Die Backindustrie nutzt seit Hunderten von Jahren Hefen und Enzyme zur Herstellung einer Vielzahl hochwertiger Produkte. Heute ist allgemein anerkannt, dass die endogenen Enzymsysteme des Weizens sowie die Enzyme der Hefe eine wesentliche Rolle im Backprozess spielen. Weizen und damit Weizenmehl weisen ein breites Spektrum an Enzymaktivitäten auf; diese endogenen Aktivitäten können je nach Anbau-/Ernte- und Lagerbedingungen erheblich variieren. Ein bekanntes Beispiel ist die Weizen-α-Amylase. Zu hohe Aktivitäten machen einen Weizen für die Brotherstellung ungeeignet. Umgekehrt führt eine zu geringe Aktivität zu einem suboptimalen Produkt.

Malz ist eine Enzymquelle, die in der Backindustrie широко eingesetzt wird. Es enthält ein ganzes Spektrum an Enzymen, einschließlich des Enzyms Diastase, das zur Kompensation zu niedriger endogener α-Amylase-Spiegel eingesetzt werden kann. 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 der Diastase zugeschrieben. Malz enthält jedoch eine Vielzahl weiterer Enzyme, darunter Proteasen und Pentosanasen. Das Enzymprofil von Malz kann je nach verwendeter Sorte und Mälzungsbedingungen variieren. Die wichtigsten Enzymaktivitäten in diesen kommerziellen Enzympräparaten sind stärkeabbauende Enzyme (Amylasen), Proteasen und Pentosanasen.

Amylasen

Amylasen können in drei Prozessschritten der Brotherstellung eingesetzt werden: Teigmischen, Teiggärung und Backen. Da Stärkekörner durch α-Amylasen nur langsam abgebaut werden, sind beschädigte Stärke und solubilisierte Amylose die Hauptsubstrate für dieses Enzym im Teig. Der Anteil beschädigter Stärke kann je nach Mehltyp und Mahlbedingungen variieren. Schrote, die für die Brotherstellung verwendet werden, enthalten in der Regel 5–9 % beschädigte Stärke. Die Hydrolyse beschädigter Stärke spielt eine wichtige Rolle für die rheologischen Eigenschaften des Teigs, da ein erheblicher Anteil des Teigwassers durch beschädigte Stärke gebunden wird.

Abhängig von den eingesetzten Amylasen bzw. Glucoamylasen werden während der Teiggärung unterschiedliche Mengen an Maltose, Glucose und Dextrinen gebildet. Maltose und Glucose sind für den Hefestoffwechsel von Bedeutung. Die Bildung von Maltose durch β-Amylase im Teig hängt in erster Linie von der Wirkung der α-Amylase auf beschädigte Stärke ab. Die β-Amylase-Spiegel sind in Weizen üblicherweise ausreichend, während die α-Amylase-Spiegel erheblich variieren. Die Bildung ausreichender Glucosemengen kann durch Zugabe einer Glucoamylase erreicht werden, was vorteilhaft ist, da Glucose mit höherer Rate als Maltose vergoren wird. Glucoamylasen können daher zur Aktivierung der Fermentation und zur Verkürzung der Gärzeit eingesetzt werden.

Im Ofen sinkt die Teigviskosität zunächst, wodurch eine höhere Enzymaktivität ermöglicht wird, und ab 56 °C gelatinisiert die Stärke und wird hochgradig anfällig für die Amylolyse. Temperatur-Optima und Thermostabilität der eingesetzten Enzyme sind daher von großer Bedeutung.

Proteasen

Kleine Mengen an Proteasen können große Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften von Gluten haben. Es wurde gezeigt, dass die Spaltung weniger Peptidbindungen zu einem raschen Abfall der Viskosität von Glutenin-Dispersionen führt. Zudem wurden Befunde berichtet, die die Hypothese stützen, dass die Glutenweichung eine direkte Folge der durch Proteasen katalysierten Spaltung von Peptidbindungen ist. Eine ausgeprägte Weichung wurde beobachtet, obwohl nur sehr wenige Peptidbindungen gespalten wurden. Proteasen können eingesetzt werden, um die Teiggleichmäßigkeit sicherzustellen, die Brottextur zu steuern und das Aroma zu verbessern. Alkalische Proteasen zeigen eine eher schwache Wirkung auf Gluten. Neutrale Proteasen hingegen wirken sehr stark auf Gluten.

Mit der zunehmenden Verwendung von vitalem Weizengluten als teilweisem Ersatz für proteinreiche, qualitativ hochwertige Hartweizensorten in europäischen Brotmehlen eröffnet sich eine weitere Anwendungsmöglichkeit für Proteasen. Qualitätsvariationen im Gluten stellen ein wichtiges Problem dar und werden auf Hitzeschädigung zurückgeführt. Geschädigtes Gluten führt zu einem weniger elastischen und steiferen Teig und damit zu einem minderwertigen Produkt. Da Hitzeschädigung das Gluten deutlich anfälliger für Proteolyse macht, können Proteasen eingesetzt werden, um dieses Problem zu mindern, indem diese geschädigten Strukturen im Teig gezielt modifiziert werden.

Pentosanasen

Hemicellulasen sind in der Lage, die Wasserbindungskapazität der Pentosane im Weizenmehl zu reduzieren und Wasser freizusetzen. Dies führt zu einer Teigerweichung. Tritt dies nur in begrenztem Umfang auf, kann es zu einem erhöhten Volumen führen. Dieser Effekt kann als relativ unspezifisch angesehen werden und ist in vielen Fällen nicht Ziel, da er im Vergleich zu anderen Enzymaktivitäten, die eine Teigerweichung verursachen, schwerer zu steuern ist. In diesem Zusammenhang ist eine klare Unterscheidung zwischen Exo- und Endo-Xylanasen erforderlich. Der Einsatz früher Enzymformulierungen mit Exo-Xylanasen konnte leicht zu klebrigen Teigen führen. Endo-1,3-beta-Xylosidasen zeigen eine begrenzte Aktivität gegenüber löslichen und unlöslichen Weizenpentosanen und führen weniger wahrscheinlich zu einem Überdosierungseffekt. Daher sind diese Endoxylanasen die bevorzugten Enzyme. Ein weiterer möglicher Effekt von Pentosanasen besteht darin, dass sie die negativen Auswirkungen unlöslicher Pentosane 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.