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Doctoral Thesis
2021
Backmittel mit fermentativ angereicherten Hydrokolloiden
Backmittel mit fermentativ angereicherten Hydrokolloiden
Abstract (English)
Lactic acid bacteria (LAB) are involved in fermentation of sourdoughs and able to produce exopolysaccharides (EPS). Screening of 190 LAB of different species and genera showed that 82% are able to produce EPS. Whereby, 28% a strong or very strong production exhibited. It becomes evident that strains of species L. reuteri, L. sanfranciscensis, L. frumenti and L. pontis, could be identified as effective EPS producer. The molecular weight of the synthetized EPS was larger than 5*106 Dalton. Glucan was formed almost of L. reuteri strains. To identify the effect of commercial hydrocolloids on bread staling, baking trials were performed. The parameter crumb hardness using Texture-Profile-Analysis and retrogradation of starch using Differential Scanning Calorimetry were chosen. Staling of wheat breads was dependent on the flour quality. Breads produced using weak flours and straight dough method showed faster staling. Addition of isolated EPS produced by L. sanfranciscensis LTH 1729 (Glu/Fru ratio: 1:6) and LTH 2590 (Glu/Fru ratio: 1:45) was more effective in retarding the rate of staling compared to hydrocolloids guar gum and xanthan. Baking trials with chemical acidified sponges showed that swelling and endogenous enzyme activities exerts no positive effect on the rate of staling. In contrast to sponges with fermentative enriched EPS, which exhibits a delayed rate of staling. This effect could be verified in mixed wheat breads (rye : wheat, 50:50). Frozen storage of doughs revealed no influence on the rate of staling. Production of an EPS enriched dried sourdough (baking improver) using optimized fermentation conditions was performed using L. sanfranciscensis LTH 1729. 3% dosage of the baking improver showed similar staling rate compared to control, however with 2% higher water absorption. Thus, addition of hydrocolloids and EPS, respectively, leads to an increase in dough yield of 1 1.5%. The width-height ratio was comparable in all doughs, except the xanthan supplemented. After adjusting the doughs to 500 FE, all doughs showed similar results in measurements with Bohlin-Rheometer. Doughs with added hydrocolloids as well as EPS were less sticky. Fermented sponge doughs with enriched EPS showed higher stickiness compared to not enriched. This could be traced back to residual not metabolized amounts of sucrose. EPS addition affects extensibility of doughs less compared to gum guar and xanthan. Negative influence on dough structure using acidic sponges was compensated with EPS enriched ones. Addition of guar gum and xanthan effect in a viscosity increase during gelatinization. Whereas, EPS and EPS containing sponges showed no effect on viscosity.
Frozen storage of 10 days reveals lower dough stability and gas retention. Doughs were less elastic and stickier. Dough resistance decreased and elasticity increased. By addition of EPS these effects could be compensated. The gas retention capability of EPS supplemented frozen doughs was identical not frozen ones. Addition of 3% baking improver produced by spray dried EPS enriched sourdough to doughs increased the water absorption by 2%, whereas almost no change on dough rheological parameters resulted. Dough stability and gas retention was considerably improved. Dough stickiness and resistance decreased. No effect in viscosity during gelatinization. Summarized, the results of the present work show the optimization and manufacturing of a “clean label” baking improver, produced thru EPS enriched fermentation of sourdoughs. As well as the application of the improver and the impact of on dough processing and fresh keeping of frozen dough and baked goods.
Abstract (German)
Bei der Fermentation von Sauerteigen sind Milchsäurebakterien (MSB) beteiligt und in der Lage Exopolysaccharide (EPS) zu bilden. Das Screening von 190 MSB unterschiedlicher Spezies und Gattungen ergab, dass 82% der Stämme EPS bildeten. Dabei war bei 28% eine starke oder sehr starke EPS-Bildung vorhanden. Als gute EPS-Produzenten erwiesen sich Stämme der Spezies L. reuteri, L. sanfranciscensis, L. frumenti und L. pontis. Das Molekulargewicht der synthetisierten EPS war größer 5*106 Dalton. Glukan wurde fast ausschließlich von L. reuteri-Stämmen gebildet. Um den Einfluss von fermentativ gebildetem EPS im Vergleich zu kommerziellen Hydrokolloiden auf das Altbackenwerden von Backwaren zu untersuchen, wurden Weizenbrote gebacken und die Parameter Krumenfestigkeit (Textur-Profil-Analyse) und Retrogradation der Stärke ("Differential Scanning Calorimetry“) zur Erfassung des Altbackenwerdens ausgewählt. Das Altbackenwerden war grundsätzlich von der Mehlqualität abhängig, wobei bei direkter Teigführung mit schwachen Mehlen ein schnelleres Altbackenwerden stattgefunden hat. Der Zusatz von isoliertem EPS aus L. sanfranciscensis LTH 1729 (Glu/Fru Verhältnis: 1:6) und LTH 2590 (Glu/Fru Verhältnis: 1:45) war wirkungsvoller hinsichtlich der Verzögerung des Altbackenwerdens als der Zusatz der vergleichsweise eingesetzten Hydrokolloide Guarkernmehl und Xanthan. Backversuche mit chemisch gesäuerten Vorteigen zeigten, dass Quellungsvorgänge und endogene Enzymaktivitäten keinen positiven Einfluss auf das Altbackenwerden von Weizenbroten haben. Währenddessen war bei Broten mit fermentativ angereichertem EPS im Vorteig eine etwas langsamere Brotalterung zu verzeichnen. Dieser Effekt konnte auch in Mischbroten (Roggen : Weizen, 50:50) nachgewiesen werden. Eine Tiefkühllagerung der Teige hatte keinen Einfluss auf das Altbackenwerden der Brote. Letztlich wurde mit dem Stamm LTH 1729 unter optimierten Fermentationsbedingungen ein getrocknetes Sauerteigpräparat (Backmittel) mit EPS hergestellt. Die Zugabe von 3% dieses Backmittels bewirkte ein ebenso schnelles Altbackenwerden wie die bei der Kontrolle, jedoch bei um 2% erhöhter Wasserabsorption. Dementsprechend bewirkte der Zusatz von Hydrokolloiden bzw. EPS eine Erhöhung der Wasseraufnahme (Farinograph) um 1-1,5%. Das Breite-Höhe-Verhältnis war bei allen Teigen vergleichbar bis auf dem mittels Xanthan hergestellten Teig. Bei den Messungen mit dem Bohlin-Rheometer verhielten sich alle Teige ähnlich, nachdem diese auf 500 FE eingestellt wurden. Generell waren Teige mit Hydrokolloiden und EPS weniger klebrig. Vorteige mit angereichertem EPS waren klebriger als Teige ohne EPS. Dies ist auf den Restgehalte an Saccharose, welche für die EPS-Bildung zugesetzt wurde, zurückzuführen. Im Extensogramm beeinflusste zugesetztes EPS das Dehnverhalten der Teige weniger als Guarkernmehl und Xanthan. Bei Verwendung von Vorteigen mit angereichertem EPS wurde der negative Einfluss der Vorteigführung auf die Teigstruktur kompensiert. Im Rapid-Visco-Analyzer bewirkten der Einsatz von Guarkernmehl und Xanthan eine Viskositätserhöhung bei dem Teigen, EPS und EPS-haltige Vorteige hatten hingegen keinen Effekt auf die Viskosität. Nach 10-tägiger Tiefkühlung war bei den Teigen generell eine schlechtere Teigstabilität und Gashaltung gegeben. Die Teige waren weicher und weniger elastisch (Bohlin-Rheometer), die Klebrigkeit nahm generell zu, der Dehnwiderstand ab und die Dehnbarkeit zu. Beim Zusatz von EPS wurden diese Tendenzen kompensiert und das Gesamtgasvolumen (Rheofermentometer) war zudem nahezu vergleichbar wie bei nicht gefrorenen Teigen. Bei Zugabe von 3% Backmittel mit EPS stieg die Wasseraufnahme bei mittlerer Mehlqualität um 2% an, während sich im Bohlin-Rheometer jedoch kaum Änderungen der Teigrheologie ergaben. Die Teigstabilität und das Gashaltevermögen wurden deutlich verbessert. Ebenso wurde die Teigklebrigkeit verringert und der Dehnwiderstand war geringer als beim Kontrollteig. Im RVA verursachte der Einsatz des Backmittels keine Viskositätsunterschiede. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit die Herstellung und Anwendung eines durch optimierte Fermentation hergestellten EPS reichen „clean label“ Backmittels zur Verbesserung der Verarbeitungseigenschaften und Frischhaltung von Backwaren.
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Faculty
Faculty of Natural Sciences
Institute
Institute of Food Science and Biotechnology
Examination date
2021-04-27
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Language
German
Publisher
Publisher place
Classification (DDC)
570 Biology
Original object
Free keywords
Standardized keywords (GND)
Sustainable Development Goals
BibTeX
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url = {https://hohpublica.uni-hohenheim.de/handle/123456789/6662},
author = {Seitter, Michael Friedrich Hermann},
title = {Backmittel mit fermentativ angereicherten Hydrokolloiden},
year = {2021},
school = {Universität Hohenheim},
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