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Backforum Hannover Führerschein Backtechnologie 19. - 21. Juni 2012, Hannover
Baustein B: Kältetechnologie
Tiefgefrieren von Teig und Gebäck
Schematische Darstellung einer Tiekühlkostkette
Hersteller-Kühlhauskälter als -24°C
Transport(Isoliersystem)
Auslieferungslager (Depot)-23°C bis -20°C
Haushalt -18°C
Transport(Isoliersystem)
Zentralkühlhaus(Großhandelslager) -25°C bis -23°C
Transport(Isoliersystem)
Einzelhandel-18°C
Kunde
Schematische Herstellung vorgegart, gefrosteter Teiglinge
Brötchenteige herstellen
Gären
Schockfroster
Gefrieranlage -22°C
Transport
„Bake-off-station“ TK-Depot: -20°C
Direktverkauf und -verzehr
verpacken, PE-Beutel, Karton
verschiedene Arbeitsschritte
-35°C, -7°C, Kerntemperatur
+35°C, 72% rel. Feuchte
Backen im Laden mit Spezialöfen und integrierten PC-gesteuerten Programm
Backprogramm
Schematische Herstellung vorgegart, gefrosteter Teiglinge
ZUTATEN(Zusatzstoffe)
KNETPROZESSTeigtemperatur: 25-27° C
TEIGRUHE / STÜCKGARE30-35° C; 70 – 80% r. F.
TIEFKÜHLUNG (-30 bis –40° C)0,03 m/h; (ca. 30 – 40 min. ca. -7° C im Kern)
LAGERUNG (-18 bis –20° C)Tage, Wochen, Monate
AUFTAUEN15 min. bei RT
BACKENspezielles Backprogramm
verpacken
Unterschiedliche Kühlverfahren
• Konventionelle Kälte (Kältemaschine), (siehe oben und unten)– Schockgefrieren– Tiefkühllagerzellen– spezifische Anlagen – andere
• Cryogene Gase (siehe unten)– LCO2 (Liquid CO2)– LN2(Liquid Nitrogen) (z. T. fl. Luft)– anderes
• Adsorptionstechnologie– Verdampfung von Wasser im Vakuum durch Zeolithe (siehe un ten),– „Vakuum-Enthalpie-Kühlung“ (siehe unten) – anderes
Kältetechnik
1 mol H2OP = 1 bar
Verdampfungswärme
Schmelzwärme
Wärmezufuhr (J)
T100°C
0°C
200 800
Wassergehalt einiger wichtiger Lebensmittel (bezogen auf das Gesamtgewicht)
Produkt %H2O Produkt %H2O
Rindfleisch 73,0 Kopfsalat 94,5
Schweinefleisch 70,0 Tomaten 94,0
Fisch (fett) 65,0 Blumenkohl 92,0
Fisch (mager) 78,0 Erbsen 76,0
Milch 88,0 Kartoffeln 77,0
Hartkäse (Emmenthaler, 45 % Fett)
35,0 Erdbeeren 89,0
Weichkäse (Camembert, 45 % Fett)
52,00 Pfirsiche 88,0
Eiklar 87,0 Äpfel 86,0
Eigelbt 50,00 Kirschen 86,0
Nüsse 5,0 - 22,0
Temperaturen des Gefrierbeginns verschiedener Lebensmittel
Produkt Gefrierbeginn °C Produkt Gefrierbeginn °C
Fleisch -0,60 bis 1,2 Tomaten, Himbeeren -0,9
Fisch -0,60 bis 2,0 Blumenkohl -1,1
Milch -0,50 Zwiebeln, Erbsen, Erbeeren
-1,2
Eiklar -0,45 Pfirsiche -1,4
Eigelb -0,65 Äpfel, Birnen -2,0
Kopfsalat -0,40 Pflaumen -2,4
Kirschen -4,5
Nüsse -6,7
Ausbildung eines Kristallgefüges nach Tamman
Temperatur
N
V
N
V
ϑ1 ϑ2 ϑ3
N = KeimbildungsgeschwindigkeitV = Kristallwachstumsgeschwindigkeit
Temperaturverlauf beim Gefrieren
Temperaturverlauf bei unterschiedlichen Gefriergeschwindigkeiten (langsam, schnell, superschnell).A AnfangszustandS UnterkühlungB GefrierpunktD eutektischer Punkt.Im Temperaturintervall B-C kristallisiert der Hauptteil des Wassers im Lebensmittel
Quelle: Heiss, B., Eichner, K.: Haltbarmachen von Lebensmitteln, Springer (Berlin, 1984)
0 0,5 1,0 1,5 2,0
Zeit (h)
+30
+15
+0
-15
-30
Tem
pera
tur
(°C
)
A
D
S C
B
S
Kerntemperaturverlauf während des Tiefgefrierens und Auftauens
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30
Zeit [h:min.]
Ke
rnte
mp
era
tur
[°C
]
grüner Teigling
vorgegarter Teigling (3/4Gare)
grüner Teigling
vorgegarter Teigling (3/4 Gare)
Auftauen bei Raumtemperatur
Abb.: Kerntemperaturverlauf während des Tiefgefrierens (links) und Auftauens (rechts) bei grünen und vorgegarten Teiglingen (65 g) (Lagerzeit: keine).
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
00:00 00:15 00:30 00:45 01:00 01:15 01:30
Zeit [h:min]
Ker
nte
mp
erat
ur
[°C
]
grüne Teiglinge
vorgegarte Teiglinge(3/4 Gare)
grüne Teiglinge
vorgegarte Teiglinge (3/4 Gare)
Raumtemperatur: -40° C
To Refrigerate (+4 until +8°C)
Slow down the development of micro organisms bio-chemical degradation reactions
What happens in a non-packaged product
Food
Heat
Ambient air
Moisture
Food
Heat
Water/brine
MoistureSolutes
Air cooling Hydro cooling
Quelle: Fikin, 2003
Gefrierenschnelles Gefrieren
kleine Eiskristalle
langsames Gefrieren
große Eiskristalle Zerstörung der Zellwand
To freeze (-18 to -40 °C)
- Decrease the temperature below -18 C in a few minutes, the quickest possible.
- Stop food degradation reactions
- Prevent the development of micro organisms
- Long time of conservation
Auftauen
Zellwand intakt
Zellwand ist desintegriert
Quelle: Fikin, 2003
high solute concentration (low aw)
membrane shrinkage and
damage
intracellular ice (?)
Cell damage during freezing
Originalzelle
Zelle
Zellmembrane
Eiskristall
Wasserflux
Nach der Eiskristallbildung
Nach der intrazellulären Kristallbildung
Nach der intrazellulären Kristallbildung & Osmose
(Zythorryse)
Gefrieren von komplexen Systemen (Lebensmittel)
Lebensmittel sind einphasige (Wasser etc.), zweiphasige (fest, flüssig) oder mehrphasige Systeme (fest, flüssig, gasförmig):
Konduktiver Wärmetransport überwiegt bei ein- oder zweiphasigen Systemen, konvektiver z. B. bei gasdurchsetzten Systemen; beschleunigter Wärmetransport beim Auftauen poröser Körper durch Wärmerohreffekt
Wärmetransport in porösen und nicht-porösen Lebensmitteln
+30 °C
0°C
-30 °C
Tem
pera
tur
Zeit
Einfluss von Porosität auf den Wärmetransport beim Kühlen, Gefrieren und Tiefgefrieren von verschiedenen Lebensmitteln (schematisch)
Nicht gasdurchsetztes Produkt (zweiphasiges System) (Fleisch, Früchte, Teigwaren)
Gasdurchsetztes Produkt (dreiphasiges System, poröse Körper) (gegorener Teigling, Backwaren)
Kerntemperaturverlauf von grünen (nicht-porösen) und vorgegarten (porösen) TK-Teiglingen
-20
0
20
40
60
80
100
120
01 01 01 01 01 01 01
Zeit [min.]
Ke
rnte
mp
era
tur
[°C
]
vorgegarter Teigling (3/4 Gare)
grüner Teigling
Abb.: Kerntemperaturverlauf von grünen und vorgegarten TK-Teiglingen (65g Weizenteig) während des Abbackens (ohne Auftauen) Backtemperatur (konst.) = 200°C, (AEROMAT, Fa. MIWE).TK-Lagerung bei –18°C und 48h
Arten des Wärmetransportes
• konduktiv (Wärmeleitung)
• konvektiv (Wärmeströmung)
• Wärmestrahlung (IR:0,8 …. 15 µm) (strahlende Körper sind u. a. Werkstoffe aber auch Wasser oder CO2)
• Wärmeübergang bei Ändern des Aggregatzustandes z. B. Verdampfen, Kondensieren (Verdampfungsenthalpie, Kondensationsenthalpie)
Wärmeleitzahlen (Lambdazahl) verschiedener Materialien
Material (Stoff) Wärmeleitzahl kcal/h m k
Luft 0,021
Kohlendioxid (CO2) 0,011
Wasser 0,50
Eis 1,90
Mehl 0,048
Teig 0,51
Brot 0,18
Abb.: Wärmerohr-Prinzip (schematisch, vereinfacht)Schematische Darstellung des Wärmetransportes an einer gefrorenen Teigpore: Wärme heizt zunächst eine Fläche einer gefrorenen Pore auf (Wärmeleitung durch Matrix). Die Wärme wird u. a. konvektiv an die gegenüberliegende (noch gefrorene) Fläche der Pore abgekühlt. Es findet Kondensation statt (Tröpfchen-Kondensation, Taupunkt-Überschreitung). Die freiwerdende Konduktionswärme wird u. a. durch das Kapillar- oder Porensystem im Teig transportiert (kovektiv, konduktiv) und unterstützt u. a. die Hauptwärmequelle . Es resultiert ein synergistisch sich steigernder Wärme- und Stofftransport, der vor allem und z. B. bei porösen Körpern zu stark beschleunigten Auftauraten führt.
Wärmerohr-Prinzip (schematisch, vereinfacht)
Physikalische Eigenschaften von Wasser und Eis
Temperatur (°C) Dichte (g/cm3)Wärmeleitfähigkei
t (W/m °C)Spez- Wärme
(kJ/kg °C)
Wasser 0 0,9998 0,5435 4,218
Eis 0 0,9168 2,2150 2,050
Eis - 20 0,9481 2,3880 2,050
Gefrieren komplexer Systeme (Lebensmittel)
Lebensmittel sind hormonell / enzymaktive Systeme (z. B. Früchte) • Primärwandstabilisierung:
Aktivierung der fruchteigenen Peroxidase
• Mittellamellenstabilisierung durch fruchteigenen oder mikrobieller Pektinesterasen (z.B. vor oder nach dem Gefrieren)
• Retardierung / Stopp des endogenen Metabolismus direkt nach der Ernte (vor dem Gefrieren)
• anderes
Ethylen Synthese
Amino Vinyl Glycin oder Silberionen
hemmen die ACC-Synthase
z. B. Expression der Gene zur Reifung bei der Tomate oder Wurzelhaarbildung in Arabidopsis
Begrenzendes Element ist die ACC-Synthase, deren Transkription wird durch Auxin stimuliertBeispiel: Fruchtboden der Erdbeere
Diese Enzyme zeigen Aktivitätszunahme bei Reifungsbeginn
ACC-Synthase
(ACC)
ACC-Oxidase
Methionin
S-Adenosylmethionin
1-Aminocyclopropan-1-carboxylsäure
Ethylen (C2H4)
Rezeptor
(nach Grierson and Covey 1988)
Festigkeit von gefrorenen verarbeiteten Sauerkirschen (Extrusionstest)
(Wochen)(°C)(ppm)
KühllagerungVorerhitzungCalcium
Kra
ft F
ma
x (N
)
Quelle: K. Lösche (Hrsg.): Enzyme in der Lebensmitteltechnologie, Behr`s Verlag, Hamburg, 2003
24
ICE / Wassereis
• Forms when exactly 4 H-bonds are formed between water molecules
– 2.78 A vs. 2.85 A in liquid– To get this order a lot of energy
needs to be adsorbed by the environment
• The strong H-bonding in ice forms an orderly hexagonal crystal lattice
– 6 H2O molecules
• Has 4X more thermal conductivity than water at same temperature
25
PROPERTIES OF ICE (1/2)
• Crystallization– Crystal growth occurs at freezing point– Rate of crystal growth decreases with decreasing temperature– Solutes slow ice crystal growth
• Nucleation - affects ice crystal size.– Slow freezing results in few nucleation sites and large, coarse
crystals– Fast freezing results in many nucleation sites and small, fine
crystals– Heterogeneous nucleation
• usually caused by a foreign particle, such as salt, protein, fat, etc.– Homogeneous nucleation
• very rare, mainly occurs in pure systems
26
• SUPERCOOLING– Water can be cooled to temperatures below its freezing point without crystallization– When an ice crystal is added to supercooled water, temperature increases and ice formation occurs
PROPERTIES OF ICE (2/2)
• Extensively H-bonded• H-bond formation dependent on T
– With increasing T get more mobility and increased fluidity
27
T (ºC) Density (kg/m3) Viscosity (m2/s)
0 999.9 1.7895
5 1000.0 1.535
25 997.1 0.884
100 958.4 0.294
LIQUID WATER
28
Boiling point• Vapor pressure is equal to
atmospheric pressure • Strongly influenced by water -
solute interaction– Solutes decrease vapor pressure
and thus increase boiling point• Sucrose +0.52ºC/mol• NaCl +1.04ºC/mol
ATMOSPHERIC PRESSURE
VAPOR PRESSURE
EFFECT OF SOLUTES ON WATER (1/2)
29
Freezing point lowering • Freezing point can get
extensive depression via solutes
• Alter ability of water to form crystals due to H-bond disruption
• Sucrose -1.86ºC/mol• NaCl -3.72ºC/mol
– Eutectic pt - temp. • Where “all” water is frozen -
usually around -50ºC
– In most cases small amounts of water remains unfrozen (-20ºC)
• These small patches of water can promote chemical reactions and damage
EFFECT OF SOLUTES ON WATER (2/2)
Gefrieren von komplexen Systemen (Lebensmittel)
Gefrierpunktsenkung beeinflusst Gefrierrate, die Qualität der Lebensmittel und mehr…
Kleine Moleküle wie Salz und Zucker senken primär den Gefrierpunkt
Einsatz von „Anti-Freeze“-Proteinen führt zur Gefrierpunkts-Hysterese und zur Minimierung der Eiskristallbildung
Freezing Point Depression
State Diagram-Sucrose
Wasser geht nicht nur mit elektronegativen funktionellen Gruppen sondern auch mit gelösten Ionen eine elektrostatische Wechselwirkung ein
Q1 Q2
ε.r2
Q1, Q2 = elektrische Ladungen
ε = dielektrische Konstantr2 = ihrer Abstand
F =------------
Vermehrungsbereiche der Bakterien
80°C
70°C
60°C
50°C
40°C
30°C
20°C
10°C
0°C
-10°C
-20°C
Zu
wa
chs
the
rmo
ph
iler
Ba
kte
rien
sehr schnelles Bakterienwachstum
kritischer Temperaturbereich
Lagertemperatur der Kühlkost-Fertiggerichte
Lagertemperatur der Tiefgefrierkost-Fertiggerichte
Zuw
ach
s m
eso
phile
rB
akte
rien
Begre
nzt
er
Zuw
ach
s psy
chro
phile
r B
akte
rien
-18°C
15°C
+2°C
45°C
Während des Abkühlens von Backwaren wird ein mikrobiologisch-hygienisch kritischer Temperaturbereich durchschritten
Abb.: Gefahrenzone: Abkühlen von Brot und kritischer Temperatur-Bereich (schematisch)
Kerntemperatur
Zeit1h 2h 3h 4h 5h
100°C
90 °C
80°C
70°C
60°C
50°C
40°C
30°C
20°C
10°C
Gefahrenbereich: Wachstums-
Temperatur-Zone für
Mikroorgansimen !
Temperatur Zonen
Kochpunkt 100 °C
Pasteurisation 72 °C
Wachstumsgrenze 65 °CPathogener Keim
0 °C
10 °C
Körpertemperatur 36,5 °C
Kühlung
Tiefgefrieren
Unkritische Zone
Gefahren-Zone:
mikrobiologisch-hygienisch
kritische Zone
Unkritische Zone
Bake-Off-Technologien
Par-baked Frozen
Par-baked Unfrozen
Fully-baked Frozen
Unfermented Frozen
Prefermented Frozen
Standard Process - Reference
PBF
PBUF
FBF
UFD
PFF
SP-R
Berechnete aw-Werte gefrorener Lebensmittel
Temperatur (°C) aw- Wert
- 5 0,953
- 10 0,907
- 15 0,864
- 20 0,820
- 30 0,735
- 40 0,650
Veränderung beim Gefrieren von Teig
Physikalische Veränderungen• Verformungen und mech. Beschädigungen der kolloidalen Matrix durch Eiskristallwachstum (primär bei zu
langsamen Gefrieren)• Osmotischer Wasserentzug aus den Zellen und Zellverformung durch Aufkonzentrieren der Restlösung
in den Zellzwischenräumen (primär bei zu langsamen Gefrieren)• Massenverlust und Oberflächentrocknung bei unverpackten Produkten• Volumenzunahme• aw-Wert Senkung• Gaswechsel (Luft wird durch CO2 verdrängt) bei vorgegarten Teiglingen (Kleberschädigung: ggf. gröbere
Poren aber primär stark geschädigtes Gashaltevermögen im Teig mit der Folge von starken Volumeneinbußen bei Gebäck)
• Extrem erhöhte CO2-Löslichkeit im Teig (Wasser) und partielle Kohlensäuren-Bildung• Gas-Diffusion von kleineren zu größeren Gasporen (hohe Diffusiität von CO2) vor allem beim
Auftauprozess (ggf. gröbere Porung).Chemische Veränderungen
• Aufkonzentrieren von Salzen, Säuren, Zucker, Enzymen etc. und –bei knapp unter dem Gefrierpunkt – dadurch Beschleunigung von chemischen Reaktionen, insbesondere Proteindenaturierung (Kleberschädigung)
• CO2 + H2O H2CO3: geringe pH-Absenkung bei vorgegarten Teiglingen, erhöhte Löslichkeit des Klebers bzw. seine Schädigung durch CO2
Mikrobiologische Veränderungen• Stopp des Mirkoorganismus – Wachstums (aw-Wert)• Zellschädigung bei langsamer Gefriergeschwindigkeit. Die Absterberate ist besonders groß, wenn in der
Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C und -5°c gehalten wird.
• So lange noch genügend flüssige Substanz vorhanden ist, können sich auf dem gefrorenen Lebensmittel kryogene Mikroorganismen vermehren. Bakterien stellen ihr Wachstum bei etwa -7°C, die anspruchslosen Hefen und Schimmelpilze bei spätestens -12 bis -15°C ein.
• Beim Gefrieren geht auch die Keimzahl mehr oder weniger stark zurück. Diese Absterbequote ist besonders groß, wenn
die Produkte in der Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C bis -5°C gehalten werden, je langsamer also
gefroren wird.• Teig ist andererseits ein sehr gute Schutzkolloid (je fetthaltiger umso besser), sodass bei schneller
Gefriergeschwindigkeit keine Backhefe Schädigung eintritt (also keine beeinträchtige CO2-Bildung durch Hefe nach dem Auftauen eines Teiges).
Mikrobiologische Veränderung
• Stopp des Mikroorganismus-Wachstums (aw-Wert)
• Zellschädigung bei langsamer Gefriergeschwindigkeit. Die Absterberate ist besonders groß, wenn in der Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C und -5°C gehalten wird.
• So lange noch genügend flüssige Substanz vorhanden ist, können sich auf dem gefroren Lebensmittel kryogene Mikroorganismen vermehren. Bakterien stellen ihr Wachstum bei etwa -7°C, die anspruchslosen Hefen und Schimmelpilze bei spätestens -12°C bis -15°C ein.
• Beim Gefrieren geht auch die Keimzahl mehr oder weniger stark zurück. Diese Absterbequote ist besonderes groß, wenn die Produkte in der Zone der maximalen Kristallbildung zwischen -1°C und -5°C gehalten werden, je langsamer also gefroren wird.
• Teig ist andererseits ein sehr gutes Schutzkolloid (je fetthaltiger umso besser), sodass bei schneller Gefriergeschwindigkeit keine Backhefe-Schädigung eintritt (also keine beeinträchtige CO2-Bildung durch Hefe nach dem Auftauen eines Teiges).
CO2-Transportweg bei einer Hefeteig-Gärung
Abb.: CO2-Transportweg bei einer Hefeteig-Gärung (schematisch): Transport durch Zellmembran (wahrscheinlich enzymatisch und Diffusion)
Gasblase (Pore)
Klebermembran
DiffusionPco2 ist treibende Kraft
Pco2 im Gleichgewicht (Diffusion)
Transport durch Zellmembran, wahrscheinlich Carbonsäureanhydrase
CO2
Hefe-Zelle
Teig
Biologische Eigenschaften von Schutzgasen
Eigenschaften N2 CO2 O2
Verhalten gegenüber Lebensmittelinhaltsstoffen (Vitaminen, Farbstoffen, Aromastoffen, Fetten)
völlig inert inert (evtl. säuerlicher Geschmack wg. chemischer Eigenschaften), vereinzelt Verfärbungen
stark oxidierend
Mikroorganismen-wachstum
Hemmung von Aerobiern, keine Hemmung von Anaerobiern
Hemmung von Aerobiern und Anaerobiern, bakteriostatisch und fungistatisch bei ausreichender Feuchtigkeit
Förderung von Aerobiern
Chemische Eigenschaften von Schutzgasen
Eigenschaften
N2 CO2 O2
chemisch völlig inert im Lebensmittelbereich
reagiert mit Wasser: CO2+H2OH2CO3, geringe pH- Absenkung des Lebensmittels möglich
Oxidations- Reaktionen gefördert, v. a. bei Anwesenheit von Metallionen, Licht, höherer Temperatur
Physikalische Eigenschaften von Schutzgasen
Eigenschaften N2 CO2 O2
Physikalisch
Dichte (kg/m3) bei 15 °C, 1.013 mbar
1,170 1,849 1,337
Löslichkeit in Wasser(g/m3H2O) bei 15 °C,1.013 mbar
21,0 1960,0 48,2
Permeation
bei 23 °C, 75% r. F.für HDPE 50 250 80
für PVDC 0,04 <2,3 <0,4
)bar*d*m
mm*cm(2
3
Löslichkeit von verschiedenen Gasen in Wasser in Abhängigkeit von der Temperatur p= Normaldruck (1013 bar)
Temperatur in ° C
Gas 0 5 10 15 20 25 30
in g CO2 / l Wasser
CO2 3,420 2,780 2,320 2,040 1,760 1,450 1,127
Luft 0,028 0,025 0,022 0,020 0,018 0,016 0,015
O2 0,0473 0,0415 0,0368 0,0330 0,030 0,0275 0,0255
N2 0,0225 0,020 0,0181 0,0165 0,0152 0,0141 0,0133
Unterschiedliche Gaszusammensetzung von TK-Teiglingen
ungegart
vorgegart
Luft
überwiegend
CO2
ca. 80 % N2
20 % O2
Teigpore
Teigpore
Gaspore bei Gefrierlagerung intakt.
Gaspore bei Gefrierlagerung desintegriert.
Lösen von CO2-Gaskernen beim Kühlen, Gefrieren und Auftauen vorgegarter Teiglinge
CO2+H2O→H2CO3
CO2
CO2
Frosten
Lösen
Auftauen, Erwärmen
Vorgegorener Teig bei Raumtemperatur enthält CO2
Hohe Wasserlöslichkeit von CO2: Kohlendioxid löst sich im Teig, pH- Wert- Senkung: Kleber- Desintegration 1% H2CO3 entsteht
Unterschreitung des isoelektr. Punktes von Kleber
Gaspore verschwindet hohe Diffusivitätvon gelöstem CO2 etc.
Rückbildung von CO2 Gas,Bildung gröberer Poren
Teigpore
Diffusion von Gaskernen in Teigen
Diffusion
Feine Porung:
Der Gasdruck ist ausgehend von kleinen Poren größer, daher ist die Konzentration von Gas in deren Umgebung höher.
Grobe Porung:
Kleine Gaskerne haben die Neigung, kleiner zu werden und große noch größer. Die Diffusion von CO2 ist sehr groß.
Veränderungen beim Gefrieren von Teig
Physikalisch
• Kristallbildung• Rekristallisation• Volumenanstieg• Druckanstieg im
Innern• aw-Wert-Senkung• Gaswechsel• Gasdiffusion• Gaslöslichkeit• etc.
Biochemisch/mikrobiologisch
• Enzymaktivität• Hefe-
Zellschädigung• etc.
Chemisch
• Konzentrations-verschiebungen
• pH-Wert-Senkung• Kleber-Membran-
Desintegration• etc.
Schematische Darstellung einer Zellschädigung
Abb.: Schematische Darstellung einer Zellschädigung durch Hefe-Plasmolyse in hypertonischer Umgebung:Deformation von Hefezellwand, Zellmembran verbunden mit Volumenkontraktion
5 μm
Hefe in isotonischer Lösung Plasmolyse in hypertonischer Lösung (in der Regel reversibel), insgesamt: Volumen-Kontraktion
Zytoplasma
Zellwand
Zellmembran
extrazelluläres Wasser
Plasmolyse (Zytorrhyse)
Zellwand (deformiert)
Zellmembran (deformiert)
Zytoplasma
CO2 + H2O HCO3- + H+
CO2 + OH- HCO3-
CO2 HCO3- CO2
wässrige Lösung Membran Zellinneres(Teig) (Hefezelle)
CO2-Transport durch biologische Membranen
Abb.: CO2-Transport durch biologische Membranen via Carbonsäureanhydrase (Schema)
Unterscheidungsmerkmale von Teiglingen und vorgebackener Ware in der Tiefkühlung (modifiziert)
Merkmal „grüner“ Teigling vollgariger Teigling vorgebackene Ware
Volumen kleineres Volumen 2-3 mal größer(nach TK leicht
geschrumpft)
3-5 mal größer (als grüne)
Wärmetransport rasch bei geringer Anfangstemperatur
Verzögerung bei höherer Anfangstemperatur
Kruste als Isolator
Oberfläche homogen (glatt als Folge der Dichte-Abnahme)
dünne empfindliche Teighaut mit etwas welliger Oberfläche
Kruste weitgehend gebildet
Hefe geringe Aktivität in aktivster Form keine Aktivität
Gefrierproblematik gering da keine Kleberschädigung,
partielle Hefeschädigung
durch Kälte
Hoch, da CO2 Kleber und ggf.
Hefe schädigt, partielle Hefeschädigung durch Kälte
„Druckausgleich“ vor d. Frieren verhindert
Abplatzen der Kruste
Auswirkung bei Austrocknung
gering hoch hoch
Empfindlichkeit bei mechanischer Beanspruchung
nicht so hoch hoch nicht so hoch
Kruste nein nein je nach Vorbackgrad ausgeprägt
Gasgehalt Luft CO2 Luft
Einflussgrößen auf die Gefrier-Tau-Resistenz von Hefen für TK-Teige, modifiziert
Biologische. Faktoren Hefefabrikation TK-Prozeß (Bäckerei)
Genetik / Physiologie - undefinierte
cryoprotek. Faktoren - etc. Hefetyp - Hybrid - osmotolerant - rekombinant- etc.
Zusammenfassung - Proteine / Enzyme - Trehalose-Akkumul. - Phospholipide - Glycerol - etc. Fermentation - Hitze-Schock, Kälteschock - Äthanol - aerob / anaerob - etc.
Mehlqualität Backmittel Teigherstellung und - Verarbeitung - Zusammensetzung - grün oder vorgegoren
gefrostet - etc. Art der Hefe
Gefrieren von Backwaren• Problem bekannt• Ursachen aufgeklärt• Technologie noch nicht entwickelt
Problem: Abplatzen der Kruste bei TK-Backwaren
KRUSTEN-PROBLEME BEI HALBGEBACKENEN BROT
HYPOTHESE ZUM ERKLÄREN DER KRUSTEN PROBLEME (Abplatzen …):
Interne Beschädigung
Oberfläche – Verlust der Kruste
Abplatzen der Kruste bei vorgebackenen u. gefrosteten Backwaren
a) Mechanische Probleme unter der Kruste hervorgerufen durch die Eiskonzentration (Problematik Wasserdampfdruck durch großes Delta T)
b) Thermomechanische Probleme hervorgerufen durch die differentiale Belastung
(Verformung durch Gaskontraktion in der Krume beim Kühlen u. Gefrieren)
c) Strukturelle Probleme (Kleber, Stärke / thermomechanische Interaktionen)
• UFF Ungegarter gefrorener TeigUnFermented Frozen dough
• PFF Vorgegarter gefrorener TeigPreFermented Frozen dough
• PBF Halbgebacken gefrorenes Brot/rollsParBaked Frozen bread/rolls
• FBF Fertiggebacken gefrostet (auftauen/servieren)Fully Baked Frozen (Thaw ‘n Serve)
4 Gefriertechnologien
mixdivide &make up
final proof bake serve
UFF ungegart gefroren
mischenteilen & auf-machen
PFF vorgegart gefroren
garen
PBF halbgebacken gefroren
backen
FBF fertiggebacken gefroren
servieren
Orientierung
1 2 3
Vermeidung der Krustenausbildung während
des ersten Backens:
• PBF Produkt = Fertiggebackene Produkte ohne Kruste
• Backen Sie bei der niedrigeren Temperatur (170-180°C/340-360°F) mit regelmäßigen Dampfeinspritzungen, um eine feuchte "Krusten" Schicht zu erhalten
• T(@ Kruste)~100°C/212°F wenn feuchtig, wenn % H2O > 0%.
• Beim ersten Backen die Krustenbildung vermeiden, so dass beim zweiten Backen das Abplatzen verringert wird.
PBF
mischen
servieren
teilen & auf-machen
Endgare
backen
backen
-FROZZZZZ
Die drei goldenen Regeln bei PBF
Reference Test
Test: ZU STARKES BACKMITTEL
Test: ZU STARKES MEHL
Reference Test
Reference Test
Test: erstes Backen zu kurz bei hoher Temperatur
Reference Test
Test: zu viel Dampf
Test: zu viel Dampf
Reference Test
Test: zu wenig Dampf
Reference Test
Test: LAGERUNG OHNE PLASTIK (1/2)
Reference Test
Test: LAGERUNG OHNE PLASTIK (2/2)
Reference Test
Reference Test
Test: erstes Backen zu lang (1/2)
Test: erstes Backen zu lang (2/2)
Reference Test
PBF
mischen
servieren
teilen & auf-machen
Endgare
bake
backen
-FROZZZZZ
mischenteilen &aufmachen
Endgare bake servierenbakebacken backen- FROZZZZZ
FROZZZZZ
Die drei goldenen Regeln bei PBF
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Schockgefrieren bei -35°C/-31°F bis ≤ -10°C/14°F im Kern• Mit RH ~ 90%• Richtig verpackt und versiegelt in Plastik • Lieferung zur Gefrierlagerung bei konstant
-18°C/0°F zur Verhinderung des Gefrierbrandes (= beflecken d. Krustenfarbe)
Reference Test
Test: zu langes Schockgefrieren
PBF
mischen
servieren
teilen & auf-machen
Endgare
backen
backen
-FROZZZZZ
Ziel des zweiten Backens = Krustenbildung
+ gibt Farbe & Aroma und “Erneuerung” der Krume.? Kaum oder kein Auftauen vor dem Backen Vorzugsweise 30 Min bei 90% RH;25°C/77°F
=> Abplatzen
° Alle Arten von Ofen° Dampf (5 sec)° T: ± 220°C/430°F & abbacken auf Lochblechen
runde untere Form
Die drei goldenen Regeln bei PBF
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ttz Bremerhaven Am Lunedeich 1227572 BremerhavenTel. : +49 471 97297-0 Fax.: +49 471 97297-22
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Bäckerei- und Getreidetechnologie