AG Getreidetechnologie und -verfahrenstechnik


 

 

Gruppenleitung: Dr.-Ing. Mario Jekle

Die Aktivitäten der Arbeitsgruppe Getreidetechnologie und -verfahrenstechnik gliedern sich in die Forschungsfelder Struktur-Funktionsbeziehungen von Biopolymeren, dem Struktur-Design von getreidebasierten Lebensmitteln sowie dem Reversed (Bio)engineering, um Mechanismen in den Materialien aufzuklären. Ergänzt wird dies durch den Bereich Verfahrenstechnik und dem Hot Topic Lebensmittelsicherheit. Durch das Verständnis der Zusammenhänge zwischen dem Aufbau der Rohstoffe, Zwischen- und Endprodukte sowie der Einflussnahme der Prozesse während der Backwarenherstellung auf die Teige und Endprodukte können wir wissensbasiert Produkte nach definierten Vorstellungen formen und produzieren. Durch dieses Vorgehen ermöglichen wir die Entwicklung und Optimierung innovativer neuer Anlagentechnik (u.a. innovative Knetsysteme, 3D Druck von Lebensmitteln), um sicher und ressourcenschonend getreidebasierte Produkte zu designen. Die Analyse von prozessrelevanten Materialeigenschaften unserer Rohstoffe erarbeiten wir mit einer Vielzahl an selbst entwickelten und an die notwendigen Prozesse angepassten Methoden sowie mit ausgewählten Standardanalysen. Auf dieser Basis können wir durch spezifische Modifikationen die Materialeigenschaften herkömmlicher und neuer Rohstoffe (u. a. glutenfrei, Restmaterialien und alternative Proteinquellen) und Intermediate so zielgerichtet beeinflussen, um bekannte Qualitäten zu erschaffen, aber auch vollkommen neue Textureindrücke zu kreieren.   Unsere umfassende Ausstattung im Hinblick auf die Herstellung und Bewertung von Rohstoffen, Teigen und Backwaren finden Sie unter Biophysiklabor, Mikrostrukturlabor, Mühlentechnikum und Bäckereitechnikum.

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Forschungsprojekte

Entwicklung eines Prozessdesigns zur Herstellung glutenfreier Brote mittels Aufschlagverfahren durch die Nutzung der Funktionalität von Amarantvollkornmehlen mit definierter Partikelgröße

Die Herstellung glutenfreier Backwaren erfolgt bislang durch die Anwendung konventioneller Verfahrenstechniken, wobei der Hauptanteil des Gases durch die Hefe eingetragen und in einer Stärke-Proteinmatrix gehalten wird. Um den Qualitätsansprüchen glutenfreier Brote gerecht zu werden, ist eine produktspezifische Anpassung der backtechnologischen Methoden unabdingbar. Unter Berücksichtigung der rohstoffspezifischen Charakteristika besteht das Forschungsvorhaben in der Entwicklung eines neuen und innovativen Aufschlagverfahrens, bei dem die funktionellen Eigenschaften von Amarant genutzt werden. Kontakt

Weizenschlempe als alternativer Rohstoff - Entwicklung einer geschmacksneutralen Weizenschlempe zur Erzeugung ballaststoffreicher (und glutenfreier) Lebensmittel

Weizenschlempe, das Nebenprodukt der Gewinnung von Ethanol aus Weizen, wird bisher als Futtermittel oder als Biogas-Substrat verwendet. Durch den hohen Anteil an Ballaststoffen und Proteinen können Lebensmittel in Ihrem Gehalt dieser Stoffgruppen durch die Zugabe von Weizenschlempe angereichert werden. Das Forschungsvorhaben soll die Verwendung von Weizenschlempe in ernährungsphysiologisch aufgewerteten Backwaren ermöglichen. Kontakt

Entwicklung eines Extraktionsverfahrens zur Konzentrierung Funktioneller Inhaltsstoffe aus Amarantmahlfraktionen

Entwicklung eines Getränkepulvers auf Basis eines bioaktiven Amaranthextraktes zur Verbesserung der Regenerationsphase im Leistungssport. Die Fraktionierung von Amarant zu Mehl und Kleie mittels Passagenvermahlung entspricht einer ersten Konzentrierung funktioneller Inhaltstoffen entsprechend ihres Vorkommens in den entsprechenden Kornbestandteilen. Um bioaktive Substanzen weiter anzureichern soll in diesem Projekt ein Extraktionsverfahren mit anschließender Trocknung entwickelt werden. Kontakt

Netzwerk Bioaktive Pflanzliche Lebensmittel

Funktionelle Lebensmittel können einen Beitrag zur Prävention vor Zivilisationskrankheiten, wie Übergewicht, Herz- und Gefäßkrankheiten und Diabetes mellitus Typ 2 leisten. Das über das „Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand - ZIM“ geförderte Netzwerk "Bioaktive pflanzliche Lebensmittel" stellt eine Technologie- und Kommunikationsplattform dar zur Erarbeitung von innovativen Produktlösungen. Kontakt

Enzymatische Modifikation der Arabinoxylan- und Proteinfraktion zur Aufklärung und Optimierung der Strukturbildungseigenschaften von Roggenteigen

Neben dem geringen Anteil an strukturbildenden Roggenproteinen ist die Backfähigkeit von Roggenmehlen zusätzlich durch den hohen roggentypischen Anteil an Arabinoxylanen (8‑12 %) gestört. Durch einen enzymatischen Ab- bzw. Umbau der Arabinoxylane mittels Xylanasen, etc. und einer zusätzlichen, gezielten Verknüpfung der Roggenproteine (mittels Transglutaminase) ist es nicht nur das Ziel die Proteinvernetzung zu verbessern, sondern auch den genauen Einfluss der Arabinoxylane auf das Gebäck aufzuklären und darzustellen. Kontakt

Mikrobiell optimierte Gärgutträgermaterialien

Gärgutträger verursachen häufig Schwierigkeiten bei der automatisierten Produktion von Backwaren. Teiglinge lösen sich beim Umkippen der Gärgutträgerkasten schlecht aus den Kästen und verursachen so einen enormen Reinigungsaufwand. Daher muss die Anhaftung von Teigen an Gärgutträger sowie die Verkeimung der Materialien vermindert werden. Kontakt

Korrelationsanalysen von Teigeigenschaften und Oberflächenstrukturen mittels optischer Messmethoden

Bei Herstellung von Backwaren wird der Knetprozess als einer der wichtigsten Grundbausteine angesehen. Um eine anhaltend hohe Teigqualität sicherstellen zu können wird in diesem Forschungsvorhaben die Entwicklung und Evaluierung einer nicht-invasiven, direkten Teigbeurteilungsmethode auf Basis einer digitalen Oberflächenbetrachtung angestrebt. Kontakt

Alterungsprozesse von Kuchen

Die Lagerungseigenschaften von Kuchen hängen vor allem von der verwendeten Rezeptur, der Wasseraktivität sowie von der Lagerzeit und -temperatur ab. Diese Parameter sind maßgeblich für die Strukturveränderung von Kuchen verantwortlich. Ziel ist es daher, u.a. den Einfluss dieser Prozessparameter auf die Kuchenalterung zu untersuchen, aufzuklären und darzustellen. Kontakt

Mikrostrukturelle Verbesserung süßer Backwaren

Komplexe Inhaltsstoffe und deren Aufarbeitungen zeigen bei süßen Backwaren differenzierte Struktureigenschaften, die bisher nicht vollständig aufgeklärt sind. Ziel ist es, die Auswirkungen derjenigen Inhaltstoffe auf das Endprodukt zu evaluieren, die zur Verbesserung der Haltbarkeit und der strukturellen Eigenschaften führen. Kontakt

Strukturaufklärung von Getreidebestandteilen

Zusammenhänge zwischen  Mikrostruktur und rheologischen Kenngrößen von Teigen und Backwaren während des aufarbeitungs- und thermischen Behandlungsprozesses. Dabei besteht das Ziel die Aufklärung von relevanten Inhaltsstoffe von Feinen Backwaren (pound cakes), in Roggenteigen und –backwaren sowie während des Backprozesses voranzutreiben sowie eine Quantifizierung von differenzierten Getreidebestandteilen zu erreichen.  Kontakt

Beeinflussung der Fermentationskinetik und Endproduktqualität von Getreideerzeugnissen in Abhängigkeit des Triebmittels

S. cerevisiae produziert während der Gare CO2, welches zur Ausbildung von Brotvolumen führt und synthetisiert sekundäre Stoffwechselendprodukte, die Einfluss auf Aroma und Teigeigenschaften nehmen. Untersuchungen sollen den Einfluss der Triebmittelaktivität auf die Gasentwicklung und die Beeinflussung der Bildung von sekundären Metaboliten aufklären und die Auswirkungen von Gärbedingungen auf die Endproduktqualität zeigen. Kontakt

Steuerung der technologischen Funktionalität von mechanisch modifizierten Mehlen

Bei der Vermahlung von Getreide werden strukturelle Veränderungen der Stärkegranula hervorgerufen, was die technologischen Eigenschaften von Mehlen beeinflusst. In diesem Forschungsvorhaben soll daher der Einfluss der Vermahlung in Abhängigkeit von der Mühlenart und den Vermahlungseinstellungen auf die Stärke- und Proteinmodifikation untersucht werden. Dabei soll aufgeklärt werden, wie die unterschiedlichen Beanspruchungsarten in den Mühlen sich auf die Proteinfraktionen und die verschiedenen Strukturebenen der Stärke auswirken und welche Folgen die strukturellen Veränderungen der Stärke und Proteine auf die Teigverarbeitung, die Backeigenschaften und die Sensorik des Endproduktes haben. Kontakt

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Abgeschlossene Projekte:

CIP-Reinigung pumpfähiger Getreideteige Optimierung der Abreinigung von pumpfähigen Getreideteigen durch CIP-Verfahren

In der Getränkeindustrie werden Cleaning-in-Place-Verfahren aufgrund ihrer Effizienz und der hohen Hygienestandards zur Reinigung von schlecht erreichbaren Anlagenteilen wie Rohren oder Kessel eingesetzt. In der Backbranche verringern bisher jedoch geringe Kenntnisse über die Interaktionen zwischen Getreideteigmatrices und verschiedener Reinigungsmittel die Effektivität von Reinigungszyklen. Im Projekt wird in einem CIP-Versuchstand die Abreinigung in Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeiten, Temperaturen und Reinigungsmittelkonzentrationen untersucht um eine effizientere Auslegung von Reinigungsprozessen und eine Optimierung der Prozess- und Produktsicherheit zu ermöglichen.

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Intelligente Gärsteuerung – Automatische Optimierung der Gärführung an den Ist-Zustand der Teiglinge mittels digitaler Bildauswertung und erfahrungsbasierter Fuzzyregelung

Der optimale Verlauf der Gärphase stellt eine unbedingte Voraussetzung für die Herstellung qualitativ hochwertiger Backwaren dar. Vor dem Hintergrund knapper werdenden Fachpersonals verläuft die Gärphase häufig nach fest vorgeschriebenen Programmen. Diese berücksichtigen keine Schwankungen in den Prozessparametern, wodurch die Gärphase häufig suboptimal verläuft und große Mengen an Ausschussware entstehen. Durch den Einsatz eines kamerabasierten optischen Messsystems mit einem fuzzy-basierten Regelungssystem, sollen Abweichungen von der Teiglingsentwicklung erkannt werden und der Prozess automatisch an den aktuellen Zustand angepasst werden. Ziel ist es, unabhängig von schwankenden Rohstoff-, Verarbeitungsqualitäten und Fehlbedienungen einen vorgegebenen Reifezustand an Ende der Gare garantieren zu können.

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Adhäsionseigenschaften von Getreideteigen - Einfluss und Interaktion von Materialien und deren Oberflächenstruktur auf die Adhäsionseigenschaften von Getreideteigen unter Berücksichtigung technologischer und hygienischer Aspekte

Bei der Produktion von Backwaren entstehen oftmals durch an Werkstoffoberflächen (Transportbänder, Gärtücher, Teigteiler, Knetelemente) anhaftende Teigreste zusätzliche Kosten. Die chemischen und physikalischen Grundlagen dieser Adhäsion, oft als Klebrigkeit bezeichnet, sollen in diesem Forschungsvorhaben aufgeklärt werden. Dadurch sollen sowohl Kosten, Teigabfälle aber auch Keimquellen in der Backwarenproduktion vermindert werden. Kontakt

Vorhersage von Weizenbackqualitäten - Neuartige Auswertemethoden und optimierte Backversuche zur Beschreibung der Backqualität von Mehlen aus modernen Weizensorten

Neben standardisierten Backversuchen gibt es zahlreiche physikalisch- und chemisch-analytische Methoden zur Charakterisierung von Weizen und Weizenmehlen, deren Ergebnisse mit den charakteristischen Merkmalen von Backversuchen, u.a. dem Backvolumen, in unterschiedlichem Ausmaß korrelieren. In den letzten Jahrzehnten ist die Vorhersage der Backqualität anhand dieser Kennzahlen z.T nicht mehr aussagekräftig. Ziele sind, in Anlehnung an den Rapid Mix Test, einen auf die Praxis ausgerichteten Backversuch zu entwickeln, neue indirekte Methoden, wie NIR- und US-Fingerprinting zu etablieren, sowie mit Hilfe chemometrischer Methoden neue Kennzahlen zur Vorhersage von sortenreinen Weizenmehlen und Mischungen von Mehlen definieren zu können. Kontakt

Steuerung der Struktur, Aromaqualität und Frischhaltung von Weizenbackwaren durch optimierte Teigführungen und modifizierte Stärkeeigenschaften

Bei der Backwarenherstellung werden grundsätzlich direkte oder indirekte Teigführungsarten angewandt. Durch Abstimmung dieser kann, neben dem Ausgleich von Produktionsspitzen, eine produktspezifische Qualitätssteigerung erreicht werden. Mit diesem Forschungsvorhaben wird die Aufklärung von Struktur- und Aromaprofile der verschiedenen Weizenteigführungsarten in Abhängigkeit stärkebeeinflussender Komponenten (Amylaseaktivität, Stärkebeschädigung) sowie Prozess- und Rezepturparametern angestrebt. Dabei stehen die Klärung von Prozessgrenzen zur Einstellung optimaler Weizenbackwarenqualitäten sowie die Aufstellung optimierter Führungssysteme im Fokus. Kontakt

Analyse von Porenanteil und Dichte in getreidebasierten Teigen zur Bewertung der Produktqualität

Ziel der Backwarenindustrie ist es, eine gleichmäßige Porenstruktur der Krume zu erzeugen. Während der Teigherstellung werden mittels Ultraschall die Gasblasen im Teig erfasst und quantifiziert. Daraus errechnet sich die Dichte. Diese ist Grundlage zur Ansteuerung von kontinuierlich arbeitenden Teigteilmaschinen. Kontakt

Entwicklung eines Verfahrens zur Gewninung von Stärke aus waxyGerste zum Ersatz von modifizierter Stärke, Guar und Xanthan in Lebensmitteln

Ein neuartiges Mahl- und Sichtverfahrens ermöglicht es, waxyGerste in differenzierte Mahlfraktionen aufzutrennen. Ziel dieser Fraktionierung war die trockene Gewinnung der amylopektinreichen Stärkekomponenten sowie von β-glucanreichen Einheiten zum möglichen Ersatz gegenüber modifizierter Weizenstärke, Guar oder Xanthan. Dabei zeigen β-glucanreiche (β-Glucan > 16 % (w/w)) und eine amylopektinreiche (Amylose < 6 % (w/w)) Fraktion besondere bäckereispezifische Vorteile, wie hohes Wasserbindevermögen, verlängerte Frischhaltung und ernährungsphysiologische Vorteile auf. Kontakt

Entwicklung geeigneter Backmittel zur Verbesserung und Erweiterung des Backwarenangebotes für Menschen mit Zöliakie

Die Krankheit Zöliakie gewinnt immer mehr an Bedeutung. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll die Voraussetzung für eine neue Generation von Backmitteln zur Herstellung sicherer, qualitativ hochwertiger Backwaren für Menschen mit Zöliakie erarbeitet werden. Kontakt

Verbesserung der technologischen Funktionalität von Amaranth, Buchweizen und Quinoa durch Nutzung der endogenen Substrateigenschaften und physiologischen Eigenschaften der Fermentationsorganismen

Aufgrund der kontinuierlich steigenden Anzahl von Verbrauchern mit diagnostizierter Glutenintoleranz gewinnen glutenfreie Backwaren immer mehr an Bedeutung. Das Ziel des Forschungsvorhabens lag darin, die Nutzbarkeit der Pseudocerealien Amaranth, Buchweizen und Quinoa für die Herstellung glutenfreier Backwaren und Produkte spezieller Diäten hinsichtlich teigrheologischer und backtechnologischer Eigenschaften aufzuzeigen und diese durch gezielte Fermentation zu steigern. Hierzu sollten die Mehle bzw. die Mahlfraktionen hinsichtlich ihrer analytischen Zusammensetzung und technologischen Funktionalität charakterisiert werden. Darüber hinaus sollte das Potenzial der Inkubation mit Enzymen bzw. die Fermentation mit Starterorganismen zur gezielten Beeinflussung der technologischen Funktionalität der Mehle bzw. Mahlfraktionen bestimmt und anschließend zur Verbesserung der Qualitätsmerkmale in glutenfreien Backwaren angewendet werden. Kontakt

Neuartige Technologien: Entwicklung eines intelligenten Backofens (IBO)

Kein Ofensystem ist in der Lage, selbständig Einfluss auf den Backverlauf und deren Parameter zu nehmen. Mittels digitaler Bilderfassung und der Implementierung einer fuzzygesteuerten Software soll ein System geschaffen werden, das selbständig den Backprozess steuert. Zielsetzung dieser „intelligenten Steuerung“ ist eine rationalisierte Anwendbarkeit, um die Ausschussware zu reduzieren.  Kontakt

Verbesserung der technologischen Eigenschaften von Roggenteigen und -backwaren mit Transglutaminase und Peptidasen

Die strukturellen Eigenschaften von Backwaren, beruht maßgeblich auf den Proteinfraktionen.  Durch eine verstärkte, enzymatische Vernetzung der Roggenproteine (mittels Transglutaminase), die in der herkömmlichen Verarbeitung von Roggenmahlerzeugnissen nur sehr beschränkt auftritt, kann die Gebäckqualität verbessert werden. Kontakt

Minimierung des Einsatzes von Kochsalz in der Brotrezeptur unter Beibehaltung der Backeigenschaften und der Geschmacksqualität

Eine erhöhte Natriumzufuhr wird in Zusammenhang mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen gebracht. Da der Großteil der täglichen Natriumaufnahme durch Backwaren zugeführt wird, soll NaCl in der Brotrezeptur reduziert werden. Der gleichzeitige Erhalt von sensorischen und technologischen Eigenschaften ist hierbei zielführend. Kontakt

Einfluss von Textur, Herstellungsbedingungen und Brotalter auf die Verfügbarkeit wichtiger Brotaromastoffe unter Verzehrsbedingungen

Zielsetzung ist die Aufklärung der Interaktionen der qualitätsbestimmenden Merkmale Textur und Aroma in Weizenbroten. Die Forschungsergebnisse werden es ermöglichen, erstmalig zwischen tatsächlichen Konzentrationsverschiebungen der aromaaktiven Substanzen und Abweichungen der Aromafreisetzung durch strukturelle Unterschiede des Brotes zu differenzieren. Kontakt

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