Der Teigentwicklung auf der Spur

Vor einigen Jahren wurde mit dem Rapidojet ein neues Verfahren zur Herstellung von Teigen vorgestellt. Inzwischen gibt es weitere Untersuchungen, Erkenntnisse und Erfolge, unter anderem auch bei Vollkornteigen.

Der Teigentwicklung auf der Spur

 Gute Gebäcke kann man nur herstellen, wenn der Teig gut entwickelt wurde. Hierin ist sich die Fachwelt einig. Wie ein Teig jedoch gut zu entwickeln sei wird sehr unterschiedlich gesehen, je nach Produkt, vorhandenem Knetsystem, Firmenphilosophie und Schwerpunkt in Sachen Energieeffizienz, Arbeitskosten, Betriebsablauf und Raumbedarf.
Es gibt zahlreiche Untersuchungen, teilweise aus den 60-er und 70-er Jahren, die versuchen, die Verhältnisse bei der Teigbereitung zu beschreiben. Hier wurden grundlegende Erkenntnisse gewonnen, jedoch wurden etliche Erkenntnisse maschinentechnisch nicht umgesetzt [3],[8],[9],15],[16].
Von Teilchen zum Teig
Was entwickelt aber nun einen Teig? Wie wird aus einer unelastischen feuchten Masse ein glatter und dehnfähiger Teig, der in der Lage ist, das gebildete Gärgas zu halten und so ein gut gelockertes Gebäck zu ermöglichen? Man ist sich einig, dass der Kleber aus Gliadin und Glutenin für die speziellen Eigenschaften des Teigs verantwortlich ist [10]. Ein Stoff mit vergleichbaren Eigenschaften ist bisher nicht gefunden worden und konnte auch noch nicht künstlich nachgestellt werden. Während Glutenin in isolierter Form extrem kohäsiv ist und eine zusammenhängende elastische Masse darstellt, wirkt Gliadin als "Schmiermittel" und Trennmittel und würde für sich betrachtet wie Honig fließen. Erst durch das Zusammenwirken beider Komponenten kommt es zur charakteristischen Eigenschaft des Klebers.
Amend [1] konnte zeigen, dass sich durch Benetzen von Mehl an der Grenzschicht Mehl-Wassser-Luft spontan mikroskopisch sichtbare Kleberfäden bilden. Dieser Vorgang erfolgt geradezu "explosionsartig", so dass davon auszugehen ist, dass die Bildung des Klebers an sich ein sehr schneller und unproblematisch vor sich gehender Vorgang ist, der  zudem auch keinerlei Energie benötigt. Die Kleberfäden (Fibrillen) aggregieren zu größeren Einheiten, die von einem kompakten Zustand durch Kneten in den gewünschten Strukturzustand gebracht werden. Nach Kieffer [7] entfalten sich die Proteine an der Grenzschicht Wasser /Luft und dehnen sich aus.
Unbehend [19] konnte in einer umfangreichen Arbeit nachweisen, dass sich ohne Energieaufwand allein durch Zusammenbringen von Mehl und Wasser eine viskoelastische Masse ergibt. Diese unterscheidet sich jedoch in ihren rheologischen Eigenschaften siginifikant von einem voll entwickelten Teig.
Während bis in die 60-er Jahre akzeptiert wurde, dass die Teigentwicklung nur durch lange Kesselgare zu erzielen ist und relativ wenig Energie für das Kneten eingesetzt wurde, änderte sich die Situation dank des "Chorleywood"-Verfahrens, das die Bäckereien in England und den von England geprägten Ländern revolutionierte. MDD, "mechanical dough development" war das Stichwort. Teig musste nicht mehr über Stunden gereift werden wenn man ihn mit Hochgeschwindigkeitsmixern innerhalb von 3 Minuten herstellte. Obwohl viel Energie in kurzer Zeit eingebracht wurde, benötigte man unter dem Strich weit weniger Energie um Teig zu entwickeln, als dies durch andere Knetverfahren bis dahin der Fall war. Erstmals wurde die "Knetenergie" als Maß für die Beurteilung des Knetvorgangs herangezogen. Beim Chorleywood-Verfahren geht man von 11 kWh/to Teig aus. Ein Spiralkneter erreicht dagegen einen entwickelten Teig mit 15 kWh/to.
Ein solch energieintensives Verfahren hat als Begleiterscheinung eine immense Teigerwärmung und eine Kühlung des Kneters durch einen Doppelmantel und Kühlflüssigkeit ist eine technische Voraussetzung für gelungene Teige.

Viel diskutiert wurde die Frage, wieviel Energie ein Teig benötigt. Weniger Mühle machte man sich bisher mit der Frage, welche Energie benötigt wird und wie man die Energie am effizientesten einsetzen kann.
Daher soll hier ein etwas tieferer Blick in die Vorgänge, die bei der Teigentwicklung eine Rolle spielen oder spielen könnten, gewagt werden.

Das Mischen an sich steht nicht im Vordergrund. Die Mehlpartikel sind untereinander schon durch die Mühle gut gemischt. Die erste Schwierigkeit besteht darin, Mehl mit Wasser zu benetzen.
Trockenes Mehl widersetzt sich der Benetzung, ein Wassertropfen kann sehr lange auf einer Mehloberfläche verbleiben ohne dass er in das Innere des Mehl eindringt. Zehle [20] hat dies eindrucksvoll demonstriert.
Eine große Oberfläche durch kleine Wassertröpfchen, im freien Fall vereinzelte Mehlpartikel und insbesondere eine Geschwindigkeitsdifferenz zwischen Mehl und Wasser, die für einen Aufprall und ein zwangsweises Eindringen sorgt, begünstigen die Benetzung. Alle drei Faktoren liegen in konventionellen Knetsystemen jedoch in der denkbar ungünstigsten Variante vor: das Wasser wird in einem dicken langsamen Strahl zugegeben, das Mehl liegt zum Zeitpunkt der Wasserzugabe bereits kompakt im Kessel und die Geschwindigkeitsdifferenz ist zu vernachlässigen.

Abb. 1: Verteilung nach Zugabe des Wasser direkt nach Zugabe (links) und nach einigen Knetbewegungen. (© Noll) Abb. 1: Verteilung nach Zugabe des Wasser direkt nach Zugabe (links) und nach einigen Knetbewegungen. (© Noll)
Abb. 1: Verteilung nach Zugabe des Wasser direkt nach Zugabe (links) und nach einigen Knetbewegungen. (© Noll)

 

Abb. 1 zeigt anhand von gefärbtem Wasser, wie die Verteilung nach Zugabe des Wassers und nach einigen Knetbewegungen aussieht. Das Wasser verschwindet zunächst in einem Teil des Mehls, anschließend muss es aus diesem wieder herausmassiert werden, daher dauert es empfindlich lange bis eine homogene Grundmasse erzielt wird. Nach 40 Knetbewegungen sind immer noch helle Teigstellen zu sehen (Abb. 2), erst ab 80 Knetbewegungen erscheint die Teigmischung homogen.

Abb. 2: Heller und dunkler Teig nach 40 Knetbewegungen (© Noll)
 Abb. 2: Heller und dunkler Teig nach 40 Knetbewegungen (© Noll)

 

Der nächste Schritt ist die Umwandlung von einem Gemisch zu einem entwickelten Teig. Dieser Teil entzieht sich in vielen Punkten der Beobachtung. Auf molekularer Ebene wurden die Löslichkeitsverhältnisse der verschiedenen Eiweißfraktionen herangezogen – der Bäcker indes macht am liebsten seinen "Fenstertest" und prüft, ob der Teig sich zu einer dünnen Membran aufspannen lässt [7]. Zwischen diesen beiden Extremen gibt es dann eine Vielzahl von rheologischen Untersuchungen und schließlich lassen mikroskopische Bilder einen tieferen Einblick in die Mikrostrukturen des Teiges zu, allerdings durch Präparieren, insbesondere Trocknen für elektronenmikroskopische Aufnahmen, oft verzerrt.
Man ist sich darin einig, dass das Ziel der Teigentwicklung darin besteht, ein durchgängiges "Klebernetzwerk" zu erhalten [14],[18]. Der Kleber soll ein dreidimensionales Netzwerk bilden, das aus möglichst dünnen Filmen besteht. Diese Filme umschließen die Stärkekörner und werden im Falle der Überknetung wieder zerstört.

Klebernetzwerkbildung

Es lohnt sich der Frage nachzugehen, wie die Bildung eines solchen Klebernetzwerks begünstigt werden kann.
Grundsätzlich gibt es verschiedene Vorgänge, die als "knetwirksam" betrachtet werden. Unter mechanischen Gesichtspunkten sind dies Scheren, Falten, Dehnen und Kollision. Begleitend, aber nicht für die Teigentwicklung wirksam werden Reibung, Beschleunigung / Entschleunigung und Druck genannt. Unterhalb einer "kritischen Knetgeschwindigkeit" treten sogar Vorgänge auf, die einen entwickelten Teig wieder in den Zustand eines unterentwickelten Teiges bringen (Tipples, "unmixing", [16]). Dies könnte auch die Erklärung für die Beobachtung sein, dass durch relativ schwache Bewegungen, wie z.B. die Entleerung eines Kesselkneters strukturzerstörende Vorgänge stattfinden.
Neben diesen knetwirksamen makroskopischen Bewegungen ist zu berücksichtigen, dass das kleinste Knetelement im Teig das mikroskopisch kleine Stärkekorn darstellt, das als festes Partikel in der Lage ist, eine Kleberstruktur zu deformieren und die Ausbildung eines Films zu unterstützen (Meuser, [11]).
Dass Disulfidbrücken eine zentrale Rolle hinsichtlich der Klebereigenschaften spielen ist unumstritten, ebenso dass Thiol-Gruppen beteiligt sind [10]. Strittig ist, inwieweit es überhaupt notwendig ist, neue kovalente Bindungen zu erzeugen und ob dieser Vorgang tatsächlich stattfindet [15]. Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass allein durch Vergrößerung der "inneren Oberfläche" neue Kontaktflächen geschaffen werden und somit neue Bindungsformen ermöglicht werden.
Neben der mechanischen Teigentwicklung gibt es die "chemisch unterstützte" Teigentwicklung. Hier ist besonders Cystein hervorzuheben, das bei einer Konzentration zwischen 30 – 100 ppm in der Lage ist, die benötigte Knetenergie auf die Hälfte herabzusetzen ohne den Teig zu stark zu erweichen und klebrig zu machen. Dies wurde von mehreren Autoren untersucht [8], [12].
Ein Parameter, der während des Knetens überwacht werden kann ist die Teigtemperatur. In der Regel wird versucht, eine Teigtemperatur von 26, maximal 28 °C zu erzielen. Der exakte Grund hierfür ist unklar und es werden verschiedenen Begründungen hierfür gegeben. Drohende Austrocknung der Oberfläche bei höherer Temperatur ist ein Grund, die Synchronisation von Teigentwicklung und Hefeaktivität ist ein weiterer.
Aus knettechnischer Sicht kommt ein weiterer Aspekt hinzu: mit zunehmender Teigtemperatur wird der Teig weicher, die Knetwerkzeuge finden keinen Widerstand mehr und die Knetdauer erhöht sich überproportional, die Teigtemperatur steigt in Folge noch weiter an. Es ist daher dringend zu raten, nicht erst in diesen Trend zu gelangen.

Teigentwicklung durch Laminieren

Unter Zugrundelegung dieser Vorüberlegungen sollten folgende mechanische Vorgänge ein Klebernetzwerk zu entwickeln helfen:
zweidimensionale Dehnung der zunächst kugelförmigen Kleberaggregate zur Erzielung dünner Filme [18].
Schaffung einer großen "inneren Oberfläche" durch wiederholtes Zusammenlegen (Falten) der gedehnten Flächen ohne deren Orientierung zu ändern.
Versucht man diese beiden Vorgänge in einem technischen Prozess zu realisieren, so führt dies unmittelbar zum Vorgang des Laminierens. Sowohl zweidimensionale Dehnung als auch das Schaffen neuer Kontaktflächen unter Beibehaltung der Orientierung sind hier durch das Ausrollen und Zusammenlegen des Teiges gewährleistet.
Wie eingangs erwähnt fehlt es nicht an grundlegenden Untersuchungen hierzu, diese wurden bereits in den 70-er Jahren durchgeführt [3], [4], [8], [9], [16], [17].
Ein direkter Vergleich der Teigentwicklung durch Kneter und durch wiederholtes Ausrollen und Zusammenlegen zeigte, dass die mechanische Teigentwicklung genauso vollständig durch Laminieren erzielt werden kann [3], [15].
Dabei wurden erstaunliche Erkenntnisse gewonnen:
Teige benötigen nur zwischen 20 und 40 Laminiervorgänge um vollständig entwickelt zu werden (Abb. 3).

Abb. 3: Teigentwicklung durch wiederholtes Ausrollen und Zusammenlegen [15] (© Noll)
Abb. 3: Teigentwicklung durch wiederholtes Ausrollen und Zusammenlegen (© Noll)


Für die Teigentwicklung wird nur 15 % der sonst notwendigen Energie benötigt [15].
Die Teigerwärmung ist zu vernachlässigen.
Laminierte Teige können praktisch nicht überknetet werden.

Die Effizienz des Laminierens lässt sich in einem Backversuch leicht nachvollziehen. Man mischt alle Bestandteile grob zusammen, so dass kein freies Mehl mehr vorhanden ist. Dann lässt man die Masse 45 Minuten ruhen. Man bemerkt schon einen deutlichen Teigentwicklungsvorgang allein durch die verstrichene Zeit. Der Teig wird nun auf die Arbeitsplatte gegeben und man zieht ihn auseinander, so dass er anschließend in 3 Lagen gefaltet werden kann, dann nochmals in der anderen Richtung in 3 Lagen. Idealisiert ergeben sich somit 9 Schichten. Nach einer Ruhephase von 45 Minuten und 90 Minuten wird der Vorgang jeweils wiederholt. Rein rechnerisch ergeben sich somit 9 x 9 x 9 = 729 Schichten, oder in anderen Worten, die innere Oberfläche wurde um den Faktor 729 vergrößert. Im amerikanischen Sprachgebrauch wird die Methode "Stretch & Fold" genannt.
Es ergeben sich Gebäcke mit einer feinen Porenstruktur (nicht zu vergleichen mit "No-Need-To Knead"-Teig, bei dem nach dem ersten Mischen kein weiterer Vorgang stattfindet und eine sehr grobe und ungleichmäßige Porung mit dicken Porenwänden entsteht).

Tipples [17]stellte fest, dass die benötigte Knetenergie stark reduziert werden kann, wenn nach dem Benetzen der Teig sich selbst überlassen wird. Man spricht hier auch von "Autolyse Flour moisturization".

Vergleicht man die Mischbarkeit von Teigen durch Kneten und durch Laminieren, so stellt man fest, dass ein vergleichbarer Mischzustand bei 5 Laminierungen oder bei 40 Knetvorgängen erreicht wird, in Abb. 4 anhand von gefärbtem und ungefärbtem Teig sichtbar gemacht. Dies unterstreicht die hohe Effizienz des Laminierens.

Abb. 4: Vergleich der Mischwirkung von Knetvorgängen und Laminierschritten (© Noll)
Abb. 4: Vergleich der Mischwirkung von Knetvorgängen und Laminierschritten (© Noll)

 

Umsetzung in neuen Verfahren

Rapidojet Hochdruckstrahlverfahren

Beim Rapidojet-Verfahren (rapid=schnell, do=dough, jet=Antrieb durch Wasserstrahl) werden die teigbildenden Maßnahmen in vieler Hinsicht effektiv eingesetzt.
2002 wurde vom Autor erstmals berichtet, Teig durch Benetzung von Mehl mittels eines Hochdruckwasserstrahls herzustellen [12].  
Das Mehl und andere Trockenstoffe werden kontinuierlich über eine Dosierschnecke oder ein Mehlsieb in ein Mischrohr dosiert (Abb. 5).

Abb. 5: Rapidojet Mischrohr mit eingebauter Rotationsdüse (© Noll)
Abb. 5: Rapidojet Mischrohr mit eingebauter Rotationsdüse (© Noll)

 

Im freien Fall werden nun die Mehlpartikel von einem Hochdruckstrahl erfasst und benetzt. Der Hochdruckstrahl weist eine Geschwindigkeit von 250 – 500 km/h auf. Die Mischung wird aktiv aus dem Mischrohr ausgestoßen. Die Verweilzeit beträgt nur Bruchteile von Sekunden. Berechnungen nach Auswertung einer Hochgeschwindigkeitskamera ergaben, dass das Mischrohr nur zu weniger als 2 % mit Teig gefüllt ist. Die Teigbildung erfolgt somit faktisch in der Luft. Der Teig hat bis zum Auftreffen in ein Gefäß oder auf ein Transportband die Zustand eines "Teignebels" (Abb. 6). Dies wurde insbesondere durch Hochgeschwindigkeitsaufnahmen sichtbar.

Abb. 6: Austritts des "Teignebels" aus dem Rapidojet (hier mit groben Rezepturbestandteilen, in drehenden Knetkessel dosiert) (© Noll)
Abb. 6: Austritts des "Teignebels" aus dem Rapidojet (hier mit groben Rezepturbestandteilen, in drehenden Knetkessel dosiert) (© Noll)

 

Der benötigte Druck, der über eine Hochdruckpumpe bereitgestellt wird, beträgt zwischen 35 und 150 bar.
Eine "kleine" Anlage hat dabei eine Kapazität von 1000 kg Teig pro Stunde. Hierfür werden lediglich 1,3 kWh benötigt (vgl. 11 kWh für das Chorleywood-Verfahren). Größere Anlagen mit bis zu 3,5 to/h sind in verschiedenen Ländern im industriellen Einsatz.
Trotz der hohen Leistung sind die Anlagen sehr kompakt. Das Mischrohr weist eine Länge von 50 cm auf und hat einen Durchmesser von 6 – 12 cm. Der Platzbedarf wird durch die Mehldosieranlage bestimmt.

Folgende Faktoren begünstigen den Knetprozess beim Hochdruckstrahlverfahren:
Hefe, Salz lassen sich leicht mit Wasser vormischen und werden als Gemisch über die Hochdruckdüse dosiert; somit entfällt eine nachträgliche Notwendigkeit des Mischens.
Mehl wird im freien Fall dosiert und ist somit optimal für die Benetzung zugänglich.
Wasser wird durch den hohen Druck und den Aufprall an die Mischkammerwand in sehr feine Tropfen zerlegt und auch hier entsteht eine große Oberfläche.
Wasser hat zum Zeitpunkt des Aufpralls auf die Mehlpartikel eine hohe Geschwindigkeit und dringt daher vollständig in die Mehlpartikel ein.
Durch die große Wasseroberfläche wird das Wasser mit Sauerstoff angereichert, so dass die Oxidation des Teigs unterstützt wird; Messungen ergaben eine Erhöhung der Sauerstoffkonzentration im Wasser um 50 %.
Durch die geringe benötigte Energie und das Fehlen von innerer Reibung erwärmt sich der Teig praktisch nicht; man kann von weniger als 1 °C Teigerwärmung ausgehen. Somit kann die Teigtemperatur allein durch die Wassertemperatur eingestellt werden. Die Teige müssen nicht gekühlt werden und die Zugabe von Eis kann entfallen.
Der Teig kommt unmittelbar nach dem Start der Anlage aus dem Mischrohr, es gibt keine Anfahr- und Abfahr-Verluste; zudem muss nicht wie bei anderen kontinuierlichen Systemen gewartet werden, bis sich nach einer erheblichen Teigmenge ein stabiler Betriebszustand einstellt. Trotz des hohen Durchsatzes eignet sich das Verfahren auch für kleinere Betriebe; die minimal sinnvolle Teigmenge liegt bei 5 kg (=18 Sekunden).

Teigbeurteilung der Teige aus dem Rapidojet

Teige aus dem Rapidojet lassen aufgrund der völlig anderen Art der Teigbereitung auch eine andere Teigentwicklung erwarten. Teige unmittelbar nach der Herstellung geben zunächst den Eindruck eines unterkneteten Teiges. Der "Fenster-Test" ist oft noch nicht möglich. Nach einer Ruhezeit von 5-10 Minuten dagegen kann der Test gemacht werden (Abb. 7). Offensichtlich wird durch den kurzen, aber intensiven Impuls des Wassers auf das Mehl ein Vorgang angeregt, der sich anschließend ohne weitere Knetbewegungen von alleine vollzieht.

Abb. 7: "FensterTest" des Teigs aus dem Rapidojet nach kurzer Ruhephase (© Noll)
Abb. 7: "FensterTest" des Teigs aus dem Rapidojet nach kurzer Ruhephase (© Noll)

 

Vergleichende Backversuche mit Teig mit und ohne Nachkneten ergaben, dass die Unterschiede im Teigverhalten im Laufe der Aufarbeitung, Fermentation und des Backens trotz anfänglich völlig unterschiedlicher Beurteilung, praktisch verschwinden.
Farinogramme im Anschluss an den Rapidojet zeigen noch ein geringfügiges Ansteigen, Backversuche dagegen zeigen, dass die Teigentwicklung vollständig ist, denn ein Nachkneten bewirkt nicht unbedingt eine Verbesserung des Backergebnisses.
Farinogramme eignen sich dagegen hervorragend um die Zeitabhängigkeit der Vorgänge nach dem Rapidojet zu erklären. Im Zeitraum bis 30 Minuten erhöht sich die Konsistenz um 100 Einheiten, danach sinkt sie wieder. Das Maximum der Konsistenz wird 20 Minuten nach der Teigbereitung erreicht. (Hübner, [10]).

Teigfestigkeit

Teige aus dem Rapidojet sind bei gleicher Teigausbeute fester als konventionell geknetete Teige. Somit wird Wasser höher dosiert um die gewünschte Teigfestigkeit zu erhalten. Für den Bäcker ist dies ein interessanter wirtschaftlicher Faktor, denn eine Erhöhung der Wassermenge um mindestens 5 % im Teig bedeutet eine erhebliche Einsparung an Mehl. Da das Wasser im Gebäck gebunden wird und nicht durch Backverlust wieder entweicht, kann  sich auch der Verbraucher über eine bessere Frischhaltung freuen.
Folgende Erklärungsmodelle werden diskutiert:
Die bessere Benetzung sorgt für eine quantitativ höhere Wasserbindung.
Die strukturzerstörenden Komponenten anderer Knetsysteme fehlen, der Teig ist "ungestresst" und gibt daher kein Wasser wieder ab.
Das Phänomen der "Stärkeaktivierung".
Unter "Stärkeaktivierung" wird hier verstanden, dass unter der Einwirkung der hohen Wassergeschwindigkeit das dilatante Verhalten der Stärke aktiviert wird [5]. Eine Stärkesuspension wird unter plötzlicher Belastung fest. Hierzu gibt es zahlreiche Experimente, die dies demonstrieren. Am spektakulärsten ist wohl ein mit Stärkesuspension gefülltes Swimming-Pool, das von Personen überquert werden kann sofern sie schnell genug sind. Unter der Bewegung der Füße verfestigt sich die Stärkesuspension so stark, dass man quasi auf Wasser laufen kann. Bleibt die Person stehen, versinkt sie im Pool.
Stärke ist nun im Mehl die mengenmäßig stärkste Fraktion. Daher ist gut vorstellbar, dass die Stärke auf diese Weise verfestigt wird und dieser Zustand unmittelbar danach durch das Klebernetzwerk "eingefroren" wird.
Dafür sprechen folgende Beobachtungen:
Reine Stärke ist nach Mischen mit Wasser aus dem Rapidojet fest; durch leichtes Bewegen geht sie wieder in einen flüssigen Zustand über; die fixierende Wirkung des Klebers fehlt hier. Bei Kartoffelflocken tritt ebenfalls eine Erweichung nach einer gewissen Zeit auf, auch hier fehlt der Kleber.
Vergleichende Versuche mit unterschiedlichen Düsen zeigten, dass Teige mit kleinem Düsendurchmesser und damit hohem Druck (135 bar) fester waren als Teige mit großem Düsendurchmesser und niedrigerem Druck (50 bar); Teige mit weniger Druck ließen sich leichter dem "Fenster-Test" unterziehen und wirkten stärker ausgeknetet. 
Damit würde eine drastischere Knetung (hoher Druck, kleine Düse), die eigentlich der Forderung nach stärkerem Kneteffekt entspricht, durch Überlagerung des Effekts der "Stärkeaktivierung" zu einem Teig führen, der weniger geknetet wirkt. Nach einer Teigruhephase gleichen sich die Effekte jedoch weitgehend aus. Dennoch: Teig wird gerne unmittelbar nach der Entstehung beurteilt; dies ist für konventionelle Knetverfahren legitim, beim Rapidojet erhält man hier einen falschen Eindruck.
Will man dennoch den Teig unmittelbar nach der Herstellung durch den Rapidojet zu einem Fenster aufspannen, kann man dem Wasser Cystein zugeben. Zwar unterscheiden sich die Backergebnisse kaum, die Beurteilung des Teigzustands fällt jedoch günstiger aus und man wird den Teig als "voll entwickelt" bezeichnen.


Teigtemperatur

Wie schon diskutiert, spielt die Einhaltung einer Obergrenze für die Teigtemperatur eine wichtige Rolle. Da beim Rapidojet-Verfahren jedoch kein Knetwiderstand benötigt wird um die Teigentwicklung herbeizuführen wurde vermutet, dass auch mit höheren Teigtemperaturen gearbeitet werden kann (obwohl das Verfahren aufgrund der fehlenden Teigerwärmung prinzipiell gut ist geeignet für kühle Teige).
Hübner [10] untersuchte diesen Effekt bei Vollkornteigen und konnte mit 50 ° warmen Wasser eine Teigtemperatur von 32 °C erreichen. Die Gebäcke waren etwas höher im Volumen als die Vergleichsgebäcke mit einer Teigtemperatur von 25 °C und wurden von einer Testgruppe signifikant bevorzugt aufgrund der sensorischen Eigenschaften.  Somit bestätigte sich die Vermutung, dass die Obergrenze für die Teigtemperatur nicht im selben Ausmaß wie bei konventioneller Knetung berücksichtigt werden muss.


Kombination mit Laminieren

Teige aus dem Rapidojet können ausgerollt werden und erhalten die dafür typische Dehnbewegung. Abb. 8 zeigt einen auf 2 mm ausgerollten Teig aus dem Rapidojet, durch den man durchaus eine Zeitung lesen kann.

Abb. 8: Teig aus dem Rapidojet, auf 2mm ausgerollt und gezogen (© Noll)
Abb. 8: Teig aus dem Rapidojet, auf 2mm ausgerollt und gezogen (© Noll)
Abb. 8: Teig aus dem Rapidojet, auf 2mm ausgerollt und gezogen (© Noll)

 

Brote aus Teigen aus dem Rapidojet, die anschließend mehrfach ausgerollt und gefaltet wurden, zeigen zwar kein höheres Volumen, aber die Teige erhalten sehr  viel höhere Spannung, so dass die Gebäcke weitaus weniger breit laufen. Im Gegensatz zur mechanischen Teigentwicklung durch Laminieren, wo 20 – 40 Vorgänge benötigt werden [3], [15], reichen hier 3-5 Vorgänge aus.
Da Laminieranlagen einen hohen apparativen Aufwand bedeuten wurde nach einer Möglichkeit gesucht, die Vorgänge einfacher und kostengünstiger durchführen zu können. Dies mündete in der Entwicklung des INLINE-Laminators.


Der INLINE-Laminator

Wie auch beim Rapidojet findet der Verarbeitungsschritt in einem Edelstahlrohr statt.
Teig wird durch eine Teigpumpe unter Druck gesetzt und durch das Rohr gedrückt. In diesem Rohr sind Form-Elemente hintereinander angeordnet, die den Teigstrom jeweils teilen, in die Länge dehnen, in die Breite dehnen und wieder zusammenführen. Nach jedem Element verdoppelt sich somit die Anzahl der Schichten.
Nach dem 1. Element sind es 2 Schichten, nach dem 2. Element 4 Schichten, nach dem 3. Element 8 Schichten usw. bis nach 6 Elementen 64 Schichten erzielt werden. Weitere Elemente können folgen, sind aber nicht notwendig wie o.g. Versuche gezeigt hatten.
Innerhalb des Rohres mit 80 cm Länge und 8 cm Durchmesser lässt sich somit die innere Oberfläche um den Faktor 64 vergrößern. Der Teig wird gezielt zweidimensional gedehnt und damit ein Klebergerüst mit dünnen Filmen erzielt.
Schematisch sieht dies wie in Abb. 9 aus.

Abb. 9: "Split   Recombine" im INLINE-Laminator: exponentielle Vergrößerung der Schichtenanzahl un der inneren Oberfläche (schematisch durch unterschiedliche Farben dargestellt) (© Noll)
Abb. 9: "Split & Recombine" im INLINE-Laminator: exponentielle Vergrößerung der Schichtenanzahl un der inneren Oberfläche (schematisch durch unterschiedliche Farben dargestellt) (© Noll)

 

Durch das mehrfache "Split & Recombine" wird darüber hinaus ein zusätzlicher effektiver Mischeffekt erzielt. Selbst drastische Inhomogenitäten im Teig werden auf diese Weise ausgeglichen. Des weiteren ist es möglich, Vorteige oder andere Zutaten, die nicht über den Rapidojet zugegeben werden, zu dosieren und in den Teig einzuarbeiten. Empfindliche Produkte, z.B. Rosinen passieren den INLINE-Laminator ohne beschädigt zu werden da die engsten Stellen im Gerät immer noch eine freien Querschnitt von 4 x 4 cm haben.

Teige, die mit dem INLINE-Laminator verarbeitet werden benötigen nicht mehr die Ruhephase, die sie benötigen, wenn sie aus dem Rapidojet kommen, können also direkt weiterverarbeitet werden.
Nebenher löst der INLINE-Laminator auch ein Transportproblem und kann den Teig direkt in den Trichter eines Teigteilers dosieren, so dass kein Hebekipper benötigt wird.
Als Einzelgerät benötigt der INLINE-Laminator einen Teig, der schon ein gewisses Maß der Bindigkeit erreicht hat. Beim Rapidojet ist diese Bindigkeit bereits vorhanden, bei "Autolyse flour moisturization" oder "Stretch & Fold" ist dieser Zustand nach der ersten Reifezeit gegeben. Eine vollständige Teigentwicklung allein durch den INLINE-Laminator würde erheblich mehr, z.B. 20 Form-Elemente voraussetzen und zu einem hohen Druckaufbau führen. Denkbar sind auch mehrere Durchgänge, allerdings ist das Verfahren dann nicht mehr streng kontinuierlich.

Teige aus dem INLINE-Laminator sind schon "gespannt", eine Aufgabe, die sonst dem Rundwirker zugedacht wird. Insofern dient der anschließende Rundwirker tatsächlich nur der Formgebung und er kann auf maximale Teigschonung eingestellt werden.

Über verschiedene Auslassformen können runde, quadratische oder rechteckige Querschnitte erzielt werden, so dass auch ein direktes Abtrennen des austretenden Teigstranges möglich ist.
In der aktuellen Konfiguration wird eine Exzenterschneckenpumpe mit Zuführschnecke verwendet mit einer maximalen Leistung von 4 kW. Der Teigdurchsatz beträgt 1,2 to/h. Die Teigerwärmung durch die Pumpe beträgt 2-3 °C. Für sehr feste Teige kann die Pumpe durch eine Doppelschnecke ersetzt werden.

Abb. 10 zeigt eine Gesamtkonfiguration aus Rapidojet, Teigpumpe und INLINE-Laminator.

Abb. 10: Kombination zur Teigbereitung aus Rapidojet-Hochdruckkneter, Teigpumpe (trichter abgenommen um Rapidojet nicht zu verdecken), INLNE-Laminator und konventionellem Teigteiler (© Noll)
Abb. 10: Kombination zur Teigbereitung aus Rapidojet-Hochdruckkneter, Teigpumpe (trichter abgenommen um Rapidojet nicht zu verdecken), INLNE-Laminator und konventionellem Teigteiler (© Noll)

 

Abb. 11 zeigt den Teigaustritt nach dem INLINE-Laminator.

Abb. 11: Teigaustritt aus dem INLINE-Laminator (© Noll)
Abb. 11: Teigaustritt aus dem INLINE-Laminator (© Noll)

 

Gegenüber anderen kontinuierlichen Knetverfahren ergibt sich ein Vorteil durch das sehr enge Verweilzeitspektrum durch die strikte Zwangsführung des Teiges. Während bei anderen Verfahren durch die unterschiedliche Verweilzeit unterkneteter, optimal gekneteter und überkneteter Teig zusammen austritt, hat beim INLINE-Laminator jedes betrachtete Teigstück exakt dieselbe Behandlung hinter sich. Zudem greift hier die o.g. Beobachtung, dass Teige durch Laminieren praktisch nicht überknetet werden können.
Einzig die Wandhaftung innerhalb der Apparatur lässt die Oberfläche bei höheren Austrittsgeschwindigkeiten etwas rauh erscheinen, ein Effekt, der als "Stick & Slip" bekannt ist und durch abwechselndes Überwiegen von Haftreibung und Gleitreibung ein gewisses Muster auf die Oberfläche produziert. Durch entsprechende Beschichtung lässt sich dieser Effekt weitgehend zurück drängen.

Im Gegensatz zu konventionellen Knetern hat der INLINE-Laminator keinerlei beweglichen Knetelemente. Daher kann man ihn auch als "statischen Kneter" bezeichnen.
Durch Erhöhung oder Erniedrigung der Form-Elemente kann der "Knetprozess" individuell angepasst werden im Sinne einer stärkeren oder schwächeren Knetwirkung.

In Tab. 1 findet sich eine Zusammenfassung als Vergleich verschiedener Knetsystem unter Einordnung der beiden neuen Verfahren "Rapidojet" und "INLINE-Laminator".

Tab. 1: Vergleich verschiedener Knetsysteme
Tab. 1: Vergleich verschiedener Knetsysteme


Fazit:

Genauere Betrachtung der Vorgänge bei der Teigbildung unter dem Aspekt, wie diese gezielt herbeigeführt werden können, führte zu neuen Verfahren zur Teigherstellung. Die Teigbereitung mittels Hochdruckwasserstrahl ermöglicht es, auf bisher nicht für möglich gehaltene Weise Teig herzustellen, der manche Begrenzungen konventioneller Knetsysteme überwindet und neue Maßstäbe hinsichtlich Energieeeffizienz und Teigschonung setzt.
Mit dem INLINE-Laminator steht ein kompaktes Gerät zur gezielten kontinuierlichen Teigentwicklung zur Verfügung, das mit dem Hochdruckwasserstrahlverfahren kombiniert werden kann.

Quellennachweise

[1]    Amend, Eckert und H.-D. Belitz, "Vom Mehl zum Gebäck: Mikroskopische
Untersuchungen der Kleberstruktur", Getreide Mehl und Brot 9/92
[2]    Auger, "On the machanism of Gluten Network Development in Flour-Water Batter Doughs", 9th International Gluten Workshop, September 14-16, 2006, 23
[3]    Bushuk, "Dough Development by Sheeting and ist Application to Bread Production from Composite Flours", Cereal Science Today, Volume 19: No 7, July 1974
[4]    Frazier et al, "Rheology and teh Continuous breadmaking process", Cereal Chem. , Vol 52, 106-130 (1975)
[5]    Handbuch Backwarentechnologie, 5. Akt.Lfg 06/04, S1.3.4.4 "Die Rolle der Stärke
[6]    Hübner Christina, "Einfluss von Prozessparametern auf die Produktqualität bei der Herstellung von Vollkornbrot mittels Hochdruckbenetzung", Bachelorarbeit Universität Hohenheim, 2010
[7]    Kieffer, "The Role of Gluten Elasticity on the Baking Quality of Wheat", The future of flour, Mühlenchemie, Ahrensburg
[8]    Kilborn and Tipples, "Factors Affecting Mechanical Dough Development. I. Effect of Mixing Intensity and Work Input, Ceral Chem. 49: 23 (1972)
[9]    Kilborn and Tipples, "Factors Affecting Mechanical Dough Development. IV. Effect of Cysteine, Ceral Chem. 50: 70-86 (1973)
[10]    Lösche, "Beeinflussung der plastischen bzw. elastischen  Eigenschaften bei der Teigbereitung", Getreide Mehl und Brot 56 (2002) 2
[11]    Meuser, "Verfahren zur Herstellung eines Mehlproduktteiges", Patent WO 96/27294, 1996
[12]    Noll und Keil, "Kneterrevolution", brot + backwaren 12/02
[13]    Patent US 4,239,783 "Reduction of Mixing Time of Yeast leavened Dough Compositions", 1977
[14]    Singh and MacRitchie, "Application of Polymer Science to Properties of Gluten", Journal of Cereal Science 33 (2001) 231-243 
[15]    Sutton et al, "Differing Effects of Mechanical Dough Development and Sheeting Development Methods on Aggregated Glutenin Proteins", Ceral Chem. 80(6):707-711
[16]    Tipples and Kilborn , ""Unmixing" – The Disorientation of Developed Bread Doughs by Slow Speed Mixing", Ceral Chem. 52: 248-262 (1974)
[17]    Tipples and Kilborn , "Factors Affecting Mechanical Dough Development, Ceral Chem. 54(1): 92-109 (1974)
[18]    Tu, "Effects of Mixing and Surfactants on Microscopic Structure of Wheat Glutenin", Cereal Chem. 55(1): 87-95
[19]    Unbehend Ljiljana, "Physiko-chemische und mikroskopische Untersuchungen an Mehl-Wasser-Systemen", Dissertation TU Berlin 2002
[20]    Zehle, "Innovative Lösungen zur Kontinuierlichen Knetung", Informationsmateriala der IGV zur iba 2009

Zurück