Tiefgefrieren von Teig und Gebäck Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie 19. - 21. Juni 2012, Hannover Baustein B: Kältetechnologie Tiefgefrieren von Teig und Gebäck

Schematische Darstellung einer Tiekühlkostkette Hersteller-Kühlhaus kälter als -24°C Transport (Isoliersystem) Zentralkühlhaus (Großhandelslager) -25°C bis -23°C Transport (Isoliersystem) Auslieferungslager (Depot) -23°C bis -20°C Transport (Isoliersystem) Einzelhandel -18°C Haushalt -18°C Kunde 20.06.2012

Schematische Herstellung vorgegart, gefrosteter Teiglinge Brötchenteige herstellen verschiedene Arbeitsschritte Gären +35°C, 72% rel. Feuchte Schockfroster -35°C, -7°C, Kerntemperatur verpacken, PE-Beutel, Karton Gefrieranlage -22°C Transport „Bake-off-station“ TK-Depot: -20°C Backen im Laden mit Spezialöfen und integrierten PC-gesteuerten Programm Backprogramm Direktverkauf und -verzehr 20.06.2012

Schematische Herstellung vorgegart, gefrosteter Teiglinge ZUTATEN (Zusatzstoffe) KNETPROZESS Teigtemperatur: 25-27° C TEIGRUHE / STÜCKGARE 30-35° C; 70 – 80% r. F. TIEFKÜHLUNG (-30 bis –40° C) 0,03 m/h; (ca. 30 – 40 min. ca. -7° C im Kern) verpacken LAGERUNG (-18 bis –20° C) Tage, Wochen, Monate AUFTAUEN 15 min. bei RT BACKEN spezielles Backprogramm 20.06.2012

Unterschiedliche Kühlverfahren Konventionelle Kälte (Kältemaschine), (siehe oben und unten) Schockgefrieren Tiefkühllagerzellen spezifische Anlagen andere Cryogene Gase (siehe unten) LCO2 (Liquid CO2) LN2(Liquid Nitrogen) (z. T. fl. Luft) anderes Adsorptionstechnologie Verdampfung von Wasser im Vakuum durch Zeolithe (siehe un­ten), „Vakuum-Enthalpie-Kühlung“ (siehe unten) 20.06.2012

Kältetechnik T 100°C 1 mol H2O P = 1 bar Verdampfungswärme Schmelzwärme 0°C Wärmezufuhr (J) 200 800 20.06.2012

Wassergehalt einiger wichtiger Lebensmittel (bezogen auf das Gesamtgewicht) Produkt %H2O Rindfleisch 73,0 Kopfsalat 94,5 Schweinefleisch 70,0 Tomaten 94,0 Fisch (fett) 65,0 Blumenkohl 92,0 Fisch (mager) 78,0 Erbsen 76,0 Milch 88,0 Kartoffeln 77,0 Hartkäse (Emmenthaler, 45 % Fett) 35,0 Erdbeeren 89,0 Weichkäse (Camembert, 45 % Fett) 52,00 Pfirsiche Eiklar 87,0 Äpfel 86,0 Eigelbt 50,00 Kirschen Nüsse 5,0 - 22,0 20.06.2012

Temperaturen des Gefrierbeginns verschiedener Lebensmittel Produkt Gefrierbeginn °C Fleisch -0,60 bis 1,2 Tomaten, Himbeeren -0,9 Fisch -0,60 bis 2,0 Blumenkohl -1,1 Milch -0,50 Zwiebeln, Erbsen, Erbeeren -1,2 Eiklar -0,45 Pfirsiche -1,4 Eigelb -0,65 Äpfel, Birnen -2,0 Kopfsalat -0,40 Pflaumen -2,4 Kirschen -4,5 Nüsse -6,7 20.06.2012

Ausbildung eines Kristallgefüges nach Tamman V N V Temperatur ϑ2 ϑ3 ϑ1 N = Keimbildungsgeschwindigkeit V = Kristallwachstumsgeschwindigkeit 20.06.2012

Temperaturverlauf beim Gefrieren +30 +15 +0 -15 -30 Temperatur (°C) A B S C S D 0 0,5 1,0 1,5 2,0 Zeit (h) Temperaturverlauf bei unterschiedlichen Gefriergeschwindigkeiten (langsam, schnell, superschnell). A Anfangszustand S Unterkühlung B Gefrierpunkt D eutektischer Punkt. Im Temperaturintervall B-C kristallisiert der Hauptteil des Wassers im Lebensmittel Quelle: Heiss, B., Eichner, K.: Haltbarmachen von Lebensmitteln, Springer (Berlin, 1984)

Kerntemperaturverlauf während des Tiefgefrierens und Auftauens Abb.: Kerntemperaturverlauf während des Tiefgefrierens (links) und Auftauens (rechts) bei grünen und vorgegarten Teiglingen (65 g) (Lagerzeit: keine). 20.06.2012

To Refrigerate (+4 until +8°C) Slow down the development of micro organisms bio-chemical degradation reactions Heat Heat Water/ brine Ambient air Moisture Solutes Moisture Food Food Air cooling Hydro cooling What happens in a non-packaged product Quelle: Fikin, 2003 20.06.2012

To freeze (-18 to -40 °C) Gefrieren schnelles Gefrieren kleine Eiskristalle langsames Gefrieren große Eiskristalle Zerstörung der Zellwand Auftauen Zellwand intakt Zellwand ist desintegriert Decrease the temperature below -18 C in a few minutes, the quickest possible. Stop food degradation reactions Prevent the development of micro organisms Long time of conservation Quelle: Fikin, 2003 20.06.2012

Cell damage during freezing Zellmembrane Zelle high solute concentration (low aw) membrane shrinkage and damage intracellular ice (?) Originalzelle Eiskristall Wasserflux Nach der Eiskristallbildung Nach der intrazellulären Kristallbildung Nach der intrazellulären Kristallbildung & Osmose (Zythorryse) 20.06.2012

Gefrieren von komplexen Systemen (Lebensmittel) Lebensmittel sind einphasige (Wasser etc.), zweiphasige (fest, flüssig) oder mehrphasige Systeme (fest, flüssig, gasförmig): Konduktiver Wärmetransport überwiegt bei ein- oder zweiphasigen Systemen, konvektiver z. B. bei gasdurchsetzten Systemen; beschleunigter Wärmetransport beim Auftauen poröser Körper durch Wärmerohreffekt

Wärmetransport in porösen und nicht-porösen Lebensmitteln Temperatur +30 °C 0°C -30 °C Nicht gasdurchsetztes Produkt (zweiphasiges System) (Fleisch, Früchte, Teigwaren) Gasdurchsetztes Produkt (dreiphasiges System, poröse Körper) (gegorener Teigling, Backwaren) Zeit Einfluss von Porosität auf den Wärmetransport beim Kühlen, Gefrieren und Tiefgefrieren von verschiedenen Lebensmitteln (schematisch)

Kerntemperaturverlauf von grünen (nicht-porösen) und vorgegarten (porösen) TK-Teiglingen Abb.: Kerntemperaturverlauf von grünen und vorgegarten TK-Teiglingen (65g Weizenteig) während des Abbackens (ohne Auftauen) Backtemperatur (konst.) = 200°C, (AEROMAT, Fa. MIWE). TK-Lagerung bei –18°C und 48h 20.06.2012

Arten des Wärmetransportes konduktiv (Wärmeleitung) konvektiv (Wärmeströmung) Wärmestrahlung (IR:0,8 …. 15 µm) (strahlende Körper sind u. a. Werkstoffe aber auch Wasser oder CO2) Wärmeübergang bei Ändern des Aggregatzustandes z. B. Verdampfen, Kondensieren (Verdampfungsenthalpie, Kondensationsenthalpie) 20.06.2012

Wärmeleitzahlen (Lambdazahl) verschiedener Materialien Material (Stoff) Wärmeleitzahl kcal/h m k Luft 0,021 Kohlendioxid (CO2) 0,011 Wasser 0,50 Eis 1,90 Mehl 0,048 Teig 0,51 Brot 0,18 20.06.2012

Wärmerohr-Prinzip (schematisch, vereinfacht) Abb.: Wärmerohr-Prinzip (schematisch, vereinfacht) Schematische Darstellung des Wärmetransportes an einer gefrorenen Teigpore: Wärme heizt zunächst eine Fläche einer gefrorenen Pore auf (Wärmeleitung durch Matrix). Die Wärme wird u. a. konvektiv an die gegenüberliegende (noch gefrorene) Fläche der Pore abgekühlt. Es findet Kondensation statt (Tröpfchen-Kondensation, Taupunkt-Überschreitung). Die freiwerdende Konduktionswärme wird u. a. durch das Kapillar- oder Porensystem im Teig transportiert (kovektiv, konduktiv) und unterstützt u. a. die Hauptwärmequelle . Es resultiert ein synergistisch sich steigernder Wärme- und Stofftransport, der vor allem und z. B. bei porösen Körpern zu stark beschleunigten Auftauraten führt. 20.06.2012

Physikalische Eigenschaften von Wasser und Eis Temperatur (°C) Dichte (g/cm3) Wärmeleitfähigkeit (W/m °C) Spez- Wärme (kJ/kg °C) Wasser 0,9998 0,5435 4,218 Eis 0,9168 2,2150 2,050 - 20 0,9481 2,3880 20.06.2012

Gefrieren komplexer Systeme (Lebensmittel) Lebensmittel sind hormonell / enzymaktive Systeme (z. B. Früchte) Primärwandstabilisierung: Aktivierung der fruchteigenen Peroxidase Mittellamellenstabilisierung durch fruchteigenen oder mikrobieller Pektinesterasen (z.B. vor oder nach dem Gefrieren) Retardierung / Stopp des endogenen Metabolismus direkt nach der Ernte (vor dem Gefrieren) anderes Ethylen Synthese Amino Vinyl Glycin oder Silberionen hemmen die ACC-Synthase Methionin S-Adenosylmethionin ACC-Synthase (ACC) ACC-Oxidase Diese Enzyme zeigen Aktivitätszunahme bei Reifungsbeginn 1-Aminocyclopropan-1-carboxylsäure Ethylen (C2H4) z. B. Expression der Gene zur Reifung bei der Tomate oder Wurzelhaarbildung in Arabidopsis Begrenzendes Element ist die ACC-Synthase, deren Transkription wird durch Auxin stimuliert Beispiel: Fruchtboden der Erdbeere Rezeptor (nach Grierson and Covey 1988)

Festigkeit von gefrorenen verarbeiteten Sauerkirschen (Extrusionstest) Kraft Fmax (N) Kühllagerung Vorerhitzung Calcium (Wochen) (°C) (ppm) Quelle: K. Lösche (Hrsg.): Enzyme in der Lebensmitteltechnologie, Behr`s Verlag, Hamburg, 2003

ICE / Wassereis Forms when exactly 4 H-bonds are formed between water molecules 2.78 A vs. 2.85 A in liquid To get this order a lot of energy needs to be adsorbed by the environment The strong H-bonding in ice forms an orderly hexagonal crystal lattice 6 H2O molecules Has 4X more thermal conductivity than water at same temperature

Nucleation - affects ice crystal size. PROPERTIES OF ICE (1/2) Crystallization Crystal growth occurs at freezing point Rate of crystal growth decreases with decreasing temperature Solutes slow ice crystal growth Nucleation - affects ice crystal size. Slow freezing results in few nucleation sites and large, coarse crystals Fast freezing results in many nucleation sites and small, fine crystals Heterogeneous nucleation usually caused by a foreign particle, such as salt, protein, fat, etc. Homogeneous nucleation very rare, mainly occurs in pure systems

PROPERTIES OF ICE (2/2) SUPERCOOLING Water can be cooled to temperatures below its freezing point without crystallization When an ice crystal is added to supercooled water, temperature increases and ice formation occurs

H-bond formation dependent on T LIQUID WATER Extensively H-bonded H-bond formation dependent on T With increasing T get more mobility and increased fluidity T (ºC) Density (kg/m3) Viscosity (m2/s) 999.9 1.7895 5 1000.0 1.535 25 997.1 0.884 100 958.4 0.294

EFFECT OF SOLUTES ON WATER (1/2) Boiling point Vapor pressure is equal to atmospheric pressure Strongly influenced by water - solute interaction Solutes decrease vapor pressure and thus increase boiling point Sucrose  +0.52ºC/mol NaCl  +1.04ºC/mol ATMOSPHERIC PRESSURE VAPOR PRESSURE

EFFECT OF SOLUTES ON WATER (2/2) Freezing point lowering Freezing point can get extensive depression via solutes Alter ability of water to form crystals due to H-bond disruption Sucrose  -1.86ºC/mol NaCl  -3.72ºC/mol Eutectic pt - temp. Where “all” water is frozen - usually around -50ºC In most cases small amounts of water remains unfrozen (-20ºC) These small patches of water can promote chemical reactions and damage

Gefrieren von komplexen Systemen (Lebensmittel) Freezing Point Depression Gefrierpunktsenkung beeinflusst Gefrierrate, die Qualität der Lebensmittel und mehr… Kleine Moleküle wie Salz und Zucker senken primär den Gefrierpunkt Einsatz von „Anti-Freeze“-Proteinen führt zur Gefrierpunkts-Hysterese und zur Minimierung der Eiskristallbildung State Diagram-Sucrose 20.06.2012

Wasser geht nicht nur mit elektronegativen funktionellen Gruppen sondern auch mit gelösten Ionen eine elektrostatische Wechselwirkung ein Q1  Q2 ε.r2 Q1, Q2 = elektrische Ladungen ε = dielektrische Konstant r2 = ihrer Abstand F =------------

Vermehrungsbereiche der Bakterien Zuwachs thermophiler Bakterien 70°C 60°C 50°C Zuwachs mesophiler Bakterien 45°C 40°C sehr schnelles Bakterienwachstum 30°C kritischer Temperaturbereich Begrenzter Zuwachs psychrophiler Bakterien 20°C 15°C 10°C +2°C Lagertemperatur der Kühlkost-Fertiggerichte 0°C -10°C Lagertemperatur der Tiefgefrierkost-Fertiggerichte -18°C -20°C 20.06.2012

Gefahrenbereich: Wachstums-Temperatur-Zone für Mikroorgansimen ! Während des Abkühlens von Backwaren wird ein mikrobiologisch-hygienisch kritischer Temperaturbereich durchschritten Kerntemperatur 100°C 90 °C 80°C 70°C 60°C 50°C 40°C 30°C 20°C 10°C Gefahrenbereich: Wachstums-Temperatur-Zone für Mikroorgansimen ! Zeit 1h 2h 3h 4h 5h Abb.: Gefahrenzone: Abkühlen von Brot und kritischer Temperatur-Bereich (schematisch)

Gefahren-Zone: mikrobiologisch- hygienisch kritische Zone Temperatur Zonen Kochpunkt  100 °C Unkritische Zone Pasteurisation  72 °C Wachstumsgrenze  65 °C Pathogener Keim Gefahren-Zone: mikrobiologisch- hygienisch kritische Zone Körpertemperatur  36,5 °C 10 °C Kühlung  Unkritische Zone 0 °C Tiefgefrieren 

Bake-Off-Technologien PBF PBUF FBF UFD PFF SP-R Par-baked Frozen Par-baked Unfrozen Fully-baked Frozen Unfermented Frozen Prefermented Frozen Standard Process - Reference

Berechnete aw-Werte gefrorener Lebensmittel Temperatur (°C) aw- Wert - 5 0,953 - 10 0,907 - 15 0,864 - 20 0,820 - 30 0,735 - 40 0,650 20.06.2012

Veränderung beim Gefrieren von Teig Physikalische Veränderungen Verformungen und mech. Beschädigungen der kolloidalen Matrix durch Eiskristallwachstum (primär bei zu langsamen Gefrieren) Osmotischer Wasserentzug aus den Zellen und Zellverformung durch Aufkonzentrieren der Restlösung in den Zellzwischenräumen (primär bei zu langsamen Gefrieren) Massenverlust und Oberflächentrocknung bei unverpackten Produkten Volumenzunahme aw-Wert Senkung Gaswechsel (Luft wird durch CO2 verdrängt) bei vorgegarten Teiglingen (Kleberschädigung: ggf. gröbere Poren aber primär stark geschädigtes Gashaltevermögen im Teig mit der Folge von starken Volumeneinbußen bei Gebäck) Extrem erhöhte CO2-Löslichkeit im Teig (Wasser) und partielle Kohlensäuren-Bildung Gas-Diffusion von kleineren zu größeren Gasporen (hohe Diffusiität von CO2) vor allem beim Auftauprozess (ggf. gröbere Porung). Chemische Veränderungen Aufkonzentrieren von Salzen, Säuren, Zucker, Enzymen etc. und –bei knapp unter dem Gefrierpunkt – dadurch Beschleunigung von chemischen Reaktionen, insbesondere Proteindenaturierung (Kleberschädigung) CO2 + H2O  H2CO3: geringe pH-Absenkung bei vorgegarten Teiglingen, erhöhte Löslichkeit des Klebers bzw. seine Schädigung durch CO2 Mikrobiologische Veränderungen Stopp des Mirkoorganismus – Wachstums (aw-Wert) Zellschädigung bei langsamer Gefriergeschwindigkeit. Die Absterberate ist besonders groß, wenn in der Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C und -5°c gehalten wird. So lange noch genügend flüssige Substanz vorhanden ist, können sich auf dem gefrorenen Lebensmittel kryogene Mikroorganismen vermehren. Bakterien stellen ihr Wachstum bei etwa -7°C, die anspruchslosen Hefen und Schimmelpilze bei spätestens -12 bis -15°C ein. Beim Gefrieren geht auch die Keimzahl mehr oder weniger stark zurück. Diese Absterbequote ist besonders groß, wenn die Produkte in der Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C bis -5°C gehalten werden, je langsamer also gefroren wird. Teig ist andererseits ein sehr gute Schutzkolloid (je fetthaltiger umso besser), sodass bei schneller Gefriergeschwindigkeit keine Backhefe Schädigung eintritt (also keine beeinträchtige CO2-Bildung durch Hefe nach dem Auftauen eines Teiges). 20.06.2012

Mikrobiologische Veränderung Stopp des Mikroorganismus-Wachstums (aw-Wert) Zellschädigung bei langsamer Gefriergeschwindigkeit. Die Absterberate ist besonders groß, wenn in der Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C und -5°C gehalten wird. So lange noch genügend flüssige Substanz vorhanden ist, können sich auf dem gefroren Lebensmittel kryogene Mikroorganismen vermehren. Bakterien stellen ihr Wachstum bei etwa -7°C, die anspruchslosen Hefen und Schimmelpilze bei spätestens -12°C bis -15°C ein. Beim Gefrieren geht auch die Keimzahl mehr oder weniger stark zurück. Diese Absterbequote ist besonderes groß, wenn die Produkte in der Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C und -5°C gehalten werden, je langsamer also gefroren wird. Teig ist andererseits ein sehr gutes Schutzkolloid (je fetthaltiger umso besser), sodass bei schneller Gefriergeschwindigkeit keine Backhefe-Schädigung eintritt (also keine beeinträchtige CO2-Bildung durch Hefe nach dem Auftauen eines Teiges). 20.06.2012

CO2-Transportweg bei einer Hefeteig-Gärung Klebermembran Diffusion Pco2 ist treibende Kraft Pco2 im Gleichgewicht (Diffusion) Transport durch Zellmembran, wahrscheinlich Carbonsäureanhydrase Gasblase (Pore) Teig CO2 Hefe-Zelle Abb.: CO2-Transportweg bei einer Hefeteig-Gärung (schematisch): Transport durch Zellmembran (wahrscheinlich enzymatisch und Diffusion) 20.06.2012

Biologische Eigenschaften von Schutzgasen CO2 O2 Verhalten gegenüber Lebensmittelinhaltsstoffen (Vitaminen, Farbstoffen, Aromastoffen, Fetten) völlig inert inert (evtl. säuerlicher Geschmack wg. chemischer Eigenschaften), vereinzelt Verfärbungen stark oxidierend Mikroorganismen-wachstum Hemmung von Aerobiern, keine Hemmung von Anaerobiern Hemmung von Aerobiern und Anaerobiern, bakteriostatisch und fungistatisch bei ausreichender Feuchtigkeit Förderung von Aerobiern 20.06.2012

Chemische Eigenschaften von Schutzgasen CO2 O2 chemisch völlig inert im Lebensmittelbereich reagiert mit Wasser: CO2+H2OH2CO3, geringe pH- Absenkung des Lebensmittels möglich Oxidations- Reaktionen gefördert, v. a. bei Anwesenheit von Metallionen, Licht, höherer Temperatur 20.06.2012

Physikalische Eigenschaften von Schutzgasen CO2 O2 Physikalisch Dichte (kg/m3) bei 15 °C, 1.013 mbar 1,170 1,849 1,337 Löslichkeit in Wasser (g/m3H2O) bei 15 °C, 1.013 mbar 21,0 1960,0 48,2 Permeation bei 23 °C, 75% r. F. für HDPE 50 250 80 für PVDC 0,04 <2,3 <0,4 20.06.2012

Löslichkeit von verschiedenen Gasen in Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur p= Normaldruck (1013 bar) Temperatur in ° C Gas 5 10 15 20 25 30 in g CO2 / l Wasser CO2 3,420 2,780 2,320 2,040 1,760 1,450 1,127 Luft 0,028 0,025 0,022 0,020 0,018 0,016 0,015 O2 0,0473 0,0415 0,0368 0,0330 0,030 0,0275 0,0255 N2 0,0225 0,0181 0,0165 0,0152 0,0141 0,0133 20.06.2012

Unterschiedliche Gaszusammensetzung von TK-Teiglingen Teigpore ungegart Gaspore bei Gefrierlagerung intakt. Luft ca. 80 % N2 20 % O2 Teigpore vorgegart überwiegend CO2 Gaspore bei Gefrierlagerung desintegriert. 20.06.2012

Lösen von CO2-Gaskernen beim Kühlen, Gefrieren und Auftauen vorgegarter Teiglinge CO2+H2O→H2CO3 CO2 Frosten Lösen Auftauen, Erwärmen Vorgegorener Teig bei Raumtemperatur enthält CO2 Hohe Wasserlöslichkeit von CO2: Kohlendioxid löst sich im Teig, pH- Wert- Senkung: Kleber- Desintegration  1% H2CO3 entsteht Unterschreitung des isoelektr. Punktes von Kleber Gaspore verschwindet  hohe Diffusivität von gelöstem CO2 etc. Rückbildung von CO2 Gas, Bildung gröberer Poren Teigpore 20.06.2012

Diffusion von Gaskernen in Teigen Feine Porung: Der Gasdruck ist ausgehend von kleinen Poren größer, daher ist die Konzentration von Gas in deren Umgebung höher. Grobe Porung: Kleine Gaskerne haben die Neigung, kleiner zu werden und große noch größer. Die Diffusion von CO2 ist sehr groß. 20.06.2012

Biochemisch /mikrobiologisch Veränderungen beim Gefrieren von Teig Physikalisch Kristallbildung Rekristallisation Volumenanstieg Druckanstieg im Innern aw-Wert-Senkung Gaswechsel Gasdiffusion Gaslöslichkeit etc. Biochemisch /mikrobiologisch Enzymaktivität Hefe-Zellschädigung Chemisch Konzentrations- verschiebungen pH-Wert-Senkung Kleber-Membran- Desintegration 20.06.2012

Schematische Darstellung einer Zellschädigung Zytoplasma Plasmolyse (Zytorrhyse) Zellwand Zellmembran Zellwand (deformiert) Zellmembran (deformiert) extrazelluläres Wasser Zytoplasma 5 μm Hefe in isotonischer Lösung Plasmolyse in hypertonischer Lösung (in der Regel reversibel), insgesamt: Volumen-Kontraktion Abb.: Schematische Darstellung einer Zellschädigung durch Hefe-Plasmolyse in hypertonischer Umgebung: Deformation von Hefezellwand, Zellmembran verbunden mit Volumenkontraktion 20.06.2012

CO2-Transport durch biologische Membranen CO2 + H2O HCO3- + H+ CO2 + OH- HCO3- CO2 HCO3- CO2 wässrige Lösung Membran Zellinneres (Teig) (Hefezelle) Abb.: CO2-Transport durch biologische Membranen via Carbonsäureanhydrase (Schema) 20.06.2012

Unterscheidungsmerkmale von Teiglingen und vorgebackener Ware in der Tiefkühlung (modifiziert) „grüner“ Teigling vollgariger Teigling vorgebackene Ware Volumen kleineres Volumen 2-3 mal größer (nach TK leicht geschrumpft) 3-5 mal größer (als grüne) Wärmetransport rasch bei geringer Anfangstemperatur Verzögerung bei höherer Anfangstemperatur Kruste als Isolator Oberfläche homogen (glatt als Folge der Dichte-Abnahme) dünne empfindliche Teighaut mit etwas welliger Oberfläche Kruste weitgehend gebildet Hefe geringe Aktivität in aktivster Form keine Aktivität Gefrierproblematik gering da keine Kleberschädigung, partielle Hefeschädigung durch Kälte Hoch, da CO2 Kleber und ggf. Hefe schädigt, partielle Hefeschädigung durch Kälte „Druckausgleich“ vor d. Frieren verhindert Abplatzen der Kruste Auswirkung bei Austrocknung gering hoch Empfindlichkeit bei mechanischer Beanspruchung nicht so hoch Kruste nein je nach Vorbackgrad ausgeprägt Gasgehalt Luft CO2 20.06.2012

Einflussgrößen auf die Gefrier-Tau-Resistenz von Hefen für TK-Teige, modifiziert Biologische. Faktoren Hefefabrikation TK-Prozeß (Bäckerei) Genetik / Physiologie - undefinierte cryoprotek. Faktoren - etc. Hefetyp - Hybrid - osmotolerant - rekombinant etc. Zusammenfassung - Proteine / Enzyme - Trehalose-Akkumul. - Phospholipide - Glycerol Fermentation - Hitze-Schock, Kälteschock - Äthanol - aerob / anaerob Mehlqualität Backmittel Teigherstellung und - Verarbeitung - Zusammensetzung - grün oder vorgegoren gefrostet Art der Hefe 20.06.2012

Gefrieren von Backwaren Problem bekannt Ursachen aufgeklärt Problem: Abplatzen der Kruste bei TK-Backwaren Gefrieren von Backwaren Problem bekannt Ursachen aufgeklärt Technologie noch nicht entwickelt 20.06.2012

Abplatzen der Kruste bei vorgebackenen u. gefrosteten Backwaren KRUSTEN-PROBLEME BEI HALBGEBACKENEN BROT Oberfläche – Verlust der Kruste Interne Beschädigung HYPOTHESE ZUM ERKLÄREN DER KRUSTEN PROBLEME (Abplatzen …): Mechanische Probleme unter der Kruste hervorgerufen durch die Eiskonzentration (Problematik Wasserdampfdruck durch großes Delta T) Thermomechanische Probleme hervorgerufen durch die differentiale Belastung (Verformung durch Gaskontraktion in der Krume beim Kühlen u. Gefrieren) Strukturelle Probleme (Kleber, Stärke / thermomechanische Interaktionen) 20.06.2012

UFF Ungegarter gefrorener Teig UnFermented Frozen dough 4 Gefriertechnologien UFF Ungegarter gefrorener Teig UnFermented Frozen dough PFF Vorgegarter gefrorener Teig PreFermented Frozen dough PBF Halbgebacken gefrorenes Brot/rolls ParBaked Frozen bread/rolls FBF Fertiggebacken gefrostet (auftauen/servieren) Fully Baked Frozen (Thaw ‘n Serve) 20.06.2012

Orientierung UFF PFF PBF FBF garen backen mischen teilen & auf- machen vorgegart gefroren garen PBF halbgebacken gefroren backen UFF ungegart gefroren mischen teilen & auf- machen servieren mix divide & make up final proof bake serve We will now discover the 4 existing technologies to make frozen products FBF fertiggebacken gefroren 20.06.2012

1 2 3 PBF des ersten Backens: Die drei goldenen Regeln bei PBF mischen servieren teilen & auf- machen Endgare backen - FROZZZZZ 1 2 3 Vermeidung der Krustenausbildung während des ersten Backens: PBF Produkt = Fertiggebackene Produkte ohne Kruste Backen Sie bei der niedrigeren Temperatur (170-180°C/340-360°F) mit regelmäßigen Dampfeinspritzungen, um eine feuchte "Krusten" Schicht zu erhalten T(@ Kruste)~100°C/212°F wenn feuchtig, wenn % H2O > 0%. Beim ersten Backen die Krustenbildung vermeiden, so dass beim zweiten Backen das Abplatzen verringert wird. It is key to avoid crust formation during the first bake. WHY? HOW? WHY? HOW? The addition of steam during the baking process will prevent the formation of the crust. Steam creates condensation on the doughsurface and as long as there is water present in the crust, the temperature cannot reach the temperature of 140° C which is necessary to start crust formation. We distinguish 2 types of steam in ovens: Steam should however not exceed 115°C, because then it does not reslut in condensation of the surface of the dough piece and the curst will dry out. The temperature from steam under pressure can be higher than 120°C. This steam will not condens on the surface of a product and will miss the effect of preventing to dry out. KAN BETER KATRIEN!! MAAR IK HEB EVEN MOEITE OM MIJN IDEEEN ONDER WOORDEN TE BRENGEN. 20.06.2012

Test: ZU STARKES BACKMITTEL Reference Test 20.06.2012

Test: ZU STARKES MEHL Reference Test 20.06.2012

Reference Test Test: erstes Backen zu kurz bei hoher Temperatur 20.06.2012

Test: zu viel Dampf Reference Test 20.06.2012

Test: zu viel Dampf Reference Test 20.06.2012

Test: zu wenig Dampf Reference Test 20.06.2012

Test: LAGERUNG OHNE PLASTIK (1/2) Reference Test 20.06.2012

Test: LAGERUNG OHNE PLASTIK (2/2) Reference Test 20.06.2012

Test: erstes Backen zu lang (1/2) Reference Test 20.06.2012

Test: erstes Backen zu lang (2/2) Reference Test 20.06.2012

1 2 3 PBF Schockgefrieren bei -35°C/-31°F bis ≤ -10°C/14°F im Kern Die drei goldenen Regeln bei PBF PBF mischen servieren teilen & auf- machen Endgare bake backen - FROZZZZZ 1 2 3 Schockgefrieren bei -35°C/-31°F bis ≤ -10°C/14°F im Kern Mit RH ~ 90% Richtig verpackt und versiegelt in Plastik Lieferung zur Gefrierlagerung bei konstant -18°C/0°F zur Verhinderung des Gefrierbrandes (= beflecken d. Krustenfarbe) After freezing the products need to be wrapped in plastic to prevent freeze burn. Freeze burn comes from water extraction in the crust caused by dry air that circulates in the freezer. This leaves white spots or areas that cannot be removed with the second bake IK HEB NOG NIET BEGREPEN WAT FREEZE BURN IS mischen teilen & aufmachen Endgare bake servieren backen - FROZZZZZ 20.06.2012

Test: zu langes Schockgefrieren Reference Test 20.06.2012

1 2 3 PBF Die drei goldenen Regeln bei PBF mischen servieren teilen & auf- machen Endgare backen - FROZZZZZ 1 2 3 Ziel des zweiten Backens = Krustenbildung + gibt Farbe & Aroma und “Erneuerung” der Krume. ? Kaum oder kein Auftauen vor dem Backen Vorzugsweise 30 Min bei 90% RH;25°C/77°F => Abplatzen ° Alle Arten von Ofen ° Dampf (5 sec) ° T: ± 220°C/430°F & abbacken auf Lochblechen  runde untere Form The product is already baked during the first bake. The only objective of the second bake is to obtain the desired crust. If the products are defrosted in a conditioned room, they can absorb some humidity. This humidity will assure a good crust formation and will provide additional shelf life. 20.06.2012

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 20.06.2012