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

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

2. Getreide - Anforderung für die Technologie • Mikrobiologisch unbedenklich • Rückstandsfrei • Protein-Zusammensetzung • Lipid-Zusammensetzung • Stärkegehalt • Enzymaktivität • Backeigenschaften

3. Gegenüberstellung von Weizen und Roggen

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

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

6. 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

7. QualitätsweizenfürKekse und Waffeln • niedriger Proteingehalt, niedriger Klebergehalt • geringere Härte • geringe Kleberaggregation • geringe Stärkebeschädigung • gute Verkleisterungseigenschaften der Stärke • Weichweizen-Sorten:Contur, Crousty, Wasmo, Hermann, Manhattan

8. Qualitätsmerkmale in Abhängigkeit vom Mehlanfall (Seling 2010)

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

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

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

12. 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

13. 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 Transition state or aggregation competent species Native protein Non-native aggregates

14. Weizen–GLUTEN: Einkomplexes PROTEIN-System (Shewry, 2008) Summe: Gliadin + Glutenin monomere Gliadine polymere Glutenine

15. HMW SUBUNITS des GLUTENIN beeinflussen die Teigstabilität(Shewry, 2008) genetischdeterminiert biochemischbelegt Present in high Mr polymers which correlate with quality Allelische Variation in HMW-Subunit Strukturensindmit der Qualitätkorreliert

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

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

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

19. 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

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

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

22. 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

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

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

25. 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

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

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

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

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

30. 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

31. Qualitätsprofil der Roggenmehltypen 997 und 1150 Standardmehl schwache Enzymaktivität starke Enzymaktivität Amylogramm (AE)Max. ViskositätICC 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 > 3,0 2,5 – 1,3 <1,3 Maltosezahl Volumenausbeute (%) 250 260 270 280 290 300 310 320

32. Qualitätsprofil Weizenmehl: Type 550 KleberschwachesMehlz. B. fürKekse, Massen etc. KleberstarkesMehlz. B. für GU, GV, LF, Berliner, Toast etc. StandardmehlFürWeißbrot, Brötchen, Baguette, Mischbrot 400 600 660 680 700 710 720 740 RMT (ml):Protein i. Tr. (%) ICC Nr. 105Kleber (%)ICC Nr. 137 SedimentationswertICC Nr.: 116Fallzahl (g) ICC NR. 107Maltosezahl 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

33. Wirkung der Eiweißqualität und –quantitätbei Weizengebäck • HoheEiweißqualitätfördert: • Teigausbeute, • Teigeigenschaft, • Gebäckvolumenund • Krumenbeschaffenheit Qualitäts-gruppe- E- A- B- C E Brötchen A B Brot Fladenbrot Kekse C Quelle: Bfel

34. Analytical values: Wheatflour (sandwich)

35. Redox-Reaktion von L-Ascorbinsäure in Weizenteig Prot-SS-Prot DH-Asc 2 GSH H2O GSH-DH Asc Prot-SH ½ O2 GSSG GSH = reduziertes GluthationGSSG = oxidiertes GluthationASC = L-AscorbinsäureDH-Asc. = Dehydro-L-Ascorbinsäure Prot.SS-Prot. = oxidiertes KleberproteinProt.-SH= reduziertes KleberproteinGSH-DH= Gluthation-Dehydrogenase Abb.: Biochemischer Mechanismus der Ascorbinsäure-Reaktion bei Weizenteigen

36. Influence of different additives in baking products on the volume (x103) of wheat roll (6 pieces) Baking volume (ml) Xylanase Emulsifier AmylaseAscorbicAcid EmulsifierAmylaseAscorbic-acid AmylaseAscorbic acid Ascorbic acid control

37. Beeinflussung der plastischen und elastischen Eigenschaften bei der Teigbereitung

38. Differences between dough and batters

39. Average analytical figures of flour for fine baked goods

40. Gelatinisierung von Stärke ist Temperaturabhängig

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

42. Influence of different sugars on the quality of a pound cake

43. Teigeigenschaften spezifisch generieren Weizenteige (WZ-Qualität, Rezeptur) polydispers, dreiphasig, hochgradig redox-sensitiv Teigeigenschaften Teigrheologie “stressfrei” plastisch Reduktion 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).

44. 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

45. 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

46. 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

47. 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 Knetprozess und Teigentwicklung 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.

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

49. 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)

50. 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