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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