Mehl- und Teigbehandlungsmittel in der Europäischen Union

Foto: © Bundesmühlenkontor GmbH/Antonios Mitsopoulos.

Dr. Lutz Popper, Studium der Lebensmitteltechnologie an der Technischen Universität Berlin, Promotion über die Gewinnung und Anwendung antimikrobieller Enzyme, seit 1993 für die Mühlenchemie GmbH & Co. KG als Leiter der Forschung und Entwicklung tätig. Seit 2009 zusätzlich Wissenschaftlicher Leiter der Stern-Wywiol Gruppe. Gastdozent im Bereich Lebensmittel­technologie an der Christian Albrecht Universität zu Kiel, an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften in Hamburg-Bergedorf sowie an der Beuth-Hochschule in Berlin. Autor zahlreicher Fachpublikationen und rege Vortragstätigkeit.

Mehlbehandlungsmittel verbessern die Verarbeitungseigenschaften von Mehlen und Teigen sowie die Gebäckqualität. In Europa werden im Wesentlichen Enzyme und Ascorbinsäure eingesetzt. Aber auch andere Stoffe können für spezifische Anwendungen von Interesse sein.

Der folgende Aufsatz soll einen Überblick über die in der EU verwendeten Mehl- und Teigbehandlungsmittel geben. Länderspezifische Unterschiede bestehen nur noch in wenigen Ausnahmefällen, beispielsweise beim traditionellen französischen Baguette.

Inhalt

  1. Definitionen und gesetzliche Regeln
  2. Mehlreifungsmittel (Oxidationsmittel)
    2.1 Ascorbinsäure und Ascorbate
    2.2 Dehydroascorbinsäure
    2.3 Cystin
    2.4 Enzymaktives Sojamehl
  3. Teigerweichungsmittel (Reduktionsmittel)
    3.1 Cystein
    3.2 Reduzierende Hefepräparate
  4. Enzyme
    4.1 Amylasen
    4.1.1 Enzymaktives Malzmehl
    4.1.2 Pilz-Amylase
    4.1.3 Glucoamylase (Amyloglucosidase)
    4.1.4 Hemicellulase
    4.1.5 Protease
    4.1.6 Glucose-Oxidase
    4.2 Lipolytische Enzyme
    4.3 Sonstige Enzyme
  5. Emulgatoren
    5.1 Lecithin
    5.2 Mono- und Diglyceride
    5.3 Diacetylweinsäureester (DAWE)
    5.4 Natrium- und Calciumstearoyllactylat (SSL und CSL)
  6. Säuerungsmittel und Säureregulatoren
  7. Bleichmittel
    7.1 Enzymaktives Bohnen- bzw. Sojamehl
    7.2 Weitere Mittel mit Bleichwirkung
  8. Hydrokolloide
  9. Mehlanreicherung

1. Definitionen und gesetzliche Regeln

Mehlbehandlungsmittel sind nach der europäischen Zusatzstoffverordnung Stoffe (außer Emulgatoren), die dem Mehl oder dem Teig zugefügt werden, um deren Backfähigkeit zu verbessern (Legaldefinition in Anhang 1 Nr. 26 VO (EG) 1333/2008). An diversen Stellen im Internet sind übrigens Angaben zu finden, wonach auch Emulgatoren Mehlbehandlungsmittel seien. Dies ist nach geltendem EU-Recht nicht korrekt, da Emulgatoren ausdrücklich aus der Funktionsklasse der Mehlbehandlungsmittel ausgeschlossen sind (Ebd.).

Bei Erfüllung bestimmter gesetzlicher Vorgaben müssen Mehlbehandlungsmittel, wie alle Zusatzstoffe, im Zutatenverzeichnis eines verzehrsfertigen Enderzeugnisses (Gebäck) nicht deklariert werden, nämlich dann, wenn sie

  • im Enderzeugnis keine technologische Wirkung mehr entfalten,
  • über eine zusammengesetzte Zutat in die Backware gelangt sind, und
  • für die Verwendung in der zusammengesetzten Zutat, über die sie eingebracht werden, zugelassen sind (Art. 20 lit. b) i) VO (EU) 1169/2011 iVm. Art. 18 Abs. 1 lit. a) VO (EG) 1333/2008);

die Tatbestandsvoraussetzungen gelten kumulativ.

Man spricht dann vom sogenannten „Carry Over“ oder im Deutschen vom „Migrationsgrundsatz“.

Eine weitere Ausnahme gilt, wenn es sich nach Art der konkreten Anwendung um Verarbeitungshilfsstoffe handelt (Vgl. Art. 20 lit. b) ii) VO (EU) 1169/2011 iVm. Art. 3 Abs. 2 lit. b) VO (EG) 1333/2008.).

Ein Verarbeitungshilfsstoff ist ein Stoff, der nicht als eigenständiges Lebensmittel verzehrt wird, sondern lediglich aus technologischen Gründen bei der Herstellung von Lebensmitteln oder deren Zutaten verwendet wird. Er liegt nur in unbeabsichtigter, technisch unvermeidbarer Menge im Enderzeugnis vor, wirkt sich aber technologisch nicht auf das Enderzeugnis aus. Enzyme, die zur Mehlbehandlung eingesetzt werden, zählen bis dato zu den Verarbeitungshilfsstoffen.

2. Mehlreifungsmittel (Oxidationsmittel)

Die Notwendigkeit der oxidativen Behandlung könnte auch als Folge der schnellen und schonenden Verarbeitung von Getreide zu Mehl betrachtet werden. Hierdurch entfällt die „Mehlreifung“ allein durch atmosphärische Einflüsse, und so wird unter Umständen der Zusatz oxidativ wirkender Stoffe notwendig. Die Oxidation betrifft vornehmlich die im Kleber vorkommende schwefelhaltige Aminosäure Cystein. Eine Oxidation zweier benachbarter Schwefelwasserstoffgruppen führt zur Ausbildung einer Disulfidbrücke zwischen verschiedenen Abschnitten des großen Klebermoleküls oder zwischen unterschiedlichen Klebermolekülen. Dies führt zu einer Polymerisation der Klebermoleküle und in der Folge zu einer Verfestigung des Teiges.

Die Oxidation des Klebers erfolgt größtenteils beim Anteigen, möglichweise auch indirekt nach vorangegangener Oxidation von Lipiden im Mehl. Die dabei entstehenden Hydroperoxide oxidieren bei der Teigbereitung die Schwefelwasserstoffgruppen [1].

2.1 Ascorbinsäure und Ascorbate

Ascorbinsäure (AS) und ihre Salze (Ascorbate) sind die in Europa üblichen Mehlreifungsmittel. AS wird biotechnologisch aus Glucose (Traubenzucker, Dextrose) in hoher Reinheit hergestellt und als feines oder kristallines Pulver angeboten. Feines Pulver hat den Vorteil, dass es sich gleichmäßiger in Mehl und Teig verteilt als gröberes Pulver. Sein Nachteil ist jedoch, dass es zum Verklumpen neigt und daher schlechter dosierbar ist. Zudem lassen sich optische Schnellmethoden wie der Tauber-Test zur Bestimmung der AS-Konzentration nicht mehr anwenden: Die bei gröberer AS deutlichen blauen Punkte auf der nassen Pekarprobe verschwimmen bei sehr feiner AS zu einem nicht mehr quantifizierbaren blauen Schleier, sodass ggf. aufwendigere AS-Bestimmungen notwendig sind.

Natrium- und Calciumascorbat haben eine mit AS vergleichbare Wirkung. Da insbesondere Natriumascorbat teilweise deutlich günstiger gehandelt wird als AS, gibt es immer wieder Nachfragen zu diesem Mehlbehandlungsmittel. Bei seinem Einsatz muss jedoch bedacht werden, dass der Wirkstoffgehalt gegenüber reiner AS um ca. 11 % geringer ist, weil ein Wasserstoffatom der AS gegen ein Natriumatom ausgetauscht wurde. Das typische Einsatzgebiet von Natriumascorbat sind zudem Fleisch- und Wurstwaren, bei denen eine gröbere Granulation bevorzugt wird. Für den Einsatz in Mühlen ist diese jedoch ungeeignet. Ausreichend feinkörniges Ascorbat ist daher eher selten verfügbar.

Vor einigen Jahren wurde von Mühlen und Bäckern verstärkt der Wunsch geäußert, AS als natürlichen Bestandteil von Lebensmitteln einzusetzen. Damit sollte der gegebenenfalls notwendigen Deklaration von AS zuvorgekommen werden.

Hierfür kommt vornehmlich Acerola-Fruchtpulver infrage – getrockneter Saft der Acerolakirsche mit 17–19 % reiner AS. Daneben werden auch AS aus Hagebutten sowie Mischpräparate, teils mit AS biotechnologischen Ursprunges, angeboten. In jedem Fall sind diese Varianten aufgrund höherer Preise und der vielfachen Dosierung erheblich teurer in der Anwendung. Zudem sind sie aus Sicht des Autors auch aus rechtlichen Gründen ein Irrweg: Soll Acerolapulver als Ersatz für Ascorbinsäure zur oxidativen Mehlbehandlung eingesetzt werden, also ausschließlich zur Erzielung eines technologischen Zwecks, so kann dem Pulver die Funktion eines Zusatzstoffes zugeschrieben werden, es besitzt jedoch keine Zulassung als solcher. Deklarationsfreiheit – wie bislang noch in vielen Fällen für reine AS möglich – käme ohnehin nicht infrage.

In der Mühle wird Mehl mit etwa 5–30 ppm (0,5–3 g pro 100 kg) reiner AS behandelt. Sehr weiche Kleber oder bestimmte Anwendungen (Gärverzögerung oder -unterbrechung) verlangen eine höhere Dosierung von 60–100 ppm.

AS wirkt nicht direkt auf das Protein, sondern dient eher dem Schutz vor einem Verlust der Proteinstabilität, indem sie das klebererweichend wirkende, natürlicherweise im Mehl (und in Hefe) vorkommende Glutathion eliminiert. Dies wird nur dadurch möglich, dass AS bereits zu Beginn des Knetvorganges unter Mitwirkung mehleigener Enzyme (Ascorbat-Oxidase und Glutathion-Dehydrogenase) zu Dehydroascorbinsäure (DHAS) oxidiert wird. Dabei spielt der beim Kneten eingearbeitete Luftsauerstoff eine wichtige Rolle als Oxidationsmittel. Glutathion wird in der Folge zu Glutathiondisulfid oxidiert und verliert damit seine klebererweichende Wirkung [2; 3].

Der Nachweis von ausreichender Menge und homogener Verteilung im Mehl kann leicht mit Taubers Reagenz in Verbindung mit einer Pekarprobe geführt werden (sofern, wie oben erwähnt, die Körnung der AS nicht zu fein ist). Ein leicht anzuwendender und lagerstabiler Satz mit den beiden notwendigen Lösungen ist auf dem Mark erhältlich. Die Genauigkeit beträgt ca. 5–10 ppm AS. Eine noch genauere Bestimmung erfordert enzymbasierte Testkits oder HPLC-basierte Methoden.

2.2 Dehydroascorbinsäure

Dehydroascorbinsäure (DHAS) ist die oxidierte Form der AS. Bei Verwendung von DHAS anstelle von AS entfiele somit der zunächst notwendige Oxidationsschritt (siehe 2.1). Versuche haben gezeigt, dass die Verwendung von DHAS durchaus möglich ist [4]. Dass sie dennoch nicht eingesetzt wird, liegt vor allem an ihrer Instabilität, die beispielsweise durch Einhüllen erhöht werden müsste. Weiterhin ist die Herstellung schwieriger und somit teurer. Und schließlich wurde DHAS in den Zusatzstoffrichtlinien der europäischen Länder nicht berücksichtigt.

2.3 Cystin

Cystin ist als Disulfid das Dimer der Aminosäure Cystein (siehe 3.1), in welchem zwei Cystein-Moleküle über eine Disulfidbrücke miteinander verbunden sind. Aufgrund dieser Schwefelbrücke besitzt das Molekül eine gewisse oxidative Wirkung. In niedriger Dosierung ist allerdings auch eine Klebererweichung möglich, da bei der Reaktion von Cystin mit Schwefelwasserstoffgruppen des Proteins oder mit Glutathion reduzierendes Cystein freigesetzt wird (Thiol-Disulfidaustausch; [5]).

Obwohl eine genaue Klärung noch aussteht, wird Cystin trotz seines im Vergleich zu AS hohen Preises eingesetzt, da positive Einflüsse auf die Teigeigenschaften beobachtet wurden [6].

2.4 Enzymaktives Sojamehl

Das Enzym Lipoxygenase des Sojamehles ist ebenfalls in der Lage, oxidativen Einfluss auf das Kleberprotein auszuüben. Bei der Oxidation von Lipiden durch Lipoxygenase entstehen Fettsäure-Hydroper­oxide, die Schwefelwasserstoffgruppen oxidieren und vernetzend auf den Kleber wirken. Die kleberstärkende Wirkung von Sojamehl ist allerdings vergleichsweise gering; wichtiger ist seine Bleichwirkung (siehe 7.1).

Sojamehle werden vorwiegend in Bäckereien eingesetzt, beispielsweise in Form von Backmitteln oder anderen Vormischungen.

3. Teigerweichungsmittel (Reduktionsmittel)

Teige mit zu kurzem Kleber lassen sich schlecht verarbeiten und erzielen zu geringe Volumenausbeuten, da das von der Hefe gebildete Gas nicht in der Lage ist, den Teig optimal auszudehnen.

Abhilfe bieten hier Stoffe mit reduzierenden Eigenschaften, die einen Teil der vernetzenden Disulfidbrücken abbauen und so den Proteinmolekülen mehr Bewegungsspielraum verschaffen.

Kurze Klebereigenschaften können in den verwendeten Sorten begründet sein, aber auch in der Getreide­lagerung und -verarbeitung (Überhitzung) sowie der Mehlverwendung (Gefrieren der Teige führt zu kürzerem Kleber).

3.1 Cystein

Ein vermeintlicher Gegenspieler von AS ist L-Cystein, eine einfache Aminosäure, die Bestandteil aller Proteine ist. Sie wird entweder aus besonders cysteinreichen Proteinen (vornehmlich aus dem Keratin von Geflügelfedern) durch Hydrolyse und aufwendige Reinigungsschritte oder auf fermentativem Wege mithilfe von Mikroorganismen hergestellt.

Da Cystein Disulfidbrücken spaltet, sollte man glauben, dass es die Wirkung von AS aufhebt, sofern es gleichzeitig mit dieser eingesetzt würde. Dass dies nicht oder nicht vollständig geschieht, wurde empirisch festgestellt: Beide Stoffe scheinen sich teilweise sogar zu ergänzen. Während der eine den Kleber festigt, sorgt der andere für ausreichende Dehnbarkeit. Dies wäre zu erklären, wenn Cystein an anderen Stellen des Klebers angreift als Glutathion, das durch Zugabe von AS „entschärft“ wird. Erstaunlich bleibt die Kombination von AS und Cystein allemal, denn AS soll nicht nur auf Glutathion, sondern auch auf Cystein dimerisierend wirken [5].

Insbesondere in Tiefkühlteigen sind recht hohe Dosierungen beider Mehlbehandlungsmittel anzutreffen. Einerseits wird nämlich eine gute Gärstabilität benötigt (AS!), andererseits erfolgt durch den Gefrierprozess jedoch eine Kleberverkürzung, die durch Cystein wenigstens teilweise aufgefangen werden kann. Cystein wird mit etwa zwei Dritteln der AS-Menge dosiert.

Cystein wird hauptsächlich als L-Cystein-Hydrochlorid sowie L-Cys­tein-Hydrochlorid-Monohydrat angeboten, da es in diesen Formen leichter herstellbar und besser wasserlöslich ist als die freie Aminosäure.

Für den Nachweis zur Qualitätskontrolle kann Natriumnitrocyanoferrat/Ammoniumhydroxid verwendet werden. Diese Methode erfordert viel Erfahrung des Prüfers, da die blauen Farbpunkte zum Teil nur schwer zu erkennen sind und schnell wieder verblassen.

3.2 Reduzierende Hefepräparate

Hefe bildet reduzierende Substanzen, die vor allem im Falle des Zelltodes freigesetzt werden. Präparate aus inaktivierter Hefe haben aufgrund ihres hohen Gehaltes an Glutathion eine mit Cystein vergleichbare erweichende Wirkung. Die notwendige Dosierung ist jedoch ca. 50- bis 100-mal so hoch (50–1000 g pro 100 kg), sodass auch der niedrigere Preis dies nicht auffangen kann. Von Vorteil ist die einfache Deklaration, da es sich bei der inaktivierten Hefe auch nur um Bäckerhefe handelt.

4. Enzyme

Die Verwendung von Enzymen ist für die Lebensmittelindustrie seit vielen Jahren selbstverständlich. Die Enzyme reagieren jedoch nicht am Ort der Zugabe (beim Müller), sondern erst, wenn der Bäcker dem Mehl Wasser hinzufügt. Diese zeitliche und räumliche Trennung stellt für die gesamte Mehlbehandlung eine große Herausforderung dar, ist im Fall der Enzyme jedoch besonders komplex. Andererseits sind Enzyme sehr spezifisch, d. h. sie wirken bei entsprechender Reinheit nur auf die ausgewählten Zielsubstanzen.

Zudem werden sie nur niedrig dosiert und sind natürlichen Ursprunges, da sie ausschließlich aus pflanzlichen oder tierischen Quellen oder auf fermentativem Wege aus Mikroorganismen gewonnen werden können.

Wie zahlreiche Proteine haben Enzyme ein besonderes Potenzial, Allergien auszulösen. Daher muss bei ihrer Verarbeitung darauf geachtet werden, dass möglichst wenig Enzymstaub über die Atemwege aufgenommen wird. Jedoch sorgen die Hersteller der Konzentrate bereits durch Granulation der Enzyme für ein sehr geringes Staubpotenzial.

Enzyme, die als Mehlbehandlungsmittel eingesetzt werden, brauchen im Endprodukt nicht deklariert zu werden (siehe 1). Sie müssen jedoch im B2B-Geschäft angegeben werden, also dann, wenn professionelle Marktteilnehmer enzymhaltige Vorprodukte austauschen.

Seit März 2015 arbeitet die EU an einer speziellen Unionsliste, in der alle Enzyme aufgeführt werden sollen, die in Europa ein Zulassungsverfahren erfolgreich durchlaufen haben. Danach dürfen nur noch die in dieser Liste enthaltenen Enzyme und jene, die später die Bedingungen erfüllen und hinzugefügt werden, in der Lebensmittel­industrie der EU eingesetzt werden.

Schätzungen zufolge soll die Erstellung der Unionsliste im Jahr 2025 abgeschlossen sein. Mit ihrer Fertigstellung könnte eine Änderung der Deklarationspflichten einhergehen. Dann müssen möglicherweise alle in einem Lebensmittel verwendeten Enzyme für den Endverbraucher sichtbar gemacht werden. In welcher Form das geschehen soll (etwa durch die Angabe „Enzyme“, „Amylase“, „Xylanase“ oder auch nur per QR-Code), ist noch nicht entschieden.

4.1 Amylasen

Amylasen spalten geradkettige („lineare“) Abschnitte des Stärkemoleküls in kürzere Bausteine. Wie alle Enzyme wirkt auch Amylase nur auf gelöstes Substrat, d. h. auf gequollene oder verkleisterte Stärke im Teig. Durch den Abbau der Stärke und die damit verbundene Wasserfreisetzung wird die Teigviskosität erniedrigt. Die entstehenden Dex­trine dienen als Substrat für β-Amylase oder Glucoamylase, die daraus für die Hefe direkt verwertbare Zucker (Maltose, Glucose) abspalten. Über diese Reaktionsfolge verbessern sich die Gärkraft und somit die Volumenausbeute sowie Geschmack, Bräunung und Frischhaltung.

4.1.1 Enzymaktives Malzmehl

Wie jede belebte Materie benötigt auch Getreide Enzyme für seine Lebensfunktionen. Da es erst beim Auskeimen gewissermaßen wieder zum Leben erwacht, werden in dieser Phase besonders viele Enzyme gebildet. Dies macht man sich für Back- und Brauprozesse seit Langem zunutze, indem man das Getreide vor der Weiterverarbeitung keimt.

Malzmehl ist das getrocknete Produkt aus gekeimter Gerste oder Weizen. Obwohl beide Varianten funktionell weitgehend identisch sind, bestehen nationale Unterschiede in der Zulassung für die Mehlbehandlung. Frankreich gestattet beispielsweise nur Malzmehl aus Weizen.

Malzmehl enthält vornehmlich α- und β-Amylase, aber auch Protease, Glucanase und viele andere Enzyme, die den Backprozess teilweise positiv beeinflussen (Amylasen, Glucanasen), aber durchaus auch Probleme bereiten können (Proteasen).

Ebenso wie die mehleigenen Amylasen hat auch die Amylase des Malzmehles eine deutliche Wirkung auf die Fallzahl. Bei sehr hohen Fallzahlen, also sehr geringer mehleigener Enzymaktivität, können bis zu 150 g Malzmehl pro 100 kg Mehl notwendig sein, um die Fallzahl in den Bereich von 250–300 s zu bringen, während bei Fallzahlen um 300 s nicht mehr als 50 g eingesetzt werden sollten, um übermäßig feuchte Teige zu vermeiden. Die Enzymaktivität der Malzmehle wird häufig in DK (diastatische Kraft) angegeben und beträgt im Allgemeinen 400 DK. Auch die Angabe SKB/g (siehe 4.1.2) findet man gelegentlich; diese bewegt sich in der Größenordnung 80–100.

4.1.2 Pilz-Amylase

Schimmelpilze der Gattung Aspergillus werden häufig für die Herstellung von Enzympräparaten für Lebensmittelanwendungen eingesetzt, weil es unter ihnen zahlreiche gut beschriebene, sichere und effektive Stämme gibt. Die Schimmelpilze werden in großen Fermentationsanlagen dazu gebracht, Amylase zu produzieren und möglichst in die Umgebung (das Nährmedium) abzugeben. Durch einen mehrstufigen Reinigungsprozess (Zentrifugieren, Filtrieren, Ultrafiltrieren) erhält man ein Enzym-Rohkonzentrat, das zumeist durch Sprühtrocknung in ein gut haltbares Pulver überführt wird. Zur besseren Einsetzbarkeit in der Mühle (Dosierung, Fließverhalten) werden verschiedene Trägerstoffe eingesetzt, vornehmlich Mehl, Stärke, Maltodextrin oder Salz.

Bei der Herstellung von Pilz-Amylase können Nebenaktivitäten weitestgehend von der α-Amylase abgetrennt werden. Im Gegensatz zur pflanzlichen Amylase des Malzmehles hat sie nur einen sehr geringen Effekt auf die Fallzahlen, da sie empfindlicher als Erstere auf die hohen Temperaturen bei der Fallzahlbestimmung reagiert und inaktiviert wird, bevor sie das Stärkegel abbauen kann. Daher sollte darüber nachgedacht werden, anstelle der Fallzahl eines Mehles dessen α-Amylaseaktivität anzugeben.

Die Dosierung der α-Amylase hängt von ihrer Konzentration bzw. Aktivität ab. International üblich ist die Einheit SKB pro Gramm, benannt nach den Entwicklern der Bestimmungsmethode [7] oder die daraus entwickelte modernere und normierte Einheit ICC-Units pro Gramm. Trotzdem verwenden viele Hersteller eigene Maßeinheiten, die sie jedoch auf Wunsch meist auch ungefähr in SKB/g ausdrücken können. Eine typische Dosierung für ein Weizenmehl, das weder auswuchsgeschädigt ist noch mit Malzmehl behandelt wurde, ist 250–500 SKB pro kg Mehl (das heißt 5–10 g einer Amylase mit 5000 SKB/g auf 100 kg Mehl).

Selbst bei Mehlen mit sehr niedriger Fallzahl ist es teilweise noch sinnvoll, etwas Pilz-Amylase einzusetzen (1–2 g mit 5000 SKB/g), da diese zum einen eine leichte Verbesserung der Teigeigenschaften und Backergebnisse bewirken kann, sich zum anderen aber nicht auf die Fallzahlen auswirkt.

4.1.3 Glucoamylase (Amyloglucosidase)

Glucoamylase kann ebenfalls aus spezialisierten Aspergillus-Stämmen gewonnen werden. Sie baut Stärke zu den kleinsten Untereinheiten, zur Glucose, ab. Im Gegensatz zu α-Amylase schreckt sie dabei auch nicht vor verzweigten Molekülen (Amylopektin) zurück. Bis eine Viskositätserniedrigung allein aufgrund der Glucoamylase-Wirkung eintritt, würde allerdings sehr viel Zeit vergehen, da das Enzym die Stärke lediglich von einem Ende her bearbeitet und jeweils nur ein Glucosemolekül nach dem anderen abspaltet. Glucoamylase hat daher vor allem Bedeutung für die Bräunung und für die Aufrechterhaltung der Gärung über längere Zeit (Gärverzögerung und -unterbrechung). Da sie meist mit α-Amylase kombiniert wird oder diese als natürliche Nebenaktivität mitbringt, ist die Dosierung von Glucoamylase im Allgemeinen sehr niedrig (<1 ppm).

4.1.4 Hemicellulase

Helles Weizenmehl der Type 550 enthält ca. 2,5 % Schleimstoffe (Roggenmehl der Type 1740: ca. 7 %), die mehr als das Zwanzigfache ihres Gewichtes an Wasser binden können. Diese auch Pentosane genannten Stoffe gehören zu den Hemicellulosen, Verwandten der Cellulose, und sind aus unterschiedlichen Zuckermolekülen (vor allem aus Xylose und Arabinose) aufgebaut. Hemicellulasen (Synonyme: Pentosanasen, Xylanasen) bauen diese Substanzen ab. Dabei entstehen zunächst aus zwar in Wasser suspendiertem, jedoch unlöslichem Pentosan lösliche Moleküle mit höherer Wasserabsorption, wodurch die Viskosität steigt. Im weiteren Verlauf werden diese Pentosanmoleküle und die schon zuvor im Mehl vorliegenden wasserlöslichen Pentosane zunehmend abgebaut, Wasser wird freigesetzt und die Viskosität sinkt.

Von Pentosanen ist zudem bekannt, dass sie mit Kleber ein Netzwerk bilden [8], das umso fester ist, je mehr Pentosane daran beteiligt sind. Auch deswegen haben dunklere Weizenmehle und Mischungen mit Roggenmehl geringere Volumenausbeuten, die sich allerdings durch Zusatz von Hemicellulasen erheblich steigern lassen.

Hemicellulasen wirken sich kaum auf die Fallzahlen aus. Ihre Tätigkeit ist im Amylogramm aber mitunter sehr gut zu erkennen (niedrigere Verkleisterungstemperatur und Amylogrammeinheiten); ebenso im Extensogramm, wo manche Hemicellulasen eine Veränderung der Kurve ähnlich wie Cystein verursachen, ohne dass jedoch der Kleber abgebaut würde.

Diese Enzyme werden aus Schimmelpilz- oder Bakterienstämmen gewonnen, die auf die Produktion von Hemicellulasen selektiert oder spezialisiert wurden.

Hemicellulasen werden zumeist in Kombinationspräparaten mit Amylase angeboten. Eine allgemeine Dosierungsempfehlung kann nicht gegeben werden, da es bisher an einer einheitlichen Bestimmungsmethode für die Hemicellulase-Aktivität mangelt. Die verfügbaren Verfahren beruhen zumeist auf der Bestimmung der Freisetzung von reduzierenden Zuckern, der Viskositätserniedrigung oder dem Abbau synthetischer bzw. gefärbter Moleküle und sind kaum miteinander in Beziehung zu setzen. Des Weiteren lässt selbst die Verwendung einer einheitlichen Methode für verschiedene Hemicellulasen nicht unbedingt Rückschlüsse auf die Backeigenschaften zu – die Angriffspunkte von Hemicellulasen unterschiedlicher Herkunft am Pentosanmolekül sind dafür vermutlich zu verschieden.

4.1.5 Protease

Protease (auch Proteinase oder Peptidase genannt) spaltet die Proteinstränge des Klebermoleküls, führt so zunächst zu einer Erweichung und dann zu einem vollständigen Abbau der Struktur. Bei kurzen Kleberstrukturen kann eine leichte Erweichung durchaus erwünscht sein; der Einsatz von Protease hat dann ähnliche Bedeutung wie die Verwendung von Cystein. Anders als bei der Aminosäure endet bei der Protease die Wirkung jedoch nicht mit dem Verbrauch des Wirkstoffes. Bei längeren Teigstehzeiten nimmt die Auswirkung vielmehr stetig zu. Daher wird vielfach auf Enzympräparate Wert gelegt, die Protease nicht einmal in Spuren enthalten. Unproblematischer ist die Verwendung von Protease bei kleberstarken Mehlen, wie beispielsweise bei nordamerikanischem Weizen, wo sie dazu beitragen kann, dass die Teige leichter in die Ecken der Backformen hineinfließen.

Von großem Nutzen sind Proteasen hingegen bei der Herstellung von Keks-, Cracker- und Waffelmehlen. Bei diesen ist Elastizität des Klebers unerwünscht, es wird sogar das Ausbleiben der Kleberbildung gefordert.

Protease ermöglicht hier auch die Verwendung qualitativ stark schwankender Rohstoffe, denen sie einheitlichere technologische Eigenschaften verleiht.

4.1.6 Glucose-Oxidase

Das Enzym Glucose-Oxidase (GOD) wird zumeist aus dem Schimmelpilz Aspergillus gewonnen. Auch Honig ist eine ergiebige Quelle für GOD, eignet sich aus geschmacklichen Gründen jedoch nur sehr bedingt. In den Honig gelangt das Enzym aus den Schlunddrüsen der Bienen.

GOD oxidiert im Teig mithilfe des Luftsauerstoffes Glucose zu Gluconsäure und Wasser zu Wasserstoffperoxid. Dieses unspezifische Oxidationsmittel wirkt unter anderem auf die Schwefelwasserstoffgruppen des Klebers, wodurch eine Straffung des Teiges eintritt. Auch werden niedermolekulare Schwefelverbindungen (Glutathion, Cystein) oxidiert und somit eine Teigerweichung unterbunden.

Eine Besonderheit der GOD liegt zudem in der oxidativen Gelierung von Pentosanen, die sie bewirken kann. Dies führt zu merklich trockeneren Teigoberflächen mit entsprechend verbesserter Verarbeitbarkeit. Der begrenzende Faktor ist hierbei die Verfügbarkeit von Sauerstoff, da nach dem Anteigen die Hefe und andere Prozesse Sauerstoff verbrauchen. Infolgedessen sind eigentlich nur an der Teigoberfläche gute Bedingungen für GOD zu finden, da dort stets ausreichend Sauerstoff vorhanden ist. Abhilfe schaffen nur technische Maßnahmen im Bereich der Teigbereitung, z. B. Überdruck oder Sauerstoffzufuhr [9].

4.2 Lipolytische Enzyme

Obwohl die Menge der freien Lipide im Mehl mit kaum 1 % recht gering ist, haben sie doch eine große backtechnische Bedeutung, wie bereits gezeigt wurde [10]. Ihre Wirkung lässt sich jedoch noch verbessern, indem von den Lipidmolekülen wasserabstoßende Fettsäuren abgetrennt werden, wodurch die Lipide polarer und damit backaktiver werden. Für diese Wirkung werden Triacylglyzerin-, Phospho- und Galactolipasen verwendet, die bei der Stabilisierung von Teigen und der Verbesserung der Backvolumina inzwischen große Bedeutung erlangt haben und Emulgatoren teilweise ersetzen können.

Anfängliche Probleme aufgrund der Bildung von Fehlaromen durch die Freisetzung von sensorisch nachteiligen Fettsäuren wurden mittlerweile durch die Entwicklung sehr spezifischer Enzyme beseitigt, die diese Fettsäuren kaum noch freisetzen.

4.3 Sonstige Enzyme

Die Liste der auch für Backanwendungen vorgeschlagenen Enzyme ist lang. Doch nicht jedes davon ist relevant – am ehesten vielleicht noch Transglutaminase, mit deren Hilfe Teige stabilisiert werden können. Sie verknüpft Proteine.

Auch Asparaginase ist ein interessantes Enzym für Backanwendungen. Sie verringert die Bildung von Acrylamid durch den Abbau des Vorläufers Asparagin und findet vor allem bei Dauerbackwaren Anwendung.

5. Emulgatoren

5.1 Lecithin

Lecithin als Emulgator wird im Backbereich schon länger eingesetzt als jeder andere Emulgator. Zunächst war es hauptsächlich das Lecithin des Eigelbes, dessen Wirkung genutzt wurde, um beispielsweise erhöhte Mengen Fett gleichmäßig im Gebäck zu verteilen sowie eine feinere Krume und ein größeres Volumen zu erzielen. Heutzutage steht dagegen konzentriertes Lecithin aus Sojabohnen, Raps und Sonnenblumen zur Verfügung. In entölter oder auf Träger aufgetragener Form ist es auch für den Einsatz in der Mühle geeignet, jedoch inzwischen nicht mehr üblich.

Der offensichtlichste Vorteil der Anwendung von Lecithin ist die verbesserte Maschinengängigkeit.

Eine leichte Verlängerung der Krumenfrischhaltung durch Wechselwirkung mit der Stärke ist ebenso festzustellen wie eine positive Wirkung auf die Volumenausbeute. Letzterer Effekt ist jedoch geringer als jener der synthetischen Emulgatoren wie Diacetylweinsäureester (DAWE).

Die Dosierung von Lecithin in der Mehlbehandlung liegt im Bereich 300–1500 ppm (0,03 – 0,15 %) bezogen auf Mehl. Während bei diesen niedrigen Dosen vornehmlich die Teigverarbeitungseigenschaften verbessert werden, steigert eine deutlich höhere Dosierung die Teigstabilität und die Gärtoleranz.

5.2 Mono- und Diglyceride

Mono- und Diglyceride werden durch Abspalten von einer oder zwei Fettsäuren aus Speisefetten und -ölen hergestellt. Durch Auswahl der am Glycerinrumpf verbleibenden Fettsäuren lassen sich Emulgatoren mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften erzeugen.

Im Bereich der Mehlbehandlung werden vor allem Mono- und Diglyceride mit guter Frischhaltewirkung geschätzt.

Diese Eigenschaften haben am ehesten Emulgatoren mit geradzahligen, gesättigten Fettsäuren (z. B. Glycerinmonostearat), die gut mit Stärke in Wechselwirkung treten können und so das Altbackenwerden verlangsamen. Die Dosierung kann insbesondere bei fettreichen Gebäcken bis zu 1 % auf Mehl betragen.

5.3 Diacetylweinsäureester (DAWE)

Eine Gruppe sehr effektiver Emulgatoren hinsichtlich der Teigstabilität und der Volumenausbeute sind mit Mono- und Diacetylweinsäure veresterte Mono- und Diglyceride von Speisefetten. DAWE ist ein Hauptbestandteil der meisten Backmittel, insbesondere wenn es um die Herstellung voluminöser Gebäcke mit guter Krustenrösche geht. In Europa werden DAWE in der Mehlbehandlung eher selten eingesetzt. Die Dosierung erreicht bei ca. 300 – 400 g pro 100 kg Mehl (0,3 ­–­ 0,4 %) ihr Optimum.

5.4 Natrium- und Calciumstearoyllactylat (SSL und CSL)

Die Hinweise zu DAWE gelten auch hier, jedoch mit dem Unterschied, dass sich SSL und CSL besonders gut für Gebäcke mit weicher Kruste eignen und die Brotalterung stärker verlangsamen als DAWE.

6. Säuerungsmittel und Säureregulatoren

Beginnender Auswuchs des Getreides auf dem Halm aufgrund von feuchter Witterung vor der Ernte führt zu hoher korneigener Amylaseaktivität mit den bekannten Auswirkungen auf die Backeigenschaften. Mithilfe einer guten Säuerung können auch Mehle mit niedrigen Fallzahlen gute Backergebnisse liefern. Nun ist Säuerung in Europa zum einen nicht überall gewünscht, zum anderen stehen für die Gebäckproduktion und damit für die Säuerung immer weniger Zeit und Arbeitskräfte zur Verfügung, sodass hier andere Wege gefunden werden mussten.

Durch die Verwendung von Fruchtsäuren und deren Salzen sowie lebensmittelzugelassenen Carbonaten und Phosphaten lässt sich der pH-Wert des Teiges geringfügig verschieben, sodass der optimale Bereich für das Wirken der Getreideenzyme verlassen wird. Weiterhin haben diese Substanzen Einfluss auf das Quellverhalten der Mehlinhaltsstoffe, sodass die negativen Auswirkungen einer überhöhten Enzymaktivität aufgefangen werden. Am besten geeignet sind Präparate, die den pH-Wert auf dem veränderten Niveau stabilisieren können, also Puffersubstanzen (etwa Gemische aus Säuren und deren Salzen).

Die Dosierung liegt größtenteils bei etwa 500 bis maximal 2000 ppm (0,05 – 0,2 %) bezogen auf Mehl. Beim Einsatz anorganischer Phosphate und Carbonate muss darauf geachtet werden, dass die Mehltypengrenzen nicht überschritten werden, da diese Stoffe in die Asche eingehen. Bei Auswuchsgetreide sind unabhängig von der Behandlung allerdings ohnehin eine geringere Ausmahlung und damit ein geringerer Anteil an enzymreichen Kornrandschichten zu empfehlen. Die Mehle vertragen demnach auch einen Zusatz von aschehaltigen Behandlungsmitteln.

In Westeuropa kommen diese „Enzym­bremser“ kaum noch zum Einsatz. In anderen Teilen Europas helfen sie jedoch oft, Getreidepartien für die menschliche Ernährung zu sichern, die anderenfalls nicht oder nur schwer zu verarbeiten wären.

7. Bleichmittel

Bei vielen Weizenprodukten ist trotz des heutigen Wissens um die Bedeutung der Ballaststoffe, Mineralien und Vitamine aus den Kornrandschichten eine ausgeprägte Krumenhelligkeit gefordert. Dies gilt für ein breites Spektrum, von arabischem Brot über Baguette bis zum Toastbrot.

7.1 Enzymaktives Bohnen- bzw. Sojamehl

Um eine helle Krumenfarbe zu erzielen, darf heute ausschließlich enzym­aktives Mehl aus Soja- oder Fababohnen überall in der EU eingesetzt werden. Die verwendbaren Mengen werden jedoch stark limitiert durch das Nebenprodukt Urease, das zu einem bitteren Geschmack führt. Aus diesem Grund wird Sojamehl im Allgemeinen mit maximal 0,5 % und Fababohnenmehl mit maximal 2,0 % eingesetzt. Das klassische Einsatzgebiet ist sicherlich Baguette. Für Toast- und Fladenbrot werden etwa die gleichen Konzentrationen verwendet.

Durch (Triacylglyzerin-)Lipase lässt sich die Bleichwirkung von Leguminosenmehl verstärken.

Das Enzym setzt nämlich Fettsäuren frei, die dann für die Lipoxygenasen des Leguminosenmehles und auch des Getreidemehles selbst leichter zu oxidieren sind.

7.2 Weitere Mittel mit Bleichwirkung

Der Aufhellungseffekt, welcher bei Verwendung von Ascorbinsäure, Emulgatoren oder lipolytischen Enzymen zu verzeichnen ist, hat eine physikalische Ursache: Aufgrund einer feineren Porung verändert sich das Reflexionsverhalten der Krume (kleinere Poren werfen weniger tiefe Schatten). In der Folge wird eine hellere Farbe wahrgenommen.

8. Hydrokolloide

Guarkernmehl wird vielfach als Mehlbehandlungsmittel genannt. Nach den Beobachtungen des Autors ist es in Mühlen jedoch inzwischen gänzlich ungebräuchlich. In Backmitteln und Backmischungen wird es allerdings häufig eingesetzt.

Guarkernmehl wird aus den geschälten Bohnen einer in Indien und Pakistan angebauten Hülsenfrucht gewonnen. Es enthält ca. 80 % Guaran, ein Galactomannan mit einem Rückgrat aus β-1,4-verknüpften Mannoseeinheiten. An jeder zweiten Mannoseeinheit hängt ein Galactosemolekül. Durch die β-1,4-Verknüpfung ähnelt Guaran den Hemicellulosen.

Guarkernmehl bindet etwa das 25- bis 30-Fache seines Gewichtes an Wasser [11] und kann daher verwendet werden, um die Wasseraufnahmefähigkeit eines Mehles zu verbessern. Dadurch werden sowohl die Teigausbeute als auch die Frischhaltung erhöht. Ein weiterer positiver Effekt ist die Verringerung der Teigklebrigkeit, speziell auch bei Roggenteigen, und damit die Verbesserung der Verarbeitbarkeit.

Ernährungsphysiologisch ist Guaran ein unverdaulicher Ballaststoff. Hydrolysiertes Guaran wird daher auch zur Anreicherung von Lebensmitteln mit Ballaststoffen verwendet. Durch die enzymatische Hydrolyse wird die Wasserbindung verringert oder nahezu gänzlich beseitigt.

Die Dosierung von Guarkernmehl beträgt etwa 0,05–0,5 % auf Mehl. Die Obergrenze wird durch seinen bohnenartigen Geschmack bestimmt. Aufgrund seiner Funktion der Wasserbindung, die auch im Endprodukt erhalten bleibt, ist Guarkernmehl den Zusatzstoffen zuzurechnen und muss als solcher im Endprodukt deklariert werden.

9. Mehlanreicherung

Weltweit ist in über 80 Ländern die Anreicherung von Mehl mit Vitaminen und Mineralien gesetzlich vorgeschrieben [12]. Seit Großbritannien die EU verlassen hat, gibt es in der EU kein Land mehr, das eine Anreicherung vorschreibt.

In der Annahme, dass die europäische Bevölkerung von allen Nährstoffen ausreichende Mengen zu sich nimmt, um Defizite zu vermeiden, verweigern europäische Politiker ihre Zustimmung zur Anreicherung, obwohl es genügend Hinweise gibt, dass auch weite Teile der hiesigen Bevölkerung davon profitieren würden.

Umfangreiche epidemiologische Studien weisen nach, dass beispielsweise durch eine Anreicherung von Mehl mit Folsäure den Menschen viel Leid und den europäischen Volkwirtschaften viel Geld erspart werden könnte (z. B. [13; 14; 15]).

Zusammenfassung

Mehl- und Teigbehandlungsmittel verbessern die Verarbeitungseigenschaften von Mehlen und Teigen und führen zu einer verbesserten Gebäckqualität. Das am häufigsten eingesetzte Mehlbehandlungsmittel ist die Ascorbinsäure, gefolgt von enzymaktiven Malzmehlen aus gekeimter Gerste und Weizen mit backtechnisch wirksamen Aktivitäten an Stärke-abbauenden Enzymen, den Amylasen. Andere Enzyme wie Pilz-Amylasen, Hemicellulasen oder Proteasen werden auf fermentativen Weg aus Schimmelpilzen oder Bakterien gewonnen. Diese kommen überwiegend in Spezialmehlen für spezifische Anwendungen zum Einsatz. Dies gilt auch für Emulgatoren und enzymaktive Bohnen-/Sojamehle. Ascorbinsäure, Enzyme, Malzmehle und andere Teigbehandlungsmittel, insbesondere aus der Gruppe der Emulgatoren und Hydrokolloide werden auch in Backmitteln, Backmischungen und Vormischungen eingesetzt, um die Teigeigenschaften und Gebäckqualität positiv zu beeinflussen.

Literaturangaben

[1] Tsen, C. C., and I. Hlynka: Flour lipids and oxidation of sulfhydryl groups in dough. – Cereal Chem. 40 (1963) 2, p. 145–153
[2] Elkassabany, M., R. C. Hoseney, and P. A. Seib: Ascorbic acid as oxidant in wheat flour dough. I. Conversion to dehydroascorbic acid. – Cereal Chem. 57 (1980) 2, p. 85–87
[3] Grosch, W., and H. Wieser: Redox reaction in wheat dough as affected by ascorbic acid. – J. Cereal Sci. 29 (1999), p. 1–16
[4] Lu, X., and P. A. Seib: Assay of dehydroascorbic acid in bread and dough added as a crystalline dimer. – Cereal Chem. 75 (1998) 2, p. 200–206
[5] Köhler, P.: Zur Wirkung von Ascorbinsäure als Mehlverbesserungsmittel. – Brot Backwaren 9 (2003), S. 55–56
[6] Brümmer, J.-M., W. Seibel und H. Stephan: Backtechnische Wirkung von L-Cystein-Hydrochlorid und L-Cystin bei der Herstellung von Brot und Kleingebäck. – Getreide Mehl Brot 34 (1980) 7, S. 173–178
[7] Sandstedt, R. M., E. Kneen, and M. J. Blish: A standardized Wohlgemuth procedure for alpha-amylase activity. – Cereal Chem. 16 (1939), p. 712–723
[8] Hoseney, R. C., and J. M. Faubion: A mechanism for the oxidative gelation of wheat flour watersoluble pentosans. – Cereal Chem. 58 (1981) 5, p. 421–424
[9] Börsmann, J., F. Gross, M. von Bargen, A. Delgado und K. Lösche: Beeinflussung rheologisch relevanter Charakteristika von Weizenteigen durch Sauerstoffanreicherung zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit. – Cereal Technol. 67 (2013) 1, S. 16–28
[10] MacRitchie, F., and P. W. Gras: The role of flour lipids in baking. – Cereal Chem. 50 (1973) 3, p. 292–302
[11] Dogan, M., O. S. Toker, and M. Goksel: Rheological behaviour of instant hot chocolate beverage: Part 1. Optimization of the effect of different starches and gums. – Food Biophysics 6 (2011), p. 512–518
[12] FFI: Global progress of industrially milled cereal grain fortification. – Food Fortification Initiative (2020). – www.ffinetwork.org/global_progress/index.php
[13] Jentink, J., N. W. van de Vrie-Hoekstra, L. T. W. de Jong-van den Berg, and M. J. Postma: Economic evaluation of folic acid food fortification in the Netherlands. – Eur. J. Pub. Health 18 (2008) 3, p. 270–274
[14] Anon.: Study: Europe should consider mandatory folic acid fortification. – World Grain 33 (2015) 12, p. 35
[15] Gelski, J.: U.K. study urges mandatory folic acid fortification. – World Grain (2018). – www.world-grain.com/articles/9321-u-k-study-urges-mandatory-folic-acid-fortifi cation

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