- Möglichkeiten der Einflussnahme - Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie 19. - 21. Juni 2012, Hannover Baustein A: Knettechnologie Mehlqualitätsdaten - Möglichkeiten der Einflussnahme - 19.06.2012

Getreide - Anforderung für die Technologie Mikrobiologisch unbedenklich Rückstandsfrei Protein-Zusammensetzung Lipid-Zusammensetzung Stärkegehalt Enzymaktivität Backeigenschaften 19.06.2012

Gegenüberstellung von Weizen und Roggen Quellstoffe 7 - 9 % Pentosane 7 - 13 % Proteine 7 - 13 % Kleberprotein 6 - 7 % Pentosane Wasserbindungsvermögen der Quellstoffe 6 - 8 fach ca. 2 fach wasserlösliche Stoffe viel 13 - 16 % wenig 7 - 9 % Stärkeverkleisterung 56 - 68 °C 60 - 88 °C enzymatische Angreifbarkeit der Stärke groß geringer Auswuchsgefährdung vorhanden Teigverarbeitung mit Sauerteig oder Säuerungsmittel ohne Säuerung, u.U. mit Vorteig; Wasser oder Milch pH-Wert 4,5 ± 0,5 5,5 ± 0,5 19.06.2012

Verankerung der Qualität durch Sorte und Umwelt obligatorische Zusammenhänge für hefe-gelockertes Weizenbrot und Weizenkleingebäck Quelle: http://www.agfdt.de/loads/gt07/lindhabb.pdf 19.06.2012

The balance of gluten visco-elasticity (“strength”) determines end use quality CLIMATE hot/dry cold/wet GENETICS WEAK STRONG 19.06.2012

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 19.06.2012

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 19.06.2012

Qualitätsmerkmale in Abhängigkeit vom Mehlanfall (Seling 2010) 19.06.2012

Was macht Mehle backfähig? Eiweiße / Proteine im Weizenkorn 20 % Eiweiße u. a. Enzyme zur Mobilisierung der Speicherstoffe: Stärke & Eiweiß hpts. Reserve-/Speicher-Eiweiße … Glutenine Gliadine 80 % Eiweiße Klebereiweiße = Gluten Quelle: Ewers, T., USDA 19.06.2012

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Weizenmehl Mikroskopische Strukturen im Mehl Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Weizenmehl Quelle: Meyer, D., BfEL (BAGKF) 19.06.2012

Schematische Darstellung der Glutenin- und Gliadin- Vernetzungsfähigkeit Mehl Glutenine Gliadine Disulfid- Bindung +Wasser kneten Kleber Quelle: Köhler, P.; Schurer, F.; Kieffer, R.; Wieser, H.; Forschungsreport 2006 19.06.2012

Weizenkleber / Feuchtkleber Die Verarbeitungseigenschaften von Weizen werden durch die Kleberproteine bestimmt ! Weizenkleber (Gluten) schafft die visko-elastischen Eigenschaften eines Weizenteiges Visco-elastic properties Comprises 75% protein 25% starch + lipids 19.06.2012

Mechanische Kleberaggregation General aggregation scheme Structural changes Assembly Processes 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. Transition state or aggregation competent species Native protein Non-native aggregates 19.06.2012

Weizen–GLUTEN: Ein komplexes PROTEIN-System (Shewry, 2008) Summe: Gliadin + Glutenin monomere Gliadine polymere Glutenine 19.06.2012

genetisch determiniert HMW SUBUNITS des GLUTENIN beeinflussen die Teigstabilität (Shewry, 2008) genetisch determiniert biochemisch belegt Present in high Mr polymers which correlate with quality Allelische Variation in HMW-Subunit Strukturen sind mit der Qualität korreliert 19.06.2012

Schematische Struktur von Weizenkleber und seine funktionellen Eigenschaften (Gliadin ist ein Lipoproteid) Weizenkleber Lipide S SH S 19.06.2012

Sorte & Anbaubedingungen Kleber unterschiedlicher Dehnfähigkeit und Elastizität Kleber-struktur kurz normal weich nachlassend Unterschiedliche Dehnfähigkeit je nach Eiweißzusammensetzung & Eiweißmenge Sorte & Anbaubedingungen Krankheiten Witterung Düngung Quelle: Bietz, J.; AACC, 1990 19.06.2012

Einfluss der Mehlqualität auf die Teigentwicklung (Fariongramm) Torque, Bu Mixing time, min 19.06.2012

Protein-Stärke-Netzwerk Teigbereitung Mehl-Wasser-Hefe-Salz-Teig nach dem Kneten Stärkekörner (S) und ein grobes Proteinnetzwerk (P) bilden die Hauptstruktur Teigruhe 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 Quelle: Fretzdorf, B.; BfEL 19.06.2012

Micrograph showing a flour particle after digestion to remove starch Gluten forms a continuous network in dough Micrograph showing a flour particle after digestion to remove starch (taken from Amend, 1995) 19.06.2012

cohesive properties to The Visco-elastic properties of gluten underpin breadmaking and other food uses Confers textural and cohesive properties to pasta and noodles Expansion by CO2 forms a protein foam which is “fixed” (denatured) during baking Adds textural and binding properties to processed food 19.06.2012

Vorgänge während der Teigruhe Bildung des dehnfähigen Eiweiß-Stärke-Netzwerkes Hefe wandelt lösliche Zucker in CO2 (Kohlendioxid) & Wasser um Diese Gärgase dehnen das Protein-Stärke-Netzwerk Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

Backprozess Durch die hohen Ofentemperaturen erfolgen strukturelle Veränderungen u. a. von Proteinen & Stärke „Stabilisierung“ des gedehnten Protein-Stärke-Netzwerkes Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

… die drei Säulen der Backqualität … Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Backqualität Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

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 Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

… die drei Säulen der Backqualität und ihre „Bestimmung“… Eiweißqualität Eiweißmenge Stärkequalität Fallzahl Eiweißgehalt Sedimentationswert Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

Einfluss steigender Proteingehalte auf das Backvolumen (1/2) (Ergebnisse der Wertprüfung von 116 Winterweizensorten der aktuellen BSL) Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

Einfluss steigender Proteingehalte auf das Backvolumen (2/2) (Ergebnisse der Wertprüfung von 116 Winterweizensorten der aktuellen BSL) Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

Beziehung zwischen Rohproteingehalt und Backvolumen von zwei Winterweizensorten Quelle: BfEL ,2011 19.06.2012

Charakterisierung der Mehle aus technologischer Sicht Weizen Roggen homozygot lange Keimruhe geringe Auswuchsanfälligkeit Proteinmenge: maßgebend Proteinqualität: maßgebend Proteinselbststrukturierung Stärkeverkleisterung > 70°C Stärkestruktur: weniger maßgebend Enzymaktivität: maßgebend Hemicellulosen: zum Teil maßgebend Lipide: maßgebend 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 19.06.2012

Qualitätsprofil der Roggenmehltypen 997 und 1150 starke Enzymaktivität Standardmehl schwache Enzymaktivität Amylogramm (AE) Max. Viskosität ICC Nr.:126/1 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 Endverkl. Temp. (°C) 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 Fallzahl (s) ICC Nr.:107 80 100 120 140 160 180 200 220 240 Maltosezahl > 3,0 2,5 – 1,3 <1,3 Volumenausbeute (%) 250 260 270 280 290 300 310 320 19.06.2012

Qualitätsprofil Weizenmehl: Type 550 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 RMT (ml): Protein i. Tr. (%) ICC Nr. 105 Kleber (%) ICC Nr. 137 Sedimentationswert ICC Nr.: 116 Fallzahl (g) ICC NR. 107 Maltosezahl 400 600 660 680 700 710 720 740 8-9 10-11 11,2-11,7 12,0 12,5 12,7-13,2 13,5 14,0 20 22 24 26 27 28 30 32 32 34 36 38 39 40 41 42 250-350 280-350 300-400 2-3,5 1,5-2,0 1-1,5 19.06.2012

Wirkung der Eiweißqualität und –quantität bei Weizengebäck Hohe Eiweißqualität fördert: Teigausbeute, Teigeigenschaft, Gebäckvolumen und Krumenbeschaffenheit E Qualitäts-gruppe - E - A - B - C Brötchen A B Brot Fladenbrot Kekse C Quelle: Bfel 19.06.2012

Analytical values: Wheat flour (sandwich) Variable Min. Max. Moisture (%) ; ICC 110/1 13,50 15,00 Ash content (i. Tr.); ICC 104/1 0,54 0,59 Wet Gluten (5); ICC 137 28,00 31,00 Sedi (ml); ICC 116 36,00 46,00 Falling Nr. (sec.); ICC 107 280,00 400,00 Protein (% d. m. Nx 5,7); ICC 105 12,00 13,00 Water-Adsorption (%); ICC 115/1 58,00 61,00 Extenso: Energy (cm³); ICC 114 100,00 Extenso: V2; ICC 114 3,50 5,50 Amylo: Gelatinsation-Max (AE); ICC 126 450,00 Amylo: Temp. Gelat. Max. (°C); ICC 126/1 83,00 19.06.2012

Redox-Reaktion von L-Ascorbinsäure in Weizenteig Prot-SS-Prot GSH-DH Prot-SH GSSG 2 GSH DH-Asc Asc ½ O2 H2O GSH = reduziertes Gluthation GSSG = oxidiertes Gluthation ASC = L-Ascorbinsäure DH-Asc. = Dehydro-L-Ascorbinsäure Prot.SS-Prot. = oxidiertes Kleberprotein Prot.-SH= reduziertes Kleberprotein GSH-DH= Gluthation-Dehydrogenase Abb.: Biochemischer Mechanismus der Ascorbinsäure-Reaktion bei Weizenteigen 19.06.2012

Influence of different additives in baking products on the volume (x103) of wheat roll (6 pieces) Baking volume (ml) Xylanase Emulsifier Amylase Ascorbic Acid Emulsifier Amylase Ascorbic- acid Amylase Ascorbic acid Ascorbic acid control 19.06.2012

Beeinflussung der plastischen und elastischen Eigenschaften bei der Teigbereitung 19.06.2012 37

Differences between dough and batters Recipes Flour, sugar, fat Sugar, egg, fat, specific flour compounds Preparation Kneading, mixing Blending, Stiring, Mixing, Baking Softening source biological, chemical, physical chemical, physical Factors affecting the liquid binding or consitency Gluten, Pentosane, starch, swelling agent Egg, fat, sugar, starch (gluten, swelling agent) Consistency Elastic to plastic Foam structure, soft, plastic, gel to liquid forms 19.06.2012

Average analytical figures of flour for fine baked goods Flour quality Batters with emulsifier I Fine dough without yeast I Dough with yeast, soft Dough with yeast, hard Flour type Protein content [%Tr.] 405 to 9,0 550 9,5-11,0 550 11,5-13,0 550 13,1-14,0 Humid gluten [%] until 20,0 21,5-24,0 27,0-30,0 30,0-36,0 Sedimentation [Eh] until 20 25-30 33-40 40-50 Maltose number Falling number, sec. [s] particle distribution until 1,5 over 300 1,5-2,0 200-300 1,5-1,8 250-350 Water binding (by 550 FE) (%) Baking test RMT Volume yield (ml/100g flour) 48,0-50,0 until 450 51,0-53,0 475-552 53,5-55,0 620-660 55,5-57,0 670-750 19.06.2012

Gelatinisierung von Stärke ist Temperaturabhängig 19.06.2012

Factors afftecting starch gelatinization Exogenous and Endogenous Factors Acid pH Salt Sugar Lipids Proteins Shear 19.06.2012

Influence of different sugars on the quality of a pound cake Standard Recipe I Recipe II Wheat flour Type 550 125 g 150 g Wheat starch Backing margarine Cristal sugar 300 g - g Apple sweetener (Herbasweet©) Whole egg 210 g 190 g Water 62 g Whipping agent 7,5 g Backing powder 4,5 g Salt 2 g Net weight 450 g Weight/liter 773 g/l 793 g/l 781 g/l Baking volume 830 ml 520 ml 580 ml Weight of the baked good 410 g 403 g Volume of the baked good 494 g/l 775 g/l 707 g/l 19.06.2012

Teigeigenschaften spezifisch generieren Weizenteige (WZ-Qualität, Rezeptur) polydispers, dreiphasig, hochgradig redox-sensitiv Teigeigenschaften Teigrheologie “stressfrei” Reduktion plastisch Oxidation (u. a. m.) z. B. Hydratation elastisch scherempfindlich Endprodukt: Ergebnis des Zusammenspieles von Redoxsituation, Teigrheologie und angepaßter Anlagentechnik maschinelle Teigbe- und -verarbeitung Backen Abb.: Stellung der Teigrheologie u. a. als Resultante einer spezifischen Redox-Situation einerseits und als Maßgabe für die maschinelle Teigbe- und Verarbeitung andererseits (Schema). 19.06.2012

Differenzierung der rheologischen Größen von Weizenteigen im Kraft-Weg-Diagramm (schematisiert) Dehnwider- stand (EE) überstabilisiert normal Elastische Komponente viskos-plastisch plastisch-viskos SS Dehnbar- keit (mm) Plastisch/Viskose Komponente SH 19.06.2012

Einfluß von L-Cystein auf die Teigrheologie von Ascorbinsäure-haltigen Weizenmehlen der Type 550 (schematisiert) SH Dehnwider-stand (EE) Cys-SH S S SH Handelsmehl; Teige „schnurren“ Elastische Kompo-nente 20ppm L-Cystein konstante Flächenausdehnung SS Dehnbarkeit (mm) Plastisch/Viskose Komponente SH 19.06.2012

Redox-Reaktionen in Weizenteigen Oxidation 1) 2 P – CH2 – SH P – CH2 – SS – CH2 – P + 2 H Reduktion 2) Austauschreaktion P1 – SS – P3 + P2 - SH P1 – SH + P2 – SS P3 19.06.2012

Knetprozess und Teigentwicklung 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. 19.06.2012

Teigbe-und Verarbeitung im Wechselspiel von mechanischer Beanspruchung und Entspannung Rohstoffe Kneten Mechanischer Stress Teigruhe Teigentspannung Verwiegen Formen Stress Ballengare Teigentspannung Verwiegen Formen Stress Stückgare Teigentspannung Backen Schematischer und typischer Ablauf einer Teigherstellung und -verarbeitung im Wechselspiel von mechanischem Stress und Teigentspannung 19.06.2012

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) 19.06.2012

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bäckerei- und Getreidetechnologie ttz Bremerhaven Am Lunedeich 12 27572 Bremerhaven Tel. : +49 471 97297-0 Fax.: +49 471 97297-22 19.06.2012