Verbesserung glutenfreier Teige durch neuartige AX-Netzwerke

Weltweit steigende Zahlen von an Zöliakie und Glutensensitivität leidenden Personen erfordern hoch-qualitative glutenfreie täglich konsumierte Lebensmittel, insbesondere Brot. Derzeit können glutenfreie Brote noch immer nicht mit herkömmlichen Broten konkurrieren. Zum einen mangelt es ihnen an wichtigen Nährstoffen, da sie zumeist aus reinen Stärken bestehen. Zum anderen sind ihre sensorischen Eigenschaften wenig zufriedenstellend. Zudem ergibt sich eine Vielzahl technologischer Probleme aus der Glutenfreiheit. Hirse und Sorghum sowie die Pseudocerealien Amaranth, Quinoa und Buchweizen sind für deren zahlreiche ernährungsphysiologische Vorteile gegenüber herkömmlichen Brotgetreiden bekannt und könnten somit die Defizite von Zöliakiepatienten mindern. In der Tat wurden bereits einige Ansätze zur Verbesserung glutenfreier Brote erkannt wie z.B. Zusatz von HydrokolloidenundEmulgatoren, Enzymbehandlungenoder Sauerteigfermentation. Allerdings sind die daraus hervorgehenden Ergebnisse unzureichend und die vollständige Imitation des Glutennetzwerkes ist bislang nicht gelungen. Ziel des beantragten Projektes ist es, einige hilfreiche Ansätze und Fakten zu kombinieren, um hoch-qualitatives glutenfreies Brot zu entwickeln. Roggenpentosane weisen das höchste Molekulargewicht und somit eine sehr hohe Viskosität auf. Daher scheint deren Anwendung als Backhilfsmittel für glutenfreie Brote vielversprechend. DieHauptidee ist es, maßgeschneiderteausRoggenkleieisolierte Pentosane inKombinationmit maßgeschneiderten Pentosan-vernetzenden Enzymen (Laccase, Glucoseoxidase und Pyranose-Oxidase) in den erwähnten (Pseudo)Getreiden einzusetzen. Dies könnte im Aufbau eines enormen Netzwerkes -vergleichbar zu jenem aus Gluten- innerhalb einer gesunden Matrix resultieren. Das Potential von Arabinoxylanen (AX) als natürliche Backhilfsmittel wurde bereits für Weizen- und Roggenbrot aufgezeigt und auch die Isolierung von AX aus Mehlen wurde schon versucht. Allerdings sind Ausbeute, Reinheit und Wirtschaftlichkeit aller bislang publizierten Prozesse nicht zufriedenstellend. An der BOKU wurde kürzlich ein Verfahren zur Isolierung von AX aus Roggenkleie im Pilotmaßstab entwickelt. Ebendieses Verfahren weist die höchste publizierte Ausbeute und eine -aus der Nutzung von Kleie (einem Abfallprodukt der Lebensmittelindustrie) als Ausgangsmaterial resultierende- überlegene Wirtschaftlichkeit auf. Zudem werden organische Lösungsmittel zugunsten der umweltschonenden Ultra- Diafiltration vermieden. Dennoch besteht weiteres Verbesserungspotential, welches im Rahmen dieses Projektes ausgeschöpft werden soll. Insbesondere sollen Verfahren und damit Endprodukt durch die Nutzung verschiedener Xylanasepräparate aufgewertet werden, wodurch die gewonnenen AX speziell auf den Anwendungszweck Brotbacken zugeschnitten werden sollen. Wenngleich die Herstellung der erforderlichen Enzyme state-of-the-art ist, sind kommerziell erhältliche Laccase-Präparate mit zahlreichen Einschränkungen behaftet (Reinheit, Aktivität, Spezifität). Viele Laccasen unterschiedlicher Aktivität und Wirkungsoptima sind bekannt. Folglich soll auch die Verbesserung der Produktion benötigter Enzyme mit auf Einsatz als Backhilfsmittel maßgeschneiderten Eigenschaften Ziel des Projektes sein. Die Interaktionen der verschiedenen gewonnenen Roggenpentosane und verschiedener Enzympräparate sollen zunächst anhand eines einfachen Modelsystems beobachtet werden. In weiterer Folge soll die Wirkung der jeweils vielversprechendsten Pentosan- und Enzymmischungen auf die Teigqualität in ausgewählten Sauerteigsystemen mittels rheologischer und chemischer Analysen untersucht werden. Letztlich sollen Backversuche und Sensoriktests das Projekt abschließen.

Gluten ist das hauptstrukturbildende Protein in Weizenbrot, das dem Teig seine besonderen Backeigenschaften verleiht. Aufgrund seiner einzigartigen Funktionalität ist der Ersatz von Gluten eine Herausforderung. In Roggenbrot sind vor allem die Arabinoxylane (AX), das sind lösliche und unlösliche Ballaststoffe, die natürlicherweise in Zellwänden von Getreidekörnern vorkommen, wesentlich an der Teigstrukturbildungbeteiligtindem sie Arabinoxylannetzwerke bilden. Ziel dieser Studie war es daher, durch Zugabe von isolierten Roggen-AX zu glutenfreien (GF) Broten, eine Roggenbrot-ähnliche Struktur zu imitieren. Dazu wurden verschiedene Technologien zur Extraktion von Arabinoxylanen aus Roggenkleie und zur Anwendung von Enzymen und Sauerteigfermentation für eine verbesserte Netzwerkbildung grundlegend untersucht, mit dem Ziel ein entsprechend stabiles AX-Netzwerk und in Folge ein qualitativ hochwertiges GF-Brot zu erhalten. Diese Versuchewurdeninenger Kooperation mit der Technischen und Wirtschaftswissenschaftlichen Universität Budapest, Department für Angewandte Biotechnologie und Lebensmittelwissenschaften durchgeführt. In den Extraktionsversuchen konnte nach intensiven Untersuchungen und Bemühungen unter Anwendung eines möglichst umweltschonenden und wirtschaftlich rentablen Prozesses die Ausbeute von isoliertem Arabinoxylan auf 3.81 g AX/ 100 g Roggenkleie optimiert werden, mit gleichzeitig guter Funktionalität der AXs. In umfassenden und sehr detaillierten rheologischen und backtechnologischen Versuchen wurden die erhaltenen Arabinoxylanisolate auf ihre Fähigkeit glutenfreie Brotteige strukturell zu verbessern untersucht. Durch optionale Zugabe des Enzyms Pyranose-2-Oxidase und angepasste Sauerteigfermentation zeigten AX, welche durch alkalische Extraktion mit Ca(OH)2 gewonnen wurden, die vielversprechendsten Resultate. Die durchgeführte Studie konnte erfolgreich aufzeigen, dass aus Roggenkleie extrahierte Arabinoxylane eine natürliche, umwelt- und konsumentenfreundliche Alternative zu deklarationspflichtigen Hydrokolloiden (z.B. HPMC) darstellen, um glutenfreie Brote mit verbesserter Qualität herzustellen.