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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
t
Eiw
eiß
men
ge
Stä
rkeq
ualitä
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
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Bäckerei- und Getreidetechnologie
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