Download pdf - Die Bedeutung von Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl für Teig, Brot und Gebäck

K O L L O I D - Z E I T S C H R I F T zur Zeit vereinigt mit den Kolloid-Beiheflen

Band 141 April 1955 Heft 2

Aus H. Bahlsens Keks/abrik K. G. Hannover

Die B e d e u t u n g von Zwicke lprote in und Haftprote in im W e i z e n m e h l fiir Teig, Brot und (ieb~ick ~)

Von Kurt H e s s Mit 33 z. T. /arbigen Abbildungen im Text und au/ 2 Ta/eln (Eingegangen a m 2. Februar 1955)

In der vorangehenden Mitteilung (1) wurde fiber Nachweis und Trennung yon zwei verschiedenen Proteinen im Mehl- endosperm beriehtet, die entsprechend ihrer morphologischen Anordnung imN~hr- gewebe des Korns als Haftprotein (angeordnet anf der Oberfl~ehe der St~rke- k6rner) nnd Zwickelprotein (angeordnet in den zwickelartigen t ~ u m e n zwischen den S t~kekSrnern der Endospermzellen) be- zeiehnet wurden.

I m folgenden werden beide Proteine auf ihre Funkt ionen bei der Teigbildung untersueht, wobei weitere eharakteristisehe Untersehiede hervorgetreten sind, die sieh durch ein versehiedenartiges elektroehemi- sehesVerhalten (versehiedene isoelektrische Punk te [IEP] bzw. versehiedenes Salzbil- dungsvermfgen) begriinden lassen. Der dabei gewonnene Einbliek weist unmit te lbar auf bisher ungelSste Fragen fiber den Aufbau yon Teig- und Geb~ckkrume~ die im Zusam- menhang mit der Isolierung -con Kleber- und St~rkegerfist aus Geb/~cken verschiedener t terstellung durch mikroskopische Unter- suehungen und Oberfl/~chenbestimmungen im Vergleicb, mit denen der Ausgangsge- backe emer befrledlgenden Beantwortung zugeffihrt werden konnten.

Unterschiedliches Verhalten yon Zwickelpro- rein und Ha]tprotein bei der Teigbildung

R'aehdem die beiden Proteine auBer im Lipoidgehalt dureh R6ntgenaufnahmen und elektronenmikroskopisehe Beobaeh- tungen untersehieden werden konnten, wobei sieh neustens der Fibrillenfilz des Haft- proteins aueh nnmit te lbar an Weizenkorn- sehnit ten elektronenmikroskopiseh nach dem M~trizen-Abdruekverfahren darstellen

* ) Ub er Teile der vorliegenden Abhandlungis~ ers~ma - lig am 1.6.1954 a u f d e m X. In te rna t iona len KongreB der Ernahrungs indus t r ien in Madrid sowie am 6. 9. 1954 auf der Bgckereitagung in Detmold berich~et worden.

liel3 (2), erg~ben sich weiterhin Unterschei- dungsmerkmale bei der Teigbildung und der Kleberisoherung dutch Auswaschen.

Es wurden die teigbildenden Eigensch~f- ten yon Haftprotein an der bei der Tren- hung n~ch dem Sehwere-Sinkverf~hren in Tetraehlorkohlenstoff/Benzol gewonnenen Frakt ion Haftprotein/St~rke (Protein mit St~rke lest verhas und dem st~rkefreien Zwiekelprotein in Mischung mit Weizenstgrke im Verh/~ltnis ga f tp ro te in : Stgrke des Mehles sowie aueh im natfirlichen Verhgltnis Protein: Stgrke im Mehl untersucht .

Zur Prfifung der Teigbildung wurde der Farinograph yon Brabender herangezogen, bei dem die beim Kneten erforderliehe Kraft mit einem Dynamometer zeitlieh verfolgt nnd auf eine Registriereinriehtung iibertragen wird.

Die mechanischen Eigenschas yon Mehlteigen hgngen yon einer Vielzahl yon Faktoren wie Wasserbindung dnrch EiweiB nnd Stgrke, Verhgltnis isolierter St~rke- kSrner zu Endospermteilen, Zahl der ver- letzten Stgrkekfrner, Gleitung der Teil- chert gegeneinander (EinfluB yon schmie- rend wirkenden Best~ndteilen wie Wasser oder Fett) u. a. ~b. ]=[inzu kommt, daft sich die Faktoren in ihrer Wirkung beeinflussen. Will man also die Bedentung eines Faktors~ wie z. B. den fiir Haftprotein anf der StErkeoberflgche oder den ffir Zwickel- p r o t e i n i m Farinographen prfifen~ so muir man sieh darfiber kl~r sein, daI~ gegebenenfalls mit dieser Variation aneh andere Fak- toren gegndert werden, die man dabei weniger in der Hand hat. Um den Einflu_B der beiden Proteinarten mSglichst klar heraus- zuarbeiten~ wurden daher vergleichsweise auch die Far inogramme des Ausgangsmeh- les Vor und naeh Durehfi ihrung der Hilfs- operationen aufgenommen, die iiir die Tren- nung yon Zwickelprotein und Has Stgrke erforderlieh sind.

62 Hess, Bedeutung yon Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl [ ZeitschriftK~176

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:x Abb. 1. Bedeutung des Zwickelproteins fiir die Teigentwicklung

{Farinogramme naeh B r a b e n d e r , Junior -KnoWer)

Die in Abb. 1 zusammengestellten Farino- gramme geben ein eindeutiges Bild der fiberragenden Bedeutung des Zwiekelpro- teins ftir die teigbildenden Eigenscha~ten. Gegeniiber dem Ausgangsmehl (Farino- graphenkttrve 1) zeigt das Mehl nach 15stiindiger Kugelmahlung (Kurve 2) sowie naeh teilweiser Ent fe t tung unter den Bedingungen der Prote int rennung (Kurve 3) keine g r u n d s ~ t z l i c h e n 2~nderungen in der /Farinographenkurve; die an sieh be- achtlichen Untersehiede in der Teigent- wicklungszeit bei den Kurven 2) und 3) sollen zun~ehst aufler Betracht bleiben. Demgegeniiber zeigt tta.ftprotein/St~rke keine normale Teigbildungskttrve mehr (Kurve 4), was offenbar dutch das fehlende Zwickelprotein verursaeht ist. Dies wird in eindrucksvoller Weise durch Kurve 5 best~tigt, die naeh Zusatz des fehlenden Zwiekelproteins zu ttas im natfirlichen Verh~ltnis wieder mit Knrve 2 vergleiehbar ist. Da ffir das Ergebnis bei K u r v e 4 noch geltend gemaeh~ werden k6nnte, da/3 eine normMe Teigkurve wegen eines zu geringen Gehaltes an Protein t iberhaupt (nut 5% gegenfiber 10% im 3{ehl) nicht zustande kommt , ist der Ver- such der Ku_rve 6a mit Zwickelprotein] St~rke im Mengenverh~ltnis Haftprotein im Mehl, sowie der Versuch der Kurve 6b mit Zwiekelprotein/St~rke im Mengenver- h~ltnis Gesamtprotein im Mehl (10%) durchgeftihrt worden. In beiden l~ l len wird eine stetige ~ar inographenkurve be-

obachtet, allerdings mit schnellem Kon- sistenzabfall. Im u mit Kurven 1 bis 4 zeigen Kurven 5 7 6a und 6b, dab es bei der Teigherstellung durchaus nieht auf die absolute Eiwei.~menge im Mehl ankommt: sondern au~ den in Frage stehenden Unter- sehied yon Zwickelprotein uncl Haft- protein.

Um schlieBlieh zu priifen, ob durch ~n- derung des Wassergehaltes zu fIaftpro- tein/St~rke die Far inogramme im Sinne der ]3ildung einer annSahernd normalen Teig- kurve beeinflul3t werden kSnnen, sind F~rinographenVersuehe an Haftprotein/ St~'ke mit steigendem Wassergehalt (Abb. 2) durehges worden, die zeigen, dub eine solche Beeinflugbarkeit nieht besteht.

Zusammenfassend geht aus dell bespro- chenen Yersuehen im ~'arinographen eindeutig hervor, dab das Has als solehes fiir eine Teigbildung in keinem ]?'all geniig~, sondern dab es der Gegenwart des Zwiekelproteins bedarf.

Trotzdem mug man aus dem Vergleich der Kurven 5 (Has und Zwiekel- protein im natttrliehen Verh~ltnis) mit 6a bzw. 6b (ausschlieglieh Zwickelprotein/ St~rke im Verh~ltnis ]~as bzw. Ge- samtprotein im ~ebl) inAbb. 1 folgern, dag dem Haftprotein in Gegenwart yon Zwik- kelprotein doeh eine best immte Aufg~be bei der Bildung eines normalen Teiges zu- f~llt, die offenbar in einer Stabilisierung der Teigkonsistenz besteht.

Band 141 Heft 2 (1955) ] Hess, Bedeutung yon Zwiekelprotein und Haftprotein im Weizenmehl 63

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Abb. 2. EinfluB der Wasserzugabe beim Farino- gramm yon Haftprotein/Stfirke

In diesem Zusammenhang ist es auch noch yon Interesse, das Teigbildungsver- mSgen yon St~rke ullein im Farinographen zu untersuchen (Abb. 3), wobei festgestellt warde, dab St~rke bei geniigendem Wasser- zusatz bessere Teigbildungskurven zeigt als Weizenst~rke mit dem Has auch St~rke allein zeigt nach der Teigent- wicklung einen schnellen Konsistenzabfall.

Untersehiedliehes Verhalten yon Zwiekel- protein und Ha]tprotein bei der Kleber- bildung

Auch beim sogenannten , ,Auswaschen des Klebers" darch Verreiben des Mehles mit iiberschiissigem Wasser (z. B. im Theby- Geriit~)), wobei das ~ehleiweiB sieh zu der bekannten plasto-el~stischen ~V[asse sam- melt und die St~rke fortgewaschen wird, iibernehmen Zwickelprotein und l=/aftpro- rein zwei verschiedene Funktionen, die man auch in diesem Fall an den isolierten

x) Kleberauswaschmasehine der Ertel-Werke, Mfin- ehen.

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Abb. 3.

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Farinogramme von proteinfreier St~irke bei verschiedenem Wassergehalt

Proteinpr~paraten Zwiekelprotein und Eaftprotein/St~rke bzw. ihren Mischungen mit bekannter Zusammensetzung klar erkennt.

W~hrend aus einer kiinstliehen Mi- schung ~) yon Weizenst~rke und Zwickel- protein beim Verreiben mit iiberschiissigem Wasser im Theby-Ger~t das Zwickelprotein in Form einer dem Kleber in seinen plastisch- elastisehen Eigenschaften sehr ~hnlichen Masse herausgezogen werden kann (Ver- such Nr. 5 in Tab. 1), gelingt dies s Haft- protein in dem natiirlichen Zusammenhang mit der St~rke n i e h t (Versuch 5Tr. 4 in Tab. 1). Der Auswasch~Cersuch vollzieht sich aber in anni~hernd normaler Weise, wenn Zwickelprotein der Kaftprotein/ St~rke-Fraktion im nattirlichen Verh~ltnis wie im Mehl wieder zugesetzt wird (Ver- such Nr. 6). Die Auswasehversuche 1, 2 mad 3 warden am Ausgangsmehl vorgenommen~ und zwar vor und nach der fiir die prs rative Darstellung yon Zwickelprotein und

3) Die Misohung erfolgte auf einer wirksamen Schiittelvorrich~ung in Glaskolben bei mikroskopiseher Kontro]le der Gleichm~Bigkeit der Verteilung.

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64: Hess, Bedeutung yon Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl [ ZeitschriftK~176

gaftprotein/Sti~rke notwendigen Mahlung in der Kugelmiihle (u Nr. 3) sowie vor und naeh der Lipoidextraktion unter Sedimentationsbedingnngen mit Tetra- chlorkohlenstoff/Benzol (Versueh Nr. 2).

den Handversuch iiberzeugen kann. Erst in Gegenwart von Zwiekelprotein wird Haftprotein yon der StSrke abgezogen und Yereinigt sich mit diesem zum normalen Kleber.

T a b e l l e 1

Vergleiehende Bestimmung yon Kleber und Protein in Mehl, Zwickelproteln (ZP), Haftprotein/St/~rke (HP), Kunstmisehung aus Zwickelprotein (ZP) - - Haftpro~ein/St~rke (HI)) und Kunstmischung aus

Zwickelprotein (ZP) -- proteolysiertes Mehl

Lfd. M e h l p r ~ p a r a t Nr.

%Prote in 1) %Troeken. %Protein~). %Prote in 1) i .T . kleber 2) imTroeken- imTroeken-

i .T. kleber k]eber bezogen auf bezogen auf Mehl bzw. Troeken-

ZP ~) kleber

1. Normales Mehl 10.88 10.2 8.54 82.80 2. Normales Mehl 1/2 Std. mit C6H~/CC1 ~ geschfittelt 10.60 10.1 8.34 82.25 3. Normales Mehl 15 Std. in Kugelmfihle gemahlen 10.50 9.0 8.00 88.404) 4. Haftprotein/Sti irke aus Mehl (lfd. Nr. 3) 4.90 1.0 0.95 94.90 5. Kunstmischung ZP -- proteolysiertes Mehl im 10.29 6.9 6.58 93.00

Mehlverldiltnis 6. Kunstmischung ZP -- HP im Mehlverh~ltnis 10,55 8.3 7.48 90.00

(aus Nr. 3) 7. Zwickelprotein aus Mehl (Ifd. Nr. 3) 87.70 91.0 81.80 89.90

1) Prote inbest immung nach Kjeldal, Faktor 5.7; e) nach Theby ausgewaschen, bei 105 ~ getrocknet; z) der hShere Proteingehalt ist auf den geringeren Gehalt an Stiirke zuriickzuffihren, die nach der zu-

s~itzlichen Mahlung in der Kugelmiih]e auswaschbar ]st. 4) Die Differenz zwischen ~ in Mehl bzw. ZP und Trockenkleber (bez. auf Mehl bzw. ZP) ist durch

die 15slichen Anteile beim Auswaschen des Klebers begriindet.

Die Menge an ausgewasehenem Kleber im Misehversueh Zwieke lp ro te in - Haft- protein/Sti~rke (Versueh Nr. 6) ist etwas geringer als bei dem Ausgangsmeht nnd den Versuehen 2 und 3, was versti~ndlich ist, wenn man die nnnmehr fiir die erkann- ten Weehselwirknngen yon Zwickelprotein und Haftprotein bei der Klebergewinnung notwendige Durehmischung der beiden Proteinkomponenten beriieksiehtigt, die zweifellos im 3s besser ist als in der Xunstmisehung. Aueh bei dem Auswaseh- versueh an ttaftprotein/St~rke (Versueh Nr. 4) ist zu bem~ngeln, dab im Theby- Ger~t noeh immer eine kleine Protein- menge erfal3t wird, was abet wohl dutch die Anwesenheit kleiner Riickst~nde nicht v611ig abtrennbaren Zwiekelproteins er- kli~rt werden kann.

Aus den Auswasehversuehen der Tab. 1 geht iiberzeugend hervor, dab das auf der Oberfls der St~rkekSrner haftendeItaft- protein ohne Gegenwart yon Zwiekelpro- rein grunds~tzlieh nieht yon der Sti~rke ab- getrennt und gesammelt werden kann. Haftprotein/St~rke bleibt beim Yerreiben mit kaltem Wasser ,,sandig" wie etwa aueh Weizenst~rke selbst, woven man sieh dureh

VergIeich tier Vorggnge bei Teigbildung und Kleberis o lieru ng

Will man im Rahmen der vorliegenden Beobaehtungen die u bei der Teig- bildung mit denen beim Auswasehen des Klebers, d. h. in Gegenwart yon viel Was- ser, miteinander vergleiehen, dann ist fol- gender grunds~tzliehe Untersehied zu be- achten. Bei der Teigung in Gegenwart be- sehr~nkter Wassermengen wird infolge Wasseraufnahme und der meehanisehen Behandlung das Zwiekelprotein mit dem tIaftprotein auf der Stgrkeoberflgehe vereinigt (erste Phase der Kleberbildung), we- dutch eine vollkommene Umhtillung der Stgrke dnreh das gesamte Mehleiweig ge- wghrleistet ist. Bei dem Auswasehen des Klebers in Gegenwart yon viel Wasser sehlieBt sieh dem Vorgang der ,,Zementie- rung" der beiden Proteinarten ihre gemeinsame Abtrennung yon der Stgrkeoberflgehe an, wobei unter dem meehanisehen Einflug eine Deformation der urspriingliehen Ei- weiBlamellen zn den bekannten Kleber- Str~ngen und Kleber-,,Wfirsten" eintritt (zweite Phase der Kleberbildung) und die St~rkek6rner freigegeben werden. Diese •eststellungen sehliegen tiir das Wesen der

Band 141 Heft 2 (1955) 1 Hess, Bedeutung yon Zwiekelprolein und Hafiprotein im Weizenmehl 65

Teigbildung eine Umwandlung des Mehl- proteins in Kleberf~den aus. Dnreh fortge- setztes Kneten eines Teiges, bei dem er seine backtechnischen Qualiti~ten verliert, vollzieht sich auch im Teig unter Losreil~en der Proteinhfillen yon der Sti~rkeober- fl~che nach und nach zunehmende Kleber- strangbildung.

Im Sinne unserer Betrachtungsweise ist also das Algtreten yon Kleberfi~den beim Teigen nicht der Ausdruek daffir, dab die Umwandlung des Mehleiweiges in strang- fSrmigen Kleber beendet ist, sondern dafiir, dab diese fiir den Teig sch~dliehe Des mierung (, , totkneten") beginnt. Es ist nicht ang~ngig, die Beobaehtungen in Gegenwart yon viel Wasser~ wie sie etwa K. S e i d e l (3) 1928 besehrieben hat und wie sie H e s s und Mitarbeiter (4) bests konnten, auf die Verhi~ltnisse beim Teig- kneten ohne weiteres zu fibertragen. Im Zusammenhang mit der Isolierung der Klebergerfiste aus Geb~cken und der Fest- legung der Struktur dieser Gerfiste wird hierauf weiter eingegangen (Seite 67).

Auch fiber die u des Proteins bei der Verkleisternng der S t ~ k e wi~hrend des Backvorganges der Mehlteige mit dem in Frage stehenden Aus kann man s~ch nunmehr eine konkrete Vorstellung machen. Die durch Wasserbindung und den Knet- vorgang auf d e n St~rkekSrnern vereinigte Schicht yon Zwickelproteir~ und Haftpro- tein ha t plastisch-elastische Eigenschaften. Bei der Verkleisterung 'wi~hrend des Back- vorganges quellen die St~rkek6rner und platzen schiieglich, ;wobei die Proteinschicht infolge ihrer elastischen Eigenschaften nachgibt. An schwachen Stellen zerreiBt die Schicht und l i~ t den verflfissigten oder halbverflfissigten St~rkekorninhalt in den Bereieh eines Naehbark0rnes fibertreten, in dem sich ein ~hnlicher Vorgang abgespielt hat, so dab sieh die St~rkemassen gegebenenfalls vereinigen k6nnen. Eine zuss liehe I)urehmisehung des plastischen Pro- teins mit den verkleisterten St~rkemassen ist wegen der Koagulierung w~hrend des Baekens nieht oder nur in geringem Urn- fang zu erwarten.

Durch die im vorangehenden behandelten Ergebnisse ist nun auch die Strang- form des Klebereiweil3es in den Geb~cken~ wie sie heute noch vielfach angenommen wird, unwahrscheinlich geworden, u n d e s war in diesem Zusammenhang reizvoll, die Kleberstruktur in den Geb~eken festzulegen. Bevor auf diese Yersuchsergebnisse

eingegangen wird, sollen zun~ehst noch die Erseheinungen behandelt werden, die die Bindung zwischen Haftprotein und Sti~rke im Mehl, sowie das Zusammengehen der beiden Proteinarten (Zementierung) beim Teigen begrfinden.

Trennung von Zwiekelprotein und St~irke durch Sedimentation bei verschiedener Au]- ladung tier Stiirke.

Bei der Trennung yon kfinstlichen Mi- schungen aus Weizenst~rke und Zwickel- protein dutch Sedimentation Ms Kontroll- versuch ffir die Trennung yon Zwickelpro- rein und Haftprotein/St~rke im Mehl wurde zun~ehst beobaehtet, dab dabei Zu- sammenballungen beider Komponenten im Sedimentationsmittel auftreten, die sieh dureh wiederholtes Sedimentieren nieht wieder trennen lassen. Da vermute t wurde~ dab diese Zusammenballungen dureh LadungspotentiMe zwisehen St~rke und Zwickelprotein ~erursacht werden, wurde die St~rke dureh Suspendieren yon sauren (NH4C1/H~I, PH = 2) und alkalischen (CHaCOONa/NaOI{, p , := 11) Salzl6sungen, l?iltrieren und Troel~nen in Alkohol/5th~r positiv bzw. negativ au!geladen und ver- gleiehend in Mischung mit Zwiekelprotein dem normalen Trennungsverfahren dutch Sedimentatio~ in Tetraehlorkohlenstoff/ Benzol unterworfen.

Die in Abb. 4 zusammengestell ten Ver- suehe legen nahe, dab die in Frage stehende Zusammenballung (Agglutinierung) auf po- iare Eigensehaften v0n Zwiekelprotein und Sts zurjiekzuffihren sind. Die im alka: lisehen Medium u Stfi.rkg t rennt sieh entsprechend Kurve 3 schon bei einer Diehte des Sedimentationsmittels yon d = 1,34 g/ema praktiseh vollst~ndig vom zugesetzten Zwiekelprotein ab, ws rend die im sauren Medium behandelte St~rke, die auch im mikroskopisehen Bild starke Zusammenballungen mit dem zugesetzten Zwickelprotein erkennen l~Bt~ bei der Sedimentation bis zu einer Diehte yon d = 1,34 g/em 3 (Kurve 4) nu t eine Abtren: hung yen 45% des zugesetzten Zwickel- proteins ermSglichte. Der Verlauf der Sedi- mentat ionskurve der Mischung aus unbe- handelter St~rke und Zwickelprotein (Kur- ve 5) liegt zwischen den beiden Extrem- f~llen. Kurve 1 entspricht d e m Ausgangs- mehl~ Kurve 2 demselben 5{ehl naeh der Kugelmahlung zwecks zergt6rung der Endospermteile.

66 Hess, Bedeutung yon Zwiekelprotein und Haftprotein im Weizenmehl [ Konoid- Zeitschrift

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Abb. 4. Zwicke]protein-Ausbeute bei kfinstlic~en Misehungen mit Stfirke verschiedener AufJadung.

Diese Beobaehtung l~Bt sieh nur dutch die Annahme s Ladungen au[ den Grenzfl~ehen yon St~rke und Zwiekelpro- rein erkl~ren. Da sieh diese Ladungen d ureh Behandlung im w~Brigen Medium mit Elektrolyten beeinflussen lassen, liegt die Vermutung nahe, dag aueh bei Zwiekel- protein und tias die unter ge- wissen Bedingungen, z. B. bei der Teigung, sich ebenfalls vereinigen k6nnen, versehie- denartige elektrochemisehe lr vorliegen.

Um das Yerh~ltnis zwisehen sauren und alkalischen Gruppen in diesen beiden Pro- teinen festzulegen und so ein MaB ftir ihren elektroehemischen Zustand zu gewinnen, wurden potentiometrische Messungen durchgefiihrt.

Potentiometrische Charakterisierung yon Zwickelprotein und Ha]tprotein

Pr~parate . Die unerwartete Feststellung, dab beide Proteinargen in Aethylenehlorhydrin 15slich und daraus mit ~ther wieder f~llbar sind, bietet auch fiir das Haftprotein die MSgliehkeit, es im st/~rkefreien Zu- stand zu untersuehen. Aus Vergleiehsgrfinden wurde aueh Zwiekelprotein in gleicher Weise umgefi~llt. Ffir die l~otentiometrischen Messungen sind jeweils 1 mal umgef~llte Pr/~p~rate verwendet worden, wobei auch eine wesentliche/r an Lilooid entfernt wird.

Durehf f ihrung der Messungen. ])as Potential einer Platin-Wasserstoffelektrode wurde gegen eine ge.

s/~tgigte Kalomelelektroclo als Bezugselektrode gemessen. Der verwendete Wasserstoff (aus Bombe) wurde dureh alkMisehe PyrogMlol-LSsung und Wasser gerei- nigt. Znr Kontrolle der Pt-H2-Elektrode wurden bei jeder ~essung 2 Elektroden weehselweise benutzt und diese bei unterschieclliehea MeBergebnissen ausgeweeh- self. Augerdem wurde die Richtigkeit der pg-Anzeige nach jeder Meflreihe dureh eine iKessung mit StaMard- Aeetatl6sung (pg4,62) kontrolliert.Es wurde die MeB- brfieke ,,Pehavi" yon t tar tmann und Braun verwendet. Um Potentialkonstanz fiber das ganze 1V[eBgef/~fl zu gew/~hrleisten, wurde die LSsung auger dureh den Wasserstoffstrom dutch ein magnetisehes Rfihrwerk in Bewegung gehalten.

Als LSsungsmittel fiir beide Proteinarten erwies sieh 50%iger Alkohol mit der vorgegebenen Menge anNaOH geeignet. 0,5 bis 3,0 g Protein wurden zur Vermeidung yon Zusammenballungen zun~chst in wenig 96~oigem Alkohol suspendierg un4 mit Alkohol auf 200 ml aufge- ffillt. Der Suspension wurden langsam unter st~ndigem i~iihren 50 ml n/10 Natronlauge zugegeben, wobei sich ein Teil des Proteins 16ste. Naeh Aufffillen mit Wasser auf 400 ml entstand eine nur leieht opalisierencle klare L6sung, die imMeggef/~g mit Wasserstoffges/~ttigt wnrde. Dabei s~ellten sieh die Pt-H2-Elektroden nach etwa 5 Minuten auf ihr Endpotential ein. Bei der anschlie- genden Titration der L6sung mit n]10 HCI wurden je nach der Potential/~nderung versehieden groBe 1VIengen Salzs/~ure zugegeben un4 nach jeder Zugabe die ~]in- stellung des Potentials abgewartet (Dauer der Einstel- lung jeweils etwa 30 see.). In den in Abb. 5a und 5b gegebenen Kurven ffir Zwickelprotein und Haftlarotein sin4 die ptt-Werte 4er LSsungen fiber dem Gehalt an NaOIt bzw. HC1 aufgetragen. Zu jeder Kurve wurde eine Bezugskurve (B) dutch Titration yon alkalisehem 50~oigem Alkohol mit tIC1 gemessen.

Zur Ermittlung der durch Aminogruppen gebunde- nen Carboxylgruppen durch Formoltitration nach SSrensen wurde bei der Herstellung der Protein16sung anstelle yon i00 ml Wasser 100 ml 38~oige Formalin- 16sung zugesetzt, woclurch die L6slichkeit des Proteins nicht beeintr/~ehtigt wird. Wegen des Verbrauches an vorgegebener NaOR dureh den unvermeidlichen S~ure- gehalt des Formalins mfissen fiir die Titration der Proteine in Gegenwart yon Formalin eigene Bezugs- kurven aufgestellt werden.

E rg e b ni s s e. Die erhaltenen Titrations- kurven yon Zwiekelprotein und Haftpro- tein unterseheiden sieh wesentlieh. Das Zwiekelprotein 16st sieh in dem vorgegebenen LSsungsmittel zu einer farblosen, leieht blau-weiB opNisierenden L6sung. Der Ver- braueh an Natronlauge betrs 4,5 ml n/10 N a O g je Gramm Zwiekelprotein, wobei der Zusatz yon Formaldehyd ohne EinfluB ist.

Zur Bestimmung des IEP wurde w~hrend der Titration die Trfibung der L6sung durch Absorptions- und Liehtstreumessungen zu p~ ~ 6 ermittelt. Da die Gegenwart yon Formalin keinen Einflnfl auf die Titrations- kurve des Zwicke]proteins ausfibt~ ist zu s dab in diesem Protein keine Carb- oxylgruppen dutch Aminogruppen abge- s~ttigt sind bzw. dab k e i n e freien Amino- gruppen vorliegen.

Band 141 ] Hess, Bedeutung von Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl 67 Heft 2 (1955)

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Abb. 5.

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Potenfiometrische Titrat ion

Bet der Untersuehung des Itaftproteins ergibt sich ein wesentlieh anderes Bild. Diese Snbstanz 16st sich zu einer gelb- grtinen, nnter der Analysenlampe stark blau-wei$ fluoreszierenden Fliissigkeit. Der Verbrauch an n/10 NaOK betr~gt zun~ehst 5,5 ml. Bet PH 9 macht die Titrationsknrve einen Sprung. Die Farbe der Titrations- 15sung sehl~gt yon gelb-griin nach farblos urn, und der Verbraueh an Natronlauge geht auf ] ml je Gramm Substanz zurtick. Die nephelometrische Messung ergibt einen isoelektrischen Punkt bet p~ ~ 7. Bet der Titration in Anwesenheit yon Formaldehyd betr~gt der R-aOtt-Verbraneh zun~ehst ebenfalls 5,5 ml je Gramm. Der Farbum- schlag ist nach PH 8 versehoben und weniger ausgepr> der Verbrauch naeh dem Farb- umschlag betrfigt 3 ml/g. Der Mehrver- brauch an Natron]auge bet der Formol- titration zeigt, dab im ttaftprotein freie, mit Formaldehyd reagierende Aminogrup- pen voriiegen, die m6glieherweise mit der Bindung.des Lezithins im Zusammenhang stehen. Uber die eigenartige Farberschei- hung bet der Titration des Haftproteins bet pH -- 9 lhBt sieh noeh niehts bestimmtes anssagen. Jedenfalls fgllt auf, dag tier Farb- umsehlag im Gebiet der ersten Unstetigkeit der Titrationskurve liegt. M6glicherweise h~ngen beide Erscheinungen ebenfalls mit der Bindung yon Lezithin dureh das Pro- tein znsammen.

Znsammenfassend l~$t sieh sagen, da$ Haftprotein weniger sauer als Zwiekelpro-

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tein ist und dal~ ihr Zusammengehen im w~l]rigen 5~[edium sehr wahrscheinlich hier- durch begriindet ist. Die Erscheinungen werden nach verschiedenen Riehtungen wetter verfolgt.

Strukturbestimmungen bet Geb@ken und ihren Geriisten

In der Krume yon Geb~cken liegt Schwammstruktur vor (Abb. 6), die aus der vorangehend im Teig bzw. wi~hrend der ersten Backphase dutch Gasentbindung er- zeugten Schaumstruktur hervorgeht (5).

Fiir Bin Verst~ndnis dieser Struktur zielen daher die Grundlagen a ~ die u g~nge, die der Geb~ckbildung auf dem Weg

Abb. 6. Sehnitt durch VCeif3brotkrume bet direkter Beliehtung im photographisehen Vergr61~erungs-

apparat. Vergr. 8 : 1

68 Hess, Bedeutung yon Zwiekelprotein und Haftprotein im Weizenmehl [ ZeitschriftK~176

iiber Mehl und Teig vorangehen und die sieh auf die morphologis ehenVer~nderungen beziehen, die ihren Ausgang -con der nattirlichen Struktur im Getreidekorn (Abb. 79)*) nehmen und bei der Lamellenstruktur im Geb~ek (Abb. 7b)*) enden. Die Zusammen- h~nge sind dureh die gleichzeitJg sich voll- ziehenden chemisehen und physiko-ehemi- sehen Wandlungen der Systemkomponen- ten, insbesondere Eiweig i St~rke, Mehl- lipoid und gegebenenfalls den Zutaten kom- pliziert (1)~ und man mug sieh vorerst auf eine mSglichst exakte Beschreibung der beobaehtbaren morphologischen Zust~nde beschrfi,nken.

Die experimentelle Priis der Frage, welche Lamellenkomponente fiir die Ge- riistbildung der Gebi~cke maggebend ist, Kleber oder Stgrke oder beide zusammen, schliegt sich eng gn die Uutersuchung der verholzten pflanzliehen Zellwand an, an deren Au!bgu Lignin und Zellulose beteiligt sind. Durch zelluloselSsende Agentien kgnn man zusammenh~ngende Ligninskelette freilegen und durch ligninlSsendeAgentien das Zelluloseske]ett (6), woraus man die entscheidende Folgerung gezogen hat, dug an dem Aus der Geriistsubstanz der p~lanzlichen Zellwand sowohl Zellulose als aueh Lignin beteiligt sind and dal~ die Zel]wand aus zwei ineinundergestellten Geriisten besteht, yon denen jedes fiir die Festigkeitseigensehaften seine besondere physikalisehe Bedeutung hat.

Durch st~rkel6sende Agentien (Diastase Maltin Merck bei 65 ~ C) werden das Kleber- geriist und dnrch kleberlSsende Agentien (Pepsin/SMzss bei 40 ~ C) d~s Stgrke- geriist isolierkar (4). Abb. 8 gibt das aus

Abb. 8, a) Weil.~brot mit b) Stfirkegertist (Pepsin/ SaizsSure bei 40 ~ C) und e)Klebergeriist

(Diastase 65 ~ G)

*) Alle mit einem *) im Text bezeichneten Abbil- dungen sind ~uf den Tafeln 1 und 2 zusammengefasst

Weigbrotsehnitten isolierte St~rkegeriist und Klebergeriist im Vergleich mit dem Ausgangsbrot.

Dabei bedarf die Frage besonderer Be- aehtung~ inwieweit bei derartigen Ver- suchen in den gewonnenen Reaktionspro- dukten tats~chlich die Geriiste in der Form vorliegen, wie sic in den Geb~cken vor- handen sind. In diesem Sinne ist das s den Diastaseversuch bereits yon E. Ver- s c h a f f e l t (7) angegebene, abet wenig be- achtete Versuchsergebnis nieht iiberzeugend, der das Reaktionsprodukt als zusammenh~ngende Masse in Wasser schwim- mend beobaehtet hat. Es hat sieh heraus- gestellt, d~g diese Produkte noch st~rke- haltig sind nnd dab man beim Trocknen zwar eine zusammenh~ngende Masse be- kommt, die aber in ihrer Form wesentlich kleiner als die urspriingliche Geb~ckform ist und die ihren ZusammenhMt durehaus einer sekund~ren Teilehenverklebung im Sinne tier beim Trocknen hoehpolymerer Substanzen stets zu beobaehtenden bekannten ,,Verhornungserseheinung" verdanken kann. Es war daher yon besonderer Be- deutung, dug die Geriistisolierung unter Vermeidung yon Verhornung bei der Ent- w~sserung, d .h . dutch Yerdr~ngen des Wassers dureh Alkohol und Verdr~ngen des Alkohols dureh •ther erfolgte, (8).

Zun~ehst wird mart unter diesen Voraus- setzungen schon aus der festgestellten gugeren Form und deren Bestgndigkeit im Vergleich mit dem Ausgangsmaterial folgern kSnnen, dab tats~ehlich ein Geriist vorliegt. Wenn auch bei der Behandlung mit den wgsserigen Reagenzien eine gewisse Quelhlng auftritt, so geht diese doeh meist infolge der elastisehen Eigensehaften der Geriistsubstanz beim vorsiehtigen Ent- wgssern reeht genau mlf das urspriingliehe Gebgekvolumen zuriiek. Unerl~glieh fiir die Beurteilung als Geriist ist die mikroskopische Beobachtung, durch die man sieh einerseits davon iiberzeugen kann, dab das Geriist einheitlich aus Kleber oder einheitlich aus Stgrke besteht and ~ndererseits die Strukturen yon Ausgangsgeb~ek and Geriist bis in weitgehende Einzelheiten vergleiehen kann.

Um das Wesen des Lamellenaufbaues m6gliehst tiberzeugend erfassen zu k6nnen, wurden sehr verschieden~rtige Gebgek- typen wie Weigbrot, Zwieback, Waffeln, Kartkeks and Miirbekeks sowie Roggen- brot, Kn~ekebrot and sehlieglich auch Pumpernickel herangezogen.

K. H e s s , Die Bedeutung Von Zwickelprotein und I-Iaftprotein im Weizenmehl T A F E L 1

Abb. 7a Abb. 7b

Abb. 9 Abb. I1

Abb. 14 Abb. 17a

Abb. 17b Abb. 19

Ko]loid-Zeitsehrift ]3d. 141, Hef t 2 (1955) Verlag von Dr. Dietr ich Steinkopff �9 Darms tad t

K . t I e s s , D i e B e d e u t u n g y o n Z w i c k e l p r o t e i n u n d t I a f t p r o t e i n i m W e i z e n m e h l T A l e E L 2

A b b . 21 A b b . 2 2

A b b . 24 A b b . 2 8 a

A b b . 2 8 b A b b . 29

Abb. 7a. Schnitt durch das Endosperm eines Weizenkorns. Anf~irbung mit Titangelb fiir Protein, Jodjodka]ium fiir StS.rke. Vergr. 420 : 1

Abb. 7b. Geb~ickschnitt durch Weit~brot. Anfiirbung mit Titangelb fiir Pro- tein, Jodjodkalium fiir St~/rke. Vergr. 300 ; 1

Abb. 9. Schnitt dutch das Klebergertist vcn Wei~brot. Anfilrbung des Pro- teins mit Fast Green. Vergr. 80 : 1

Abb. 11. Schnitt durch Weigbrotteig. Anfgrbung des Proteins mit Titangelb, der St~irke mit Jodjodkalium. Vergr. 504 : 1

Abb. 14. S&nitt durch das Klebergerlist yon Zwieback. Anf~/rbung des Proteins durch Fast Green. Vergr. 80 : 1

Abb. 17a. Kleberger[ist der Waffel, feinste Geriistlamelle. Anfiirbung des Proteins mit Fast Green. Vergr. 80 : 1

Abb. 17b. Klebergeriist der Waffel, gr6bere Lamelle. Anf~irbung des Pro- teins mit Fast Green. Vergr. 120 : 1. (Die Abb. gibt das Negativ wieder)

Abb. 19. Schnitt durch elnen Waffelteig. Anf~irbung des Proteins mit Titan- gdb, der StS.rke mit Jodjodkalinm. Vergr. 300 : 1

Abb. 21. Schnitt dur& Hartkeks (Leibniz-Keks). AnfSrbung des Klebers mit Titangelb, der St~irke mit Jodjodkalium. Yergr. 300 : 1

Abb. 22. Sdmitt dutch, das Klebergerilst des Hartkekses (Leibniz-Keks). Anf~irbung des Proteins mit Fast Green. Vergr. 80 : 1

Abb. 24. Schnitt durch den Leibnizteig. Anf~irbung des Klebers mit Titan- gelb, der St~irke mit Jodjodkalium, des Fettes mit Sudan III. Vergr. 360 : 1

Abb. 28a und 28b. Schni~t durck Pumpernickel. Anf~.rbung des Klebers mit Titangdb, der St~rke mit Jodjodkalium und des Fettes mit Sudan IlL

Vergr. 120 : 1

Abb. 29. Schnitt durch Kn~ckebrot. Anf~irbung des Klebers mit Titangelb, der St~irke rnit Jodjodkalium und des Fettes mit Sudan III. Vergr. 300 : 1

K o l l o i d - Z e i t s o h r i f t B d . 141 , H e f t 2 (1955) V e r l a g v o n D r . D i e t r i c h S t o i n k o p f f �9 Da, r m s t a d t

Band 141 [ tIess, Bedeutung von Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl 69 H e f t 2 (1955} J

G e r f i s t i s o l i e r u n g . Zur Herstellung des Kleber- ger/istes werden die Geb/tekstfieke in eine 10~oige Diastasel6sung yon 65 ~ C eingeleg~ und etwa 16 Std. bei 65~ s~ehen gelassen. Tri t t naeh Prfifung des voll- s~/~ndigen Abbaues mit einem Trolofen Jodl6sung keine Blauf/irbung mehr auf, werden die Kleberger/iste etwa 1 Std. in heiBes Wasser (60:-70 ~ C) gelegt und anschlie- Bend mit Alkohol und Xther unter mehrmaliger Er- neuerung der LSsungsmittel entw/issert. - - Geb/~cke, in denen die St/~rke nieht verkleistert ist (z. B. I-Iartkekse), m/issen vor dem Abbau zum Klebergeriist etwa I/2 Std. lang in heiBes Wasser (70 ~ C) gelegt werden. Verglei- chende Versuehe haben gezeigt, dab hierdureh der grunds/~tzliche Charakter des Gerfistaufbaues nieht ge/~ndert wird 1) (vgl. Seite 67).

Zur I-Ierstellung des St/~rkegeriistes werden die Ge- b/~ekstficke etwa 16 Std. in einer Pepsin/Salzs/~ure- LSsung (1,5 g Pepsin auf 100 ccm 0,5~oige Sa]zs/~ure) bei etwa 37~ behandelt, ansehlieBend etwa 1 Std. in Wasser von 30 ~ C gelegt und wie oben mit Alkohol und Xther unter mehrmaliger Erneuerung der L(Jsungs- mit tel en~w/issert.

H e r s t e l l u n g de r m i k r o s k o p i s c h e n S c h n i t t e aus K l e b e r - u n d S t /~ rkege r f i s t en . Ffir die Herstel- lung der aul]erordentlich zarten Kleber- und St/irke- gerfistsehnitte ist eine Einbettung in Gelatine erforderlich.

Da der f/Jr die Anf/~rbung des KIebers benutzte Farb- stoff Fast Green auch Gelatine anf/~rbt, wurde der Klebergerfiststreifen vor der Einbettung in Gelatine dureh Einlegen etwa ~/2 Std. in l~oige Fast Green LSsung angef/irbt, ansehlieBend der fibersehfissige Farbstoff unter flieBendem Wasser herausgesptilt und wie folgt mit Gelatine behandelt.

Auf 3 em lange und etwa 1 em breite Streifen des Kleber- oder St/~rkegerfistes gieBt man in Reagensgl/~ser eine handwarme (etwa 40 ~ C) 25%ige Gela~inelSsung, s~tzt die geffillten R6hrehen in ein Becherglas mit warmem Wasser (40 ~ C) und entlfiftet etwa 5 Min. im Exsikkator (9). Die Durchtr/~nkung ist vollst/~ndig, doch darf der Sog der Wasserstrahlpuml0e nicht zu groB sein, da sonsb die fliissige Gelatine zu stark in die Gerfistporen eindringt und die Struktur zerreiBt. Naeh dem Erstarren werden die Glasr6hrchen zertriim- mert und die eingebetteten Gerfiste nicht ]anger als 15 Std. in einer 5~oigen Formalinl6sung geh/~rtet. Naeh ~/~stfindigem Auswasehen des Formalins unter flieBen- dem Wasser sind die B16cke zur Herstellung yon Ge- frierschnitten schnittfertig. Die Schnittdieke betr/igt etwa 40/~. Zur Entfernung der in der Gelatinesehieht eingeschlossenen kleinsten Luftbl/ischen werden die in Wasser aufgefangenen Sehnitte in den Exsikkator ge- braeht, der etwa 5 Min. an eine Wasserstrahlpumpe an- gesehlossen wird, ehe die Schnitte auf Objekttr/~ger auf- gezogen werden. Die in Gelatine eingebetteten St~rke- s~hnitte werden mit einer Misehung aus einem Teil Jodjodkalium, 2 Teilen Glycerin und 2 Teilen Aqua dest. angef/irbt und vor der Beobaehtung ebenso wie die Klebergerfistschnitte mit 65% SaeeharoselSsung ab- gedeckt.

W e i l t b r o t . Im Vergleich mit Abb. 7b*), die einen Gebgcksehnit t durch des Weitt- brot zeigt, sind in Abb. 9*) und 10 Sehnitte

1) Bei der Verkleisterung kann die St/~rke infolge der sie umh/illenden Kleberlamellen nicht zusammen- flieBen, im Gegensatz zu der Verkleisterung wahrend des Backens, wobei die Gelegenheit ftir ein teilweises ZusammenflieBen aus verschiedenen Grfinden gegeben ist.

Abb. 10. Schnitt durch das St~rkegeriist von Weifi- brot. Anf/irbung der St/irke mit Jodjodkalium.

Vergr. 240 : 1. (Die Abb. gibt des Negativ wieder)

durch des Kleber- und St/~rkegerffs~ des Weiftbrotes gegeben, in Abb. 11") ein Schnit6 durch den zugeh6rigen Weigbrot te ig , in dem man ira Gegensatz zu Abb. 7b noch unverkleisterte, d . h . noeh nicht zusam- mengeflossene St/~rke eingebet tet in Kleber erkennt.

Z w i e b a c k . W~hrend beim normalen Weiflbrot ohne weiteres Kleber- und St~rke- geriis~ isolierbar sind, erh/~lt man beim Zwieback nur ein Klebergeriist. Da auch der znm Zwieback gehSrende Einbaek nur ein Klebergeriist gibt, mul~ man folgern, daft in E inbaek und Zwieback der Zusam- menhang der St~rke nicht so intensiv ist, dab es zur Ausbildung eines zusammen- hgngenden Geriistes kommt. Es kann dies einerseits durch die Zuta ten (Fet t und Zucker) begriindet sein, andererseits dureh eine nieht so weitgehende Verkleisterung der Stgrke wie bei Weil~brot und Waffel, was im mikroskopisehen t~ild des Ge- b~ckes auch zum Ausdruck k o m m t (vgl. Abb. 12 und 7b). In Abb. 12 ist ein Schnit t

Abb. 12. Scbnitt durcb Zwieback. Anf~irbung des Klebers mit Titangelb, der St/irke mit Jodjodkal ium und des Fettes mit Sudan III. Vergr. 420 : 1 (als

schwarz-weif3 Wiedergabe)

70 Hess, Bedeutung yon Zwiekelprotein und Haftprotein im Weizenmehl [ ZeitschriftK~176

dttreh Zwieback, in Abb. 13 dis Kleberge- riiste yon Einbaek und Zwieback und in Abb. 14") sin Sehnitt durch das Kleberge- riist des Zwiebacks dargestellt.

W a f [ e l n . Selbst bet den sehr zarten Gebgeken, wie sic die Waffeln darstellen, lh13t sieh die entwiekelte Methodik zur Charakterisierung der Gebgckstruktur be- friedigend anwenden. Abb. 15 gibt das normale Waffelblatt mil~ Kleber- und 8t&rkegeriist, Abb. 16 einen 8chnitt dureh das Waffelblatt bet kleiner Yergr61~erung, aus dem die Porenverteilung tibersiehtlieh hervorgeht, Abb. 17a*) und 17b*) geben Sehnitte dureh das Klebergeriist (feinste und gr6bere Geriistlamelle), Abb. 18 einen Sehnitt dutch das 8tgrkegertist und zum Vergleieh Abb. 19") einen Sehnitt dutch den ~'Vaffelteig.

Abb. 16. Sehnitt dural1 ein Waffelblatt zur Kenn- zeiehnung der Porenbildung (Ubersieht). Anfiirbnng der St/irke mit Jodjodkalium. Gelbfilter. Vergr. 21 : 1

Abb. 13, Obere Reihe: Einback mit Klebergerfist (Diastase 65 ~ C) und Stiirkemasse (Pepsin/Salz-

siiure 40 ~ C) Untere tleihe: Zwieback mit Klebergeriist (Diastase 65 ~ C) und St/irkemasse (Pepsin/Salzs~iure 40 ~ C)

Abb. 18. Sehnitt dureh das Stiirkegerfist des Waffel- blattes, Anfiirbung der S['arke mit aodjodkalium, Vergr. 240 : 1 (als negative sehwarz-weig Wieder-

gabe)

H a r t k e k s ( L e i b n i z k e k s ) u n d Miir- b e k e k s . Abb. 20 zeigt vergleiehsweise Sehnitte aus beiden Gebgcksorten, aus denen hervorgeht/ dab das Miirbegebgck (reehts) gr61tere und g!eiehmgl3iger vet- teilte Hohlrgume besitzt als der Hartkeks, so wie man es der Verarbeitung nach aueh erwarten mul3J Besonders beaehtlieh ist der

Abb. 15. a) Waffelblatt mit b) St~irkegerfist (Pepsin/ Salzs~iure 40 ~ C) und e) Klebergeriist (Diastase 65 ~

Abb. 20, Seimitte durdl Hart- (Leibniz-Keks) und Miirbekeks. Anffirbung des Klebers mit Titan-. gelb, der Stiirke mit Jodjodkalium. Vergr. 300 : 1

(als schwarz-weil~ Wiedergabe)

Band 141 ] Hess, Bedeutung von Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl 71 }le~ 2 (1955) !

Vergleich des Gebgcksehnittes in Abb. 21") mit dem Schnitt dutch das Klebergeriist in Abb. 22*), aus denen die grol~e J~hnlichkeit beider Strukturen hervorgeht zum Beweis daffir, dal] das isolierte Klebergerfist tat- s/~chlieh dem Klebergerfist im Geb~ck ent- sprieht. Leibnizkeks besitzt kein St/irkegerfist, weil in Hartkeksen die Stgrke infolge der geringen Wassermenge im Teig nicht oder kaum verkleistert ist. Das isolierte Klebergerfist sowie die formlose St~rkemasse sind in Abb. 23 zusammengestellt. Abb. 24*) gibt einen Sehnitt durch den Leibnizteig.

Abb. 26. a) Roggenbrot lnit b) St~rkegerfist (Pep- sin/Salzsgure 40 ~ C} and c) Klebermasse

(Diastase 65 ~ C)

Abb. 23. a)Leibnizkeks mit c) Klebergeriist (Dia- siase 65 ~ C) und b) St~rkemasse (Pepsin-Salz-

s~ure 40 ~ C)

l ~ o g g e n b r o t . Abb. 25 zeigt einen Schnitt durch Roggenbrot, in dem Ver- kleisterungsprodukte der St~rkekSrner erkennbar sind, zwisct~en denen Kleber liegt. Da~s Ergebnis der Gertistisolierung ist inso- fern beaehtlich, als aus Roggenbrot nur ein St~rkegeriist isolierbar ist. l)ementspre- chend f~llt der Kleber bei den Versuchen der Gertistisolierung (Abb. 26) als formlose Masse an; Abb. 27 gibt einen Sehnitt dureh das St/~rkegerfist des Roggenbrotes.

Abb. 25. Schnitt durch das Roggenbrot. Anf~irbung des Klebers m it Titangelb, der Stfirke mit Jodjod- Ka]ium. Vergr. 420 : 1 (als schwarz-weU]Wiedergabe)

Abb. 27. Schnitt durch das St~irkegeriist des Roggen- brotes. Anf~rbung der St~irke mit Jodjodkalium. Vergr. 240 : 1. (Die Abb. gibt das Negativ wieder)

P u m p e r n i c k e l u n d Kn /~ckebro t . In Pumpernickel und Kn~ckebrot sind, wie ztt erwarten, noch grebe Teile des Kornge- webes zu erkennen. Zwisehen diesen Teilen liegt Ms verkittende Masse stark verkleisterte St/irke mit eingebettetem Kleber. Beim Kn~ckebrot erseheint die St/irke noeh in wesentlich erh6hterem AuslnaBe ver- quollen Ms im Pumpernickel. In Abb. 28a*) und 28b*) sind Schnitte durch Pumper- nickel, in Abb. 29*) ein Schnitt durch Kn~ekebrot wiedergegeben.

Weder yon Pumpernickel noch yon Kn~ckebrot lassen sich durch einwandfreie Pr~pariermethoden stabile Geriiste gewinnen. Zwar hMten die mit den Fermenten behandelten Pr/~parate in der w~Brigen ]~eaktionsl6sung noch die ursprfingliche Form, die aber schon w~hrend des Aus- wasehens auseinanderfhllt. Ein gewisser ZusammenhMt ist h6chstcns beim prote- olysierten Pumpernickel, vermutlieh infolge der mikroskopisch erkennbaren verkleisterten St/~rke zwisehen den Gewebe- teilen~ festzustellen.

72 Hess, Bedeutung von Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl [ ZeitschriftK~176

Zusammenfassend ergibt sieh aus der mikroskopisehen Untersuchung der ange- fiihrten Geb~cke, dag aus St/~rke und Kleber aufgebaute Lamellen weitgehend miteinander vermischt sind. In dem Zu- stand des Proteins bei den verschiedenen Gebi~eken sind keine wesentl iehen Unter- sehiede erkennbar, nu t bei den Waffeln kann man feststellen, dab der Kleber sti~rker in Erscheinung t r i t t als beim XYeil~- brot, was mit der Teigzubereitung dureh Sehlagen mit gr6fleren Mengen Wasser ver- sts ist. Bei Weizengeb~eken ergibt sieh in allen FNlen ein Klebergertist, das sich bei der mikroskopisehen Bet raeh tung im durehfallenden Licht Mar differenziert in Lamellen und Kohlr~ume zu erkennen gibt, wobei die Lamellen im Sehnit t er- scheinen, in denen die Stellen, an denen die St~rke im Gebs lagerte, ebenfalls Leer- r~ume darstellen. Gr6Bere Unterschiede t reten je naeh den Verarbei tungsbedingun- gen in dem Verkleisterungszustand der St~rke auf. St~rkegeriiste sind nur in den F~llen zu isolieren, in denen der Verklei- s terungszustand so weir fortgeschri t ten ist, dag die St~rke zwisehen verschiedenen St~rkek6rnern zusammenfl iegen kann.

Abb. 30. Mikroskopische Oberfliichenbeobachtung des Klebergeriistes im Auflicht. Vergr. 50 : 1

Mikroskopische Betrachtungen yon Kleber- und St~irkegeri~sten im A ujlicht

Durch die Isolierung eines Kleber- und St~rkegeriistes in versehiedenen Geb~cken ist ftir den Aufbau der Lamellen dieser Gebs die Annahme yon zwei inein- andergestel l ten Geriisten nahegelegt. Der Formen typus dieser Geriiste kann den Burchl ich taufnahmen der Schnit te nicht ohne weiteres en tnommen werden. Hier eignen sich wie bei den Gebfi, cken selbst wesentlich besser Auflichtaufnahmen~ die in Abb. 30 fiir das Klebergeriist und in Abb. 31 fiir das Sti~rkegeriist yon WeiBbrot bei in- tensiver Oberfl~chenbeleuchtung gegeben sind.

Die Aufnahmen sind selbstverst~ndlich nicht so plastisch wie bei stereoskopiseher Betrachtung. Es l~13t sieh abe t eindeutig erkennen, dab es sieh in beiden Geriisten um Sehwammgeri is te handelt , in dem einen Fall Kleber als Lamelle, im anderen Fall St~rke als Lamelle. Auch das Kleber- geriist ist ein Lamellengeriist.

~u au~ Grund yon mikroskopischen Durchl iehtaufnahmen fiir Teig und Geb~ck eine strangf6rmige Einlagerung yon Kleber zwischen St~rke gefolgert worden ist, so be- ruht dies auf einem Irr tum, der dadurch be-

Abb. 31. Mikroskopische Oberflfichenbeobachtung des Sfiirkegerfistes im Auflicht. Vergr. 50 : 1

Abb. 32. Mikroskopische Oberfl~ichenbeobachtung des Klebergerfistes im Auflicht. Vergr. 65 : 1

dingt ist, dag im Bild nur die Lamelle bzw. Membranen des Klebers erkannt werden, die parallel der Beobaehtungsr ichtung angeordnet sind und dann Ms , ,Strange" er- scheinen. Wegen der geringen Dicke der Lamellen bzw. )/[embranen entgehen sie bei Beobaehtung senkreeht zur Lamellen- bzw. Membranfl~che.

~and 141 1 Hess, Bedcutung von Zwickelprote in und Haf tp ro te in im Weizenmehl 73 Heft 2 (1955} l

Die in Abb. 30 und 3]~ ' erkennbarea Itohlr~ume entsprechen den Poren, z.T. erkennt man die Lamellenoberfli~che und besonders bei der st~rkeren Vergr5~erung in Abb. 32 die Begrenzungen im Kleber- gerfist, an denen vorher St~rkekSrner bzw. deformierte St~rkesubstanz gelegen hat; zum Vergleich der Mai~st~be sei auf Abb. 9") verwiesen.

W~hrend in Weil~brot und anderen Weizenmehlgeb~eken das Klebergeriist un- umg~nglieh notwendig fiir das Geb~ek- gerfist ist, trifft dies ~fir das St~rkegerfist in Brot und Geb~eken aus Weizenmehl nicht zu~ wie dies aus den u an Einbaek and Zwieback fiberzeugend hervorgeht. Das Sts bildet sieh nut im Zusammenhang mit dem yon Gebs zu Geb~ck sehwankenden Verkleisterungsgrad der St~rke aus. Sti~rkegerfiste stellen keines- wegs so widerstandsf~ige Skelette dar wie Klebergerfiste~ was zweifellos mit der Tat- sache in Zusammenh~ng steht, dal~ selbst bei weitgehendem Verkleisterungsgrad noeh mehr oder weniger ausgepr~gte Grenzfl~ehen innerhalb der St~kelamellen erkennbar sind. Beim Sehneidenvon St~rke- gerfistea im Mikrotom kann man beobaeh- ten, dal~ die geschnittenen Lamellenr~nder wesentlieh leiehter deformierb~r sind, als dies bei Klebergerfisten der Full ist.

Wesentlieh grSBere Bedeutung ffir die Geb~ckstruktur kommt dem St~rkegerfist in l~oggenbrot zu, in dem hier der Kleber fiberhaupt kein Geriist zu bilden vermag.

Ober]l~chenbestimmungen an Gebgcken und Gebgckgeri~sten und ihre Bedeutung liar die Grenz/liichenbestimmung in den Gebiick- lamellen

Wie in der vorangehenden Abhandlung (1) bei ~eh l und den ~ehlpri~paraten wurde zur OberH~chenbestimmung ~n Geb~ekea und Geb~ckgerfisten ebenfalls wieder die zuverliissige Argon-Sorptionsmethode ~on B r u n a u e r , E m m e t t und T e l l e r (10) (BET-Methode) in einer yon W. W e n d t ~) den Besonderheiten des Materials ange- pal~ten Form Verwendet. In Tab. 2 sind die Ergebnisse bei den Oberfl~chenbestimmungen an WeiBbrot~ Zwieback, Waffeln und Kartkeks sowie Roggeubrot und den zuge- hSrigen Gerfiste~ bzw. isolierten ~ormlosen Massen (vgl. Leibnizkeks und ]~oggenbrot) vergleichend zusammengestellt. Da zur Iso- lierung der Geriiste und gerfistlosen Massen

~) Abh~ndlung in Vorbereifung.

eine Entw~sserung mit Alkohol und Xther n otwendig ist, mfissen aus Vergleichs- grfinden auch die Geb~ckkrumen vor der Oberfl~chenbestimmung einer Quellung in Wasser mi~ naehfo]gender Entwi~sserung dwrch Alkohol und ~ther unterworfen werden, um den beim BaekprozeB zu er- wartenden, Verhornungseffekt" riickg~ngig zu maehen. Aus dem Vergleich der Ober- fl~ehenbestimmungen an Geb~cken bzw. Geb~ekkrumen vor und nach der Wasser/ Alkohol/J~ther-Behandlung geht hervor, dab der Verhornungses in den unbe- handelten Geb~cken tats~ehlieh vorliegt. Die Oberfl~ehen yon Kleber- und St~rkegerfist liegen etwa 1--2 GrSSenordnungen hiiher als die Obers ffir die Geb~eke. Die groBe.Oberfli~che beider Geriiste steht in guter Ubereinstimmung mit der mikro- skopiseh festgestellten zarten Struktur der Gerfistlamellen.

Versucht man die Oberfl~ehenbestim- mnngen an den Gerfisten s die aus der mikroskopisehen Beobachtung hervor- gehenden Grenzfl~chen zwisehen St~rke und Kleber in den Geb~cklamellen auszu- werten~ dann ergibt sich fo]gende Uber- legung :

W e i B b r o t . Spezifische Oberfli~che des St~rkegerfistes etwa 1000 dm2/g, spezifisehe Oberfl~che des Klebergerfistes etwa 2000 dm2/g; Eiweil~ : Sti~rke = i : 10. Da die St~rke im Gebi~ck verkleistert ist und ffir den verkleisterten Tell die zu ermit- telnde Grenzf]~che Kleber/St~rke nieht in Anspruch genommen wird, so ist nur der sechste Tell der an verkleisterter St~rke gemessenen Oberfl~che im Sti~rkegerfist als Grenzfli~che gegen Kleber in Rechnung zu stellen, d. h. etwa 170 dm~/g Gebs gegenfiber 200 dm~/g Geb~ek.

Aueh ffir die W a f f e l b l ~ t t e r ffihrt die Berechnung zu einem ~hnlichen Ergebnis. Spezifisehe Oberfl~ehe des St~rkegerfistes 1070 dm2/g, spezifische Oberfl~che des Klebergerfistes 2300 dm2/g. Unter Berfiek- sichtigung tier ffir Weiitbrot angegebenen Korrekturen ergeben sieh vergleichbare Obel~l~ehen ffir Kleber mit 230 dm~/g Ge- b~ck und ffir Sti~rke mit etwa 180 dm2/g Geb~ck.

Da im L e i b n i z k e k s (t~artkeks) die Sti~rke keine oder nur eine sehr geringe Verkleisterung erlitten hut, mnI~ bier die Korrektul �9 fiir die Yerkleisterung unter- bleiben. Spezifische Oberfl~ehe der Sts masse 140 dm2/g, spezifische Oberfl~ehe des Klebergerfistes 2000 dm~/g. Unter Beriiek-

74 Hess, Bedeutung yon Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl i Kolloid, Zeitschrift

T a b e l l e 2

Zusammenstellung der Grenz- und Oberfl~ichenverh~iltnisse in Mehl und Geb~ick.

Lfd. System Grenzfl~che Pr/~p&rierung gemessene Oberfl~ehe BET - Me,bode Nr. Obfl. dm~/g

1 Welzenmehle Mehl/Luft unmit telbar zugfinglich Mehl/Luft 20- -50 2 St~irkeprfiparat St~irkekorn/ Proteolyse, St~irke Alkohol/Xther St~irkekorn/Luft 67--123

t Iaf tprotein entw~issert 3 verkleisterte Proteolyse, St~irke Alkohol/Xther verkleisterte ~ 600

Sl~irke/Luft entw~issert St~rke/Luft 4 Weillbrot Krume/Lnft Krume zerrissen 5 Krume/Luft Krume gequollen, Alkohol/~_ther Krume/Luft ~ 4 Krume/Luft ~ 230

entw~sser[ 6 Klebergerfist Kleber/Stiirke Diastatischer Abbau (Maltin) Klebergeriist/Luft 800--3000

verkleistert 7 St~irkegeriist Kleber/St~irke Proteolytischer Abbau (Pepsin- S[~irkegerfist/Luft 350--2000

verkleistert Salzs~iure) 8 Zwieback K~ume/Luft Krume zerrissen Krume/Luft ~ 5 9 bzw. Einback Krume/Luft Krume gequollen, Alkohol /~ther Krume/Luft ~ 25

entw~issert 10 Klebergeriist Kleber/St~irke Diastatischer Abbau (Maltin) Klebergeriist/Luft 2000--2300

unverkleistert 11 S[/irkemasse Kleber/St~irke Proteolytischer Abbau (Pepsin- St~irkemasse/Luf[ ~ 65

unverkleistert Salzs~iure) ~2 Watfel Geb~ck/Luft grob zerkleinert Geb/ick/Luft ~ 15 13 Gebiick/Luft grob zerkleinert, gequollen, Gebiick/Luft ~ 180

Alkohol /s entw~issert 14 Klebcrgeriist Klebcr/Stfirke Diastatischer Abbau (Maltin) Klebergeriist/Luft 2300

verkleistert 15 St/irkegerfist Kleber/Stfirke Proteolytischer Abbau (Pepsin- St~rkegeriist/Luft 1070

verkleistert Salzs~ure) 16 Hartkeks Geb~ick/Luft grob zerkleinert Gebiick/Luft 15--22

(Leibniz) 17 Geb~tek/Luft grob zerkleinert, gequollen, Gebi~ck/Luft 140--160

Alkohol/~ther entwiissert 18 Klebergerfist Kleber/St~irke Diastatiseher Abbau (Maltin) Klebergeriist /Luft 1000--3600

unverkleistert 19 St~irkemasse Kleber/Stiirke Proteolytiseher Abbau (Pepsin- Stiirkemasse/Luft ~ 140

unverkleistert Salzs~ture)

siehtigung des Mengenverh~ltnisses Kleber zur St~rke ergeben sich die absoluten Obe141~chen fiir St~rke zu 140 dm2/g Ge- b~ck gegentiber 200 dm2/g Geb~ck fiir Kleber.

In alien drei Fgllen ist die GrSl~enordnnng fiir die aus den Geriisten ermittelten Oberfls s Kleber und St~rke dieselbe. Diese Feststellung ist deshalb nicht unwe- sentlieh, well sie mit tier auf Seite 68 und 72 erwiesenen Lamellenstruktur des Klebers in bester D-bereinstimmung steht. Die iJber- einstimmung in der Gr513enordnnng fiir St~rke- und Kleberoberfl~ehe w~re schwer verst/~ndlieh, wenn das Wesen der Geb/~ckstruktur in einem Kleberstrang-Geriist bests dgs die St~kemgsse durchzieht.

Man kgnn die i)bereinstimmungen der GrSSenordnungen fiir Kleber- nnd Stgrke- oberfl/~che such zngunsten der Annahme deuten, dab bei den besehriebenen Geriist- isolierungen keine Deformationen eintreten~ die den RiiekschlnB yon den Geriisten anf die Gebgcke beeintrgchtigen.

In allen drei F~llen ist aber die Ober- fl~che des Klebers um einen endlichen Be- trag (17 % bis 43 %) gr6Ber als die tier St~rke, was zugunsten einer zweiten Grenzfls ngmlich zwischen Porenwand und Poren- luft, in Rechnung gestellt werden kann. In- folge der physikalischen Eigensehaften des Klebers, insbesondere seiner Oberfl~chen- aktivit~t, ist voraussichtlieh die Porenwand gegen die Gasseite eine Kleber- und keine St~rkelamelle. Beriicksichtigt man dies, dann ergeben sieh gleichgrol~e Betr~ge fiir die Oberfl~che yon St~rke und Kleber, die die gemeinsame Grenzfl~che in den Geb~cklamellen bilden.

Kleberbildung und Gebiiekstruktur Die festgestellte gemeinsame groBe

Grenzfl~che zwischen Kleber und St/~rke in den Geb~cklamellen fiihrt ~uf die oben dis- kutierte Versehmelzung ~uf tier Oberfl~ehe der St/~rkek6rner w~hrend des Teigpro- zesses zuriiek, wodurch jetzt aueh die Ver- teilung yon EiweiB und St~rke im Geb~ek verst~ndlieh wird. Die nattirliehe Anlage

Band 141 Heft 2 (1955) ] Hess, Bedeutung yon Zwickelprotein und Haftprotein im Weizenmehl 75

des g~ft10roteins auf der Stgrkeoberflgche und seine feste Yerankerung darauf, die dutch den Miillerei10rozeB nicht gel6st wird, ist die erste Voraussetzung flit eine best- m6gliehe Verteilung dieses Endosperm- eiweiB in Teig und Geb~ck. Die zweite Vor- aussetzung wh'd durch den Teigungsvor- g~ng selbst herbeigeffihrt. Durch ihn wird d~s Zwiekelprotein, d~s zunachst gemgB der n~tiirlichen Lagerstgtte in keinem um mittelbaren Zusammenhang mit der St~rke steht und &u~erdem dureh den ~iillerei- 10roze~ zum Teil sogar yon dem S t ~ k e / gas rgumlich fortgefiihrt worden ist, ins der gegensgtzlichen Ladungsverhgltnisse mit dem ~aft10rotein auf der Stgrke versehmolzen ~) und de- dutch ebenfalis der bestm6glichen Ver- teilung zuges I~eben der quant i ta t iven Vermehrung der Stgrkehiillschicht und der Ausnutzung des gesamten Endos10erm- proteins fiir die Teigqu~litgt er[olgt dabei die qualitative Xnderung im Sinne der in den Teigkurven der Abb. i nachgewiesenen Eigenschaften. Wit erkennen also bei der Teigung einen Yorgang, der in gu~erst sinnvoller Weise die fiir den Backvorg~ng notwendige Yerteilung des Endos10erm- eiwei~ vorbereitet. In der Zementierung beider Proteinarten (Zwicke110rotein und Has ) aus tier Stgrke wollen wit fortan des Wesen der Kleberbildung wgh- rend des Teigens sehen und herausheben, d ~ dabei des Verbleiben der vereinigten Proteine auf der Stgrke eine der notwendigen Voraussetzungen s die ty10ische St ruktur und damit fiir die Gfite der Ge- bgcke ist. Es bleibt einer weiteren ex10eri- mentellen Bearbeitnng vorbehalten, die Ge- bgekstrukturen im Zusammenh~ng mit sol- chen Teigqualitgten zu 10riifen, bei denen die o10timalen Bedingungen iibersehritten bzw. durch , ,Totkneten" zerst6rt worden sind.

Z u s a m m e n f a s s u n g und SehluBbei~raehtung Die Unterteilung des Mehlproteins in Haft- und

Zwiekelprotein war zun~chst auf Grund vergleichender morphologiseher Betrachtungen am Samenendosperm und Mehl erfolgt. Sie stoht im Gegensa~z zu der ge- l~ufigen Auffassung fiber Hehl- und KlebereiweiB als einer kolloidehemiseh einheitliehen Grundmasse (Ad- sorptionsverbindung yon Gliadin und Glutenin). Aus den in der vorliegenden Untersuchung mitgeteilten Er- gebnissen geht hervor, dab die Un~erteilung des Hehl- proteins in Haft- und Zwiekelprotein nieh~ nur elektronenmikroskopiseh und rSntgenographiseh begrfindet ist, sondern vor Mlem auoh in kolloidehemiseher Hin- sieh~, indem erst dureh ihre Vereinigung die ftir Teig- und Gebgckbildung notwertdigen EiweiBeigenseh~ften

l) Eine Ausnahme maeht derW~ffelteig(vgl.Abb.19) was verst~ndlieh is$,

erzeug~ werden. Von besonderer Bedeutung isb hier die Fes~stellung, dab diese beiden Proteine in w~Briger LSsung versohiedene IEP besitzen, die ffir ihre Ver- einigung beim Teigen maBgebend sein dfirften. Infolge der festen Verankerung des Haftpro~eins auf der Ober- fl~cho der St~rkek6rner erfolg~ die Vereinigung yon Zwiekelprotein und Haftpro/~ein w/~hrend des Teigens auf der Oberfl~ehe der St/~rke, wodureh die EiweiBhfille vers~rkt und die bes~mSgliehe Ver~eflung zwisehen den StgrkekSrnera nnd dem gesamten HehleiweiB herge- stellt wird. Diese Verteflung ist ffir die optimalen Teig- eigensehaften unerlgBlich und begrtindet die Struktur der Gebgeke.

Im Gogens~z zu der herrsehenden Auffassung fiber eine Strangstruktur des Klebergerfistes in Brot und Gebaeken ffihr~ die mikroskopisehe Untersuehung an den isolierten Gerfisten der verschiedensben Gebgek- typen eindeutig zu einer Sehwammstruktur des Kleber- gerfistes, d.h. der Kleber besitzt ke ine Stra.ngform, sondern Lamellenform. Dies steh~ in bester Uberein- stimmung mit der naehgewiesenen EiweiBverteflung ira ba~kreffen Teig und besta~igt diese.

Dureh Oberflgchenbestimmungen nach der Argon- methode an den isolierten Kleber- und St~kegerfisten bzw. St~rkemassert (Hartkeks) aus Geb~eken yon ver- sehiedenartigem Typus, wie WeiBbrot, Waffel und Hart- keks, werden die Oberflgehen beider Geb~ekkomponen- ten yon der gleichen Gr6Benordnung gefunden. Der ste~s e~was grSBere Wert ffir Kleber wird mit dot Grenz- flgehe Kleber/Luf~ im Gebgck ia Zusammenhang ge- brecht. Die Gebgeklamellen sind aus flgchenmgBig stark eatwickelten Schieh~en yon Kleber und Starke aufgebau~. Da sic eine gemeins~me Grenzflgohe bilden und im Mengeaverhaltnis ~ 1 : 9 stehen, sind die Kleber- lamellen ungleich dfirmer als die Stgrkeschiehten.

Wenn aueh die Zahl der bisher un~ersuchten Geb~ck- Cypen noeh nieh~ groB ist, um ein mSgliehs~ umfassendes Bild fiber die VariationsmSgliehkeiten zu gewinnen, so is~ dooh durch die Heranziohung so versehiedenartiger Typen, wie z, B. WeiBbrot und Waffeln, zu erkennen, dab der Aufb~u tier Gebgeklamelle grunds~tzlieh gleieh ist und dab die Versehiedenheit im Gebgek~yp demnaeh in erster Lirde auf Porenvolumen und Porenverteflung bzw. Lumellendieke zu~fiekgeffihr~ werden muB.

Die vorliegende Untersuehung an Geb~oken ist methodiseh dureh Kombination yon Gerfis~isolierung, Oberflgehenbestimmung uacl vergleiehende morpho- logisehe Betraeh~ung yon Gebgek- und Gerfiststruktur gekennzeiehnet. Es ist zu erwarten, daB die verwendebe He~hodik aueh ftir woitere Unisersuehungen in der NIehlverarbeitung Bedeu~ung besitzt, wie z. B. fiir den EinfiuB yon Hehlqualitgter~ und Zuta~en anf die Ge- b~ekstruktur.

Bei der ex10erimentellen Durehffihrung der Arbeiten hat te ieh mich der g i l fe yon K. g . W i n t e r b e r g und W. W e n d t bei den Oberflgehenbestimmungen, Frgulein I. S c h m i d t bei der Isolierung der Ge- riiste und Frgulein E. D o d t bei den mi- kroskopischenArbei ten zu erfreuen. Die Kerstellung einiger Geb~ckschnitte hat E. H a n s s e n betreut. Die Trennung yon Zwieke110rotein und Stgrke sowie die 100- tentiometrisehenN~essungen hat eand. phys. E. G. N i e m a n n ausgefiihrt. Die 10hoto- gra10hischen Arbeiten sind yon W. W e n d t durchgeftihrt worden. Allen ~ i ta rbe i te rn danke ieh herzlich:

76 Meerman, Viskositiitsmessung an sedimentierenden Suspensionen , ,,, ,

Kolloid- Zeitschrift

S e h r i f t t u m 1) Hess, K. Kolloid-Z. 136, 84 (1954). 2) Hess , K., H. M~hl u. Mit~rbei~er in ,,Mikros-

kopie" (im Druck). 3) Se ide l , K., Z. ges. Getreidewesen 15, 249 (1928);

Getreide und Mehl 3,89 (1953). (1952).] 4) Hess , K., D~sch. 1Vfiiller-Zei~ung 50, Heft 15, 5) Hess , K., Brot und Gebs 8, 185 (1954). 6) KSnig , J. und E. Rump, Chemie u. Struktur der

Pflunzenmembr~n (Berlin 1914) ; Z. Nshrungs- und Ge-

nul3mit~el 28, 177 (1914) ; vgl. such: K. ]~re u d e n be r g, H. Zocher und W. Dtirr , Chem. Bet. 62, 1814 (1932).

7) Ver sch~f fe l t , E., Chem. Weekblad 1912, 531, 1023.

8) G r o t j s h n , H. und K. Hess , Kolloid-Z. 129, 128 (1952).

9)Vgl. dszu such: E. H~nssen und E. Dod t , Mikroskol3ie 7, 1 (1952).

10) Brun~ue r , S., P. H. Emme~t und E. Te l le r , J. Amer. Chem. See. 69, 309 (1938).

Aus der Kohlenau]bereitungsabteilung der Bergbau/orschungsanstalt der Staatsmi~nen ~n Limburg, Niederlande (Leiter: Dr. C. Kri]gsman)

Viskosit~itsmessung an sediment ierenden Suspensionen*) l/on t ). G. M e e r m a n

Mit 5 Abbildungen ( E i n g e g a a g e n a m 2. F e b r u a r 1955)

In den Kohlenw~sehen verwendet man 6fters sedimentierende, also mechanisch instabile w~sserige Suspensionen, bei- spielsweise VOlt B a r y t , B e r g s e h l a m m oder M a g n e t i t . Diese haben die Funktion eines quasihomogene~ Mediums, in dem die spezifiseh sehweren Bergteflchen zu Boden sinken and die spezifiseh leiehten Kohle- teilehen sehwimmen. Besonders aus wirt- sehas Griinden werden hier Suspen- sionen verwendet, da z. B. homogene Fliis- sigkeiten mit einer Wiehte yon etwa 1,6 zu teuer sind. Es werden weiterhin s e d i m e n - t i e r e n d e Suspensionen angewandt, well nicht sedimentierende Suspensionen, wie sie fiir Diekspiilungen benutzt werden, meistens eine zu hohe Viskosits aufweisen und deren Rfickgewinnung aus einem ver- sehmutzten Medium mit zu groBen Sehwie- rigkeiten verkniips ist. Da die Gesehwin- digkeit, mit der die Kohle- und Bergteile schwimmen and sinken, dutch die Viskosi- t~t und in vielen F~llen auch dutch die FlieBgrenze der Suspensionen bedingt wird, ist es yon Bedeutung, das rheologisehe Ve~- halten dieser Suspensionen zu verstehen. Fiir diese Suspensionen mul3 man jedoch auf e ine Anforderung, die meistens an eine rheologisehe Messung gestellt wird, ver- ziehten, und zwar auf die Laminarstr6mung. In dieser Strfmung behalten die Suspen- sionen ni~mlich nieht ihre Itomogenit~t: die festen Teilchen sinken ~vi~hrend der Messung ab.

Die Sinkgesehwiadigkeit kugelf6rmiger fester Teilehen [1, 2] in Wasser yon 20 ~ C ist in Tabelle i gegeben.

In der Praxis sind diese Geschwindig-

*) Vortrsg, gehslten auf der 1. Tagung der Deutschen l~heologen.Vereinigung e. V. am 16. Oktober 1954 in Stuttgart

T~bel le 1 FMlgeschwindigkeit kugelartiger Feststoffteilehen in

Wssser (20 ~ C) in cm/sek.

Art Wichte 5 # 15# 50/~ 150# 500#

Quarz 2,65 0,002 0,02 0,2 1,6 7,5 Baryt 3,90 0,004 0,04 0,4 2,4 11 l~sgnetit 5,0 0,005 0,05 0,5 3,0 15 Gslenit 7,4 0,009 0,08 0,8 4,5 19

keiten 6fters grfJ~er, well die Teilchen ein- ander anziehen und Flocken bilden, die mit groJ3er Geschwindigkeit hinabsinken. So belief sich die Sinkgeschwindigkeit in einer Magnetittriibe (deren Teilchen ein- ander magnetisch anziehen) ~uf etwa 1 em/see, einer KorngrSl~e yon etwa 70 Mikron entsprechend, w~hrend in Wirklieh- keit s~mtliehe Teilehen < 50 Mikron waren, dabei 50 Gewiehtsprozent < 30 Mikron und 20 Gewiehtsprozent < 12 Mikron. Man ist gezwungen, an solehen Suspensionen rheologisehe Messungen in turbulenten Str6mungen vorzunehmen. Ffir diese Mes- sungen hat de B r u i j n ein Stormer-Vis- kosimeter gebaut (Abb. 1). In der fabrik- m~Bigeu Ausifihrung dieses Rotationsvis- kosimeters, die 6fters zur Kontrolle yon Diekspiilungen angew~ndt wird, ist der Rotationsk6rper ein Zylinder. Dieser ist h i e r durch ein fl~ches Rtihrwerk ersetzt [3]. Auf dem Mel~gef/~13 ist ein durehlochter Deckel angebracht, wodurch bei sehneller Rotation fast keine trichterfSrmige Ober- fl~che mehr gebildet wird. Es wird die stationi~re Drehgesehwindigkeit des Rotors (der Kehrwert der Zeit, die s 100 Um- drehungen erforderlich ist) bei verschiedenem Antriebsgewicht gemessen.

Fiir die Eiehung dieses u mit Hils yon N e w t onsehen ~liissigkeiten k~nn man mit Ers Dimensionsbetraeh- tungen benutzen [4]. Wird Ton geometrisch