Möglichkeiten zur Verbesserung der sensorischen Eigenschaften von Getreidekleie

Dipl.-Ing. R. Schneeweiß*, Dipl.-Ing. D. Klotz*, Dipl.-Ing. S. Lämmche**, Dipl.-Ing. E. Stötzer**
* Institut für Lebensmittel- und Umweltforschung e. V. Bergholz-Rehbrücke
** Technische Universität Berlin, Institut für Lebensmitteltechnologie II, Getreidetechnologie


Obwohl allgemein die ernährungsphysiologische Notwendigkeit von Ballaststoffen in der Ernährung bekannt ist, ist die Akzeptanz ballaststoffreicher Lebensmittel häufig ungenügend. Ursache dafür ist, daß die sensorische Qualität solcher Produkte noch nicht den Verbrauchererwartungen entspricht.

Speisekleien beeinträchtigen Getreidelebensmittel insbesondere hinsichtlich des Geschmacks, des Mundgefühls (Kaubarkeit/Löslichkeit) sowie des Volumens und der Farbe.

Ziel der Untersuchungen war es, durch geeignete Kombinationen von technischen Verfahrensschritten, wie Zerkleinern, Extrudieren, Enzymbehadlungen die Getreidespeisekleien so zu verändern, daß sie Getreideprodukten in höheren Konzentrationen zugesetzt werden können als ihre nicht modifizierten Ausgangsprodukte, ohne das dabei die sensorische Qualität der Lebensmittel negativ beeinflußt wird.

Was ist Getreidespeisekleie?

"Getreidespeisekleie besteht aus den Randschichten des Getreidekorns. Bei Spelzgetreide zählen die Spelzen nicht zu den Randschichten. Für die Herstellung von Speisekleie ist das Getreide besonders gut zu reinigen. Getreidespeisekleie enthält minimal 40 % Gesamtballaststoffe [i. T. (AOAC-Methode)] Haferspeisekleie enthält mindestens 18 % Gesamtballaststoffe i. T. und mindestens 7 % ß-Glucan." (DLG-Prüfbestimmungen für Brot, Feine Backwaren, Getreidenährmittel und Süßwaren)

In die ausgewerteten Untersuchungen wurden Weizen-, Hafer- und Gerstenspeisekleie als Ballaststoffträger einbezogen. Weizen- und Haferkleie wurden industriell erzeugt. Da Gerstenspeisekleie nicht verfügbar war, wurde sie labortechnisch hergestellt. Dabei wurde der Gehalt an Ballaststoffen durch die technische Ausrüstung unter Berücksichtigung der Ausbeute begrenzt. Die Kleien unterschieden sich sowohl in ihrer Inhaltsstoffzusammensetzung als auch in ihrer sensorischen Beschaffenheit (Tab. 1, Abb. 1).

Tab.1: Qualität des Ausgangsmaterials

Weizenkleie

Gerstenkleie

Haferkleie

Mineralstoffgehalt

(% i. T.)

6,00

3,00

3,80

Protein [F=6,25]

(% i. T.)

18,4

15,9

20,5

Stärke

(% i. T.)

16,3

52,8

42,1

Gesamtzucker

(% i. T.)

5,0

3,4

3,9

Fett

(% i. T.)

5,2

4,5

10,5

Ballaststoffe

(% i. T.)

- lösliche

1,1

4,0

8,5

- unlösliche

47,1

15,9

12,7

ß-Glucan

(% i. T.)

1,6

4,6

9,8

Wasseraufnahmeindex

(g/g)

5,9

3,1

3,4

Wasserlöslichkeitsindex

(%)

10,6

9,7

6,4

In Anlehnung an das Prüfschema für Getreidenährmittel der CMA, die "Sensorische Beurteilung von Backwaren und Getreidenährmittel" und die DLG-Prüfbestimmungen wurden für die sensorische Bewertung der Kleien wesentliche Kriterien ermittelt. Diese Kriterien waren Farbe, Homogenität, Geruch, Geschmack, Geschmacksgebung, Kaubarkeit, Mundgefühl sowie der Gesamteindruck.

Abb. 1: Profilanalyse der Ausgangskleien

Aus der durchgeführten sensorischen Profilanalyse wurde deutlich, daß einerseits die Kaubarkeit und das Mundgefühl der Kleien ihre Verwendung in Getreidelebensmitteln begrenzen, andererseits der kleietypische Geruch und Geschmack.

Eine Ausnahme stellte dabei Haferspeisekleie dar. Durch deren hydrothermische Behandlung bei der Herstellung wurden der Geruch und der Geschmack mit arteigen süßlich, nussartig und mild bewertet. Ihren Einsatz begrenzte das Mundgefühl (schleimig).

Tab. 2: Übersicht über angewandte Modifizierungsvarianten
Modifizierungsvarianten  
mechanische Modifizierung Trockenvermahlung in der Sichtermühle
Naßvermahlung in der Kugelmühle (1)
Homogenisierung im Hochdruckhomogenisator (1)
mechanisch thermische Modifizierung Extrusion
enzymatische Modifizierung Netzverfahren (1)
Naßverfahren (1)
Versäuerung  

(1) Auf die Ergebnisse dieser Modifizierungsvarianten wird in dieser Veröffentlichung nicht weiter eingegangen.

In der Praxis ist Kleie mit unterschiedlichem Zerkleinerungsgrad - grob - mittel - fein - im Angebot. Diese Korngrößen führen nicht zur Verringerung von Mängeln hinsichtlich Kaubarkeit und Mundgefühl.

Mechanische Modifizierung durch Feinzerkleinerung

Durch weitere Zerkleinerung sollte versucht werden, die Teilchengröße in solchem Maße zu reduzieren, damit Strohigkeit und Kratzigkeit eleminiert und das Mundgefühl der Kleien verbessert werden.

Für die Feinzerkleinerung wurden die Kleien auf einer Sichtermühle der Fa. Netzsch-Condux Typ CSM 80 vermahlen. Die Feinzerkleinerung von Kleien auf der Sichtermühle, einer schnelllaufenden mechanischen Prallmühle mit integriertem Schaufelradwindsichter, bietet folgende Vorteile:

Als Nachteil der Trockenvermahlung muß der hoher Energieeintrag zur ausreichenden Redu zierung der Partikelgröße erwähnt werden, der infolge der Zähigkeit der Schalen notwendig ist. Folgende Voraussetzungen sind für die Anwendung der Feinzerkleinerung zu erfüllen:
rohstoffseitig - Stabilisierung der Kleie oder Vermahlung unter Schutzgas
maschinell - Ausführung der Anlage verschleißgeschützt und druckstoßfest.

In Abhängigkeit von Mahlscheibendrehzahl, Sichterraddrehzahl und Luftdurchsatz wurde die Grenze der Mahlbarkeit für Weizen- und Gerstenspeisekleie ermittelt.

Tab. 3: Ergebnisse der Feinzerkleinerung
 

Weizenkleie

Gerstenkleie

Korngrößen:    
> 100 µm (%)

1,7 - < 1,0

1,9 - 1,5

< 32 µm (%)

52 - 60

80 - 85

x90 (µm)

60 - 50

104 - 89

x50 (µm)

16 - 12

23 - 30

       
Sensorik: tw. etwas sandig nicht kratzig
nicht kratzig tw. schmierig
tw. noch süßlich süßlich
tw. bitter tw. etwas bitter

Die Feinzerkleinerung von Haferspeisekleie ist auf der Sichtermühle problematisch, da das Produkt Mahlraum und Rohrleitungen aufgrund des hohen Fettgehaltes versetzt. Nur durch Verringerung des Zerkleinerungsgrades und/oder Erhöhung des Luftdurchsatzes kann Haferkleie auf dieser Anlage verarbeitet werden.

Die Vermahlung von Kleiemischungen ermöglichte die Herstellung von Kleiepräparaten mit definiertem Ballaststoffgehalt unter Berücksichtigung des Verhältnisses von löslichen und unlöslichen Ballaststoffen. Auf diesem Wege war auch die Feinzerkleinerung von Haferspeisekleie möglich. Durch die Feinzerkleinerung von Kleiemischungen konnten die sensorischen Eigenschaften weiter verbessert werden. Insbesondere der milde, aromatische und süßliche Geschmack der Haferspeisekleie trägt zur Aufwertung der Weizen- und Gerstenspeisekleien bei. Umgekehrt wurde die sog. `Schleimigkeit' der Hafer- und Gerstenkleie durch Weizenspeisekleie kompensiert.

Je feiner die Kleie vermahlen wurde, desto höher war der Energieeintrag (Tab. 4).

Tab. 4: Energiebedarf bei der Feinzerkleinerung von Weizenspeisekleie und Kleiemischungen in Abhängigkeit von der Korngröße

Weizenkleie

Kleiemischung 1

Kleiemischung 2

d 97 (µm)

75

101

117

103

130

131

154

153

153

Energiebedarf (kWh/t)

1141

663

541

822

395

265

224

249

240

(Die Untersuchungen wurden mit freundlicher Unterstützung der Fa. Hosokawa Alpine Aktiengesellschaft durchgeführt.)

Der erforderliche hohe Energieeintrag resultierte aus einem verhältnismäßig geringen schwer mahlbaren Anteil. Bei der Zerkleinerung auch diesen Anteils auf 75 µm, stieg der Energieeinbedarf auf 1141 kWh/t. Bei einem d97 Wert von 153 µm betrug der Energiebedarf nur noch 224 kWh/t. Bei annähernd gleicher Korngrößenverteilung verringerte sich der Energieeintrag mit abnehmendem Weizenkleieanteil.

Zur Gewinnung feinzerkleinerter Kleiepräparate kann das Absichten des schwermahlbaren Anteiles (3 - 5 %) energetische Vorteile bringen.

Die Sichtung der feinzerkleinerten Kleien stellte gleichzeitig eine Möglichkeit zur Inhaltsstoffverschiebung dar. Sie erfolgte mittels Feinstsichter CSF 8 der Fa. Netzsch-Condux.

Tab. 5: Ergebnisse der Inhaltsstoffverschiebung - Weizenspeisekleie -
  Ausgangsstoff(2)

Grobgut

Feingut

Anteil

(%)

100

50 - 75

50 - 25

Ballaststoffe

(% i. T.)

     
- gesamt  

48,1

52,5 - 56,2

41,0 - 43,3

- lösliche  

3,8

2,8 - 3,4

3,7 - 4,7

Anteil < 40 µm

(%)

56

14 - 31

80 - 91

x50

(µm)

34

59 - 86

14,8 - 19,6

         
Sensorik  

nicht kratzig

etw. sandig

glatt

   

etw. sandig

etw. kleieartig

mild

   

süßlich

 

süßlich

(2) = feinzerkleinerte Weizenspeisekleie

Durch die Sichtung verschob sich das Verhältnis von löslichen zu unlöslichen Ballaststoffen. Im Ausgangsprodukt betrugt das Verhältnis 1 : 12, im Feingut 1 : 8 - 10 und im Grobgut 1 : 15 - 17.

Im Fein- und Grobgut lag eine sehr unterschiedliche Korngrößenverteilung vor. Der mittlere Korndurchmesser (x50) feinzerkleinerter Weizenkleie lag im Ausgangsprodukt bei 34 µm, im Grobgut zwischen 59 - 86 µm und im Feingut zwischen 14,8 - 19,6 µm.

Anhand der durchgeführten Untersuchungen konnte gezeigt werden, daß Inhaltsstoffzusammensetzung und Teilchengröße deutlichen Einfluß auf die haptischen Eigenschaften von Weizenkleie ausüben (Abb. 2).

Abb. 2: Korngrößenverteilung, Mundgefühl in gesichteter Weizenkleie

Diese Untersuchungen wurden auch für Gerstenspeisekleie durchgeführt. Die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt.

Tab. 6: Ergebnisse der Inhaltsstoffverschiebung - Gerstenspeisekleie -
    Ausgangsstoff(2)

Grobgut

Feingut

Anteil

(%)

100

20 - 70

30 - 80

Ballaststoffe

(% i. T.)

     
- gesamt  

22,9

28,5 - 42,5

16,0 - 20,0

- lösliche  

3,5

5,4 - 8,4

3,7 - 3,9

ß-Glucan

(% i. T.)

5,3

7,7 - 12,0

3,2 - 4,2

Anteil < 40 µm

(%)

65

13 - 41

83 - 92

x50

(µm)

30

48 - 90,5

12,8 - 18,3

         
Sensorik

nicht kratzig

keine weiteren

nur geringfügige

kleistrig

Verbesserungen

Verbesserungen

süßlich, mild

   

(2) = feinzerkleinerte Gerstenspeisekleie

Die Sichtung feinzerkleinerter Gerstenkleie führte nicht zu einer Verschiebung des Verhältnisses von löslichen zu unlöslichen Ballaststoffen gegenüber dem Ausgangststoff. Deutliche Inhaltsstoffverschiebungen wurden hinsichtlich Gesamtballaststoffe, ß-Glucane und Stärkegehalt erzielt.

Durch die Feinzerkleinerung und Sichtung konnten die haptischen Eigenschaften wesentlich verbessert werden. Geschmack und Geruch wurden nur unwesentlich verbessert.

Mechanisch-thermische Modifizierung durch Extrusion

Durch die Anwendung der Extrusion erfolgte eine kombinierte mechanisch-thermische Modifizierung (Abb. 3). Ziel dieser Behandlung war es, sowohl Mundgefühl und Kaubarkeit als auch Geschmack und Geruch der Speisekleien zu verbessern.

Abb. 3: Mechanisch-thermische Modifizierung

 Bei der Modifizierung wurde mit unterschiedlichen Extrudern gearbeitet:

Variable Extrusionsparameter waren Schneckendrehzahl, Wassergehalt, Extrusionstemperatur und Massestrom. Für die jeweilige Maschine wurde die geeignete Geometrie in Vorversuchen erprobt und auf die Maschinenparameter abgestimmt.

Die Modifizierungen erfolgten einzeln an Weizen-, Gersten- und Haferspeisekleie sowie an Kleiemischungen.

Die Extrusion von Weizenspeisekleie war prinzipiell ohne Stärkezusatz möglich. In Abhängigkeit vom Feuchtegehalt war das Extrudat krümelig bis strangartig, von intensivem kleietypischen, etwas süßlichem bis röstartigem Geschmack. Unabhängig von den Extrusionsbedingungen expandierten die Weizenkleieextrudate kaum. Die sensorischen Eigenschaften der mechanisch-thermisch modifizierten Kleien waren im Vergleich zu dem auf die gleiche Partikelgröße vermahlenen Rohstoff hinsichtlich Geschmack und Mundgefühl verbessert. In Abhängigkeit von der spezifischen mechanischen Energieeinleitung (SME) variierte die Intensität des Röstgeschmacks. Gleichzeitig wurde die Partikelgröße des vermahlenen Extrudates in Abhängigkeit von der SME beeinflußt. Mit zunehmender SME wurde die Partikelgröße feiner. Dadurch verbesserten sich die Löslichkeit und das Mundgefühl.

Durch die Extrusion konnte das Verhältnis von löslichen zu unlöslichen Ballaststoffen zugunsten der löslichen, bei annähernd gleichem Gesamtballaststoffgehalt, verbessert werden. Ein Stärkezusatz und die Verwendung vorzerkleinerter (< 500 µm) bzw. feinzerkleinerter (< 100 µm) Weizenspeisekleie ermöglichten die Herstellung ballaststoffreicher, expandierte Produkte.

Das Expansionsverhalten wurde vom Gesamtballaststoffgehalt und von der Art des Stärketrägers beeinflußt.

Die Extrusion von Haferspeisekleie war ohne Stärkezusatz möglich. Das Aussehen der Extrudate wurde entscheidend durch den Wassergehalt beeinflußt. Bei niedrigen Wassergehalten wurde die Kleie "verpreßt" und es entstanden ungelockerte, krümelige Extrudate. Mit zunehmendem Wassergehalt verbesserte sich die Expansion und Konsistenz der Extrudate. Eine weitere Erhöhung des Wassergehaltes brachte keine Verbesserung. Die Extrudate wurden zunehmend härter und glasig.

Im Vergleich zum Rohstoff wurden bei der Bewertung der sensorischen Eigenschaften der modifizierten Haferkleien keine Verbesserungen hinsichtlich Geruch und Geschmack festgestellt. Lediglich das Mundgefühl verbesserte sich gegenüber dem Rohstoff.

Durch die Extrusion veränderte sich der Gesamtballaststoffgehalt nicht. Auch hier erhöhte sich der Anteil löslicher Ballaststoffe.

Die Extrusion von Gerstenspeisekleie führte in Abhängigkeit vom Wassergehalt zu direktexpandierten, zarten Extrudaten mit ansprechendem Äußeren sowie süßlichem und etwas röstartigem Geschmack. Der Gesamtballaststoffgehalt der extrudierten Gerstenkleie blieb gegenüber dem nicht extrudierten Rohstoff nahezu unverändert. Der Anteil löslicher Ballaststoffe wurde erhöht.

Die Extrusion von Mischungen aus Weizen-, Gersten- und Haferspeisekleie ermöglichte über Variantion des Mischungsverhältnisses den Gesamtballaststoffgehalt, den Anteil löslicher Ballaststoffe sowie den Gesamtstärkegehalt zu verändern.

In Abhängigkeit vom Stärkegehalt, Ballaststoff- und Wassergehalt der Mischung war ein gelockertes bzw. ein pelletartiges Extrudat mit einem milden, süßlichem oder röstartigem Geschmack herstellbar.

Die sensorischen Eigenschaften der Extrudate wurden wesentlich durch ihre Zusammensetzung beeinflußt. Die besten Bewertungen erhielten Mischungen ohne Weizenkleie bzw. mit einem hohem Anteil an Haferkleie (bis 40 %). Mit steigendem Anteil Haferkleie wurde die Farbe der Kleieextrudate heller und der Geschmack milder. Die Kratzigkeit und Schleimigkeit gingen weitestgehend verloren. Mit zunehmendem Anteil Weizenkleie wurden die Extrudate dunkler und weniger gelockert. Der kleieartige Geschmack nahm zu.

Es war möglich aus Kleiemischungen gelockerte Extrudate sowie Flocken herzustellen. Die eingesetzte Weizenkleie sollte vor- oder feinzerkleinert werden, um das Produkt hinsichtlich Löslichkeit und Kaubarkeit zu verbessern.

Zur Erhöhung des Expansionsgrades sollten Stärketräger eingesetzt werden.

Versäuerung

Eine gezielte Veränderung des Geschmacks der Kleien konnte durch eine Versäuerung erreicht werden.

Abb. 4: Schematische Darstellung der Versäuerung

Weizen- und Gerstenspeisekleie wurden versäuert, getrocknet und < 1,0 mm vermahlen. Durch die Versäuerung konnte das kleietypische, getreideartige Aroma in ein intensives, säuerliches und brotähnliches Aroma transformiert werden. Der Gesamtballaststoffgehalt wurde dabei um ca 7 % reduziert. Der Anteil löslicher Ballaststoffe blieb annähernd unverändert.

Zusammenfassend führten die mechanische und mechanisch-thermische Modifizierungsverfahren sowie die Versäuerung zur Verbesserung der sensorischen Eigenschaften von Kleie und Kleiemischungen.

Applikation

Es wurden die auf unterschiedlichen Wegen modifizierten Speisekleien in Lebensmitteln eingesetzt.
Im Ergebnis der Veränderung der sensorischen Eigenschaften der Kleien wurde die Erweiterung des Einsatzes von Kleien und deren Mischungen für die Bereiche feine Backwaren, Extrudate und Teigwaren erfolgreich getestet. Dadurch können innovative ballaststoffangereicherte Lebensmittel hergestellt werden.
In Applikationsversuchen wurden produktspezifische Einsatzhöhen ermittelt. Im folgenden sollen die Ergebnisse an Beispielen erläutert werden.

Alle Produkte wurden durch den Einsatz von modifizierten Kleien in Abhängigkeit von der Einsatzhöhe und der Kleieart/-mischung dunkler.

Der Einsatz feinzerkleinerter Kleien und Kleiemischungen erfolgte in Heißextrudaten und Gelatinaten. Heißextrudate (Snacks, Flachbrot) konnten unter Verwendung von bis zu 75 % feinzerkleinerter Kleie bzw. Kleiemischungen hergestellt werden. Durch die anteilige Verwendung von versäuerter Kleie wurde der kleietypische Geschmack kompensiert. Im fertigen Produkt konnten Ballaststoffgehalte von bis zu 30 % erzielt werden. Die Produkte waren gut gelockert, gut löslich und von brotartigem Geschmack.

In den Gelatinaten lagen die zulässigen Einsatzhöhen deutlich unter denen in Heißextrudaten. Um Erzeugnisse ohne sensorische Abwertungen herzustellen, sollte die Einsatzhöhe 30 % nicht überschreiten. In fritierten Snacks betrug beim Einsatz von 30 % Weizenkleie der Ballaststoffgehalt 8 %. Damit konnten sie als `ballaststoffreiches' Lebensmittel ausgelobt werden. In Abhängigkeit vom Kleiezusatz veränderten sich das Volumen und die Fettaufnahme der Snacks.

Durch eine anteilige Verwendung versäuerter Speisekleie wurde der Geschmack der Erzeugnissse herzhaft und pikant.
Grundsätzlich waren feinzerkleinerte Weizenkleie, Gerstenkleie und Speisekeiemischungen in diesen Produktgruppen einsetzbar. Dadurch konnte gezielt auf den Ballaststoffgehalt und die Ballast stoffzusammensetzung Einfluß genommen werden.
Bei der Herstellung von herzhaften Flocken konnte der Anteil Kleie bis zu 70 % betragen. Durch den Einsatz versäuerter Kleie ging der typische Kleiegeschmack verloren.
Bei der Verwendung einer kleieangereicherten, süßen Müslikomponente sollte der Kleieanteil unter 50 % liegen.
In Teigwaren war aus verarbeitungstechnischer Sicht der Einsatz feinzerkleinerter Kleie ohne stabilisierende Zusätze von bis 50 % möglich. Der Geschmack des Endproduktes limitierte die Einsatzhöhe auf maximal 30 %. Durch den Einsatz der Kleie wurde die Kochzeit reduziert. Gegenüber Vollkornteigware war eine Verdopplung des Ballaststoffgehaltes möglich.
Die Farbe der Teigwaren im rohen Zustand wurde mit steigendem Kleieanteil dunkler, durch das Kochen jedoch wieder heller. Kleieangereicherte Teigwaren wiesen gute Kocheigenschaften, wie klare Konturen, gute Elastizität und Stabilität auf.

Mit den Applikationsversuchen konnte gezeigt werden, daß es möglich ist, modifizierte Speisekleien in Lebensmitteln einzusetzen, die zu einer gesundheitsbewußten Ernährung beitragen können und von denen die Akzeptanz durch die Verbraucher erwartet werden kann.

Gefördert durch: Industrielle Gemeinschaftsforschung der AiF Nr. 10932 BI/II
Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI

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