte Weizensauerteige im Vergleich Einfluss von Phytase (PL3) auf die Qualitätsmerkmale von Weizenbrot (Weizensauer: TA 200, Fermentation bei 16 Std. und 35°C)

19 Abb.: Backtechnische Bedeutung amylolytischer Abbaureaktionen im Teig im Wechselspiel mit der Biosynthese von Hefegärungsprodukten (Schema) Bräunungsreaktion Enzym α-Amylase β-Amylase Hefegärung CO 2 + Alkohol Teig-Enzyme und Hefe im Wechselspiel Substrat Dextrine Bräunungsreaktion, Aroma und Geschmack Produkte Enzym Stärke allgemein: β-Maltose Hefegärung CO 2 + Alkohol, Aroma α-Amylase (Mehlenzyme) speziell: β –Amylase (Mehlenzyme) X/

20 Abb.: Schnittbrötchen mit einem enzymschwachen Mehl (Fallzahl: 390sec.) gebacken. Die oberen Gebäcke wurden ohne einen Weizensauerteig, die unteren Gebäcke dagegen mit einem Weizensauerteig geführt. Die Teiglinge werden 20h bei unterschiedlichen Temperaturen gärverzögert. Nach einer Zwischengare bei 20°C / 90% r.F. (3h bei den –5°C, 2h bei den 0°C und 1h bei den +5°C Teiglingen) und einer Endgare bei 35°C / 75% r.F. bis ¾ Gare werden die Teiglinge gebacken.

21 Enzym-Management Enzym-Management Aktivierung der α-Amylase durch Weizensauer Abb.: Einfluss einer Säuerung auf die Aktivität der α-Amylase in Weizenteigen Optimierung der Gebäckqualität α-Amylase WM T. 550 „pH-Shifting“ durch Säuerung in das Aktivitäts- Optimum der α-Amylase hinein Aroma, Geschmack, Bräunung hoch mittel gering Teig ungesäuert Säuerung Enzym- Aktivität [U]

22 Abb.: Einfluss der Temperatur auf die Aktivität von Hefe (blaue Kurve) und Enzymen (rote Kurve). - Vereinfachte schematische Darstellung - Bsp.: Eine Verminderung der Teigtemperatur um 10°C reduziert die Hefegärung 5-10 fach, die Enzymtätigkeit aber nur 2-3 fach Reaktionsraten von Hefen und Enzymen Temperatur

23 Gärsteuerung ist Klimatechnik Sorptionsisothermen Die Sorptionsisotherme ist die graphische Darstellung des Sorptionsverhaltens einer Substanz (bei konstanter Temperatur). Sie beschreibt die Beziehungen zwischen dem Wassergehalt der Substanz und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft bei einer bestimmten Temperatur. Im geschlossenen Gärautomat stellt sich in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Ware die von der Sorptionsisotherme angegebene Luftfeuchtigkeit ein, bis ein Gleichgewicht zwischen Ware und Umgebungsluft erreicht ist. Man spricht von der Gleichgewichtsfeuchte.

24 Prinzip der Ultraschallvernebelung Mechanische Schwingungen die von der Oberfläche von Wasser Aerosoltröpfchen ablösen Größe der Wassertröpfchen abhängig von der Ultraschallfrequenz (mind. >1MHZ) Massenoutput, energetisch günstig Abb.: Aerosole werden durch die Luftströmung im Befeuchter ausgetragen und vermischen sich sehr schnell mit der Umgebungsluft. Sie haben einen sehr kleinen Durchmesser (~ 0, ,005mm) und bilden deshalb einen frei schwebenden Nebel. Die piezokeramischen Wandler (Transducer, Schwinger) Ultraschallvernebelung

25 Dampfbefeuchter Ultraschall Abb.: Einfluss der Tröpfchengröße auf die Qualität von Backwaren bei GU-Verfahren (20 Stunden) Optimierte Feuchteverteilung in GU-Teiglingen durch verbesserte Wärmeleitung Ausdehnung

26 GV-Verfahren im Vergleich GV: Elektroverdampfer GV: Ultraschalltechnologie Abb.: Einfluss einer Ultraschall-Klimatisierung während eines GV-Prozesses bei Brötchen auf die Qualitätsmerkmale (gleiche Backbedingungen) Einfluss der Ultraschalltechnologie im direkten Vergleich zu einem Elektrodampfbefeuchter nach der Gärverzögerung von 12 Stunden

27 Einfluss einer Austrocknung von Teiglingen auf die Qualitätsmerkmale von Backwaren Umgebungsfeuchte ≌ 85 % rel. Feuchte (Stand der Technik) GF < 96 %! Desorption Hautbildung: Kruste dünn, wenig porös, wenig Fensterung, oft Trockenzone Trockenzone Desorption Krume: aw = 0,96 Temperatur-Gradient ≙ hoher Energieaufwand Hautbildung: physikalisch:Verlust an Wärmeleitung, geringere Membran-Flexibilität, weniger Gasexpansion, geringe Porosität, u. a. (bio)-chemisch: verminderte Enzymaktivität, verminderte Reaktivität (Maillard-Reaktion) u. a. mikrobiologisch: verminderte Hefe- und Bakterien-Aktivität

28 Vermeidung von Austrocknungsvorgängen bei Teiglingen: Intensivierung von Aroma, Geschmack und Rösche Gleichgewichtsfeuchte GF Umgebungsfeuchte ≌ 96 % rel. Feuchte GF > 96 %! Rel. Feuchte ≙ 96 % Keine Hautbildung: Kruste porös und ausgeprägt (gute Fensterung), keine Trockenzone GF ≙ 96 % Temperatur-Gradient ≙ geringer Energieaufwand Vermeidung einer Hautbildung: physikalisch:Erhalt der Wärmeleitfähigkeit (innen = außen), Erhalt der Membran-Flexibilität: gute Expansionsfähigkeit bei Gasausdehnung, hohe Porosität etc. (bio)-chemisch: Enzymaktivität innen und außen gleich hoch, hohe Reaktivität (Maillard), Aroma und Geschmack intensiviert mikrobiologisch: Hefe- und Bakterien-Aktivität, innen wie außen = gleich hoch Kaltnebel ! Krume: aw = 0,96

29 Frisches RestbrotRückbrot (altes Brot) -enzymatische Verflüssigung- Verflüssigung (enzymatisch) -Verzuckerung- Verzuckerung -Proteinabbau- Fraktionierung -Fermentation- Fermentation -Pasteurisation- anderes -Trocknen -anderes Säuren (Milchsäure Backwaren – SirupEthanol (Energiequelle) Hefe u. CO 2 Eiweiß etc. Neuartige Restbrot – Technologien im Prinzip

30 Reaktionsaromen: Erhitzte Aminosäuren in Gegenwart von Glucose (Rohan, 1999) Aminosäure Reaktionsaroma (sensorischer Eindruck) 100° C 180° C AsparaginsäureCandyKaramel ThreoninSchokoladeangebrannt SerinAhorn Sirup-- GlutaminsäureKaramelangebrannter Zucker Prolinverbranntes EiweißBrotaroma GlycinKaramelangebrannter Zucker AlaninKaramelangebrannter Zucker ValinRoggen-BrotSchokolade (penetrant) OrnithinWeißbrotBrotaroma Isoleucinmuffig, fruchtig, aromatischangebrannter Käse LeucinSchokoladeangebrannter Käse TyrosinRóse, Parfüm, KaramelVeilchen, Flieder Lysin--Brot Histidin--Maisbrot butterartig Argininbutterartigverbrannter Zucker

31 Fermentative Umsetzung von flüssigen Backwaren Backware Backwaren - Sirup Sauerteig Hauptteig Gebäck Schaffung von Precursoren Fermentative Umsetzung in Arginin, Ornithin etc. Verarbeitung Arttypisches, herzhaftes Aroma, sehr intensiver angenehmer Geschmack Abb.: Schematische Darstellung einer fermentativen Umsetzung von Backwaren-Sirup

32 Restbrot Mixen Reaktion - Amylasen - Hemicellulasen -Proteasen - andere Backwaren - Sirupe Maillard - Reaktion Abb. Technologie einer Restbrot – Verwertung zur Herstellung von Backwaren - Sirup Standard-Sirup: Aroma, Geschmack,Frischhaltung Farb - SirupCa.120 °C Variation in der Sirup-Herstellung Ca.60 °C

33 Fig.: Enzymatical Hydrolysation of Bread-Rework Dextrose-Equivalent-Value (DE) (based on dry mass) t (min) Temp.: ca. 60°C = const. Reaction Kinetic in Hydrolysing of Baked Good (Zwieback)

34 Fig.: Use of Syrup in High-Ratio Baked Goods (Zwieback) in comparison to Glucose-Syrup (standard)

35 Charakterisierung von „Zwieback“ hergestellt mit Glucose-Sirup bzw. „ Zwieback-Sirup“ Backeigenschaften Farbe v. d. Rösten Farbe n. d. Rösten Poren-Strukturen Bruch-Eigenschaften Schnittfläche DE – Wert Trockenmasse % arttypisch normal typisch gold-braun homogen fein, homogen spröde, arttypisch sehr homogen, glatt 11,2 99,23 arttypisch normal typisch gold-braun unregelmäßig fein, homogen spröde, arttypisch etwas unregelmäßig, inhomogen 12,5 99,3 Zwieback-Sirup Glucose -Sirup

36 mit Backwarensirup ohne Backwarensirup

37

38 Anlagen und Produkte (Rest-Backwaren) Abb.: 500 Liter-Pilot-Anlage zur Herstellung von Backwaren-Sirup

39

40 Herstellung von Zwiebackmilch mit anschließender Pasteurisation und Verpackung Abb.: Fließschema: Herstellung von Zwiebackmilch mit anschließender Pasteurisation und Verpackung

41 Neue Produkte : Neue Applikationen Abb.: Backwarensirupe aus Feinen Backwaren

42 Backwarensirup: vielseitiger Rohstoff mit neuartigen Möglichkeiten Produkt Anwendungen Brötchen, Toast, Baquette etc. Dunkle Backwaren (Vollkorn etc.) Mischbrot Zwieback Waffeln (z. B. Eiswaffeln, Twix) Extrudate Vorteige (Sauerteig, Brühstück) Aroma, Geschmack, Volumen „clean label“, Einsparpotential Ersatz für Zuckercouleur, arttypische Farbe, Aroma und Geschmack Mehlsubstitution, Frischhaltung, Aroma und Geschmack Substitution von Zuckerstoffen (Glucose-Sirup), Anlagenfähigkeit etc. Vermeidung von Gebäckfehlern (Risse), Anlagenfähigkeit, Substitution von Zuckerstoffen, verbesserte Qualitätsmerkmale Extrudierbarkeit verbessert, Intensivierung von Aroma, Geschmack, Textur und Farbe, Einsparpotential Aroma, Geschmack, innovative Technologie...

43 Snacks Die Evolution des Marktes BiFi HeuteGesternMorgen Pausenbrot Joghurt mit Cerealien Müsliriegel …Snack Drinks Das Thema ‚Snack für zwischendurch‘ ist schon lange aktuell Quelle: Döhler Marktforschung Schoko- riegel

44 Zusammenfassung  Enzymausstattung spezieller Starterkulturen liefert „Schlüsselaromastoffe“  Phytase-gestützte Fermentationen generieren authentisch Aroma und Geschmack bei verbesserten Teigeigenschaften  Weizensauer aktiviert die α-Amylase und unterstützt die Bildung von Aroma- und Geschmacksstoffen  Die Vermeidung von Desorptionsvorgängen während der Teigphase (Gären, Kühlen, etc.) erhöht den Wärme- und Stofftransport und sorgt für qualitativ hochwertige Backwaren mit intensiven Aroma und Geschmack sowie langanhaltende Rösche  Backwarensirup liefern neuartige Ansätze um arttypische, betriebstypische Aroma- und Geschmacksstoffe zu erzeugen. Sie stellen eine innovative Basis dar für z. B. „flüssige Backwaren“ (smoothies, snack drinks, Füllungen etc.)

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


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