Die Backindustrie nutzt seit Hunderten von Jahren Hefen und Enzyme zur Herstellung einer Vielzahl von hochwertigen Produkten. Es ist mittlerweile allgemein anerkannt, dass die endogenen Enzymsysteme des Weizens und die Hefenzyme eine wichtige Rolle im Backprozess spielen. Weizen und folglich Weizenmehl enthalten eine Vielzahl von enzymatischen Aktivitäten; diese unterschiedlichen endogenen Aktivitäten können je nach Anbau-/Ernte- und Lagerbedingungen stark variieren. Ein bekanntes Beispiel ist die Weizen α-Amylase. Zu hohe Aktivitäten machen Weizen ungeeignet für die Brotherstellung. Umgekehrt führt eine zu niedrige Aktivität zu einem suboptimalen Produkt.

Malz ist eine weit verbreitete Quelle von Enzymen in der Backindustrie. Es enthält eine ganze Reihe von Enzymen, einschließlich des Enzyms Diastase, das verwendet werden kann, um zu niedrige endogene α-Amylase-Spiegel auszugleichen. Malz wird in Broten und Brötchen verwendet, um diesen Produkten ein höheres Volumen, eine bessere Farbe und eine weichere Krume zu verleihen. Diese Effekte werden hauptsächlich dem Enzym Diastase zugeschrieben. Malz enthält jedoch eine ganze Reihe von Enzymen, einschließlich Proteasen und Pentosanase. Das Enzymprofil von Malz kann je nach verwendeter Sorte und den Mälzbedingungen variieren. Die Hauptenzymaktivitäten, die in diesen kommerziellen Enzympräparaten gefunden werden, sind stärkeabbauende Enzyme (Amylasen), Proteasen und Pentosanase.

Amylasen

Amylasen können in drei Schritten des Brotherstellungsprozesses eingesetzt werden: Teigmischung, Teigfermentation und Backen. Da Stärkekörner nur langsam von α-Amylasen abgebaut werden, sind beschädigte Stärke und lösliches Amylose die Hauptsubstrate für dieses Enzym in einem Teig. Die Menge an beschädigter Stärke kann je nach Mehlsorte und Mahlbedingungen variieren. Die für die Brotherstellung verwendeten Mischungen enthalten in der Regel 5-9% beschädigte Stärke. Die Hydrolyse von beschädigter Stärke spielt eine wichtige Rolle in den rheologischen Eigenschaften des Teigs, da eine beträchtliche Menge Wasser im Teig durch beschädigte Stärke gebunden ist.

Je nach den verwendeten Amylasen oder Glucoamylasen werden während der Teigfermentation unterschiedliche Mengen an Maltose, Glukose und Dextrinen gebildet. Maltose und Glukose sind wichtig für den Hefestoffwechsel. Die Produktion von Maltose durch β-Amylase in einem Teig hängt hauptsächlich von der Wirkung der α-Amylase auf beschädigte Stärke ab. Die Werte der β-Amylase sind in Weizen normalerweise ausreichend, aber die Werte der α-Amylase variieren erheblich. Die Produktion ausreichender Mengen an Glukose kann durch die Zugabe einer Glucoamylase erreicht werden, was vorteilhaft ist, da Glukose schneller als Maltose fermentiert wird. Glucoamylasen können daher verwendet werden, um die Fermentation zu aktivieren und die Fermentationszeit zu verkürzen.

Im Ofen nimmt die Viskosität des Teigs zunächst ab, was eine höhere Enzymaktivität ermöglicht, und ab 56 °C wird Stärke gelatinisiert und wird sehr anfällig für Amylolyse. Temperaturoptima und Thermostabilität der verwendeten Enzyme sind daher von großer Bedeutung.

Proteasen

Kleine Mengen von Proteasen können große Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften von Gluten haben. Es wurde nachgewiesen, dass der Abbau von nur wenigen Peptidbindungen zu einem schnellen Rückgang der Viskosität von Glutenin Dispersionen führte. Auch gibt es Hinweise, die die Hypothese unterstützen, dass die Glutenweichmachung das direkte Ergebnis der Peptidbindungsspaltung ist, die durch Proteasen katalysiert wird. Eine umfangreiche Weichmachung wurde beobachtet, obwohl nur sehr wenige Peptidbindungen gebrochen wurden. Proteasen können verwendet werden, um die Einheitlichkeit des Brotteigs zu gewährleisten und zu helfen, die Brottextur zu kontrollieren und den Geschmack zu verbessern. Alkalische Proteasen haben eine eher schwache Wirkung auf Gluten. Die neutralen Proteasen hingegen haben eine sehr starke Wirkung auf Gluten.

Bei der erhöhten Verwendung von vitalem Weizengluten als teilweisen Ersatz für hochwertige, proteinreiche Hartweizen in europäischen Brotmehlen ist eine weitere Anwendung von Proteasen möglich. Qualitätsvariationen im Gluten stellen ein wichtiges Problem dar und werden als Folge von Hitzeschäden angesehen. Das beschädigte Gluten führt zu einem weniger elastischen und steiferen Teig und somit zu einem minderwertigen Produkt. Da Hitzeschäden das Gluten viel anfälliger für Proteolyse machen, können Proteasen verwendet werden, um dieses Problem zu lindern, indem sie diese beschädigten Strukturen in einem Teig gezielt modifizieren.

Pentosanase

Hemicellulasen sind in der Lage, die Wasserbindekapazität von Weizenmehl-Pentosanase zu zerstören und Wasser freizusetzen. Dies führt zu einer Teigweichmachung. Wenn dies nur in begrenztem Umfang geschieht, kann es zu einem erhöhten Volumen führen. Dieser Effekt kann als ziemlich unspezifisch angesehen werden und ist in vielen Fällen kein Ziel, da er im Vergleich zu anderen Enzymaktivitäten, die die Teigweichmachung verursachen, schwer zu kontrollieren ist. In dieser Hinsicht muss eine klare Unterscheidung zwischen Exo- und Endo-Xylanasen getroffen werden. Die Verwendung früher Enzymformulierungen, die Exo-Xylanasen enthalten, könnte leicht zu klebrigen Teigen führen. Endo-1,3-beta-Xylosidasen haben eine begrenzte Aktivität auf wasserlösliche und -unlösliche Pentosane aus Weizen und sind weniger wahrscheinlich, einen Überdosierungseffekt zu verursachen. Daher sind diese Endo-Xylanasen das bevorzugte Enzym. Ein weiterer möglicher Effekt von Pentosanase ist, dass sie die negativen Effekte von unlöslichen Pentosanen im Mehl ausgleichen könnten.

Referenz

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1. Gregory A. Tucker, L.F.J. Woods. Enzymes in Food Processing [M]. Springer Science & Business Media. 1995.