bremerhavener institut für lebensmitteltechnik und bioverfahrenstechnik

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Tabelle 1: Übersicht über die historische Entwicklung des Tabelle 1: Übersicht über die historische Entwicklung des Einsatzes von Enzymen bei der BackwarenherstellungEinsatzes von Enzymen bei der Backwarenherstellung

1859: Englisches Patent über die Nutzung von enzymatischem Malzextrakt bei der Teigbereitung

1898: Diastatischer Malzextrakt für die Weißbrotherstellung

1899: Einführung eines Backmittels auf Malzmehlbasis

1929: Einsatz von enzymaktivem Sojamehl als Backmittel

seit 1950: Einsatz von Pilz-alpha-Amylasen und Proteinasen

seit 1970: Einsatz von mikrobiellen Xylanasen

seit 1990: Einsatz von Glucoseoxidase, maltogener Amylase, Peroxidase, Lipase und Amyloglucosidase

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Tabelle 2: Wirkungsweise von Enzymen bei der Teig- und Tabelle 2: Wirkungsweise von Enzymen bei der Teig- und GebäckherstellungGebäckherstellung

Wirkung Schlüsselenzyme

Teigentwicklung Xylanasen, Glucoseoxidase, Peroxidase

Trockene, nicht klebende Teige

Xylanasen

Gärstabilität, Gärtoleranz

Xylanasen

Gebäckvolumen Amylasen, Xylanasen

Gebäckfarbe, Geschmack

Amylasen, Proteasen, Peptidasen

Frischhaltung Amylasen, Xylanasen, Lipasen

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Tabelle 3: Zusammensetzung handelsüblicher Malzmehle Tabelle 3: Zusammensetzung handelsüblicher Malzmehle

Wasser 5-10 %

red. Zucker (ber. als Maltose) 5 – 8%

Stärke 53 – 57%

Eiweiß (Nx5,8) 10 – 12 %

Mineralstoffe 1 – 2 %

Alpha-Amylase (ICC-Einheiten*/g) 400 - 600

*nach ICC-Standard 108

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Tabelle 4: Zusammensetzung handelsüblicher, enzymaktiver Tabelle 4: Zusammensetzung handelsüblicher, enzymaktiver Malzextrakte Malzextrakte

Wasser 18-23 %

red. Zucker (ber. als Maltose) 48 – 60%

Maltose 27 – 39%

Glucose 5 –9 %

Dextrine 7 – 13 %

Eiweiß (Nx5,8) 7 – 13 %

Mineralstoffe 3 – 8 %

Alpha-Amylase (ICC-Einheiten*/g) 400 - 600

*nach ICC-Standard 108

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Tabelle 5: Temperaturcharakteristika von stärkeabbauenden Tabelle 5: Temperaturcharakteristika von stärkeabbauenden EnzymenEnzymen

Enzymtyp Topt (°C) T50 (°C)

Malz-alpha-Amylase

55 – 60 65 – 75

Pilz-alpha-Amylase

50 –55 60 – 70

Bakterien-alpha-Amylase

70 – 80 85 – 90

Topt = Temperatur, bei der das Enzym seine höchste Aktivität aufweist

T50 = „Halbwertstemperatur“ (Temperatur, bei der das Enzym 50% seiner höchsten Aktivität aufweist

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 1: Die Bestandteile von Weizenmehl und deren Abbildung 1: Die Bestandteile von Weizenmehl und deren Beeinflussung durch backtechnisch wirksame Enzyme Beeinflussung durch backtechnisch wirksame Enzyme

EnzymeBestandteile

von Weizenmehl

AmylasenAmylasen

GlucoseoxidasePeroxidaseLipoxidenaseProtease

XylanasePeroxidase

LipasenLipoxigenasen

Stärke Stärke (77%)(77%)

Stärke,beschädigt (7%)

Protein (12%)

Hemicellulose (2%)Pentosane (1)

Lipide (1%)

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 2: Einfluss verschiedener Zusatzstoffe in Abbildung 2: Einfluss verschiedener Zusatzstoffe in Backmitteln auf das Volumen (x10Backmitteln auf das Volumen (x1033) von Weizenbrötchen (6 ) von Weizenbrötchen (6 Stück)Stück)

1,51,7

2

2,7

3,15

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5B

ackvolu

men

(m

l)

KontrolleAscorbin-

säure

AmylaseAscorbin-

säure

Emulgator

AmylaseAscorbin-

säure

XylanaseEmulgatorAmylaseAscorbin-

säure

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 3: Verfahrensablauf bei der Gewinnung von Abbildung 3: Verfahrensablauf bei der Gewinnung von MalzproduktenMalzprodukten

Weizen- und GerstenmalzWeizen- und Gerstenmalz

Maischen: vollständiger enzymatischer Stärkeabau in Maltose, Dextrine und Glucose

Maischen: vollständiger enzymatischer Stärkeabau in Maltose, Dextrine und Glucose

Abläutern: Abfiltern der unlöslichen Bestandteile

Abläutern: Abfiltern der unlöslichen Bestandteile

Konzentrieren: Eindampfen in VakuumKonzentrieren: Eindampfen in Vakuum

Trocknen: Walzen, Sprüh- oder Vakuumtrocknung

Trocknen: Walzen, Sprüh- oder Vakuumtrocknung

ZerkleinernZerkleinern

Malzmehl Malzextrakte

dickflüssig

MALZEXTRAKTPULVER

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Tabelle 5: Temperaturcharakteristika von stärkeabbauenden Tabelle 5: Temperaturcharakteristika von stärkeabbauenden EnzymenEnzymen

Enzymtyp Topt (°C) T50 (°C)

Malz-alpha-Amylase

55 – 60 65 – 75

Pilz-alpha-Amylase

50 –55 60 – 70

Bakterien-alpha-Amylase

70 – 80 85 – 90

Topt = Temperatur, bei der das Enzym seine höchste Aktivität aufweist

T50 = „Halbwertstemperatur“ (Temperatur, bei der das Enzym 50% seiner höchsten Aktivität aufweist

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 4: Temperaturbereich der Inaktivierung von Abbildung 4: Temperaturbereich der Inaktivierung von stärkeabbauenden Enzymen stärkeabbauenden Enzymen

50

60

70

80

90

100

Stärkeverkleisterung

°C

Malzmehl Pilzamylase bakteriellemaltogene

Amylase Amylase11

65

100

70 70

90

72

75

56

80

55

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 5: Übersicht über die historische Entwicklung des Abbildung 5: Übersicht über die historische Entwicklung des Einsatzes von Enzymen bei der BackwarenherstellungEinsatzes von Enzymen bei der Backwarenherstellung

überschüssiges Wasser

60°C

Verk

leis

teru

ngst

em

pera

tur

Wassergehalt

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 6: Frischhaltung von Amylasen bei Weißbroten Abbildung 6: Frischhaltung von Amylasen bei Weißbroten nach 4 Tagen Lagerungnach 4 Tagen Lagerung

* Standardrezeptur : 100 Teile Weizenmehl T550; 62% Wasser; 2 % Salz; 3 % Hefe geschlossener Kasten,; spez. Volumen: 3,7 ml/g Gerät: Texture Anaylser (Stable Micro Systems)

Standard* (1)

+ 0,3% Monoglycerid (90%) (2)

+ 0,3% Monoglycerid (90%)+ Enzym 1 (200 ppm) (Amylase) (3)

+ 0,3% Monoglycerid (90%)+ Enzym 2 (200 ppm) (Amylase) (4)

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 8: Abbau von Hemicellulose durch Xylanasen Abbildung 8: Abbau von Hemicellulose durch Xylanasen

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 9: Einfluss einer backaktiven Xylanase auf die Abbildung 9: Einfluss einer backaktiven Xylanase auf die Gärstabilität von Weizenteigen ------------- ohne Xylanase; Gärstabilität von Weizenteigen ------------- ohne Xylanase; ______________ ______________ mit Xylanasemit Xylanase

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

Abbildung 7: Ausschnitt der Struktur von ArabinoxylanenAbbildung 7: Ausschnitt der Struktur von Arabinoxylanen

Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnik und Bioverfahrenstechnik

elastisch

trocken

plastisch

klebrig,

feucht

Xyl 5

Xyl 1

Xyl 3Xyl 2

Xyl 4

Einteilung von Xylanasen anhand der Teigeigenschaften

elastische Krume

Volumen (+)

plastische Krume

Volumen (-)

Xyl 5

Xyl 1

Xyl 3

Xyl 2

Xyl 4