Weizenkleber (Gluten) – Zusammensetzung und Gewinnung

Henri Gilliard, Lestrem (Frankreich)

„Stärke und Gluten sind die Hauptbestandteile von Weizenmehl. Der Glutenanteil ist im Weizenmehl wesentlich höher als in allen anderen Getreidemehlen. Die Elastizität des Glutens, welcher durch das während der Teiggärung entstehende Kohlendioxid unter Druck gerät, ermöglicht das Aufgehen des Teigs, d.h. das in ihm wirkende Gas vergrößert sein Volumen.“

Dieser Auszug aus einem Artikel von L. FIGUIER Ende des 19. Jh. zeigt, dass die Bedeutung des Weizenklebers für die Brotherstellung seit langem bekannt ist. Die
Hintergründe dieser viskoelastischen Eigenschaften sind allerdings immer noch nicht zufriedenstellend geklärt.
Erst seit relativ kurzer Zeit wird Weizenkleber auch als vom Mehl unabhängige Zutat in großem Maßstab verwendet. Die Beschreibung seiner Merkmale für einen optimalen Gebrauch ist jedoch bei weitem noch nicht abgeschlossen.

Mit Hilfe dieses Beitrages soll ein kurzer Überblick über den aktuellen Kenntnisstand und das Herstellungsverfahren gegeben werden, sowie über Maßnahmen um Glutenqualitäten zu bestimmen und sie den Erfordernissen der Kunden anzupassen.

1. Allgemeines über Weizenkleber (Gluten)

a. Was ist Gluten?
Gluten ist ein viskoelastisches Pflanzenprotein, welches durch Extrahieren (Auswaschen mit Wasser) eines Weich- bzw. Hartweizenteiges gewonnen wird. Es besteht hauptsächlich aus Proteinen (die maßgeblich für seine Eigenschaften verantwortlich sind), enthält aber auch Stärke, reduzierende Zucker, Lipide (davon 2 /3 polare Lipide), Pentosane und Mineralstoffe.

  • Asche 1 %
  • Ballaststoffe 1 %
  • Gesamtfett 5 – 7 %%
  • Stärke 5 – 7 %%
  • Trocknungsverlust 6 %
  • Protein 80 %

b. Die Proteine von Weizengluten
Seit OSBOURNE (1907) klassifiziert man Weizenproteine üblicherweise nach ihrer Löslichkeit.

Man unterscheidet dabei zwei Gruppen:

  • in Wasser und neutralen Salzlösungen lösliche Proteine: Albumine und Globuline, häufig als Cytoplasmaproteine bezeichnet.
  • nichtwasserlösliche Proteine: Gliadine (in Äthanol löslich) und Glutenine (z.T. löslich in verdünnten Säuren), welche die Reserveproteine des Weizenkorns
    und somit die Hauptbestandteile des Klebers darstellen.

SHEWRY hat 1986 eine weitere Klassifizierung vorgeschlagen. Diese basiert auf dem Polymerisationsgrad und dem Gehalt an schwefelhaltigen Aminosäuren der unlöslichen Proteine.
In nebenstehender Abbildung 3 werden diese beiden Klassifizierungen einander gegenübergestellt.

Den meisten Erklärungsmodellen für die viskoelastischen Eigenschaften von Gluten liegt diese Klassifizierungsart zugrunde.

c. Visko-elastische Eigenschaften von Gluten
Gluten ist das einzige Getreideprotein, das nach der Hydratisierung agglomeriert und ein viskoelastisches Gitter bildet. Es ist somit in der Lage, Gase und Aromen zurückzuhalten.

Während man früher die viskoelastischen Eigenschaften des Glutens der Fähigkeit zugeschrieben hat, Wasserstoffbrücken zu bilden, werden diese Eigenschaften heute zunehmend mit den Bindungsarten zwischen den verschiedenen Protenein im Netzwerk erklärt.
Dies ist in Abbildung 4 dargestellt. (s. Anlage)
Abbildung 2: Proteinzusammensetzung von Weizenmehl (s. Anlage)
Abbildung 3: Gegenüberstellung der Klassifizierungen von Osborne und Shewry (s. Anlage)
Abbildung 4: Disulfidbindungen und hydrophobe Interaktionen zwischen den Proteinen (s. Anlage)

Die Gliadine, die hauptsächlich durch schwache Bindungen (vom Typ hydrophobe Wechselwirkung oder Wasserstoffbrückenbindung) mit dem Gitter verbunden sind, sind maßgeblich für die Ausdehnungsfähigkeit des Netzwerks verantwortlich.

Die Glutenine, die in der Lage sind, mittels Disulfid-Brücken kovalente Bindungen einzugehen, tragen ihrerseits zur Festigung und den elastischen Eigenschaften des Glutens bei. Weiterhin muss noch die Wechselwirkung der Proteine mit den übrigen Glutenbestandteilen, vor allem den Lipiden, berücksichtigt werden.

Es ist derzeit nur bedingt möglich, diese sogenannte Visko-Elastizität analytisch zu bestimmen, da sie keine konstante Eigenschaft ist. Denn durch Krafteinwirkung (z. B. Ziehen) kommt es zur Dehnung des Klebers. Nach Beendigung dieser Krafteinwirkung kehrt der Kleber wieder in seinen Ausgangszustand zurück.

2 Die Zutat Gluten: Extraktion und Charakterisierung
Gluten ist ein Produkt, das bei der Herstellung von Weizenstärke (Abbildung 5) anfällt.
Abbildung 5: Weizenstärkeherstellung (s. Anlage)

Die Extraktion von Stärke erfolgt mittels Auswaschung aus einem Weichweizenteig. Dabei wird das Mehl in Wasser suspendiert und die Stärke abgetrennt. Zurück bleibt der Feuchtkleber, der danach getrocknet wird, um lagerfähigen vitalen Kleber zu gewinnen.

Die Entwicklung der Weizenstärkeproduktion in den letzten 25 Jahren hat in Europa dazu geführt, dass große Mengen von Gluten auf dem Markt verfügbar sind.

Gluten wurde zu einem der meistverwendeten technologischen Hilfsmittel in der Backwarenindustrie. Es dient der Stärkung des Proteinnetzwerkes und des Teiges, der Verbesserung der Wasseraufnahme von Teigen, sowie der Vergrößerung des Volumens der Endprodukte.

Allerdings werden je nach Weizenkleberherkunft bzw. Hersteller häufig Abweichungen festgestellt, die zu unregelmäßigen Ergebnissen im Endprodukt führen können.

Führende Glutenhersteller haben es sich zur Aufgabe gemacht, Schlüsselparameter für einen guten Weizenkleber durch folgende Maßnahmen zu erarbeiten:

  • Wahl der Rohstoffe
    Die Qualität eines Weizenklebers hängt stark von der Qualität des verwendeten Weizens ab. Um die viskoelastischen Eigenschaften des Glutens zu gewährleisten, werden die Rohstoffeinkäufe anhand eines strengen Normenkatalogs vorgenommen, welcher vor allem rheologische Kriterien beinhaltet. Zu diesem Zweck werden alle Weizenlieferungen vor der Verarbeitung z. B. alveologischen Analysen unterzogen, unter besonderer Berücksichtigung des W-Wertes.

  • Kontrolle beim Produktionsablauf
    Selbstverständlich wird hierbei die allergrößte Sorgfalt angewendet, ganz besonders während der Trocknungsphase, um jede übermäßige Erhitzung des noch feuchten Glutens und damit jedes Risiko der Proteinschädigung zu vermeiden.

  • Analyse des Glutens
    Diese Phase ist besonders wichtig, um zu gewährleisten, dass der Kunde eine gleichmäßige und auf seine Bedürfnisse abgestimmte Qualität erhält. Je nach
    Anwendungsart sind unterschiedliche Merkmale erforderlich (für Hamburger-Brötchen benötigt man ein dehnfähigeres Gluten als für Feingebäck wie z. B. Croissants). Ziel ist es daher, eine Analysemethode zu finden, die am besten geeignet ist, die viskoelastischen Eigenschaften des Glutens zu bestimmen.
    Dabei bedient man sich unter anderem einer bereits vielfach in der Mehl- und Brotherstellung angewandten Methode: des Alveographen. Dieser erlaubt es, die visko-elastischen Hauptmerkmale des Glutens zu bestimmen, und zwar:
    • die Zähigkeit mittels des W-Wertes
    • das Verhältnis Elastizität / Dehnbarkeit mittels G und P/L.

Durch den Vergleich dieser Analysen mit den bei Kunden bzw. den bei internen Versuchen erzielten Ergebnissen konnte das notwendige Know-how entwickelt
werden, um den Kunden für jede gewünschte Anwendung die entsprechende Gluten-Qualität zur Verfügung zu stellen und eine gleichmäßige Qualität der gelieferten Ware zu gewährleisten.

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