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Entwicklung verbesserter Methoden zur Beurteilung der Kleberqualität von Weizenmehlen
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16464 N
Laufzeit: 01.01.2010
- 31.05.2013
Fördersumme: 342.250 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Ausgangssituation: Weizenmehl besteht aus Stärke (70 – 75 %), Wasser (ca. 14 %), Proteinen (10 – 13 %) und Minorkomponenten, wie Nicht-Stärkepolysacchariden (Arabinoxylane, 2 – 3 %), Lipiden (ca. 2 %) und Enzymen (ca. 1 %). Alle genannten Inhaltsstoffe beeinflussen den Herstellungsprozess und die Qualität des Brotes, wobei insbesondere ein Teil der Proteinfraktion, der sog. Weizenkleber, den größten Beitrag zu den Backeigenschaften liefert. Daher liegt es nahe, die Qualität von Weizenmehl über die Menge und die Qualität des Weizenklebers zu definieren, wobei die Kleberqualität sehr gut durch das Gliadin/Glutenin (Gli/Glu)-Verhältnis und den Gehalt an Gluteninmakropolymer (GMP) beschrieben ist. Allerdings stehen einfache Methoden zur Ermittlung dieser beiden Proteinparameter bisher nicht zur Verfügung. Zwar liefert letzten Endes nur der Backversuch zweifelsfreie Informationen über die Qualität des Wiezenmehls, allerdings ist dessen Durchführung zeitaufwändig und arbeitsintensiv, so dass er in der Qualitätskontrolle nicht standardmäßig angewandt wird. Daher wird versucht, die Backfähigkeit von Weizenmehl mit einfach zu bestimmenden Proteinparametern des Mehles zu korrelieren und daraus Rückschlüsse auf die backtechnischen Eigenschaften zu ziehen. Die Klebermenge wird einerseits empirisch über die Ermittlung des Proteingehaltes Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIR), Kjeldahl-Analyse, Dumas-Analyse) des Mehles abgeschätzt, andererseits liefern Standard-methoden nach Anteigen und Auswaschen die Menge an Feuchtkleber. Die Kleberqualität wird bisher durch rheologische Verfahren (Anteigen im Farinographen, Aufnahme eines Extensogramms) und physikalisch-chemische Verfahren (Sedimentationstest nach ZELENY) ermittelt. Die genannten Methoden liefern jedoch nur Sum-menparameter und erfassen nicht die für die Kleberqualität verantwortlichen Proteine bzw. Proteinfraktionen. Da bei modernen Weizensorten durch Züchtung die Proteinzusammensetzung stärker als früher verändert wird, kommt es in letzter Zeit insbesondere bei neu zugelassenen Sorten verstärkt zu Abwiechungen zwischen den Ergebnissen der Routinemethoden und denen des Backversuches. Daraus wird deutlich, dass Methoden zur schnellen und ein-fachen Bestimmung des Gliadin- und Gluteningehaltes wie auch des GMP-Gehaltes von Weizenmehl benötigt werden.
Ziel des Forschungsvorhabens war es, neue, einfach zu bestimmende indirekte Qualitäts-parameter (z.B. Gliadingehalt, Gluteningehalt, Gehalt an GMP) zu ermitteln, die mit dem Backversuch hoch korreliert sind, so dass die Backqualität anhand dieser Parameter zuverlässiger vorhergesagt werden kann als bisher. Die neuen Methoden sollten im Vergleich zu bestehenden Methoden eine mindestens gleich gute Korrelation zur Backqualität aufweisen. Besonderes Augenmerk sollte auf die einfache und schnelle Durchführbarkeit der neuen Methoden gelegt werden, um einen reibungslosen Transfer in die Qualitätssicherung der Industrie zu ermöglichen.
Forschungsergebnis:
Ein Mehlsortiment von in Deutschland zugelassenen Winterweichweizensorten aller Backqualitätsklassen wurde mit verschiedenen Standardmethoden charakterisiert und mit den Backversuchen als Referenz für die Backqualität korreliert. Eine wichtige Erkenntnis war, dass der Mikro-Rapid-Mix Test (MRMT, standardisierte Knetzeit) nicht mit den indirekten Qualitätsparametern korreliert war, während beim Mikrobacktest (MBT, optimierte Knetzeit) zum Teil hochsignifikante Beziehungen zwischen dem Brotvolumen und den Proteinparametern bestanden. Insbesondere die Gliadine (r = 0,80), Glutenine (r = 0,76) und das GMP (r = 0,80) zeigten engere Beziehungen zur Backqualität als Standardtests, wie z.B. der ZELENY-Sedimentationstest (r = 0,59), die Teigentwicklungszeit (r = 0,52), der Feuchtklebergehalt (r = 0,30) oder der Rohproteingehalt (r = 0,71). Daher eignen sich die Gehalte dieser Proteinfraktionen als indirekte Qualitätsparameter sehr gut. Für die direkte Bestimmung der Backqualität mit dem Backversuch ist festzuhalten, dass die Vorhersagewahrscheinlichkeit indirekter Methoden bei modernen Weizensorten deutlich ansteigt, wenn anstatt einer festen die jeweils optimale Knetzeit verwendet wird (MBT).
Des Weiteren sollte eine neue, schnellere Quantifizierungsmethode für die indirekten Qualitätsparameter entwickelt werden. Untersucht wurden die Bestimmung mittels Colorimetrie, DUMAS-Analyse und ELISA. Hierfür wurde zunächst für jede Fraktion eine geeignete Referenz zur Kalibrierung präparativ hergestellt. Die Quantifizierung der Proteinfraktionen mittels ELISA war nicht möglich, da während der Laufzeit des Projektes nicht wie erwartet ein Antikörper gegen Glutenine auf den Markt gebracht wurde. Der GMP-Gehalt konnte auch mittels Verbrennungsanalyse nach DUMAS quantifiziert werden. Da der Proteinextrakt jedoch vor der Analyse gefriergetrocknet werden musste, war diese Methode aus Zeitgründen nicht für die Routineanalytik geeignet und wurde nicht weiterverfolgt. Weiterhin wurden fünf proteinspezifische Farbstoffe zur Quantifizierung der Weizenproteinfraktionen getestet. Der Acid-Orange-12-Farbstoff und der Bicinchoninsäure Assay waren nicht für diese Zwecke nicht geeignet. Mit dem BRADFORD-Assay konnten die Gliadine und Glutenine gut und schnell quantifiziert werden. Es wurden hochsignifikante Korrelationskoeffizienten zu den HPLC-Werten erhalten (GLI: r = 0,81; GLUT: r = 0,80). Das GMP war nicht quantifizierbar, da sich der Assay nicht kompatibel mit SDS zeigte. Als weitere Methoden wurden der Fluorescamin-Assay und der Amidoschwarz-Assay durchgeführt. Beide Assays waren zur Bestimmung aller Proteinfraktionen geeignet. Während mit dem Fluorescamin-Assay hohe Standardabweichungen erhalten wurden, zeichnete sich der Amidoschwarz-Assay durch Genauigkeit, Linearität und Stabilität aus. Die Ergebnisse zeigten teils hochsignifikante Korrela-tionen zu den HPLC-Werten (GLI: r = 0,93; GLUT: r = 0,90; GMP: r = 0,90) und zum MBT (GLI: r = 0,77; GLUT: r = 0,82; GMP: r = 0,74). Die Ergebnisse wurden bei der Anwen-dung der Methode an einem neuen Mehlsorti-ment bestätigt. Somit wurde der Amidoschwarz-Assay als die Methode der Wahl festgesetzt, um eine schnelle, reproduzierbare, einfache und kostengünstige Alternative zur HPLC-Analyse aufzuzeigen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Ausführende Einrichtung
Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißforschung e.V. (hdbi)
