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Einsatz eines neuartigen Antifreeze-Proteins aus marinen Ressourcen (Kieselalgen) in tiefgekühlten Teiglingen
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 17181 N
Laufzeit: 01.01.2011
- 31.12.2013
Fördersumme: 421.800 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Das Gefrieren von Backwaren ist ein sehr komplexer Vorgang, der mit erheblichen Qualitätseinbußen, wie Volumen- und Triebverlusten sowie Krumenschädigung, einhergeht. Diese sind hauptsächlich durch eine von Eiskristallen verursachte Kleberschädigung und durch Hefesterben bedingt. Im Vergleich zu frisch verarbeiteten Teiglingen lassen sich z.B. Volumenverluste bis zu 20 % nicht vermeiden. Das Herstellungsverfahren ist zudem kostenintensiv, da schockgefrostet und bei niedrigen Temperaturen gelagert werden muss, um Qualitätsschäden zu minimieren. Es wird deshalb nach Wegen gesucht, durch Antifreeze-Proteine (AFP) die Eiskristallentwicklung im Teig zu kontrollieren, um Kleberschädigung und Hefesterben zu vermeiden und das Herstellungsverfahren durch Erhöhung der Arbeitstemperaturen kostengünstiger zu gestalten.
Die Nachfrage nach tiefgekühlten Teiglingen und Backwaren ist groß. Auch sonntags beispielsweise haben die Konsumenten den Anspruch, frisch gebackene, qualitativ hochwertige Brötchen zu konsumieren. Mithilfe des Gefrierens von Teiglingen und Backwaren ist es möglich, jederzeit vielfältigste Waren frisch anbieten zu können. So bieten Supermärkte ihren Kunden Tiefkühl (TK)-Backwaren oder über Bake-off-Stationen gebackene Brötchen an, die den Märkten als TK-Teigling geliefert werden. Für die Bäckereien, die durch TK-Ware auf Vorrat produzieren können, stellt der Einsatz von TK-Teiglingen eine enorme Arbeitserleichterung dar. Durch den Vorgang des Tiefgefrierens – namentlich bei Teiglingen - müssen zurzeit jedoch zum Teil erhebliche Einbußen in der Qualität der Produkte hingenommen werden.
Ursache der Qualitätseinbuße bei TK-Teiglingen ist das Wachstum von großen Eiskristallen, die u.a. durch mechanische Beanspruchung von Zellwänden oder Glutenstrukturen die Teigmatrix schädigen. Es kommt zu Volumenverlusten, Retrogradationserscheinungen und zu einer Reduzierung der vitalen Hefezellen. Das Kristallwachstum (Kristallisation) im Teig beginnt nach einer Unterkühlung des Wassers. Die Bildung der Kristalltextur (grob- oder feinkörnig) ist von dem Verhältnis von Keimbildungsrate zu Kristallwachstumsgeschwindigkeit abhängig. Je größer dieses Verhältnis ist, desto kleiner werden die Eiskristalle. Beim Gefrieren sollten große Eiskristalle vermieden werden. Hierfür ist eine hohe Gefriergeschwindigkeit nötig, um die Keimbildungsrate in der gefrierenden Matrix zu maximieren. Zudem ist eine konstante, niedrige Lagertemperatur notwendig, um das Wachstum großer Eiskristalle auf Kosten kleinerer (Rekristallisation) zu verhindern. Um optimale TK-Bedingungen für Backwaren erfüllen zu können, muss schockgefroren (-40 °C) und eine Lagertemperatur von -18 °C bis -20 °C eingehalten werden.
Der Gefrierprozess wirkt sich auch auf die Hefen aus. Werden Zellen schockgefrostet, bildet sich intra- und extrazelluläres Eis, welches bei langsamer Erwärmung durch Rekristallisation und scharfe Eiskristallkanten die Zellen schädigt. Auch die Ausdehnung bei der Erwärmung des Teiges kann die Zellmembranen zerstören. Zurzeit werden deshalb TK-Teiglingen im Herstellungsprozess häufig spezielle TK-Backmittel oder spezifische Additive zugesetzt, um eine befriedigende Produktqualität zu erzielen. Auch ist es normal, für TK-Teiglinge 50 – 100 % Hefe zusätzlich zu der normalen Hefemenge einzusetzen, um nach dem Gefrier-/Tauvorgang ausreichend vitale Hefezellen vorliegen zu haben. Dennoch sind noch immer Qualitätsunterschiede zwischen TK-Ware und frischer Ware merkbar. Einige polare oder kältetolerante Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen verfügen über AFP, die in der Lage sind, die Rekristallisation von Eiskristallen zu verhindern und den Gefrierpunkt zu erniedrigen. Die Entdeckung und Isolierung eines speziellen, hochaktiven AFP aus der Meereis-Kieselalge Fragilariopsis cylindrus (fcAFP) durch das Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnologie und Bioverfahrenstechnik bietet die Möglichkeit, ein besonders effizientes AFP der Wirtschaft verfügbar zu machen.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, durch Aufklärung der grundsätzlichen Wirkmechanismen dieses fcAFP die Kristallbildung in TK-Teiglingen zu kontrollieren und die Rekristallisation zu verhindern. Das rekombinante fcAFP soll dabei kostengünstig und zeitsparend isoliert werden.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Lebensmittelchemie
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Ausführende Einrichtung
Bremerhavener Institut für Lebensmitteltechnologie und Bioverfahrenstechnik (BILB – EIBT)
