Die Backindustrie nutzt seit Hunderten von Jahren Hefen und Enzyme zur Herstellung einer Vielzahl hochwertiger Produkte. Es ist mittlerweile allgemein anerkannt, dass endogene Enzymsysteme des Weizens und Hefeenzyme eine wichtige Rolle im Backprozess spielen. Weizen und folglich Weizenmehl enthalten eine Vielzahl von Enzymaktivitäten; diese unterschiedlichen endogenen Aktivitäten können stark variieren, abhängig zum Beispiel von Anbau-/Ernte- und Lagerbedingungen. 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 weit verbreitete Enzymquelle in der Backindustrie. Es enthält eine ganze Reihe von Enzymen, darunter das Enzym Diastase, das verwendet werden kann, um zu niedrige endogene α-Amylase-Werte auszugleichen. Malz wird in Broten und Brötchen eingesetzt, 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 ganze Reihe von Enzymen, 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 Schritten des Brotbackprozesses eingesetzt werden: Teigkneten, Teiggärung und Backen. Da Stärkekörner nur langsam durch α-Amylasen abgebaut werden, sind beschädigte Stärke und gelöste Amylose die Hauptsubstrate für dieses Enzym im Teig. Die Menge an beschädigter Stärke kann je nach Mehlsorte und Mahlbedingungen variieren. Für die Brotherstellung verwendete Mahlerzeugnisse enthalten in der Regel 5-9 % beschädigte Stärke. Die Hydrolyse der beschädigten Stärke spielt eine wichtige Rolle für die rheologischen Eigenschaften des Teigs, da ein erheblicher Teil des Wassers im Teig von beschädigter Stärke gebunden wird.

Je nach Art der verwendeten Amylasen oder Glucoamylasen entstehen während der Teiggärung unterschiedliche Mengen an Maltose, Glukose und Dextrinen. Maltose und Glukose sind wichtig für den Stoffwechsel der Hefe. Die Produktion von Maltose durch β-Amylase im Teig hängt in erster Linie von der Wirkung der α-Amylase auf beschädigte Stärke ab. Die β-Amylase-Werte sind im Weizen normalerweise ausreichend, aber die α-Amylase-Werte variieren erheblich. Die Produktion ausreichender Mengen an Glukose kann durch Zugabe einer Glucoamylase erreicht werden, was vorteilhaft ist, da Glukose schneller vergoren wird als Maltose. Glucoamylasen können daher verwendet werden, um die Gärung zu aktivieren und die Gärzeit zu verkürzen.

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

Proteasen

Kleine Mengen an Proteasen können große Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Glutens haben. Es wurde gezeigt, dass das Spalten weniger Peptidbindungen zu einem raschen Rückgang der Viskosität von Glutenindispersionen führt. Es gibt auch Hinweise, die die Hypothese stützen, dass die Glutenweichmachung das direkte Ergebnis der durch Proteasen katalysierten Spaltung von Peptidbindungen ist. Es wurde eine starke Weichmachung beobachtet, obwohl nur sehr wenige Peptidbindungen gespalten wurden. Proteasen können eingesetzt werden, um die Gleichmäßigkeit des Brotteigs zu gewährleisten, die Brottextur zu steuern 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.

Mit dem vermehrten Einsatz von Weizengluten als teilweiser Ersatz für proteinreiche, hochwertige Hartweizen in europäischen Brotmehlen ist eine weitere Anwendung von Proteasen möglich. Qualitätsunterschiede im Gluten stellen ein wichtiges Problem dar und werden auf Hitzeschäden zurückgeführt. Das beschädigte Gluten ergibt einen weniger elastischen und steiferen Teig und somit ein minderwertiges Produkt. Da Hitzeschäden das Gluten wesentlich anfälliger für Proteolyse machen, können Proteasen eingesetzt werden, um dieses Problem gezielt durch Modifikation der beschädigten Strukturen im Teig zu beheben.

Pentosanasen

Hemicellulasen sind in der Lage, die Wasserbindungskapazität der Weizenmehl-Pentosanasen 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 nicht das Ziel, da er im Vergleich zu anderen Enzymaktivitäten, die eine Teigweichmachung verursachen, schwer zu kontrollieren ist. In diesem Zusammenhang muss eine klare Unterscheidung zwischen Exo- und Endo-Xylanasen getroffen werden. Die Verwendung früher Enzymformulierungen, die Exo-Xylanasen enthielten, konnte leicht zu klebrigen Teigen führen. Endo-1,3-beta-Xylosidasen haben eine begrenzte Aktivität auf lösliche und unlösliche Weizenpentosane und führen weniger wahrscheinlich zu einer Überdosierung. Daher sind diese Endoxylanasen das bevorzugte Enzym. Ein weiterer möglicher Effekt von Pentosanasen ist, dass sie die negativen Auswirkungen unlöslicher Pentosane im Mehl ausgleichen könnten.

Referenz

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1. Gregory A. Tucker, L.F.J. Woods. Enzyme in der Lebensmittelverarbeitung [M]. Springer Science & Business Media. 1995.