Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie 19. - 21. Juni 2012, Hannover

Baustein A: Knettechnologie

Mehlqualitätsdaten

- Möglichkeiten der Einflussnahme -

• Mikrobiologisch unbedenklich

• Rückstandsfrei

• Protein-Zusammensetzung

• Lipid-Zusammensetzung

• Stärkegehalt

• Enzymaktivität

• Backeigenschaften

Getreide - Anforderung für die Technologie

Gegenüberstellung von Weizen und Roggen

Roggen Weizen

Quellstoffe 7 - 9 % Pentosane7 - 13 % Proteine

7 - 13 % Kleberprotein6 - 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 groß 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

Verankerung der Qualität durch Sorte und Umwelt

Quelle: http://www.agfdt.de/loads/gt07/lindhabb.pdf

obligatorische Zusammenhänge für hefe-gelockertes Weizenbrot und Weizenkleingebäck

hot/drycold/wet

STRONGWEAK

CLIMATE

GENETICS

The balance of gluten visco-elasticity (“strength”) determines end use quality

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

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

Qualitätsmerkmale in Abhängigkeit vom Mehlanfall (Seling 2010)

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…

GlutenineGliadine Klebereiweiße =

Gluten

Mikroskopische Strukturen im Mehl

Quelle: Meyer, D., BfEL (BAGKF)

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Weizenmehl

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

kneten

Kleber

Die Verarbeitungseigenschaften von Weizen werden durch die Kleberproteine bestimmt !

Weizenkleber (Gluten) schafft die visko-elastischen Eigenschaften eines Weizenteiges

Weizenkleber / Feuchtkleber

Visco-elasticproperties

Comprises 75% protein25% starch + lipids

• 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

monomere Gliadine

polymere Glutenine

Summe: Gliadin + Glutenin

Weizen–GLUTEN: Ein komplexes PROTEIN-System (Shewry, 2008)

genetisch determiniert biochemisch belegt

Allelische Variation in HMW-Subunit Strukturen sind mit der Qualität korreliert

Present in high Mr polymers which correlate with quality

HMW SUBUNITS des GLUTENIN beeinflussen die Teigstabilität (Shewry, 2008)

Schematische Struktur von Weizenkleber und seine funktionellen Eigenschaften (Gliadin ist ein Lipoproteid)

Weizenkleber

Lipide

SHS

SS

S

Kleber unterschiedlicher Dehnfähigkeit und Elastizität

Quelle: Bietz, J.; AACC, 1990

kurz normal weich nachlassendKleber-struktur

Unterschiedliche Dehnfähigkeit je nach Eiweißzusammensetzung & Eiweißmenge

Sorte & Anbaubedingungen

Krankheiten Witterung Düngung

Mixing time, min

Torq

ue,

Bu

Einfluss der Mehlqualität auf die Teigentwicklung (Fariongramm)

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

Micrograph showing a flour particle after digestion to remove starch

(taken from Amend, 1995)

Gluten forms a continuous network in dough

Confers textural and cohesive properties to

pasta and noodles

Expansion by CO2 forms aprotein foam which is “fixed” (denatured)

during baking

Adds textural andbinding propertiesto processed food

The Visco-elastic properties of gluten underpin breadmaking and other food uses

Quelle: BfEL ,2011

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

Backprozess

Quelle: BfEL ,2011

• Durch die hohen Ofentemperaturen erfolgen strukturelle Veränderungen u. a. von Proteinen & Stärke

• „Stabilisierung“ des gedehnten Protein-Stärke-Netzwerkes

Quelle: BfEL ,2011

… die drei Säulen der Backqualität …

Backqualität Eiw

eiß

qu

alitä

t

Eiw

eiß

men

ge

Stä

rkeq

ualitä

t

Eiw

eiß

qu

alitä

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Eiw

eiß

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ge

Stä

rkeq

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t

Backqualität

Eiw

eiß

qu

alitä

t

Eiw

eiß

men

ge

Stä

rkeq

ualitä

tBackqualität

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

… die drei Säulen der Backqualität und ihre „Bestimmung“…

Quelle: BfEL ,2011

Backqualität

Eiw

eiß

qu

alitä

t

Eiw

eiß

men

ge

Stä

rkeq

ualitä

t

Sedimentationswert

Eiweißgehalt

Fallzahl

Einfluss steigender Proteingehalte auf das Backvolumen (1/2) (Ergebnisse der Wertprüfung von 116 Winterweizensorten der aktuellen BSL)

Quelle: BfEL ,2011

Quelle: BfEL ,2011

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

Beziehung zwischen Rohproteingehalt und Backvolumen von zwei Winterweizensorten

Quelle: BfEL ,2011

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

Qualitätsprofil der Roggenmehltypen 997 und 1150

Standardmehl

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000

250 260 270 280 290 300 310 320

62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72

80 100 120 140 160 180 200 220 240

> 3,0 2,5 – 1,3 <1,3

starke Enzymaktivität

schwache Enzymaktivität

Amylogramm (AE)

Max. ViskositätICC Nr.:126/1

Endverkl. Temp. (°C)

Fallzahl (s)ICC Nr.:107

Maltosezahl

Volumenausbeute (%)

Qualitätsprofil Weizenmehl: Type 550

RMT (ml):

Protein i. Tr. (%) ICC Nr. 105

Kleber (%)ICC Nr. 137

SedimentationswertICC Nr.: 116

Fallzahl (g) ICC NR. 107

Maltosezahl

Kleberschwaches Mehlz. B. für Kekse, Massen etc.

Kleberstarkes Mehlz. B. für GU, GV, LF, Berliner, Toast etc.

StandardmehlFür Weißbrot, Brötchen, Baguette, Mischbrot

400 600 660 680 700 710 720 740

250-350 280-350 300-400

2-3,5 1,5-2,0 1-1,5

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

0

10

20

30

40

50

60

70

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Eiweißgehalt, % i. TS (N= 5,7)

Sed

imen

tatio

nsw

ert, m

L

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

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

GSH = reduziertes GluthationGSSG = oxidiertes GluthationASC = L-AscorbinsäureDH-Asc. = Dehydro-L-Ascorbinsäure

Redox-Reaktion von L-Ascorbinsäure in Weizenteig

Abb.: Biochemischer Mechanismus der Ascorbinsäure-Reaktion bei Weizenteigen

Prot.SS-Prot. = oxidiertes KleberproteinProt.-SH= reduziertes KleberproteinGSH-DH= Gluthation-Dehydrogenase

Prot-SS-Prot

GSH-DH

Prot-SH GSSG

2 GSH DH-Asc

Asc ½ O2

H2O

Influence of different additives in baking products on the volume (x103) of wheat roll (6 pieces)

1,51,7

2

2,7

3,15

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

controlAscorbic acid

AmylaseAscorbic acid

EmulsifierAmylaseAscorbic-acid

Xylanase Emulsifier AmylaseAscorbicAcid

Bakin

g v

olu

me

(ml)

Beeinflussung der plastischen und elastischen Eigenschaften bei der

Teigbereitung

Differences between dough and batters

Differences Dough 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 plasticFoam structure, soft, plastic, gel to liquid forms

Average analytical figures of flour for fine baked goods

Flour qualityBatters with emulsifier I

Fine dough without yeast I

Dough with yeast, soft

Dough with yeast, hard

Flour typeProtein content [%Tr.]

405to 9,0

5509,5-11,0

55011,5-13,0

55013,1-14,0

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 numberFalling number, sec. [s] particle distribution

until 1,5over 300

1,5-2,0200-300

1,5-1,8250-350

1,5-1,8250-350

Water binding (by 550 FE) (%) Baking test RMTVolume 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

Gelatinisierung von Stärke ist Temperaturabhängig

Amylose

Swelling Collapse AggregationC

Viscosity E

D

B

ATime

A = Paste initiation temperature

B = Peak Paste Time

C = Peak Viscosity

D/C = Stability ratio

E/D = Set back ratio

50 65Temp 90 95 80

Amylose

Swelling Collapse AggregationC

Viscosity E

D

B

ATime

A = Paste initiation temperature

B = Peak Paste Time

C = Peak Viscosity

D/C = Stability ratio

E/D = Set back ratio

50 65Temp 90 95 80

Amylose

Swelling Collapse AggregationC

Viscosity E

D

B

ATime

A = Paste initiation temperature

B = Peak Paste Time

C = Peak Viscosity

D/C = Stability ratio

E/D = Set back ratio

A = Paste initiation temperature

B = Peak Paste Time

C = Peak Viscosity

D/C = Stability ratio

E/D = Set back ratio

50 65Temp 90 95 8050 65Temp 90 95 80

Factors afftecting starch gelatinization

Exogenous and Endogenous Factors

Acid pH Salt Sugar Lipids Proteins Shear

Influence of different sugars on the quality of a pound cake

Standard Recipe I Recipe II

Wheat flour Type 550 125 g 125 g 150 g

Wheat starch 125 g 125 g 125 g

Backing margarine 150 g 150 g 150 g

Cristal sugar 300 g - g - g

Apple sweetener (Herbasweet©) - g 300 g 300 g

Whole egg 210 g 210 g 190 g

Water 62 g - g - g

Whipping agent 7,5 g 7,5 g 7,5 g

Backing powder 4,5 g 4,5 g 4,5 g

Salt 2 g 2 g 2 g

Net weight 450 g 450 g 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 410 g

Volume of the baked good 494 g/l 775 g/l 707 g/l

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,hochgradigredox-sensitiv

Teigeigenschaften

Teigrheologie

plastisch

elastisch scherempfindlich

“stressfrei”

maschinelle Teigbe- und -verarbeitung

Backen

Endprodukt:Ergebnis des Zusammenspieles von Redoxsituation, Teigrheologie und angepaßter Anlagentechnik

Teigeigenschaften spezifisch generieren

Dehnwider-stand (EE)

Dehnbar-keit (mm)

Plastisch/Viskose Komponente SH

ElastischeKomponente

SS

überstabilisiert

normal

plastisch-viskosviskos-plastisch

Differenzierung der rheologischen Größen von Weizenteigen im Kraft-Weg-Diagramm (schematisiert)

Dehnwider-stand (EE)

Dehnbarkeit (mm)Plastisch/Viskose

Komponente SH

ElastischeKompo-nente

SS

Handelsmehl;Teige „schnurren“

20ppm L-Cysteinkonstante Flächenausdehnung

SS

SH

SH

Cys-SH

Einfluß von L-Cystein auf die Teigrheologie von Ascorbinsäure-haltigen Weizenmehlen der Type 550 (schematisiert)

Redox-Reaktionen in Weizenteigen

2) Austauschreaktion

1) 2 P – CH2 – SH P – CH2 – SS – CH2 – P + 2 H

P1 – SH + P2 – SS P3 P1 – SS – P3 + P2 - SH

Oxidation

Reduktion

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

Teigbe-und Verarbeitung im Wechselspiel von mechanischer Beanspruchung und Entspannung

Rohstoffe

Kneten

Teigruhe

Verwiegen Formen

VerwiegenFormen

Ballengare

Stückgare

Backen

Stress

Teigentspannung

Mechanischer Stress

Stress

Teigentspannung

Teigentspannung

Schematischer und typischer Ablauf einer Teigherstellung und -verarbeitung im Wechselspiel von mechanischem Stress und Teigentspannung

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)

ttz Bremerhaven Am Lunedeich 1227572 BremerhavenTel. : +49 471 97297-0 Fax.: +49 471 97297-22

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Bäckerei- und Getreidetechnologie