Was ist eine Stärkebeschädigung

57. Tagung für Müllereitechnologievom 12. - 13. September 2006

in Detmold

Stärkebeschädigung bei Weizen –Analysenmethoden und

Auswirkungen auf die Verarbeitung

Stärkebeschädigung bei Weizen –Analysenmethoden und

Auswirkungen auf die Verarbeitung

BUNDESFORSCHUNGSANSTALTFÜR ERNÄHRUNG UND LEBENSMITTEL

- Standort Detmold -

Dr. - Ing. K. Münzing:

stardamag60

Stärkebeschädigung bei WeizenAnalysenmethoden und Auswirkungen auf die Verarbeitung

Gliederung

• Was ist eine Stärkebeschädigung ?• Wirkung und Nachweis der Stärkebeschädigung. • Vermahlungstechnische Aspekte der

Stärkebeschädigung.• Rohstoffeinflüsse auf die Stärkebeschädigung:

Kornhärte, Proteingehalt, Weizensorten, Standort.• Schlussfolgerungen.

Stärkebeschädigung bei WeizenAnalysenmethoden und Auswirkungen auf die Verarbeitung

Gliederung:

• Was ist eine Stärkebeschädigung ?• Wirkung und Nachweis der Stärkebeschädigung. • Vermahlungstechnische Aspekte der

Stärkebeschädigung.• Rohstoffeinflüsse auf die Stärkebeschädigung:

Kornhärte, Proteingehalt, Weizensorten, Standort.• Schlussfolgerungen.

REM-Aufnahme Großkörner 30 – 40 μm, Kleinkörner 2 – 15 μm.

Weizenstärke

Stärkebeschädigung Definition • Stärkekörner, die durch physikalische Einwirkung native Eigenschaften

verloren haben, wie:– plastisch verformte, gebrochene Stärkekörner, die noch Lichtdoppelbrechung im

polarisiertem Licht zeigen, die unlöslich im kaltem Wasser und nicht suszeptibel für Enzyme sind,

– sowie solche Stärkekörner, die durch die Wirkung von Schub- und Druckkräften (Scherung) ihren übermolekularen Ordnungszustand partiell verändert haben (Verlust nativer Eigenschaften).

• Nachweis erfolgt über quantifizierbare spezifische Funktionseigenschaften der Stärke (des Mehls).

• Stärkebeschädigung Wissenschaftlich gesehen: „mechanisch modifizierte Stärke“ oder „mechanisch deformierte Stärke“.

Amylopektin 0,05 µm

Amylose 0,5 µm

Stärkebeschädigung bei WeizenAnalysenmethoden und Auswirkungen auf die Verarbeitung

Gliederung:

• Was ist eine Stärkebeschädigung ?• Wirkung und Nachweis der Stärkebeschädigung.• Vermahlungstechnische Aspekte der

Stärkebeschädigung.• Rohstoffeinflüsse auf die Stärkebeschädigung:

Kornhärte, Proteingehalt, Weizensorten, Standort.• Schlussfolgerungen.

Durchführung: vom Korn zur Stärke

Weiz. Sorte

Stärkegewinnung: aus Mehl, gemäß

Labormethode

Stärke-Schwing-mahlung

Stärkegewinnung: aus Ganzkornschrot

Labormethode

Standard-Mehl-Type

550

Stoff-umwandlung

Korn-protein-gehalt

Code

5 minNasstechnisch und Trocknen

Nasstechnisch von Hand und Trocknen

Pilot-maßstab

Prozess-intensität

% i. TS.

VerfahrensunterschiedeRohmaterial

Batis schonend12,6 / 8,51

Batis herkömmlich12,6 / 8,53

Batis herkömmlich12,6 / 8,52

Maltop

Maltop

Maltop

herkömmlich11,6 / 8,43

herkömmlich11,6 / 8,42

schonend 11,6 / 8,41

Eigenschaften von isolierten Weizenstärken

0

2

4

6

8

10

0

5

10

15

20

25

Hintere Ergebnisreihe: Stärke aus Weizen mit 3 – 4 % niedrigeren Proteingehalten

0

50

100

150

200

250 Batis Maltop

0

3

6

9

12

15

WRC-Wasseraufnahme, %

Batis Maltop

DSC, Desintegrationswärme J/g i. TS.

Batis Maltopamperometrisch, Stärkebeschädigung %

1 1 1 1

1 1

2 3 2 3 2 3 2 3

2 3 2 3

Batis Maltop

2 3 2 3

enzymatisch, Stärkebeschädigung %

11

Wirkung der Mehlherstellung und Schwingmahlung auf isolierte Weizenstärken

Rohmaterial Bestimmung der StärkebeschädigungSorte / Code

Korn-protein-gehalt

Stärke1)

Behand-lung2)

WRC DSC Thermoanalytische Desintegration der geordneten Stärkestrukturen

AACC ampero-metrisch

AACC enzy-

matisch

% i. TS.

2,320,02,420,51,519,1

1,417,4

% i. TS. Schwingmühle % Peak-Temp./°C Wärme J/g i. TS. %

Batis (2) 12,6 ohne 116 56,2 11,1 5,9Batis (3) 12,6 mit 223 54,8 6,5

11,66,811,47,6

11,87,3

9,3Batis (2) 8,5 ohne 109 56,5 5,4Batis (3) 8,5 mit 200 54,4 9,2Maltop (2) 11,6 ohne 110 56,4 5,5Maltop (3) 11,6 mit 192 54,9 9,0

Maltop (2) 8,4 ohne 104 56,2 5,1Maltop (3) 8,4 mit 180 55,3 9,0

1) Gewonnen aus Mehl (Type 550); 2) Stärke-Mahlung: 5 min Schwingmühle

Methoden zur Bestimmung der Stärkebeschädigung

• Amperometrisch (SDmatic), anhand der Stromstärke-Abnahme durch Jodbindung der Stärke (AACC 76-33).

• Enzymatisch (AACC 76-31 / ICC 164), anhand der Enzym-Angreifbarkeit (Suszeptibilität) durch Alpha-Amylase.

• Thermoanalytisch (DSC), anhand der Abnahme der Desintegrationswärme der Stärkekristallite.

• Gravimetrisch, anhand der Wasseraufnahme der Stärke im Sättigungszustand (WRC).

• Volumetrische Wasseraufnahme nach Teigbildung bei einer Konsistenz von 500 FE (Farinogramm).

• Weitere Methoden: NIR, Rheometrie, Sorptionsverhalten, Löslichkeitsverhalten, Dispergierungsverhalten, Komplex-bildungspotential, Reduktions- und Oxidationsverhalten…

Amperometrische Messung der Jodabsorption *)

• Analysen der Stärkebeschädigung von Weizenmehl in 8 Minuten.• Leicht zu handhaben — Vergleichbar wie pH – Messung mittels pH – Meter.

*) Starch Damage Analyzer – SDmatic, CHOPIN Perten Instruments

• Eingebaute Auto-calibration.• Keine Kosten für teure Enzyme.• Einfache Durchführung, spezielle Laborkräfte und besondere Fähigkeiten sind nicht erforderlich.

Stärkebeschädigung bei WeizenAnalysenmethoden und Auswirkungen auf die Verarbeitung

Gliederung:

• Was ist eine Stärkebeschädigung ?• Wirkung und Nachweis der Stärkebeschädigung.• Vermahlungstechnische Aspekte der

Stärkebeschädigung.• Rohstoffeinflüsse auf die Stärkebeschädigung:

Kornhärte, Proteingehalt, Weizensorten, Standort.• Schlussfolgerungen.

Stärkebeschädigung durch Weizenvermahlung

• Wirkung der Mahlwalzen Riffelstellungen– Rücken/Rücken: wollig-weiche Mahlerzeugnisse,

geringere Asche, geringere Stärkebeschädigung.– Schneide/Schneide: scharfkantig-griffig,

höhere Asche, höhere Stärkebeschädigung.• Drallwirkung: durch den Drall kreuzen sich die Riffel.

Bei hohem Drall ( > 8 %) ergeben sich mehr Schnittpunkte und höhere Stärkedeformationen.

• Voreilung: höhere Stärkedeformation bei Grießen bei feingeriffelten Walzen.• Walzenumfangsgeschwindigkeit: je höher, desto intensiver ist bei unveränderter

Beschüttung die Zerkleinerung und der Deformationsgrad.• Spezifische Walzenlänge: je länger, desto höher die Stärkebeschädigung.• Mahlspalt: hoher Einfluss auf Feingutanfall und Stärkebeschädigung. • Walzen- oder Mahldruck: besonders bei den vorderen Mahlungen der aufgerauhten

Glattwalzen (effektiver als die Voreilung). Plättchenbildung verstärkt die Schädigung, nach der Auflösung erhält ein Mehl entsprechende Eigenschaften.

• Temperatureinflüsse beachten !

R:R S:S

4 %

14 %

Bereits in Schrotpassagen treten in den Endospermpartikeln Stärkedeformationen auf.

10 x 200

wheatmilling - Miag "Multomat" -

3 x 1000

5 x 200

2 x 400

f

3 x 800

5 x 200

2 x 400

3 x 500

5 x 200

2 x 300

8 x 200

2 x 160

3 x 1000

5 x 200

2 x 400

3 x 1400

5 x 200

2 x 300

3 x 375

5 x 200

2 x 224

10 x 200

10 x 200

3 x 400

5 x 160

2 x 140

1 x 180

2 x 200

6 x 180

1 x 180

f

f

f

bran

B4

B3

B2

B1

wheat

320

180

800

C5

C3

C1

f2 f1

C2

C4germs

f

f

f

f2 f1C8

fine-bran

f2 f1

C7

C6f

f

Div.B = breakC = millingf = flour

Sieves:

B = breakC = millingf = flour

Sieves:

10 x 200 = numberof sieves

x aperturesize (µm)

f

LaborvermahlungPassagenvermahlung - Diagramm -

Weizen

B1

B2

B3

C1

C2

C3

Schr

otkle

ieGr

ießkle

ie

Gesa

mtkl

eie(Schrotkleie)

149,6 mm6,4 Riff./cm0,50 mm Msp.1:2 Voreilung.R:R

150 mm8,0 Riff./cm0,10 mm Msp.1:2 Voreilung.R:R

150 mm9,5 Riff./cm0,07 mm Msp.1:2 Voreilung.R:R

150 mm0,05 mm Msp.1:2Voreilung.

150 mm0,03 mm Msp.1:2 Voreilung.

150 mm0,01 mm Msp.1:2Voreilung.

Siebbespannung: Standard

710µm

180µm

630µm

180µm

Mehl B2

500µm

180µm

WeizenvermahlungLaborversuch: BFEL

WeizenvermahlungStandardmethode: BFEL

Schleudermehl

Gesamtkleie250 µm

Mehl B3

Mehl B1Mehl C1

180µm

180µm

530µm

400µm

180µm

180µm

(Grießkleie)180µm

180µm

Mehl C2

Mehl C3

Schleudermehl

Schrotkleie250 µm

Schleudermehl

Grießkleie250 µm

SiebabstoßSiebdurchfall

Prallmühle mit Turborotor und Siebrost *)

*) Universalmühle REKORD / Gebr. Jehmlich GmbH Mühlenbau + Maschinenfabrik

Umfangs- oder Bearbeitungsgeschwindigkeit VB - max. = 120 m / s

Beschüttung:120 kg / h

Wirkung der mechanischen Beanspruchung auf Mehleigenschaften- Weizen mit mittleren Proteingehalten (12,6 / 11,6 % i. TS.) -

Rohmaterial Mehl-Siebanalyse Bestimmung der Stärkebeschädigung im MehlMehltype 550Sorte Mühle

45 75 100

46 2657 33

16-

18227-

34-

344021-

WRC-Wasser-

aufnahme

DSC Desintegrations-

wärme

AACC ampero-metrisch

AACC enzy-

matischTechnik % Rückhalt / µm % J / g i. TS. % % i. TS.

Batis 1 68 121 8,3 5,9 6,9Batis 2 75 116 8,3 6,3

6,18,45,15,25,47,7

7,1Batis 3 58 119 8,4 6,1Batis 4 14 138 6,1 14,5Maltop 1 47 107 9,1 3,9Maltop 2 53 105 8,8 4,1Maltop 3 37 104 8,9 3,8Maltop 4 9 125 7,2 10,3Angewandte Technik: 1 = Pilot; 2 = Labor MLU; 3 = Pilot + Turborotor; 4 = Pilot + Schwingmahlung

Wirkung der mechanischen Beanspruchung auf Mehleigenschaften- Weizen mit niedrigen Proteingehalten (8,5 / 8,4 % i. TS.) -

Rohmaterial Mehl-Siebanalyse Bestimmung der Stärkebeschädigung im MehlMehltype 550Sorte Mühle

45 75 100

39 22269-

14208-

5328-

303721-

WRC-Wasser-

aufnahme

DSC Desintegrations-

wärme

AACC ampero-metrisch

AACC enzy-

matischTechnik Rückhalt / µm % J / g i. TS. % % i. TS.

Batis 1 63 116 9,3 5,7 5,7Batis 2 71 113 9,3 6,0

5,98,45,35,25,57,9

5,9Batis 3 54 107 9,4 5,6Batis 4 13 144 6,8 14,9Maltop 1 47 107 9,3 4,2Maltop 2 52 102 9,5 4,1Maltop 3 38 103 9,3 4,7Maltop 4 6 128 7,7 11, 8Angewandte Technik: 1 = Pilot; 2 = Labor MLU; 3 = Pilot + Turborotor; 4 = Pilot + Schwingmahlung

Stärkebeschädigung bei WeizenAnalysenmethoden und Auswirkungen auf die Verarbeitung

Gliederung:

• Was ist eine Stärkebeschädigung ?• Wirkung und Nachweis der Stärkebeschädigung. • Vermahlungstechnische Aspekte der

Stärkebeschädigung.• Rohstoffeinflüsse auf die Stärkebeschädigung:

Kornhärte, Proteingehalt, Weizensorten, Standort.• Schlussfolgerungen

Weizen, Ernte 2006: Eigenschaften sortenreiner Mehle, Type 550

010203040506070

SW SF H AW E AF R C

01234567

SF SW H AF AW E C R

0

2

46

8

10

SW SF H AF C AW E R

0

2

4

6

8

SW SF H AF AW E C R

020406080

100120

H SF SW E AF AW R C

Farinogramm-Wasseraufnahme, %Weizensorten: GriffigkeitEnorm (E) = E-Weizen, 6Cubus (C) = A-Weizen, 6Ritmo (R) = B-Weizen, 5Hermann (H) = CK-Weizen, 5EU-Sorten: Astardo (AF), Astardo (AW), Samyl (SF), Samyl (SW)

Weizensorten: GriffigkeitEnorm (E) = E-Weizen, 6Cubus (C) = A-Weizen, 6Ritmo (R) = B-Weizen, 5Hermann (H) = CK-Weizen, 5EU-Sorten: Astardo (AF), Astardo (AW), Samyl (SF), Samyl (SW)

WRC-Wasseraufnahme, % DSC, Desintegrationswärme J/g i. TS.

amperometrisch, Stärkebeschädigung % enzymatisch, Stärkebeschädigung %

Stärkebeschädigung bei WeizenAnalysenmethoden und Auswirkungen auf die Verarbeitung

Gliederung:

• Was ist eine Stärkebeschädigung ?• Wirkung und Nachweis der Stärkebeschädigung. • Vermahlungstechnische Aspekte der

Stärkebeschädigung.• Rohstoffeinflüsse auf die Stärkebeschädigung:

Kornhärte, Proteingehalt, Weizensorten, Standort.• Schlussfolgerungen

The most important tests in wheat marketingFrequently used Analytical Procedures in Wheat and Flour Evaluation

Wheat tests Test weight Moisture content Protein content Kernel Hardness Falling Number SDS sedimentation Zeleny sedimentation Flour yield Flour tests Ash content Colour Wet gluten content Gluten index Starch Damage Farinograph Extensigraph Alveograph Mixograph Amylograph RVA

Abbreviations: RVA - Rapid Visco-Analyzer SDS - Sodium Dodecyl SulphateQuelle: Phil Williams: Variety development and quality control of wheat in Canada

Wirkung der Weizeninhaltsstoffe auf die Wasseraufnahme

Zusammensetzung g Wasseraufnahme

Mehlinhaltsstoffe g Inhaltsstoff je 100 g Mehl

je g Inhaltsstoff je 100 g Mehl

Protein (Gluten) 12 1,3 16-

0,42,0*)

7,0

Wasser 14 -

intakte Stärke 60 24beschädigte Stärke 6 12

Pentosane 1,5 11

*) beschädigte Stärke nimmt 5 x mehr Wasser auf als intakte Stärke

Stärkebeschädigung bei WeizenAnalysenmethoden und Auswirkungen auf die Verarbeitung

• Jede trockentechnische Zerkleinerung von Weizen führt in unterschiedlicher Art und Ausprägung zu einer Stärkedeformation.

• Wegen komplexer Funktionseigenschaften kann die umfassende Beschreibung der Stärkebeschädigung nicht mit einer Methode allein erfolgen.

• Die Zahlenwerte der Ergebnisse verschiedener Methoden sind nicht miteinander vergleichbar. Spezifische Aussagen stehen aber in enger Relation zueinander.

• Mechanische Stärkebeschädigung / Stärkedeformation:– Steigerung: durch Mahlspalt- u. Walzendruckeinstellung, Mehlherstellung max. 2 %;

entsprechend Wasseraufnahmesteigerungen von max. 4 %.– Minimierung: Sorten mit geringer Kornhärte, Kurz-Mahldiagramm (Quetsche zur

Schrotmehlgewinnung und Prallmühlen in den vorderen Mahlpassagen). • Die Praxis benötigt für die Kaufentscheidung und Qualitätslenkung eine zuverlässige

Basismethode der quantitativen Stärkebeschädigung:– hier dürfte aufgrund der leichten Handhabung und der schnellen Resultate die

amperometrische Methode Vorzüge haben,– die Bestimmung der Wasseraufnahme von Mehl hat weiterhin hohe Priorität, da sie

das eigentliche Qualitätsziel der Stärkebeschädigung am besten spiegelt.

Schlussfolgerungen