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Abstract (German)

Ein geändertes Ernährungsverhalten führt zu neuen Trends in der Lebensmittelproduktion. Lebensmittelzutaten werden nicht nur wegen ihres Nährwertes und der technologischen Funktionen in Lebensmitteln eingesetzt, sondern auch aufgrund von ernährungs-physiologischen Eigenschaften. Lebensmittel mit gesundheitlichem Zusatznutzen werden unter dem Begriff „Functional Foods“ zusammengefasst. Functional Foods lassen sich in probiotische, prebiotische und synbiotische Lebensmittel einteilen. So finden Lactobacillen und Bifidobakterien besonders in probiotischen Molkereiprodukten ihren Einsatz. Die löslichen Ballaststoffe wie Oligofructose und Inulin finden in prebiotischen Lebensmitteln ihre Anwendung.

Ausgangspunkt der vorliegenden Arbeit ist der prebiotische Zusatz „Inulin“. Das aus Zichorien gewonnene Inulin ist ein Gemisch aus Fructooligosacchariden unterschiedlich langer Molekülketten. Seinen Einsatz als Prebiotikum verdankt Inulin insbesondere seiner Unverdaubarkeit im Dünndarm sowie ernährungsphysiologischen und krankheitsvor-beugenden Eigenschaften. Ein breites Anwendungsspektrum findet Inulin in Milchprodukten, Füllungen, Fruchtzubereitungen und Backwaren.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss von Inulin (Handelsname: Raftiline® GR und HP) auf die rheologischen Teigeigenschaften, das Backverhalten und die Stabilität von Inulin bei der Herstellung von Hefe- und Hefefeingebäck untersucht.

Die Trennung und der Nachweis der unterschiedlichen Fructooligosaccharide in Teigen und Backwaren erfolgte mittels High-Performance Anion-Exchange Chromatography (HPAEC-PAD). Die HPLC-Methode ermöglichte es, die einzelnen Fructooligosaccharide mit unterschiedlichem Molekulargewicht zu charakterisieren und mögliche Inulinverluste bei der Teigherstellung und dem sich anschließenden Backprozess nachzuweisen.

Bei in vitro Fermentationen konnte gezeigt werden, dass die Hefe Saccharomyces cerevisiae in der Lage ist, niedermolekulare Inulineinheiten bis zu einer Kettenlänge von 14 Monosaccharidbausteinen (GF14) zu metabolisieren. Die Verluste an niedermolekularen Fructooligosacchariden sind auch in den verzehrsfertigen Backwaren nachweisbar. Hochmolekulare Fructooligosaccharide (GF > 14) werden von Hefen nicht mehr abgebaut. Im Gegensatz dazu stehen die in vitro Fermentationen mit Lactobacillen der Stämme Lactobacillus sanfranciscensis und Lactobacillus acidophilus. Verluste von nieder- und höhermolekularen Fructooligosacchariden sind hierbei nicht feststellbar.

Die gewonnenen Erkenntnisse zum Inulinabbau aus den in vitro Fermentationen sind auf reale Teigsysteme übertragbar. Untersuchungen zeigten, dass in der Teigruhe- und Gärphase, entsprechend den in vitro Fermentationen, Verluste an kurzkettigen Fructooligosacchariden auftreten. Der anschließende Backprozess der rohen Teigware hatte keinen weiteren Einfluss auf die Inulinverteilung. Das zugesetzte Inulin ist gegenüber den Temperaturen des Backprozesses beständig, so dass durch diesen Schritt im Herstellungsprozess von Hefe- und Hefefeinteigen keine weiteren Verluste auftreten. Eine Abnahme der kurzkettigen Fructooligosaccharide ist ausschließlich auf den Einfluss der Hefe S. cerevisiae zurückzuführen. In nicht-hefegelockerten „Feinen Backwaren“ wird demzufolge kein Abbau der Inuline gefunden.

Bei Teigen mit erhöhten Saccharosekonzentrationen konnten die Verluste an niedermolekularen Inulinen reduziert werden.

Durch Verwendung von zwei unterschiedlichen Inulintypen (Raftiline® GR und auch HP) konnte gezeigt werden, dass sich das hauptsächlich aus höhermolekularen Fructooligosacchariden bestehende Raftiline® HP besser für den Einsatz in hefegelockerten Backwaren eignet.

Neben der Stabilität von Inulinen im Verlauf der Teigbereitung wurde sein Einfluss auf die rheologischen Teigeigenschaften untersucht.

Unter Verwendung des Glutenaggregations-Testes konnte gezeigt werden, dass Inulin die Kleberbildung in Weizenteigen verzögert und eine verlängerte Teigbildungsphase verursacht. Rheologische Analysen mittels Extensograph, Farinograph und Kriech-Erholungsmessungen ergaben, dass eine reduzierte Wasserzugabe von inulinhaltigen Teigen im Standardbackversuch zu einem „Nachsteifen“ und zu einer deutlich verlängerten Knetdauer führte. Der Einsatz von Inulin in Weizenteigen bedingt einen veränderten Herstellungsprozess. Die Untersuchungen ergaben, dass inulinhaltige Teige mit der gleichen Wassermenge wie Standardteige hergestellt werden können. Die Knetdauer muss jedoch auf den entsprechenden Inulintyp und die zugesetzte Konzentration abgestimmt sein. So müssen Teige mit Raftiline® HP (Teiganteil: 2 Teile) 50 s und Teige mit Raftiline® GR (Teiganteil: 2 Teile) 100s länger geknetet werden als Teige ohne Inulinzusatz.

Die Berücksichtigung dieser geänderten Herstellungsbedingungen führt zu qualitativ hochwertigen und sensorisch einwandfreien Backergebnissen von Teigen mit dem prebiotischen Zusatz Inulin. Darüber hinaus zeigten Lagerversuche, dass ernährungsphysiologisch wertvolle Backwaren keine Beeinträchtigung der geschmacklichen wie optischen Eigenschaften zur Folge haben.

Abstract (English)

A change in nutrition leads to new trends in food production and technology. Food additives are used not only for nutritional and technological reasons furthermore they are used due to their nutrional value. Food with health benefits are summarized under the term „Functional Foods“. Functional Foods can be divided into probiotic, prebiotic and synbiotic food. Lactobacteria and bifidobacteria particulary find their application in probiotic dairy products. Soluble dietary fiber ,such as oligofructose and inulin, are applied in prebiotic foods.

Starting point of the present work is the prebiotic ingredient inulin. Inulin is produced from chichory-roots. It‘s a mixture of fructooligosaccharides with molecular-chains of different lengths. Inulin is used as prebiotic ingredient due to its undigestible, nutrional properties and health benefits. Inulin finds a broad application in milk products, fillings, fruit preparing and baking goods.

In the context of this work the influence of inulin (trade name: Raftiline® GR and HP) on the rheologic dough characteristics and the baking behaviours were examined. Furthermore the stability of Inulin during the production of yeasted and sweet yeasted doughs were investigated.

The separation and detection of the different fructooligosaccharides in doughs and baking goods is carried out by means of high performance anion exchange chromatography (HPAEC- PAD). The HPLC method makes it possible to characterize the individual fructooligosaccharides with different molecular weights. Losses of Inulin in the dough production and the baking process were also examined by this method.

In vitro fermentations showed that yeast (Saccharomyces cerevisiae) is able to metabolise low-molecular inulin up to a chainlength of 14 monosaccharid-molecules. The loss of low-molecular fructooligosaccharides is also detectable in ready to eat baked goods. High-molecular fructooligosaccharides (GF > 14) are not degraded by yeast. In contrast to yeast fermentations the in vitro fermentations with Lactobacillus sanfranciscensis and Lactobacillus acidophilus showed different results. Losses of low- and high- molecular fructooligosaccharides have not been found.

The results from the in vitro fermentations related to the degradation of inulin are transferable to doughs. According to in vitro fermentations the investigations showed that losses of low-molecular fructooligosaccharides arise in the dough recovery phase and in the fermentation time. The subsequent baking process of the raw dough didn‘t have any further influence on the inulin-concentration. The added inulin is invariable against the temperatures of the baking process. In this step of the production process of yeasted and sweet yeasted doughs no further losses of inulin occured. Only the decrease of low-molecular fructooligosaccharides is attributed to the influence of yeast . Any decrease of inulin in baked goods without added yeast have not been found. A higher sucrose-concentration in doughs reduced the losses of low-molecular inulines. The use of two different types of inulin (Raftiline® GR and also HP) showed, that the higher-molecular fructooligosaccharides are a more benefial ingredient for baking goods with added yeast.

The influence of inulin on the rheological dough characteristics was examined beside the stability of inulin in the dough producing process.

The gluten-aggregation test (GAT) showed, that inulin delayed the gluten formation in wheat doughs and caused a longer dough formation phase. Rheological analyses by means of extensograph, farinograph and creep recovery measurements with inulin doughs in standard baking trials showed that a reduced water content leads to stiffening of the dough and to an extention of the mixing time. The use of inulin in wheat doughs makes a change in the production process necessary. The investigations showed that inulin doughs can be manufactured with the same quantity of water as standard doughs. The mixing time must be adapted to the applied kind of inulin and its concentration. The mixing time for doughs with added Raftiline® HP (2 parts) was 50 s longer and for dough with added Raftiline® GR (2 parts) was 100s longer as the standard mixing time for doughs without inulin.

High quality and sensory perfect baking goods with the prebiotic ingredient inulin can be produced with modified manufacture conditions. Storing of baking goods with inulin showed no impairement in quality and sensory characteristics.

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