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

1. Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie 19. - 21. Juni 2012, Hannover Neuartige Ansätze zur Generierung von Aroma und Geschmack bei Backwaren Baustein C: Ofensteuerung

2. Alkan-Alkohol Alken-Alkohol Amine FuranDerivate Substrat(Mehl etc.) Aldehyde Ester Beeinflussung und Verhältnis von Aroma- und Geschmacksstoffen durchFermentation und Backprozess (Rothe, modifiziert) Fettsäuren Pyridine Fermentation Backprozess Hydroxy- und Ketosäuren Pyrazine • Percursoren- Zucker- Aminosäuren- Fettsäuren • Enzyme • sek. Inhalts-stoffe • anderes Ketone Hydroxy- und Ketone Lactone Pyrrole HeterocyclischeVerbindungen Katabolismus, partiell Anabolismus Maillard-ReaktionenKaramellisierungen

3. Taste andFlavor •2-Acetyl-1-Pyrrolin isteinSchlüsselaromastoff inWeizenbroten, welcherzumröstigen Aroma derKrustebeiträgt •2-Acetyl-1-Pyrrolin entstehtwährendderBackensauseinerDikarbonylkomponente und Ornithin •OrnithinistkeineproteinogeneAminosäure und wird voneinigenLaktobazillenausArginingebildet •DerGehalt an Aminosäuren (Arginin) in Brotmehlenistgering! SteuerungderOrnithinbildungdurchL. pontis und L. reuteri

4. Characterimpactcompounds Proteolytischer Abbau durch Mehl-Proteasen Fermentation Maillard-Reaktion Backen Arginin-Deiminase Wegvon L. pontis u. a. Fermentation Thiele, Gänzle, Vogel 2002 Cereal Chem 79:45; 2003, J. Agric Food Chem 51:2745Schieberle, 1996 Adv. Food Sci 18:237; Kang, Hertel, Brandt, Hammes, unveröffentlicht Bildung von 2-Acetyl-Pyrrolin bei der Brotherstellung

5. Biotechnolgicalformationofcharacterimpactcompounds Ornithinbildung in Sauerteigen

6. Mikrobieller Stoffwechsel als Grundlage von Fermentationen Allen Fermentationen gemeinsam ist die Grundreaktion: Substrat (S) Stoffwechsel Stoffwechselprodukte (X) + Mikroorganismus (A) (Zellzuwachs) + vermehrte Mikroorganismus (A) Abb.: Grundreaktion aller Fermentationen • Stoffbilanz: S=X+∆ A • (X dominiert bei katabolischen Reaktionen • X : z. B. mehr Aromabiosynthese etc.) • Voraussetzungen: • Das Substrat muss nutzbar sein, Nähr- und Wuchsstoffe enthalten • Die physikalisch-chemischen Bedingungen müssen geeignet sein. ↑ Menge S X A Zeit→

7. Ziele der Fermentation von Getreidemahlerzeugnissen pH-Wertsenkung Erhöhung des Säuregrades Aromabildung Geschmacksbildung Beeinflussung der Geschwindigkeit der Fermentation Geringe Verflüssigung des Sauerteiges Gebäckqualitätsmerkmale (z. B. Frischhaltung) ~ Backfähigkeit

8. Abb.: Zuckerkomposition in Weizenmehl (T. 550) der Ernte 2003

9. TA = 200 Temp. = 30° C 5 10 15 20 Abb.: Fermentationsleistung von Lactob. fermentum (PL 1) in Weizen- und Roggensauerteig (einstufige Führung)

10. Charakterisierung der Fermentation von Reissauerteig Geringe Säuregradentwicklung! Säure-grad pH-Wert Abb.: Säuregrad und pH-Wert von Reissauerteig (Reispuder aus Weißreis). Einstufige Führung, TA = 200, T = 35 °C (konst.), Starter: 0,5 % PL 1 bezogen auf Mehl

11. Phytaseaktivitäten in verschiedenen Getreidemahlerzeungissen Phytaseaktivtät in µg P/(gmin) Reispuder Weizenmehl Roggenmehlaus Weißmehl Type 550 Type 1150 Abb.: Phytaseaktivität in µg umgesetztes Phosphor je g Probe und min. von verschiedenen Mehlen Bedingungen: Inkubationszeit: 20 Min., Inkubationstemperatur: 50°C Inkubationszeit: 20 Min., pH 5,0

12. Reissauerteig  Säuregrad = ca. 75 % Einfluss einer mikrobiellen Phytase auf den Säuregrad und den pH-Wert von Reissauerteig (Reispuder aus Weißreis). Einstufige Führung, TA = 200, T = 35 °C (konst.), Starter: 0,5 % PL 1 bezogen auf Mehl

13. Aleurone – Concentrated Source of Phytic Acid (~ 4%) OPO3H2 H2O3PO OPO3H2 H2O3PO OPO3H2 Aleuronecellwithinclusionbodiescontainingproteinandphytin *Hoseney (1994). Principles of Cereal Science and Technology. OPO3H2 Phytic acidMyoinositol hexaphosphate

14. Ergebnisse – Reissauerteige aus enzymgestützer Fermentation PL 1 PL 3 PL 3 + Phytase Führungsbedingungen: TA: 180 T: 35 °C, 80 % rel. Feuchte t: 16 h

15. Sensorische Bewertung – Reisbackware mit Phytase Tab.: Einfluss einer Phytase-gestützten Reissauerteig - Fermentation auf Reisbrotqualitätsmerkmale

16. Ergebnisse – Reisbrote aus enzymgestützer Fermentation PL 1 PL 3 PL 3 + Phytase PL 1 PL 3 PL 3 + Phytase Abb.: Einfluss von Phytase auf die Qualität bei Reisbrot

17. Einfluss von Phytase auf Teig und Gebäck (Thesen) Model: schematisch Me Me Phytinsäure Phytase Proteine, Peptide Rheologie, Hefe, Aroma, Geschmack Protein Peptide ortho-Phosphat myo-Inositol Mineralstoffe (Ca, Mg, Fe, …) Calciumionen, Ca2+ Milchsäure-bakterien, Hefen -Amylase Milchsäure, Essigsäure, CO2, Aromastoffe Oligosaccharide Stärke

18. Phytase-gestützte Weizensauerteige im Vergleich PL 1 – Weizensauerteig 20 % PL 3 – Weizensauerteig 10 % PL 3 – Weizensauerteig 20 % Ohne Weizensauer-teig PL 1 – Weizensauerteig 10 % Einfluss von Phytase (PL3) auf die Qualitätsmerkmale von Weizenbrot (Weizensauer: TA 200, Fermentation bei 16 Std. und 35°C)

19. Teig-Enzyme und Hefe im Wechselspiel Abb.: Backtechnische Bedeutung amylolytischer Abbaureaktionen im Teig im Wechselspiel mit der Biosynthese von Hefegärungsprodukten (Schema) Bräunungsreaktion, Aroma und Geschmack Enzym X/ allgemein: Substrat Produkte Bräunungsreaktion Enzym α-Amylase β-Amylase Hefegärung CO2 + Alkohol α-Amylase(Mehlenzyme) β –Amylase(Mehlenzyme) β-Maltose X/ speziell: Stärke Dextrine Hefegärung CO2 + Alkohol, Aroma

20. Abb.: Schnittbrötchen mit einem enzymschwachen Mehl (Fallzahl: 390sec.) gebacken. Die oberen Gebäcke wurden ohne einen Weizensauerteig, die unteren Gebäcke dagegen mit einem Weizensauerteig geführt. Die Teiglinge werden 20h bei unterschiedlichen Temperaturen gärverzögert. Nach einer Zwischengare bei 20°C / 90% r.F. (3h bei den –5°C, 2h bei den 0°C und 1h bei den +5°C Teiglingen) und einer Endgare bei 35°C / 75% r.F. bis ¾ Gare werden die Teiglinge gebacken.

21. Enzym-ManagementAktivierung der α-Amylase durch Weizensauer Enzym- Aktivität [U] α-Amylase WM T. 550„pH-Shifting“ durch Säuerung in das Aktivitäts-Optimum der α-Amylase hinein Teig ungesäuert Säuerung 4 5 6 7 Optimierung der Gebäckqualität hoch mittel gering Aroma, Geschmack, Bräunung 4 5 6 7 Abb.: Einfluss einer Säuerung auf die Aktivität der α-Amylase in Weizenteigen

22. Reaktionsraten von Hefen und Enzymen Temperatur Abb.: Einfluss der Temperatur auf die Aktivität von Hefe (blaue Kurve) und Enzymen (rote Kurve).- Vereinfachte schematische Darstellung - Bsp.: Eine Verminderung der Teigtemperatur um 10°C reduziert die Hefegärung 5-10 fach, die Enzymtätigkeit aber nur 2-3 fach

23. Gärsteuerung ist Klimatechnik Sorptionsisothermen Die Sorptionsisotherme ist die graphische Darstellung des Sorptionsverhaltens einer Substanz (bei konstanter Temperatur). Sie beschreibt die Beziehungen zwischen dem Wassergehalt der Substanz und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft bei einer bestimmten Temperatur . Im geschlossenen Gärautomat stellt sich in Abhängigkeit vom Wassergehalt der Ware die von der Sorptionsisotherme angegebene Luftfeuchtigkeit ein, bis ein Gleichgewicht zwischen Ware und Umgebungsluft erreicht ist. Man spricht von der Gleichgewichtsfeuchte.

24. Prinzip der Ultraschallvernebelung • Mechanische Schwingungen die von der Oberfläche von Wasser Aerosoltröpfchen ablösen • Größe der Wassertröpfchen abhängig von der Ultraschallfrequenz (mind. >1MHZ) • Massenoutput, energetisch günstig Die piezokeramischen Wandler (Transducer, Schwinger) Abb.: Aerosole werden durch die Luftströmung im Befeuchter ausgetragen und vermischen sich sehr schnell mit der Umgebungsluft. Sie haben einen sehr kleinen Durchmesser (~ 0,001 -0,005mm) und bilden deshalb einen frei schwebenden Nebel. Ultraschallvernebelung

25. Optimierte Feuchteverteilung in GU-Teiglingen durch verbesserte Wärmeleitung Abb.: Einfluss der Tröpfchengröße auf die Qualität von Backwaren bei GU-Verfahren (20 Stunden) Ausdehnung Ausdehnung Ultraschall Dampfbefeuchter

26. Einfluss der Ultraschalltechnologie im direkten Vergleich zu einem Elektrodampfbefeuchter nach der Gärverzögerung von 12 Stunden GV-Verfahren im Vergleich GV: Elektroverdampfer GV: Ultraschalltechnologie Abb.: Einfluss einer Ultraschall-Klimatisierung während eines GV-Prozesses bei Brötchen auf die Qualitätsmerkmale (gleiche Backbedingungen)

27. Einfluss einer Austrocknung von Teiglingen auf die Qualitätsmerkmale von Backwaren Temperatur-Gradient ≙ hoher Energieaufwand Umgebungsfeuchte ≌ 85 % rel. Feuchte (Stand der Technik) Hautbildung: Kruste dünn, wenig porös, wenig Fensterung, oft Trockenzone GF < 96 %! Krume: aw = 0,96 Desorption Desorption Trockenzone Desorption Hautbildung: physikalisch: Verlust an Wärmeleitung, geringere Membran-Flexibilität, weniger Gasexpansion, geringe Porosität, u. a. (bio)-chemisch: verminderte Enzymaktivität, verminderte Reaktivität (Maillard-Reaktion) u. a. mikrobiologisch: verminderte Hefe- und Bakterien-Aktivität

28. Vermeidung von Austrocknungsvorgängen bei Teiglingen: Intensivierung von Aroma, Geschmack und Rösche Temperatur-Gradient ≙ geringer Energieaufwand Gleichgewichtsfeuchte GFUmgebungsfeuchte ≌ 96 % rel. Feuchte Kaltnebel ! Keine Hautbildung: Kruste porös und ausgeprägt (gute Fensterung), keine Trockenzone Rel. Feuchte ≙ 96 % GF > 96 %! Krume:aw = 0,96 GF ≙ 96 % Vermeidung einer Hautbildung: physikalisch: Erhalt der Wärmeleitfähigkeit (innen = außen), Erhalt der Membran-Flexibilität: gute Expansionsfähigkeit bei Gasausdehnung, hohe Porosität etc. (bio)-chemisch:Enzymaktivität innen und außen gleich hoch, hohe Reaktivität (Maillard), Aroma und Geschmack intensiviert mikrobiologisch: Hefe- und Bakterien-Aktivität, innen wie außen = gleich hoch

29. Neuartige Restbrot – Technologien im Prinzip • Frisches RestbrotRückbrot (altes Brot) • enzymatische Verflüssigung - Verflüssigung (enzymatisch) • Verzuckerung - Verzuckerung • Proteinabbau - Fraktionierung • Fermentation - Fermentation • Pasteurisation - anderes • Trocknen • anderes • Säuren (Milchsäure • Backwaren – Sirup Ethanol (Energiequelle) • Hefe u. CO2 • Eiweiß etc.

30. Reaktionsaromen: Erhitzte Aminosäuren in Gegenwart von Glucose (Rohan, 1999)

31. Fermentative Umsetzung von flüssigen Backwaren Backware Schaffung von Precursoren Backwaren - Sirup Fermentative Umsetzung in Arginin, Ornithin etc. Sauerteig Hauptteig Verarbeitung Arttypisches, herzhaftes Aroma, sehr intensiver angenehmer Geschmack Gebäck Abb.: Schematische Darstellung einer fermentativen Umsetzung von Backwaren-Sirup

32. Variation in der Sirup-Herstellung Restbrot Mixen Reaktion- Amylasen- Hemicellulasen-Proteasen- andere Standard-Sirup: Aroma,Geschmack,Frischhaltung Backwaren - Sirupe Ca.60 °C Maillard - Reaktion Ca.120 °C Farb - Sirup Abb. Technologie einer Restbrot – Verwertung zur Herstellung von Backwaren - Sirup

33. Reaction Kinetic in Hydrolysing of Baked Good (Zwieback) 60 50 40 Temp.: ca. 60°C = const. 30 Dextrose-Equivalent-Value (DE) (based on dry mass) 20 10 0 50 100 150 t (min) Fig.: EnzymaticalHydrolysation of Bread-Rework

34. Fig.: Use of Syrup in High-Ratio Baked Goods (Zwieback) in comparison to Glucose-Syrup (standard)

35. Charakterisierung von „Zwieback“ hergestellt mit Glucose-Sirup bzw. „ Zwieback-Sirup“ Glucose -Sirup Zwieback-Sirup Backeigenschaften Farbe v. d. Rösten Farbe n. d. Rösten Poren-Strukturen Bruch-Eigenschaften Schnittfläche DE – Wert Trockenmasse % arttypisch normal typisch gold-braun unregelmäßig fein, homogen spröde, arttypisch etwas unregelmäßig, inhomogen 12,5 99,3 arttypisch normal typisch gold-braun homogen fein, homogen spröde, arttypisch sehr homogen, glatt 11,2 99,23

36. mit Backwarensirup ohneBackwarensirup

38. Anlagen und Produkte (Rest-Backwaren) Abb.: 500 Liter-Pilot-Anlage zur Herstellung von Backwaren-Sirup

40. Herstellung von ZwiebackmilchmitanschließenderPasteurisation und Verpackung Abb.: Fließschema: Herstellung von ZwiebackmilchmitanschließenderPasteurisation und Verpackung

41. Neue Produkte : Neue Applikationen Abb.: Backwarensirupe aus Feinen Backwaren

42. Backwarensirup: vielseitiger Rohstoff mit neuartigen Möglichkeiten Anwendungen Produkt Aroma, Geschmack, Volumen „clean label“, Einsparpotential Ersatz für Zuckercouleur, arttypische Farbe, Aroma und Geschmack Mehlsubstitution, Frischhaltung, Aroma und Geschmack Substitution von Zuckerstoffen (Glucose-Sirup), Anlagenfähigkeit etc. Vermeidung von Gebäckfehlern (Risse), Anlagenfähigkeit, Substitution von Zuckerstoffen, verbesserte Qualitätsmerkmale Extrudierbarkeit verbessert, Intensivierung von Aroma, Geschmack, Textur und Farbe, Einsparpotential Aroma, Geschmack, innovative Technologie... Brötchen, Toast, Baquette etc. Dunkle Backwaren(Vollkorn etc.)MischbrotZwiebackWaffeln(z. B. Eiswaffeln, Twix)Extrudate Vorteige (Sauerteig, Brühstück)

43. SnacksDie Evolution des Marktes Das Thema ‚Snack für zwischendurch‘ ist schon lange aktuell Gestern Heute Morgen Schoko-riegel Pausenbrot BiFi Joghurt mit Cerealien Müsliriegel Snack Drinks … Quelle: Döhler Marktforschung

44. Zusammenfassung • Enzymausstattung spezieller Starterkulturen liefert „Schlüsselaromastoffe“ • Phytase-gestützte Fermentationen generieren authentisch Aroma und Geschmack bei verbesserten Teigeigenschaften • Weizensauer aktiviert die α-Amylase und unterstützt die Bildung von Aroma- und Geschmacksstoffen • Die Vermeidung von Desorptionsvorgängen während der Teigphase (Gären, Kühlen, etc.) erhöht den Wärme- und Stofftransport und sorgt für qualitativ hochwertige Backwaren mit intensiven Aroma und Geschmack sowie langanhaltende Rösche • Backwarensirup liefern neuartige Ansätze um arttypische, betriebstypische Aroma- und Geschmacksstoffe zu erzeugen. Sie stellen eine innovative Basis dar für z. B. „flüssige Backwaren“ (smoothies, snackdrinks, Füllungen etc.)

45. 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