Stärkeschädigung und Glutenqualität in Hartweizengrieß

Warum diese Parameter für Teigwaren wichtig sind

Hartweizengrieß ist der Rohstoff herkömmlicher Trockenteigwaren, und Grieß mit hohem Protein- und zugleich hohem Klebergehalt gilt als idealer Rohstoff dafür [1]. Die Codex-Norm für Hartweizengrieß und Hartweizenmehl definiert die Erzeugnisse und legt eine maximale Feuchte von 14,5 % m/m fest, überlässt die technologischen Qualitätsfaktoren — Kleber, Stärkebeschädigung, Partikelgröße — jedoch der Vereinbarung zwischen Müller und Teigwarenhersteller [2]. Für Mühlen der Lebensmittel- und Futtermittelindustrie, die Teigwarenwerke beliefern, sind es diese Faktoren, um die herum die Spezifikation geschrieben wird.

Klebermenge und Kleberstärke

Der Kleber bildet das Proteinnetzwerk, das die Teigware bei Extrusion, Trocknung und Kochen zusammenhält. Cubadda et al. rekonstituierten Grieße aus zwei Sorten mit guter und schlechter Kleberqualität bei identischem Proteingehalt und stellten fest, dass die optimale Kochzeit von der Kleberqualität bestimmt wird; eine Erhöhung des Klebergehalts und eine Hochtemperaturtrocknung verbesserten die Kochqualität in der Serie mit schwachem Kleber, hatten in der Serie mit starkem Kleber aber keine signifikante Wirkung [3]. Menge und Stärke sind daher getrennte Eigenschaften, und beide werden spezifiziert.

Beide werden in einem einzigen Verfahren gemessen. ISO 21415-2 legt die Bestimmung des Feuchtklebergehalts und des Gluten-Index auf mechanischem Weg für Mehle aus Weich- und Hartweizen fest und ist auch auf gemahlenes Korn anwendbar, wenn die Partikelgrößenverteilung den Anforderungen der Norm entspricht; sie ist mit der AACC-Methode 38-12,02 verwandt [4][5]. Im Gerät wird ein Teig ausgewaschen, um den Feuchtkleber zu isolieren, der gewogen und anschließend durch ein Sieb zentrifugiert wird: Der Feuchtklebergehalt beschreibt, wie viel Kleber die Probe liefert, und der Gluten-Index beschreibt anhand des auf dem Sieb verbleibenden Anteils, wie stark er ist [4][5]. Bei Winterhartweizen fanden Vida et al., dass der Gluten-Index wenig von der Umwelt abhängt und am stärksten vom Genotyp bestimmt wird, was ihn vor allem zu einer Eigenschaft der Sorte und der Weizenmischung macht [6].

Stärkebeschädigung: was sie bewirkt und wie sie gemessen wird

Die Walzenvermahlung beschädigt einen Teil der Stärkekörner mechanisch, und beschädigte Körner nehmen mehr Wasser auf. Dexter et al. vermahlten kanadische Hartweizenmischungen auf drei Stufen der Stärkebeschädigung und fanden, dass die Stärkebeschädigung der vorherrschende Einflussfaktor auf Wasseraufnahme, Teigentwicklungszeit und Stabilität im Farinographen war [7]. Bei der Teigwarenherstellung wirkt sie sich auf die Hydratation aus: Bresciani et al. nennen beschädigte Stärke zusammen mit Protein, Asche, Ballaststoffen und Partikelgröße unter den Grießeigenschaften, die die Hydratation bestimmen, halten fest, dass Grieß mit wenig Asche und beschädigter Stärke ein bernsteingelbes Trockenprodukt mit weniger braunen Stippen und geringerer Hitzeschädigung ergibt, und beschreiben den Zielkonflikt des Müllers — gröberer Grieß senkt die Stärkebeschädigung, während Teigwarenhersteller bei Partikeln zwischen 250 und 450 µm eine gleichmäßige Hydratation und bei gröberem Material weiße Flecken beobachten [1].

Es gibt zwei Familien von Referenzmethoden. Die AACC-Methode 76-31,01 ist ein spektrophotometrisches Verfahren auf Basis des enzymatischen Abbaus der beschädigten Stärke [8]. Amperometrische Verfahren sind schneller: Die AACC-Methode 76-33,01 legt die amperometrische Bestimmung mit dem Gerät SDmatic fest [9], und ISO 17715 legt ein amperometrisches Verfahren für Mehl aus Weichweizen (Triticum aestivum) fest [10]. Der Anwendungsbereich von ISO 17715 nennt Hartweizengrieß nicht; eine Mühle, die ein amperometrisches Verfahren auf Grieß anwendet, sollte daher die Korrelation mit der enzymatischen Methode an ihren eigenen Produkten dokumentieren. Die Methoden geben ihre Ergebnisse in unterschiedlichen Einheiten an, und die Ergebnisse sind ohne eine an denselben Proben ermittelte Umrechnung nicht austauschbar.

Was NIR vorhersagen kann und was nicht

NIR-Kalibrierungen für die Stärkebeschädigung wurden veröffentlicht. Osborne und Douglas kalibrierten die NIR-Reflexion an 148 britischen Handelsmehlproben und erhielten einen Korrelationskoeffizienten von 0,906 und eine Reststandardabweichung von 3,5 Farrand-Einheiten über einen Bereich von 6–47 Farrand-Einheiten, die an 68 weiteren Proben auf 4,2 Farrand-Einheiten anstieg; die ausgewählten Wellenlängen entsprachen freien und wasserstoffverbrückten O–H-Schwingungen der Stärke [11]. Das ist eine Kalibrierung für Brotweizenmehl mit einem Fehler, der einen beträchtlichen Teil des Bereichs ausmacht, und sie belegt keine Genauigkeit für Hartweizengrieß, dessen gröbere Partikelgröße die diffuse Reflexion verändert.

Für Hartweizen selbst entwickelten Sissons et al. NIR-Kalibrierungen in einem Züchtungsprogramm und validierten sie an großen unabhängigen Datensätzen: Protein und Feuchte wurden mit hoher Genauigkeit vorhergesagt, Hektolitergewicht, Grießausbeute, Grießfarbe und Härte in brauchbarer Weise, Teigeigenschaften ließen sich aus Ganzkornspektren jedoch nicht ausreichend vorhersagen [12]. Protein, das NIR gut misst, ist nicht dasselbe wie Kleberstärke, die in dieser Studie schlecht gemessen wurde. ISO 12099 legt fest, wie jede solche Kalibrierung für Getreide und Getreidemahlerzeugnisse gegen die Referenzmethode zu validieren ist [13].

Wo eine At-line-Messung ihren Platz hat

• NIR für die Zusammensetzung nutzen. Feuchte und Protein von Grieß sind die Parameter mit der stärksten veröffentlichten NIR-Datenlage [12]; Kalibrierungen werden produktspezifisch gegen die Referenzmethoden validiert, wie ISO 12099 es beschreibt [13].
• Stärkebeschädigung mit einem Verfahren vom Referenztyp messen. Angesichts der begrenzten veröffentlichten NIR-Genauigkeit [11] wird eine Stärkebeschädigung, nach der die Walzeneinstellungen gesteuert werden, mit einem enzymatischen oder amperometrischen Verfahren bestimmt [8][9][10], wobei die Korrelation zwischen beiden an Grieß dokumentiert wird.
• Kleberprüfung dem Kleber vorbehalten. Feuchtkleber und Gluten-Index stammen aus ISO 21415-2 oder AACC 38-12,02 [4][5]; da der Gluten-Index weitgehend eine Sorteneigenschaft ist [6], wird er hauptsächlich bei Weizenannahme und Mischung gesteuert.

Wie USTECH vorgeht

Für die Stärkebeschädigung bietet USTECH den StarchQC an, einen amperometrischen Labortischanalysator (kein NIR-Gerät) der Art, die die oben genannten amperometrischen Verfahren abdecken [9][10]. Für Feuchte und Protein wird der At-line-NIR-Analysator MasterLine17EC bei Getreide und Mahlerzeugnissen eingesetzt, und die Software-Suite caliX stellt die PLS-Kalibrier- und Validierungswerkzeuge bereit, die ISO 12099 beschreibt [13]. Welche Parameter die Genauigkeit erreichen, die eine Grießspezifikation verlangt, wird in einer Machbarkeitsstudie mit den eigenen Proben und Referenzanalysen der Mühle ermittelt und nicht aus veröffentlichten Werten abgeleitet.