Neue Methode zur Bestimmung der Wasseraufnahme von Roggenmehlen Dr. Mun-Yong Kim Prof. Dr. Walter Freund Leibniz Universität Hannover Tagung für Getreidechemie Detmold 2007 1
Gliederung Empirie ohne Ende? Wasseraufnahme von Roggenmehlen Plastisch, nicht viskoelastisch! Ein neues Messinstrument ist erforderlich! Der Roggen gibt sein Geheimnis preis: Das Verfahren zur Bestimmung der Wasseraufnahme 2
Empirie ohne Ende? Empirie ohne Ende? Die Bäcker ermitteln die Menge an Wasser (Teigausbeute) für die Roggenteige aufgrund eigener Erfahrungen. Die Wassermenge wird oft niedriger als möglich dosiert, damit die Teige sich leichter aufarbeiten lassen. Die Teigausbeute muss bei fast jeder Lieferung und bei Auslieferung der neuen Ernte erneut festgelegt werden. Ergebnis: Die Qualität der Roggenbackwaren entspricht sehr oft nicht mehr den Verbraucherwünschen. 3
Roggenbrot? 4
Trockenrisse Teigausbeute zu gering Roggenqualität trockenbackend Zu wenig Vorteig Zu viel Säure 5
Gründe: Die Enzymaktivität der Roggenmahlerzeugnisse ist infolge züchterischer Bemühungen deutlich reduziert. Die Vorteigmengen wurden durch Verwendung von Sauerteigen mit hohen Säuregraden geringer. Die hohe Säuremenge wird technologisch nicht mehr benötigt, sie führt zu schnell alternden Krumen. Die Mühlen können keine Empfehlungen für die Wasseraufnahme geben, wie bei den Weizenmahlerzeugnissen. 6
Folgen: Die Vermahlungsmenge von Roggen geht seit Jahren beständig zurück. Es gibt inzwischen wohl eine ganze Generation von Menschen, die überhaupt nicht mehr an saure Roggenbrote gewöhnt sind. Roggenbrote werden im Land der Brotvielfalt immer seltener. 7
2005/06 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Vermahlungsmenge: Roggen Roggen 8 1991/92 1992/93 1993/94 1994/95 1995/96 1996/97 1997/98 1998/99 1999/00 2000/01 2001/02 2002/03 2003/04 2004/05 Jahr 1990/91 1000 Tonnen
2005/06 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Vermahlungsmenge: Weizen Weizen 9 1991/92 1992/93 1993/94 1994/95 1995/96 1996/97 1997/98 1998/99 1999/00 2000/01 2001/02 2002/03 2003/04 2004/05 Jahr 1990/91 1000 Tonnen
Was ist zu tun? Der Bäcker braucht mehr Informationen über den Rohstoff Roggen. Der Bäcker muss das Verfahren zur Herstellung von Roggenbroten grundsätzlich überdenken. 10
Mehr Informationen seitens der Mühle Bisherige Angaben beim Roggenmehl: Feuchtigkeitsgehalt Mineralstoffgehalt Fallzahl Amylogramm Notwendige zusätzliche Information Wasseraufnahme Angaben zum Weizenmehl: Feuchtigkeitsgehalt Mineralstoffgehalt Fallzahl Feuchtkleber Sedimentationswert Farinogramm Wasseraufnahme Extensogramm 11
Wasseraufnahme von Roggenmehlen Sicherheit bei Teigbereitung Qualitätssicherung der Roggenbrote Weichere Teige für bessere Roggenbrote mit längerer Frischhaltung Kalkulationssicherheit bei der Herstellung von Roggenbroten 12
Bisherige Lösung Vorschlag von Brümmer (1988) mit dem Fariongraphen: Roggentypenmehle, 300 g, 14 % Feuchtigkeit Teigkonsistenz von 300 FE Konsistenz sollte nach 10 Minuten erreicht sein Bewährung der Methode durch zwei Ringversuche 13
Roggen-Farinogramm Lange Verquellung, mehr als 2 Minuten Stabilität der Kurve erst nach 10 Minuten 14
Diskussion Die Methode von Brümmer eignet sich zur Bestimmung der Wasseraufnahme. Es können Teigbrücken auftreten. Der Farinograph mit dem Sigmakneter ist ein Gerät, das visko-elastische Eigenschaften gut messen kann, aber weniger gut plastische Merkmale von Roggenteigen aufzeigen kann. 15
Farinograph für die Messung von Weizenteigen 16
Farinographkneter 17
Farinographkneter mit Weizenteig 18
Teigbrücken beim Kneten von Roggenteigen im Weizenkneter des Farionographen 19
Plastisch, nicht viskoelastisch Roggenteige sind plastisch! Die Konsistenzmessung muss mit einem für plastische Teige geeigneten Werkzeug erfolgen. 20
Weitere Probleme Die Verquellung dauert deutlich länger als beim Weizen Die geeignete Wassermenge kann man nicht beim Kurvenmaximum zu ermitteln, weil sich die Konsistenz durch die Eintragung mechanischer Energie kontinuierlich deutlich verändert. 21
Farinograph für Roggenteige? Der Farinograph mit Sigmakneter eignet sich sehr gut für visko-elastische Weizenteige. Infolge der Klebrigkeit des Roggenteiges kann es zu Fehlmessungen kommen. Die langsame Wasseraufnahme kann ebenfalls zu Fehlmessungen führen. Roggenteige sollten gemischt und nicht intensiv geknetet werden. 22
Das Geheimnis des Roggens 23
Messsystem für plastische Teige Für die Qualitätssicherung bei Kunststoffen hat sich seit Jahren der Planetenmischer P 600 bewährt. Der Mischer wird anstelle des Kneters an den Farinographen angeschlossen. 24
Farinograph E mit P 600 Aufsatz 25
Farinograph mit Planetenmischer P 600 und Tropftrichter, Rechner und Thermostat 26
Anschluss des Mischers P 600 an den Farinographen E 27
Werkzeuge Knethaken Gitterrührer 28
Technische Daten Knetkessel doppelwandig mit Temperierung Thermoelement am Boden Kessel kann leicht gereinigt werden Aufnahme und Auswertung der Messergebnisse durch eine Software 29
P 600 mit Knethaken 30
Die Lösung: Methode zur Wasseraufnahme 31
Projekt: Standardisierung der Wasseraufnahme von Roggenmehlen Entwicklung eines Verfahrens wie beim Weizenmehl: Werkzeug Menge Umdrehungszahl Temperatur Zeit Prüfung der Konsistenz durch Backversuch 32
Untersuchungen zur Wasseraufnahme Festlegung Werkzeug: Knethaken Festlegung der Mehlmenge: 600 g Festlegung der Umdrehungszahlen: 63 min -1 Festlegung der Wassertemperatur: 25 C Festlegung der Endtemperatur: 30 C Prüfung der Verarbeitbarkeit 33
Werkzeug: Knethaken Im Vergleich zum Gitterrührer ist der Knethaken deutlich besser geeignet, weil der noch sehr feste Teig am Gitterrührer klebte und somit nicht bearbeitet werden konnten. Der Knethaken entspricht auch dem üblichen Mischwerkzeug bei der professionellen Teigherstellung 34
Mehlmenge: 600 g Die Größe des Mischers P 600 verlangt eine größere Mehlmenge als sie im Farinographkneter benötigt wird Mit der üblichen Wasseraufnahme von 450 ml ergibt sich eine Teigmenge von 1050 g Der Mischer ist damit ausreichend gut gefüllt 35
Umdrehungszahl: 63 rpm Die Umdrehungszahl entspricht der des Farinographen für Weizenmehl Sowohl Spiral- als auch Hubkneter haben grundsätzlich die gleiche Anzahl an Werkzeugbewegungen Somit sind praxisnahe Bedingungen gegeben 36
Temperatur des Schüttwassers: 25 C Temperatur des Knetbottichs 25 C Die Erwärmung des Teiges während der Untersuchung wurde mit 5 bis 6 C gemessen Die Endtemperatur von 30 bis 31 C entspricht einer praxisnahen Teigtemperatur von Roggenteigen 37
Gesamtzeit Roggenmahlerzeugnisse benötigen im Vergleich zum Weizen mehr Zeit das Wasser zu absorbieren. Auch die Ergebnisse von Brümmer zeigen, dass eine Knetzeit von 10 Minuten notwendig ist. Einschließlich der Mischphase wurde eine Untersuchungsdauer von 15 Minuten festgelegt. 38
Prüfung der Teigkonsistenz Die im P 600 ermittelte Wasseraufnahme der Roggenteige wurde im Backversuch geprüft Die Teigkonsistenz war hinsichtlich der Klebrigkeit und der Verarbeitungseigenschaften gut geeignet, maschinell aufgearbeitet zu werden 39
Verfahren Wasseraufnahme Roggenmehl I Zugabe von 450 ml Wasser innerhalb von 2 Minuten Teig kneten 1 Minute Teig abschaben vom Rand 1 Minute Teig 10 Minuten kneten lassen Teigviskosität bestimmen Abweichungen von 6 Nm berechnen: 0,15 Nm entspricht 1 % Wasseraufnahme 40
Kurvenverlauf Wasseraufnahme Roggenmehl Konsistenzmax. Viskositätsmax. Konsistenzabfall Endkonsistenz M Teigentwicklungszeit 41
Vorschlag: Wasseraufnahme von Roggentypenmehlen I Titel: Methode zur Bestimmung der Wasseraufnahme von Roggentypenmehlen mit dem Knetkessel P 600 angeschlossen am Brabender Farinographen E. Anwendungsgebiet: Festlegung der Wassermenge für Roggenteige oder Teigen mit überwiegendem Roggenanteil zur Sicherung der Verarbeitungsfähigkeit und der Optimierung der Brotqualität. 42
Vorschlag: Wasseraufnahme von Roggentypenmehlen II Definition: Die notwendige Wassermenge wird berechnet aus den Abweichungen von der Endkonsistenz von 6 Nm nach einer Knetzeit von 10 Minuten. Prinzip der Methode: Der Farinograph ermittelt den Widerstand des Teiges aus Mehl und Wasser nach der Teigbildung und der für Roggenteige typischen Erweichung nach insgesamt 15 Minuten. Bei Abweichungen der Endkonsistenz von 6 Nm wird die Wassermenge pro 0,15 Nm um 1 Prozent erhöht oder verringert. Eine zweite Messung wird mit der korrigierten Wassermenge durchgeführt. 43
Vorschlag: Wasseraufnahme von Roggentypenmehlen III Geräte: Brabender Farinograph E mit Planetenmischer P 600 mit Knethaken und der Auswertungssoftware, Thermostat, Waage Durchführung der Untersuchung: Temperierung von Gerät und Mehl auf 25 C Einwaage 600 g Roggenmehl, 14 % Feuchtigkeit Mischen, temperieren des Mehles, eine Minute Zugabe von 450 ml destilliertem Wasser innerhalb von 2 Minuten Teig knetet eine weitere Minute 44
Vorschlag: Wasseraufnahme von Roggentypenmehlen IV Abschalten des Motors, Behälterwand und Abstreifer werden abgekratzt Motor wird wieder angeschaltet und der weitere 10 Minuten geknetet Die Entwicklung der Konsistenz wird auf dem Bildschirm laufend angezeigt Nach insgesamt 15 Minuten wird die Endkonsistenz angezeigt Aus den Abweichungen von 6 Nm wird die korrigierte Wasseraufnahme berechnet 45
Vorschlag: Wasseraufnahme von Roggentypenmehlen V Behälter wird gereinigt und getrocknet Eine zweite Messung wird mit der korrigierten Wassermenge durchgeführt Bei Abweichungen muss eine dritte Messung erfolgen 46
Beispiel: Untersuchungen zur Wasseraufnahme von Roggenmehlen 4 verschiedene Roggenmehle Erntejahr 2004 Unterschiedliche Feuchtigkeitsgehalte Festlegung der Wasseraufnahme mit dem P 600 Abzug von 4 % für Hefe und Salz Teigherstellung und Backen von Broten 47
Analysendaten der untersuchten Roggenmehle Roggenmehl A B C D Mehlfeuchte, % 13,5 13,7 11,0 11,7 Mineralstoffg.,% 1,216 1,187 1,199 1,267 Fallzahl, sec 188 213 237 236 Amylogramm Temp. Max., C 71,4 73,0 72,9 73,4 Visk. Max., AE 497 519 617 465 Erntejahr 2004 2004 2004 2004/5 48
Wasseraufnahme Mehl C 49
Messwerte Teigentwicklungszeit: TEZ Konsistenzmaximum: KM Konsistenzabfall: KA Endkonsistenz: EK 50
Ergebnisse Wasseraufnahme der Roggenmehle Proben- Nr. TEZ [mi n] KM [N m] KA [N m] EK [N m] Wasseraufnahme [%] Korrigierte Wasseraufnahme [%] A 4:42 8,81 2,75 6,06 73,6 74,0 B 4:40 8,80 2,77 6,03 73,0 73,2 C 4,32 8,19 2,20 5,99 77,3 77,4 D 4:26 7,56 1,49 6,07 72,9 73,4 51
Grundrezeptur Brotteig Gesamtmehlmenge [g] 2500 Teigausbeute [%], P 600, Versäuerungshöhe [%] Mehl A 174 Mehl C 177 Mehl B 173 Mehl D 173 30, Detmolder Einstufen-Führung Hefe u. Salz [%] 2 Knetzeit (Hubkneter) [min] 10/ 5 5 Kesselreife Teigtemperatur [ C] 30 Teigruhe [min] 20 Teigeinlage [g] 1150 Stückgare [min] 60 Backtemperatur [ C] Oberhitze: 260 >220, Unterhitze 240 >200 Backzeit [min] 50 52
Ergebnisse Mehl/ Mehl/ Mehl/ Mehl/ Brot A Brot B Brot C Brot D Volumen [ml] 1880 2040 2000 1950 Form noch gut gut gut gut Bräunung normal etw. kräftig noch normal normal Lockerung noch gut gut gut noch gut Porengleichmäßigkeit zieml. gleichm. zieml. gleichm. gleichm. gleichm. Elastizität gut gut gut gut ph-wert/ S 4,3/ 10,0 4,2/ 10,5 4,3/ 10,0 4,2/ 10,5 53
Brotkrumen der getesteten 4 Roggenmehle A B C D 54
Ergebnisse Es ist möglich, mit dem P 600 die Wasseraufnahme von Roggenmehlen zu bestimmen und damit das rheologische Optimum der Roggenteige einzustellen. 55
Vorteile des P 600 Genaue Erfassung des Drehmoments Reproduzierbare Ergebnisse Möglichkeiten zur Untersuchung der Wirksamkeit von Zusätzen oder Verfahren zur Veränderung der Teigeigenschaften System für plastische Teige 56
Ausblick Messungen der Änderungen der Konsistenz bei Führung von Sauerteigen Festlegung der Konsistenz für die Verarbeitungseigenschaften der Teige (Qualitätssicherung) Einflüsse von Zusätzen (wasserbindenden Stoffen bei der Teigbereitung) Untersuchungen der mechanischen Einflüsse auf die Konsistenz von Roggenteigen 57
Zusammenfassung Die vorgeschlagene Methode eignet sich zur Festlegung der Wasseraufnahme von Roggenmahlerzeugnissen Zusätzlich eignet sich die Untersuchungseinheit zur Überprüfung der Eigenschaften von Roggenteigen 58
Danksagung Herrn Dipl.-Ing. Andreas Moog Herrn Dipl.-Ing. Markus Löns Brabender OHG, Duisburg 59
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 60