Instrumentierung zur Behebung der Produktionsprobleme von proteinreichen Produkten

Kürzlich veröffentlicht von Food Industry Executive hier.

Verfasst von Arnaud Dubat, Produkt- und Anwendungsdirektor für CHOPIN-Technologien, eine Produktmarke von KPM Analytics.

Protein ist immer noch ein beliebter Nährstoff der Wahl für Verbraucher. Der Wunsch, gesündere Essgewohnheiten zu verfolgen, hat Küchenmaschinen dazu veranlasst, zusätzliche und einzigartige Proteine in eine Vielzahl von Kategorien aufzunehmen, darunter Snacks und Backwaren. Die Zunahme unkonventioneller Proteinzutaten und Mehle, zu denen Hülsenfrüchte, Hanf und sogar Insektenpulver gehören können, stellt gewerbliche Bäckereien und Snackhersteller sowohl vor Chancen als auch Herausforderungen. Die richtige Instrumentierung kann helfen, diese drängenden Fragen zu beantworten:

• Wie integriere ich zusätzliche/neue Proteine in die Rezeptur und behalte gleichzeitig die gewünschten Produkteigenschaften wie Textur, Volumen und Gesamtkonsistenz bei?
• Wie werden sich diese neuen Proteinsorten auf die Verarbeitung auswirken?

Verbraucher halten Protein für einen wünschenswerten Makronährstoff

Verbrauchertrends und Essgewohnheiten treiben die Entwicklung und Einführung von mit Proteinen angereicherten Lebensmitteln wie Backwaren und Snacks voran. Laut dem Umfrage 2022 des Internationalen Lebensmittel- und Informationsrates (IFIC) zu Lebensmitteln und Gesundheit, Protein ist der wichtigste Nährstoff, der von Verbrauchern jeden Alters nachgefragt wird. 59% der Erwachsenen in den USA versuchen bewusst, mehr Protein in ihre Ernährung aufzunehmen.

Aber nicht jede Art von Protein reicht aus. Verbraucher achten aus einer Vielzahl von Gründen zunehmend auf pflanzliche Proteine, unter anderem aus Gründen der Nachhaltigkeit und eines für Sie besseren Produktprofils. Als nur ein Beispiel für das Ergebnis dieses Trends sind die Verkäufe von Erbsenprotein rasant angestiegen, und prognostizierte globale CAGR von 23,6% von 2018 bis 2025.

Neben ihren Vorteilen stellen neuartige Proteininhaltsstoffe Lebensmittelhersteller jedoch auch vor Herausforderungen, wenn sie versuchen, sie in die Produktentwicklung einzubeziehen, insbesondere für Backwaren.

Der Proteineinbau stellt uns vor Herausforderungen

Das Hauptziel eines jeden Bäckers bei der Herstellung eines mit Proteinen angereicherten Produkts ist es, dem Aussehen, dem Geschmack und der Textur des Originals so nahe wie möglich zu kommen. Eine der vielen Herausforderungen, die mit der Proteinanreicherung zu tun haben, ist die Flüssigkeitszufuhr. Die Menge oder der prozentuale Anteil an Protein in einem Pulver oder Mehl wirkt sich auf die Wasseraufnahme aus.

Pflanzenproteine zum Backen können einfache Mehle, Konzentrate oder Isolate umfassen, wobei der Proteingehalt bei Mehlen zwischen 10 und 30% auf trockener Basis und bei Isolaten bis zu 85% liegt.

Je höher die Proteinkonzentration ist, desto größer ist die Wasseraufnahme. Wenn das Mehl je nach Anwendung nicht genügend Flüssigkeit oder Wasser aufnimmt, kann dies zu einer trockenen, bröckeligen Textur im Endprodukt führen. Wird andererseits zum Ausgleich zu viel Wasser hinzugefügt, kann der Teig klebrig werden, was zu Problemen bei der Bearbeitbarkeit führt.

Proteine wirken sich auch auf Dehnbarkeit und Teigelastizität sowie auf Volumen, Struktur und Schmackhaftigkeit des Endprodukts aus. Je nach Quelle können alternative Proteine sowohl geschmackliche als auch strukturelle Herausforderungen mit sich bringen. Unter dem Strich gilt, dass je mehr Protein jeglicher Art einer Rezeptur hinzugefügt wird, desto stärker kann dies die Verarbeitung und die Eigenschaften des Endprodukts beeinflussen. Das Ziel ist es, ein ausgewogenes Verhältnis zu finden.

Formulierer setzen auf Mischungen oder Hybridmischungen

Was wir derzeit auf dem Markt sehen, sind viele Mischungen und Mischungen, die Molke und Hülsenfrüchte enthalten. Hanfmehl ist im Trend, und natürlich experimentieren verschiedene Unternehmen mit Insektenpulver.

Bei der Herstellung einer Mischung oder Mischung können geeignete Analysen dem Bäcker helfen, die richtigen Mengen für die Substitution von Weizenmehl durch eine Alternative zu bestimmen. Eine Studie in Angewandte Wissenschaften verglich Brot, das Erbsenproteinkonzentrat und Sojaproteinkonzentrat enthielt, mit einem Standardkontrollbrot, das ausschließlich aus Weizenmehl hergestellt wurde. In der Studie wurde Weizenmehl durch 5%, 10% und 15% ersetzt, wobei festgestellt wurde, dass bei einer Beimischung von mindestens 10% des alternativen Mehls die Angabe „hoher Proteingehalt“ im Fertigerzeugnis möglich war.

Je höher der Gehalt an Proteinkonzentraten ist, desto stärker ist die Intensität der Krümelfarbe und der Kruste. Darüber hinaus wurde ein starker Kontrast zwischen Brotvolumen, Porosität und Elastizität der Proteinkonzentratbrote im Vergleich zur Kontrollbrote beobachtet.

Insgesamt kam die Studie zu dem Schluss, dass Bäcker, die eine nährwertbezogene Angabe anstreben, es möglicherweise einfacher finden, Weizen durch alternative Mehle mit hohem Proteingehalt zu ersetzen. Im Vergleich zu alternativen Mehlen mit niedrigem Proteingehalt können Mehle mit einem höheren Proteingehalt als niedrigerer Prozentsatz in die Gesamtformel aufgenommen werden. Dies kann dazu beitragen, den Glutenverlust in Bezug auf die Rheologie des Teigs und die Textur, das Aussehen und die Akzeptanz des Endprodukts zu verringern.

Protein ist mit dem Glutengehalt verbunden

Gluten ist die Trennlinie zwischen dem, was als funktionelles Mehl gilt, und solchen, die nicht funktionsfähig sind. Aus diesem Grund trägt es dazu bei, dass Weizen als das vielseitigste Mehl zum Backen gilt.

Der Proteingehalt in Weizenmehl korreliert mit dem Glutengehalt. Hartweizen enthält einen höheren Protein- und Glutengehalt als Weichweizen. In der Regel sind Backwaren wie Brot, Bagels und sogar Brezeln für ihre Struktur auf Gluten und einen höheren Proteingehalt (12-14%) angewiesen als Gebäck aus Gebäckmehl (8-9% Protein) und Keksen oder Kuchen (5-8% Protein).

Gluten macht einen Teig zu einem Teig. Er ist dehnbar und speichert Gas, um unter anderem eine richtige Form und Textur zu bilden.

Bei der Kombination alternativer Proteinmehle mit Weizenmehl muss der Proteingehalt und damit der Glutengehalt des ausgewählten Weizenmehls für die richtige Teigentwicklung berücksichtigt werden.

Protein ist nur ein Teil der Gesamtgleichung

Die Eigenschaften von Gluten verdeutlichen die Tatsache, dass eine anfängliche Mehlanalyse nur einen Bruchteil der Informationen liefert, die eine vollständige Analyse liefern könnte, um den Backprozess zu steuern.

Dough ist ein komplexes System mit mehreren interagierenden Komponenten. Das Erhitzen eines Proteins verändert seine Struktur und Wechselwirkung mit anderen Inhaltsstoffen. Das allgemeine Verhalten des Teigs und sein Endergebnis hängen von den Interaktionen zwischen den Mehlen, Stärken und anderen in der Rezeptur enthaltenen Zutaten sowie von den Mischzeiten, der Ruhezeit sowie der Zeit und den Temperaturen ab. Ein objektives Analysetool kann das Verhalten und die rheologischen Eigenschaften von Teig quantifizieren.

Hilfreiche Informationen für den Bäcker, die sich aus analytischen Tests ergeben, sollten Fragen beantworten wie:

• Wie verhält sich dieses Material in einem Teig?
• Was passiert beim Gären und Backen?
• Wie viel Wasser sollte für die richtige Teigkonsistenz hinzugefügt werden?
• Wirken sich dieser Inhaltsstoff und die entsprechenden Anpassungen der Rezeptur auf die Mischzeit aus?
• Wenn ein anderes Protein in einer Mischung mit Weizenmehl gemischt wird, welchen Proteingehalt sollte das Weizenmehl enthalten?

Beispielsweise beantwortete eine Runde analytischer Tests an zwei Sorten von Cricket-Proteinpulver, gemischt mit Weizenmehl, viele dieser Fragen. Bei den Tests wurden die optimalen Mengen an Cricketmehl für die Einarbeitung ermittelt und der Einfluss dieser Proteinpulver auf den gesamten Produktionsprozess gemessen, von der Teigbildung bis hin zum fertigen Laib.

Tests haben ergeben, dass es möglich ist, herkömmliches Weizenmehl durch maximal 5% Cricket-Proteinpulver zu ersetzen. Das Hinzufügen größerer Mengen wirkte sich stark auf die Erweiterbarkeit aus. Die schlechte Teigexpansion und Gasretention führten zu einem geringeren Laibvolumen und verringerten die Anzahl der Luftzellen. Dies führte auch zu einem schnelleren Verbacken.

Es gibt viele Arten von Insektenpulver auf dem Markt, und jedes könnte sich anders verhalten, was eine unabhängige Analyse jedes Typs erfordert.

Analysetools zeichnen ein klareres Bild der Teigqualität

Ein Teigcharakterisierer bietet eine universell und umfassend Analyse des Teigverhaltens beim Mischen, während des Heiz- und Kühlzyklus und bei unterschiedlichen Mischgeschwindigkeiten.

Universell bedeutet, dass der Teigcharakterisierer das Verhalten eines breiten Spektrums von Mehlsorten analysieren kann, wie Weißmehl, Vollkorn, Reis, Mais, Sorghum, Soja, Flachs, Amaranth, Kartoffel, Buchweizen, Quinoa, Hirse, Teff und mehr.

Es ist umfassend weil es sechs Teigqualitätskriterien während des gesamten Teigproduktionszyklus bewertet:

• Wasseraufnahme
• Auswirkungen des Mischens (Entwicklung und Stabilität)
• Glutenbeständigkeit gegen Hitze
• Maximale Viskosität
• Amylase-Aktivität
• Stärkeretrogradation

Das Analyseverfahren ist ebenfalls vielseitig und bietet Bäckern mehrere Testprotokolle, um das Teigverhalten am besten anhand einer kleinen Probengröße von nur 50 g des ausgewählten Mehls oder einer 75 g Teigprobe zu charakterisieren.

In einem Fall hatte ein Brotbäcker Probleme mit hoher Wasseraufnahme und klebrigem Teig. Bei einer Untersuchung mit einem Analysetool stellte der Bäcker fest, dass diese Situation auf zu viel geschädigte Stärke und ein schwaches Proteingleichgewicht zurückzuführen war. Der Bäcker konnte dieses Problem beheben, indem er neue Richtlinien für den Müller (Mehllieferanten) festlegte und gleichzeitig den Produktionsprozess auf der Grundlage eines tieferen Verständnisses des Verhaltens des Teigs anpasste.

Validierung des Backprozesses

Eine Instrumentenanalyse bietet Bäckern eine schnellere Validierung einer Zutat oder eines Verarbeitungsparameters. Dadurch entfällt der strenge, zeitaufwändige und teure Prozess mehrerer Produktionstests. Bäcker können die Testphase schnell hinter sich lassen und wieder mit der Produktion beginnen.

Darüber hinaus bietet es ein umfassenderes Testmodell im Vergleich zu Testmethoden, bei denen lediglich der Proteingehalt analysiert wird, ohne auf Eigenschaften zu achten, die die Teigbildung und das Verbacken beeinflussen.

Wenn Bäcker ein vollständiges Bild erhalten, können sie ihre Rezepturen an das gewünschte Teigverhalten und eine bessere Bearbeitbarkeit anpassen. Darüber hinaus beschleunigt die Analyse die Neuformulierung und das Testen neuer Produkte erheblich. Unternehmen können neue Produkte zu niedrigeren Kosten und einem höheren ROI einführen.

Arnaud Dubat ist Produkt- und Anwendungsleiter für CHOPIN-Produktlinie von KPM-Analytik. Er hat einen Master in Naturwissenschaften und Techniken für die Agrar- und Lebensmittelindustrie sowie einen Master in strategischem Marketing. Er hat seinen Sitz in Paris, Frankreich.