1. Grondstoffen
1.4. - Andere grondstoffen :
emulgatoren, suiker, zout, enzymes
Aan brood kan men heel wat grondstoffen toevoegen o.a.
emulgatoren, vet, suiker, melk of melkpoeder, rozijnen, sesamzaad. Een aantal
van deze grondstoffen gaan we van naderbij bekijken.
Emulgatoren
Misschien vereist de term emulgator enige uitleg. Een emulgator is
een stof die behulpzaam is bij het fijn verdelen (= emulgeren) van een
vloeistof in een andere waarmee het niet mengbaar is. Het klassieke voorbeeld
is de eidooier die men toevoegt aan olie en azijn om mayonaise te maken. De
eidooier bevat lecithine en deze stof zorgt er voor dat de twee vloeistoffen
zich vermengen. Naast lecithine zijn er nog een aantal andere emulgatoren. De
meest gebruikte in de bakkerswereld zijn CSL en DAWE. Beide zijn afkortingen
van scheikundige termen: calcium-stearoyl-2-lactaat en diacetylwijnsteenzure
esters van mono- en diglyceriden.
Het gebruik van een emulgator heeft een positieve invloed op de
kwaliteit van het brood :
·
een emulgator vergroot het broodvolume en maakt de structuur
fijner. De volumeverbetering die bereikt kan worden is afhankelijk van de
bloemkwaliteit. Combinaties van vet en emulgator werken meestal nog iets beter.
·
een emulgator vergroot de malsheid van de kruim. Na enige dagen
is het effect duidelijk merkbaar. Brood met een emulgator is na een paar dagen
bewaren duidelijk zachter dan brood met alleen vet.
·
de deegstabiliteit wordt groter als een emulgator wordt
gebruikt. Dit heeft het voordeel dat schommelingen in het productieproces
minder snel leiden tot een verandering van de kwaliteit. Gerezen deegstukken
zijn beter bestand tegen mechanische schokken als een emulgator is gebruikt.
Het gebruik van emulgator mag echter geen excuus worden om het niet zo nauw te
nemen met regels der kunst. Brood
bakken heeft veel te maken met discipline. Kleine
veranderingen kunnen grote gevolgen hebben.
·
de werking van een emulgator en een oxidatief meelverbetermiddel
zijn meestal additief. De combinatie van de twee geeft een beter resultaat dan
het gebruik van beide verbetermiddelen afzonderlijk.
In de gehele wereld wordt veel onderzoek gedaan naar het
mechanisme waarmee emulgatoren werken in het brood. Emulgatoren zijn vetachtige
stoffen die bij de broodbereiding een gelijkaardige werking hebben als vet : ze
leveren een soepeler deeg, een stabieler deeg tijdens de rijs, een fijnere
kruim en een langere malsheid van het brood. In het algemeen is hun werking
sterker dan die van vet, daarnaast ligt de optimale werking bij lagere
concentraties. De optimale toevoeging van een emulgator ligt meestal tussen
0.25% en 0.5% op de bloem, terwijl voor vet meestal 1% of meer gebruikt wordt.
Emulgatoren bevatten zowel hydrofiele als lipofiele eigenschappen. Als
emulgatoren in een olie-water-fase toegevoegd worden, zullen ze één of meerdere
lagen van het contactoppervlak tussen olie en water adsorberen, daardoor
reduceren ze de oppervlaktespanning tussen de twee vloeistoffen. De
oppervlakteactiviteit van emulgatoren is nauw verwant aan hun chemische
structuur: dit wordt uitgedrukt in de hydrofiele/lipofiele balans die
afhankelijk is van het hydrofiele karakter van de polaire groep en het lipofiel
karakter van de vetzuur groep. Emulgatoren in een brooddeeg functioneren als
schuimstabilisatoren.
In principe kunnen emulgatoren in een deeg op twee manieren
functioneren :
1.
De moleculen van de emulgator kunnen inter-ageren via hun
hydrofiel/lipofiel karakter met glutenproteïnen. Daarvoor moet de emulgator
oplosbaar zijn in de waterfase van het deeg om te kunnen optreden als
broodverbeteraar.
2.
Emulgatoren kunnen reageren in bulkvorm met de waterfase van het
deeg, waarbij er vet - water structuren gevormd worden.
Monoglyceriden
Monoglyceriden komen natuurlijk voor in oliën en vetten, waar ze
als minorcomponenten teruggevonden worden. Ze worden rechtstreeks uit vetten
bereid door verestering. In dit chemische proces worden oliën en vetten in de
aanwezigheid van een alkaline katalysator (meestal natriumhydroxide) behandeld
met een hoeveelheid glycerol bij verhoogde temperatuur. Monoglyceriden
functioneren op vijf verschillende niveaus : in een emulsie, zetmeel
complexvorming, proteïne-interacties, kristalmodificatie of aeratie.
Het gebruik van monoglyceriden heeft een betere malsheid van de
kruim als gevolg. De werking is gebaseerd op hun interactie met de
zetmeelcomponenten van de bloem. Toevoeging van monoglyceriden aan een deeg
resulteert in een verminderde zetmeelverstijfseling en een vermindering van de
wateroplosbare amylosefractie; het voorkomt de vorming van amylose-gels
waardoor de kruim van het brood zachter zal zijn. Monoglyceriden vormen ook
complexen met amylose in de zetmeelkorrels. De grootste oorzaak van het
oudbakken worden is echter retrogradatie van de amylopectinefractie, elke
vertraging van dat proces zal het oudbakken worden vertragen. De hoeveelheid
amylose aanwezig in de tarwebloem kan ongeveer 1% (op het bloemgewicht)
monoglyceriden binden. De vorming van amylose-vet-complexen elimineert de
retrogradatie van amylose en vermindert de retrogradatie van amylopectine
tijdens de opslag. Indien meer dan 1% aan monoglyceriden toegevoegd worden aan
de bloem, zal er een verhoogde interactie zijn met amylopectine wat resulteert
in een meer drastische reductie van de amylopectine retrogradatie en de
geassocieerde vastheid van de kruim, dit is vooral belangrijk als gebakken
producten langer dan 3 dagen moeten bewaard worden.
Diacetylwijnsteenzuuresters
De toegepaste dosissen liggen
tussen 0.1% en 0.5 %. DATEM heeft de mogelijkheid om te reageren met
verschillende componenten uit de bloem. Het heeft een deegversterkend effect
door de interactie met glutenproteïnen wat resulteert in een goed ovenrijs en
een verbeterd broodvolume. Het volume-effect kan als volgt verklaard worden:
DATEM kan door zijn chemische structuur hydrofobe en hydrofiele delen van
verschillende glutenstrengen aan elkaar binden zodat er een beter ontwikkeld
glutennetwerk ontstaat. DATEM reageert ook met zetmeel. Het verlies van water
uit het deeg tijdens het bakken wordt sterk verminderd. Door het gebruik van
DATEM zal het brood ook langer vers blijven. Het is echter niet zo effectief
als de mono- en diglyceriden waarvan ze gesynthetiseerd zijn.
De voordelen
van diacetylwijnsteenzuuresters zijn :
- betere
deegeigenschappen zodanig dat het deeg beter de mechanische verwerking
(schokken) kan weerstaan in automatische lijnen.
- verbetering van de
textuur van de broodkruim
- een groter volume
- het langer vers
blijven van het brood
Verbeteraars
Veel mensen vragen zich af van de zogenaamde verbeteraars zijn. Om
te beginnen moet men onderscheid maken tussen meelverbeteraars en
broodverbeteraars. Zoals het woord zelf zegt gaat het om stoffen die de
eigenschappen van de bloem en/of het brood verbeteren. De eenvoudigste vorm van
broodverbeteraar werd lang geleden door onze grootouders gebruikt. Om de
houdbaarheid van het brood te verbeteren werd er smout aan het deeg toegevoegd.
Het vet zorgde er voor dat het brood langer mals bleef. In andere landen werd
dit gedaan door bijvoorbeeld olijfolie toe te voegen.
De Europese markt wordt trouwens gekenmerkt door een grote
verscheidenheid aan regionale producten. Het feit dat al deze producten steeds
een relatief korte commerciële levensduur hadden is trouwens de reden waarom
deze grote verscheidenheid overeind kon blijven.
Natuurlijk zit hierin een evolutie als was het maar omwille van
het steeds groter wordende marktaandeel van de super- en hypermarkten. Onder
invloed daarvan moet ook de ambachtelijke bakker zich meer en meer aanpassen
aan een consument die steeds veeleisender en mondiger wordt. Het is omwille van
die evolutie dat de diepvriesmarkt van half afgewerkte producten (bijvoorbeeld
voorgebakken diepgevroren broden en voorgerezen koffiekoeken) zich kunnen
ontwikkelen heeft en nog steeds in belang toeneemt.
Het is ook in die context dat er ook steeds meer verschillende
verbeteraars en mixen op de markt verschenen zijn. Men kan deze in feite
onderverdelen in 3 groepen :
- complete mixen
waaraan men enkel water of een andere vloeistof hoeft aan toe te voegen.
Dus naast de bloem bevatten deze mixen ook vet, eieren, emulgatoren,
gluten, vitamine C, mineralen enzovoort, uiteraard allemaal in poedervorm.
- premixen die 20 tot
50 % van de totale hoeveelheid bloem bevatten en waaraan de bakker naast
vloeistof ook nog bloem moet aan toevoegen. Naarmate men minder bloem
gebruikt spreekt men dan ook wel eens over concentraten. Hoe dan ook deze
producten bevatten naast baktechnische hulpmiddelen (emulgatoren, enzymen,
gluten) ook secondaire grondstoffen zoals melkpoeder, eieren, vetten enz.
- verbeteraars waarin
een kleine hoeveelheid bloem gebruikt wordt en die als drager dient voor
de baktechnisch werkzame bestanddelen (emulgatoren, enzymen...)
Tot slot wil ik nog opmerken dat er de laatste jaren (sinds 2003
- 2004) een evolutie aan de gang is naar vloeibare verbeteraars. In die
producten wordt olie als basis genomen om de werkzame stoffen in op te lossen
of te dispergeren. Vloeibare verbeteraars hebben uiteraard het grote voordeel
van gemakkelijk doseerbaar te zijn. Anderzijds wordt hun gebruik gelimiteerd
door het feit dat niet alle werkzame stoffen oplosbaar zijn in olie of geen
stabiel mengsel vormen zodanig dat de werkzame eigenschappen gedeeltelijk
verloren gaan.
Suiker
Er bestaat soms wel eens verwarring over suiker, glucose,
dextrose, sucrose enz. Suiker wordt gewonnen uit voornamelijk drie gewassen :
bieten, riet of maïs. Rietsuiker en bietsuiker is sucrose en er is geen
wezenlijk verschil tussen de twee. Sucrose wordt, door het enzym invertase dat
aanwezig is in de gist, gesplitst in twee moleculen glucose.
Dextrose echter wordt meestal gemaakt uit maïszetmeel. Door
hydrolyse van het zetmeel ontstaat er dextrose. Het kan sucrose vervangen in de
broodproductie zonder problemen. De gist zal de dextrose omzetten tot CO2
en alcohol. Men moet wel onthouden dat dextrose een kleinere zoetkracht heeft
dan sucrose. Indien men de zoetkracht van sucrose op 100 zet, dan heeft
dextrose een zoetkracht van 72.
Er bestaat ook nog fructose. Chemisch gezien heeft die precies
dezelfde formule als glucose (C6H12O6) maar daar waar glucose een zesring is,
is fructose een vijfring. Er zijn een aantal manieren waarop men de chemische
formule kan weergeven. Hieronder vindt men er een aantal zowel van glucose,
fructose als sucrose. Wat men ook moet onthouden is dat fructose een zoetkracht
heeft van 172 terug in vergelijking met zoetkracht 100 die men aan sucrose
toekent.
De laatste figuur toont hoe glucose en fructose samen glucose
vormen.
Suiker wordt gebruikt omwille van de invloed die het uitoefent
op de narijs en de kleur van de korst. Daarenboven heeft het ook een invloed op
de regelmatigheid van de celstructuur van de kruim en op het volume van het
brood. De suikers die een rol spelen bij de broodbereiding zijn sacharose,
maltose en lactose (disachariden), glucose en fructose (monosachariden).
Gedurende de narijs neemt het volume van het deeg toe. De
oorzaak van dit fenomeen is het gas dat geproduceerd door de gist en dat
weerhouden wordt door het glutennetwerk. De gistingsreactie is de volgende:
C6H12O6 -> 2CO2 +
2C2H5OH + 113 kJ
Een molecule suiker geeft 2 moleculen kooldioxide en 2 moleculen
alcohol. Daarenboven wordt er warmte vrijgesteld. Uit
Het gas dat geproduceerd wordt gaat
eerst oplossen in het water van het deeg tot het verzadigd is. Daarna blijft
het als gas aanwezig in het deeg, wordt het weerhouden door het glutennetwerk
dat zal gaan uitzetten onder invloed van de druk die zich opbouwt binnen het
deeg: het deeg rijst.
Gist kan enkel monosachariden omzetten of vergisten. Vooraleer
de disachariden kunnen omgezet worden door de gist moeten deze eerst, via een
enzymatisch proces, gesplitst worden. De snelheid waarmee deze suikers omgezet
wordt hangt af van het type suiker. Sacharose wordt al tijdens het kneden
gesplitst door invertase. Invertase is een enzym. Enzymen zijn stoffen die in
alle levende wezens voorkomen en stofwisselingsprocessen katalyseren: zij nemen
deel aan een chemische reactie maar ondergaan zelf geen veranderingen tijdens
die reactie. Dus voor wat de gisting betreft maakt het geen verschil uit of men
sacharose toevoegt of een glucose- fructose stroop.
Maltose is een disaccharide dat gevormd wordt door afsplitsing
van zetmeel onder invloed van alfa-amylase. Maltose wordt dan op zijn beurt
gesplitst door maltase in twee glucose moleculen. De gist gaat echter de
maltose niet splitsen zolang er glucose of fructose, afkomstig van andere
bronnen dan zetmeel, aanwezig is in het deeg. Glucose wordt onmiddellijk
afgebroken door de gist tot kooldioxide en ethanol en dat is dan ook de reden
waarom men geen glucose terugvindt in het deeg.
Lactose, dat bestaat uit een molecule glucose en een molecule
galactose, wordt door de gist niet geassimileerd omdat hij niet beschikt over
het enzym dat lactose kan splitsen. Sommige melkderivaten echter bevatten wel
lactase en dan wordt de lactose wel opgesplitst. In dat geval komt zowel de
glucose als de galactose ter beschikking van de gist en hij zal beide suikers
vergisten. De formule ziet er als volgt uit :
Gist heeft een kleine voorkeur voor glucose. In een deeg waar
zowel glucose als fructose in aanwezig zijn, zal de gist eerst beginnen met het
vergisten van de glucose.
De kleur van de korst wordt nadrukkelijk beïnvloed door de
aanwezigheid van suikers. Suikers en eiwitten in een waterig milieu gaan bij
hoge temperatuur reageren - de zogenaamde Maillard reactie - om de korst hij
typisch goudbruine kleur te geven. Het zijn enkel de reducerende suikers die
kunnen deelnemen aan de Maillard reactie. Sacharose is een niet-reducerende
suiker en heeft daarom geen invloed op de kleur van het product. Dus in een
koekjesdeeg - zonder gist dus - zal er weinig bruinkleuring optreden indien men
sacharose gebruikt als zoetstof. In een product met gist lijkt saccharose wel
een invloed te hebben op de kleur. Dit is echter maar schijn. In werkelijkheid
wordt de sacharose door de gist omgezet in glucose en fructose en dat zijn wel
twee reducerende suikers. Anderzijds kan men de kleur van een product
gemakkelijk beïnvloeden met lactose omdat het enerzijds een reducerende suiker
is maar anderzijds blijft het als zodanig aanwezig in het deeg.
Zout
Zout is een belangrijke grondstof in de broodbereiding. Het
beïnvloedt de glutenvorming omdat de gliadine minder oplosbaar is in een
zoutoplossing. Als gevolg hiervan wordt er een grotere hoeveelheid gluten gevormd.
Een deeg met zout zal daarom vaster aanvoelen dan een deeg zonder zout. Zout
verbetert dus de capaciteit om gas te weerhouden en als gevolg daarvan heeft
het een positieve invloed op het volume van het brood.
Er is ook nog een andere verklaring waarom deeg met zout vaster
is dan een deeg zonder zout. Dit heeft te maken met de elektrostatische
krachten in het glutennetwerk dat hierdoor minder buigbaar wordt, meer rigide
is. Gedurende het kneden worden de eiwitten van de bloem bewerkt en treedt er
een chemische reactie op. In dit verband worden er ionbindingen tot stand
gebracht waarin de zouten - zowel deze van nature uit aanwezig in de bloem als
de toegevoegde zouten onder de vorm van natriumchloride - een belangrijke rol
spelen. Als gevolg hiervan kan men in een deeg met zout méér water gebruiken
dan in een deeg zonder zout.
Zout beïnvloedt ook de korstkleuring. De korst van een brood met
zout is meer levendig en krokanter dan de korst van een brood zonder zout. Het
hoeft uiteraard ook niet veel uitleg dat een brood met zout smakelijker is dan
een brood zonder zout.
Zout heeft ook een invloed hebben op de houdbaarheid (in termen
van krokantheid) van het brood. Zout is hygroscopisch, met andere woorden het
trekt water aan. In een droge omgeving zal het dus de neiging hebben het water
van de kruim langer vast te houden terwijl in een omgeving met een hoge
relatieve vochtigheid zal het vocht aantrekken waardoor de korst gemakkelijker
zijn krokantheid verliest en een zekere taaiheid krijgt. In dit geval heeft het
dus een negatieve invloed.
In termen van microbiologische houdbaarheid heeft zout een
positieve invloed omdat het de wateractiviteit gaat verminderen
Tenslotte moet er nog opgemerkt worden dat ook kaliumchloride
dezelfde effecten heeft als zout (natriumchloride) op het deeg en op het brood.
Als men echter dezelfde hoeveelheid kaliumchloride gebruikt dan krijgt het
brood een onaangename bittere smaak.
Enzymen
Enzymen behoren chemisch gezien tot de groep van de eiwitten.
Het zijn biologische katalysatoren die nodig zijn om bepaalde reacties - ook in
het menselijk lichaam - tot stand te brengen. Hoewel zij slechts in kleine
hoeveelheden aanwezig zijn in de graankorrel, spelen zij een primordiale rol in
het rijs- en bakproces. Het voornaamste enzym dat aanwezig is in de graankorrel
is diastase dat voorkomt in de kiem van de korrel. Dit enzym speelt een
belangrijke rol bij het ontkiemen van de graankorrel.
Eiwitten zijn lineaire polymeren van aminozuren die via een
peptidenbinding aan elkaar zijn gekoppeld. In de natuur zijn 20 verschillende
aminozuren bekend, wat betekent dat er een zeer grote variatie aan
aminozuurvolgordes mogelijk is. Enzymen zijn zoals gezegd eiwitten. Een
eiwitmolecuul bestaat uit een lange rij aminozuren die als een keten chemisch
aan elkaar gebonden zijn. De aminozuren zijn de bouwstenen van alle eiwitten.
De volgorde waarin de aminozuren in een eiwitmolecuul voorkomen, de lengte van
de keten en de ruimtelijke structuur van de keten, bepalen de eigenschappen van
het eiwit en dus van het enzym. De meeste enzymen bevatten tussen de 100 en
10.000 aminozuren. In feite zijn het daarmee betrekkelijk kleine eiwitten, die
meestal in water oplosbaar zijn.
Het moet duidelijk zijn dat een enzym geen levend organisme is
maar materiaal dat uit eiwit bestaat. Enzymen komen voor in en worden
geproduceerd door alle levende wezens zoals bacteriën, gisten, schimmels,
plant, dier en mens. Reacties, die in de natuur plaatsvinden worden
gekatalyseerd door enzymen. Voor elk type reactie in de natuur is er een
bepaald specifiek enzym nodig. Deze biochemische katalysatoren onderscheiden
zich op een aantal punten van chemische katalysatoren :
- enzymen zijn zeer
specifiek en tijdens de reactie komen geen bijproducten vrij
- enzymen kunnen vaak
alleen goed functioneren in milde omstandigheden van temperatuur, pH en
druk
- enzymen verrichten
hun werking vaak optimaal in een waterig milieu
- enzymen zijn
gebruiksvriendelijk ten aanzien van milieu en veiligheid
Het merendeel van de door mensen toegepaste enzymen is afkomstig
uit micro-organismen. Een uitzondering is het stremsel dat gebruik wordt in de kaasbereiding,
dat afkomstig is van de kalfsmaag. Er is echter ook een alternatief : een enzym
dat door micro-organismen geproduceerd wordt, omdat men er dankzij de moderne
biotechnologie in geslaagd is de genetische informatie van het kalfsenzym over
te brengen naar micro-organismen.
Van oudsher is moutmeel de bron van enzymen voor de bakker.
Moutmeel ontstaat door drogen en malen van gekiemd graan. Moutmeel bevat veel
enzymen. Het jonge plantje heeft voor de groei voedsel nodig. Dat voedsel is
het zetmeel dat aanwezig is in het meellichaam van de graankorrel. Om dat
voedsel in bruikbare vorm te brengen, is het enzym amylase nodig. Mout wordt
gebruikt om een eventueel tekort aan amylase in de bloem te corrigeren. Men
maakt een onderscheid tussen :
- mout dat zowel zetmeelafbrekende
als eiwitafbrekende enzymen bevat
- mout dat uitsluitend
zetmeelafbrekende enzymen bevat
- mout geen
enzymatische activiteit vertoont
Door middel van verhitten is het mogelijk :
- de eiwitten te
denatureren d.w.z. het enzym onwerkzaam maken
- omdat amylasen hogere
temperaturen kunnen verdragen dan proteasen kan men enkel de proteasen
buiten werking te stellen. Proteasen zijn enzymen die inwerken op de
proteïnen.
Inactief mout wordt gebruikt in
bijvoorbeeld bruin brood met als doel smaak, kleur en aroma bij te sturen.
Actief mout wordt gebruikt om enzym tekorten te corrigeren.
De werking van de enzymen is afhankelijk van :
a.
reactie omstandigheden zoals temperatuur : veel enzymen werken
optimaal tussen de
b.
ook de pH heeft een optimum m.a.w. ieder enzym heeft een
maximale reactiesnelheid bij een welbepaalde pH. Indien dus de pH van het deeg
verandert, omdat men bijvoorbeeld zuurdesem gebruikt, dan kan het nodig zijn om
de dosering van de enzymen bij te sturen.
c.
het substraat : hoeveelheid en soort. De hoeveelheid beschadigd
zetmeel aanwezig in de bloem speelt hier een belangrijke rol.
d.
aan- of afwezigheid van inhibitoren
Enzymen worden gerangschikt naar de werking ervan. De naam eindigt
vrijwel altijd op "-ase", voorafgegaan door de naam van de stof die
het omzet. Zo is een protease een enzym dat proteïnen omzet en cellulase een
enzym dat cellulose omzet. In de bakkerij worden vrijwel uitsluitend hydrolasen
en oxidasen toegepast. Hydrolasen zijn betrokken bij de hydrolyse van stoffen
dit wil zeggen het splitsen van verbindingen in aanwezigheid van water.
Oxidasen zijn betrokken bij de oxidatie van verbindingen.
Amylasen
Diastase is samengesteld uit alfa-amylase en beta-amylase. Onder
invloed van deze twee enzymen wordt zetmeel omgezet in maltose en in dextrinen
Terwijl α-amylase zowel dextrinen als maltose vormt, produceert de
β-amylase alleen maltose. Deze enzymen zijn dus belangrijk omdat zij de
nodige suikers aanmaken die later door de gist gebruikt worden in het
gistingsproces.
Amylasen werken in op zetmeel. Zetmeel is een polymeer opgebouwd
uit glucose-eenheden. Er wordt onderscheid gemaakt tussen onvertakte
glucoseketens (amylose) en de vertakte glucoseketens (amylopectine).
Alfa-amylase knipt zetmeel in kleinere delen, de zogenaamde dextrinen. Deze
dextrinen kunnen variëren van vrij grote tot kleinere ketens. Alfa-amylase
splits vanaf het einde van een zetmeelketen twee glucose-eenheden af, maltose.
Amylasen werken in op zetmeel, echter niet op natief zetmeel. De
amylasen kunnen het zetmeel pas bereiken wanneer het beschadigd is (en dit gebeurt
bijvoorbeeld tijdens het malen; bloem bevat 6 - 12 % beschadigd zetmeel
afhankelijk van het maaldiagramma van de molen) of wanneer het zetmeel
verstijfseld is. Daarnaast zijn amylasen temperatuursgevoelig. Dit wil zeggen
dat ze bij verhitting boven een bepaalde temperatuur geïnactiveerd
(denaturatie) worden. Verstijfseling van het zetmeel en hitteresistentie van
het enzym zijn dus twee belangrijke factoren. Als men een groot rond brood van
a-amylase
·
De voornaamste reden om a-amylase toe te voegen aan brooddeeg is
dat het voldoende suikers vrijstelt voor de gist met als doel een optimale
gasontwikkeling. Tarwebloem bevat slechts 0.5% vergistbare suikers wat
onvoldoende is om tot een optimale deegontwikkeling te komen. De simpelste
oplossing zou toevoegen van suikers zijn maar men prefereert een constante
vrijstelling van suiker om tijdens de fermentatie een goede gasvorming te
bekomen.
·
Tijdens het malen van de tarwe wordt ongeveer 10% van het
zetmeel beschadigd. Deze beschadigde zetmeelgranulen nemen water op en zwellen,
daardoor krijgt het deeg een hogere viscositeit en dit heeft een negatieve
invloed op de kneedeigenschappen van het deeg. Alfa-amylase heeft de
mogelijkheid om secties met een hoge absorptie af te breken en de
kneedeigenschappen te verbeteren.
·
De kleur van de korst wordt verbeterd (donkerder) als resultaat
van suikervorming en dus de vorming van Maillard reactieproducten.
·
Wanneer brood oud wordt, migreert water van de kruim naar de
korst, de kruim wordt harder door de zetmeelherkristallisatie. Dit proces is
het oudbakken worden van brood en limiteert het gebruik ervan voor de consument
tot enkele dagen. Het oudbakken worden van brood kan vertraagd worden door
toevoeging van a-amylase. Het beste effect wordt bekomen als een deel van het al
verstijfselde zetmeel gehydrolyseerd wordt. Dit is mogelijk door toevoeging van
mout of fungaal a-amylase. Bacterieel a-amylase is niet geschikt omdat het
thermostabiel is en dus aanwezig blijft in het gebakken brood. Hierdoor zal het
zetmeel verder afgebroken worden wat leidt tot een klefferig brood.
Beta-amylase wordt in de tarwebloem in minder constante
hoeveelheden gevonden dan a-amylase en de hoeveelheid zal in tegenstelling tot
a-amylase niet stijgen bij kieming. Beta-amylase is een exo-enzym dat 2
glucose-eenheden (maltose) afsplitst van het niet-reducerende einde van de
zetmeelketen. Enkel lineaire zetmeelketens kunnen afgebroken worden door
β-amylase want het is niet in staat de α-1,6-bindingen af te breken
in amylodextrine. Samen met a-amylase zorgt β-amylase voor de vrijstelling
van maltose aan de gist.
De hoeveelheid α-amylase die van nature uit aanwezig is in
de bloem is soms niet toereikend vooral als het graan gekweekt werd in een
droog klimaat. In zo’n geval kan men mout
toevoegen. Mout is zeer rijk aan alfa-amylase en aan beta-amylase. Alfa-amylase
kan een plantaardige oorsprong hebben of een microbiële oorsprong:
|
oorsprong |
enzym |
reactie product |
|
mout |
diastase |
dextrinen |
|
graan |
α-amylase β-amylase |
dextrinen |
|
Aspergillus oryzae |
α-amylase glucoamylase |
dextrinen glucose |
|
Aspergillus niger |
glucoamylase |
glucose |
|
Bacillus subtilis |
α-amylase |
dextrinen |
Aangezien
enzymen eiwitten zijn denatureren ze bij een bepaalde temperatuur:
|
enzym |
oorsprong |
optimum
temperatuur |
T50 |
|
a-amylase |
bloem |
60 -
|
|
|
b-amylase |
bloem |
48 -
|
|
|
a-amylase |
mout |
55 -
|
65 -
|
|
a-amylase |
Aspergillus |
50 -
|
60 -
|
|
glucoamylase |
Aspergillus |
40 -
|
65 -
|
|
a-amylase |
B.
subtilis |
70 -
|
85 -
|
Van alle graangewassen is gerst het best geschikt om mout van te
maken. Tijdens het mouten ondergaat de gerst vergaande transformaties: nadat de
gerst een voldoende hoeveelheid water heeft geabsorbeerd, begint het te kiemen.
Tijdens het kiemen ontwikkelen er zich verschillende belangrijke enzymen
waaronder diastase. Dit enzym is in staat zetmeel om te zetten in dextrinen en
maltose. Maltose kan door de gist direct als voedingsbron gebruikt worden en
omgezet worden in CO2 en alcohol.
De invloed van de beta-amylase op niet beschadigde
zetmeelkorrels is heel langzaam in tegenstelling tot de alfa-amylase die vrij
snel inwerkt op het zetmeel. De zetmeelkorrels die echter tijdens het malen
beschadigd werden, worden door zowel de alfa-amylase als de beta-amylase
omgezet. Verstijfseld zetmeel wordt ook gemakkelijk door beide enzymen omgezet
in vergistbare suikers.
De technologie van de broodbereiding vertoont 4 belangrijke
onderdelen en in alle 4 spelen de amylasen een belangrijke rol :
·
Al gedurende het kneden begint de a-amylase het
beschadigd zetmeel om te zetten. De hydrolyse van het zetmeel speelt een
belangrijke rol in de rheologische eigenschappen van het deeg. Het beschadigd
zetmeel absorbeert namelijk een vrij grote hoeveelheid water. Als het zetmeel
afgebroken wordt, komt dat water vrij waardoor het deeg meer plakkerig wordt.
·
Tijdens het rijzen worden bepaalde hoeveelheden maltose, glucose
en dextrinen gevormd. Deze hoeveelheden zijn afhankelijk van het type enzym
(o.a. zijn oorsprong). Maar zoals eerder gezegd spelen maltose en glucose een
belangrijke rol bij het stofwisselingsproces van de gist. De aanmaak van
maltose is afhankelijk van de hoeveelheid beta-amylase die aanwezig is. Dit
enzym is meestal in voldoende hoeveelheden aanwezig. Het is vooral de
hoeveelheid alfa-amylase dat behoorlijk kan schommelen met als gevolg dat de
hoeveelheid beschikbaar glucose niet altijd even groot is. Om de gewenste
hoeveelheden glucose te hebben in het deeg kan men glucoamylase toevoegen.
·
Ook tijdens het bakken gaan de enzymen ook een belangrijke rol
spelen. Wanneer het deeg wordt ingeovend, dan gaat de temperatuur van het deeg
langzaam beginnen stijgen. Hierdoor gaat de viscositeit van het deeg dalen en
worden de enzymen meer mobiel. Bij
·
Aminozuren en suikers nemen deel aan de Maillard reactie, reactie
die instaat voor de bruinkleuring van de korst. Deze suikers worden reducerende
suikers genoemd. De Maillard reactie verloopt sneller bij verhitting en is een
reactie tussen suikers en eiwitten. Het gevolg hiervan is dat er
reactieproducten ontstaan die zorgen voor bruinkleuring van de korst en voor
smaak- en aromavorming in de korst.
·
De glucoseketens binnen een zetmeelmolecuul hebben de neiging om
na het verstijfselen bij het afkoelen naar elkaar toe te bewegen. Een
herkristallisatieproces dat we retrogradatie noemen (staling in het Engels).
Dit verschijnsel treedt ook op na het bakproces van brood. Direct na het bakken
tijdens het afkoelen krijgt de kruim hierdoor de gewenste stevigheid. Het
proces zet echter door en is een van oorzaken dat de broodkruim langzaam stug
wordt. Wanneer nu een gedeelte van de zetmeelketens is afgebroken tot dextrinen
is de neiging tot retrogradatie minder. De dextrinen zijn in staat om vocht
vast te houden maar zullen minder herkristalliseren. Het gevolg is dat de kruim
minder stug wordt en het brood langer mals blijft. Het kan echter ook zo zijn
dat het zetmeel te ver wordt afgebroken met een kleffe, niet elastische kruim
als gevolg. Dit kan gebeuren als men te veel amylasen heeft toegevoegd of
wanneer men een hittebestendig amylase gebruikt heeft.
De rol die amylasen en andere enzymen spelen in het
verouderingsproces wordt verder uitgediept in het hoofdstukje over het
verouderen van brood.
Proteasen
Wanneer men bloem gaat analyseren dan wil men vooral de
hoeveelheid eiwitten bepalen en naargelang het type product dat men wil
produceren gaat men voor een bloem kiezen met bepaalde eigenschappen. De
volgende tabel geeft dit weer:
|
product |
eiwitgehalte |
type bloem |
|
wit
brood |
11 - 12 % |
sterke bloem |
|
bruin
brood |
14 - 16 % |
zeer sterke bloem |
|
koekjes |
8 - 10 % |
zwakke bloem |
|
crackers |
9 - 10 % |
middelmatig sterk |
|
cake |
7 - 9 % |
zeer zwakke bloem |
|
pasta |
13 - 15 % |
durum tarwe |
|
noodles |
9 - 10 % |
middelmatig sterk |
Eiwitten zijn polymeren, opgebouwd uit aminozuren die aan elkaar
gekoppeld zijn via zogenaamde peptidenbindingen. Proteasen splitsen eiwitten op
de plaatsen van de peptidenbindingen, waardoor kortere eiwitketens ontstaan.
Bij de proteasen wordt onderscheid gemaakt tussen endo- en exo-enzymen.
Endo-enzymen splitsen midden in de keten en maken daardoor heel snel een aantal
grotere brokstukken, de peptiden. Exo-enzymen splitsen het eiwit vanaf de
uiteinden van de keten. Ze splitsen steeds een aminozuur af en breken zo heel
geleidelijk de ganse keten af.
Het zijn de eiwitten (de hoeveelheid, het type en de kwaliteit)
die de rheologische of visco-elastische eigenschappen van het deeg gaan
bepalen. En deze eigenschappen beïnvloeden het gasweerhoudend vermogen van het
deeg en het gedrag van het deeg onder invloed van temperatuursstijgingen. Door
het toevoegen van proteasen kan men deze eigenschappen beïnvloeden. Het is zo
dat de proteasen de eigenschappen van het gluten netwerk gaan veranderen. Als
gevolg hiervan zijn proteasen uiteraard een belangrijk hulpmiddel om de
consistentie van het deeg zodanig te veranderen dat men deze gemakkelijker kan
verwerken.
Proteasen gaan peptide bindingen in de eiwitten verbreken.
Hierdoor worden de eiwitten gedeeltelijk gewijzigd waardoor het deeg zachter
wordt en waardoor het zich gemakkelijker mechanisch laat verwerken. De studie
van de invloed van de proteasen op het deeg is niet eenvoudig aangezien hun
invloed, hun werking en het effect dat ze hebben op het deeg, van het deeg zelf
afhangt. Daarenboven bevat de bloem stoffen die een remmende werking hebben op
de proteasen.
Proteasen kunnen het eiwit meteen afbreken van zodra er water
bij te pas komt. Dit betekent in de praktijk dat de proteasen al tijdens het
kneden beginnen met het afbouwen van de eiwitten. De werking tijdens het
kneedproces beïnvloedt de ontwikkeling van het glutennetwerk. Tijdens de
ontwikkeling van dit netwerk worden de eiwitketens ontrold door op bepaalde
plaatsen verbindingen te verbreken en op andere plaatsen nieuwe verbindingen te
maken. Een gedeeltelijke afbraak van het eiwit door proteasen helpt bij de
ontwikkeling van het glutennetwerk.
Een factor die een belangrijke invloed heeft op de werking van
de proteasen is de pH. Proteasen van bacteriële oorspong hebben een optimum pH
bij 7,5 ongeveer terwijl proteasen die afkomstig zijn van schimmels een optimum
pH hebben rond pH 5,5. Aangezien de pH varieert met het recept, met het al dan
niet gebruiken van desems en met de pH van het water dat we gebruiken is het
niet eenvoudig om de activiteit van de proteasen te sturen. Proteasen die in
het deeg actief zijn zullen een optimum pH hebben en de werking van de
proteasen zal dus afhankelijk zijn van de pH van het deeg. Ook voor proteasen
geldt dat ze gevoelig zijn voor temperatuur waardoor ze tijdens het bakken
geïnactiveerd worden.
·
Proteasen die afkomstig zijn van Aspergillius oryzae en van
Bacillus subtilis hebben een optimum pH boven pH 8 en hebben daarom geen of
weinig invloed op het glutennetwerk omdat het deeg een pH heeft tussen 5,5 en
6,5 naargelang het recept enz.
·
Sommige proteasen die afkomstig zijn van dezelfde micro-organismen
hebben echter een optimum pH die rond pH 6,5 ligt en deze hebben uiteraard wel
een grote invloed op de rheologische eigenschappen van het deeg.
·
Proteasen die gewonnen worden uit Saccharomyces carlsbergensis
hebben ook een goed merkbare invloed op de visco-elastische eigenschappen van
het deeg.
Er moet tevens opgemerkt worden dat naargelang de oorsprong het
enzym een verschillende invloed heeft op glutenine en op gliadine. In de
volgende tabel kan men vaststellen hoe de enzymatische activiteit wisselt
(absorptie van licht bij 280 nm door een oplossing van gliadine en glutenine
waaraan 1 mg enzym toegevoegd was en na 1 minuut inwerken) :
|
protease |
glutenine |
gliadine |
|
1 |
100,6 |
218,0 |
|
2 |
50,6 |
16,9 |
|
3 |
69,9 |
6,4 |
|
4 |
130,4 |
91,0 |
Tenslotte gaan de proteasen ook nog een invloed hebben op de
smaak en de kleur van het brood. Omdat zijn eiwitten splitsen ontstaan er een
aantal aminozuren in het deeg. Deze gaan dan op hun beurt een rol spelen bij de
Maillard reactie.
Samenvattend kan men stellen dat proteasen de volgende effecten
hebben in het deeg :
·
Hydroliseren van gluten : door hydrolyse vindt een gedeeltelijke
afbraak plaats van het gluteneiwit. Hierdoor wordt de glutenontwikkeling
bevorderd, wat resulteert in een kortere kneedtijd. De hydrolyse heeft ook
invloed op de rheologische eigenschappen van het deeg : het wordt soepeler. In
sommige gevallen is dit wenselijk zoals bij de productie van stokbroden waarbij
een stukje deeg moet langgestoken worden. De deegversoepeling voorkomt tevens
het krimpen van bladerdeeg.
·
Indien het gluten echter te veel afgebroken worden kunnen
ongewenste effecten ontstaan. De degen worden dan te slap en worden quasi
onverwerkbaar. Maar ook het glutennetwerk wordt verzwakt zodanig dat het deeg
onvoldoende gashoudend vermogen zal hebben, met als gevolg een te klein volume,
een open- en grove onregelmatige kruimstructuur en zwakke plekken in de korst.
·
Proteasen zorgen ook voor het ontstaan van vrije aminozuren in
het deeg die in staat zijn o met de reducerende suikers deel te nemen aan de
Maillard reactie. Het resultaat is een verbeterde kleuring van de korst en
tevens meer smaak en aroma in het brood.
Hemicellulase
Hemecellulase is een verzamelnaam voor al de enzymen die het "niet-zetmeel"
en "niet-cellulose" polysacchariden afbreken. Pentosanasen en
xylanasen behoren tot deze groep. Bloem bevat ongeveer 2 - 3 % hemicellulose
dat 30 % van het vocht in het deeg bindt. Hemicellulose komt voor in de
celwanden van het meellichaam en in de vezelrijke delen van de tarwekorrel.
Daarnaast is het waarschijnlijk dat een gedeelte van de hemicellulose aan het
gluten gekoppeld worden om zo het glutennetwerk te verstevigen. De
basisstructuur van de hemicellulosen bestaan uit een keten opgebouwd uit
xylose-eenheden met daaraan als vertakking arabinose-eenheden. We spreken over
een arabino-xylaan
Pentosanasen
Bloem bevat naast zetmeel nog andere polysacchariden (ongeveer 2
% - 3 %). Ongeveer de helft hiervan is oplosbaar in water (en noemt men
pentosanen) en de andere helft is dat niet (hemicellulosen genoemd). De
pentosanen spelen een belangrijke rol bij het broodproces omdat zij een grote
hoeveelheid water kunnen absorberen :
De pentosanen verbeteren het volume van het brood maar – en dit is vooral heel belangrijk – zij gaan het
verouderingsproces van het brood vertragen. Het is dus evident dat enzymen
van het type pentosanase en hemicullulase de kwaliteit van het brood gaan
beïnvloeden.
Deze enzymen worden meestal gewonnen uit Aspergillius oryzae en
A. niger. Dit zijn ook de micro-organismen die men aanwendt om amylasen te
produceren. Vandaar het grote belang dat men moet hechten aan de oorsprong en
de kwaliteit van de amylasen: een goedkoop amylase kan minder geraffineerd zijn
en dus nog vrij veel pentosanasen en hemilcellulasen bevatten. Hierdoor gaan
ongewenste secondaire effecten optreden bij het gebruik van deze amylasen.
Trouwens de kwaliteit van ieder enzympreparaat wordt bepaald door het type van
secondaire effecten.
Er bestaat geen algemeen aanvaarde theorie over de invloed en
het belang van de pentosanasen bij de broodbereiding. Het lijkt er in ieder
geval wel op dat deze enzymen het coaguleren van de eiwitten vertragen waardoor
ze op indirecte manier zowel de kwantiteit als de kwaliteit van het gluten
verhogen.
Xylanasen
Arabinoxylasen zijn celwandcomponenten van tarwe. Ze kunnen zowel wateroplosbaar als wateronoplosbaar zijn en ze bedragen 1 tot 3% van het droge stof gehalte van tarwebloem. De wateroplosbare pentosanen kunnen tot 10 maal hun eigen gewicht aan water vasthouden en hun aanwezigheid is positief gecorreleerd met broodeigenschappen. De wateronoplosbare pentosanen resulteren in een lager broodvolume. Om het gehalte aan wateroplosbare pentosanen te verhogen wordt xylanase toegevoegd aan brooddeeg. Xylanase breekt bindingen in de arabinoxylasen wat kan leiden tot de afbraak van de wateronoplosbare met vorming van wateroplosbare arabinoxylasen. Indien men teveel toevoegt zullen echter ook de wateroplosbare arabinoxylasen afgebroken worden waardoor het deeg kleverig wordt. Toevoeging van xylanase verbetert de bewerkbaarheid van het deeg, de ovensprong en het broodvolume. Het brood blijft ook langer vers. De oplosbare pentosanen hebben verschillende effecten op het deeg. Door hun grote capaciteit om water vast te houden beïnvloeden de pentosanen in het deeg de distributie van het aanwezige water. Indien er uitgebreide degradatie is of teveel exo-activiteit, zal de additie van xylanase - vooral die afkomstig van Aspergillus niger - eerder een negatief effect hebben : het deeg zal kleverig worden en veel moeilijker te bewerken. Algemeen kan men stellen dat de toevoeging van xylanase zorgt voor een groter broodvolume en een verbetering van de kruimstructuur van het brood, maar het ma