SAMENVATÏING. en laag molecuulgewicht ("low molecular

Transcriptie

1 SAMENVATÏING Tarwebloem wordt hoofdzakelijk gebruikt voor het bakken van brood. Een deeg van tarwebloem heeft namelijk specifieke visco-elastische eigenschappen, waardoor het gas dat tijdens het brood bereiden ontstaat erin wordt vast gehouden en een geíezen brood wordt verkregen. Deze eigenschappen worden ook aangetroffen in een deeg van roggebloem, zij het in mindere mate, maar zijn verder afwezig bij alle andere graansoorten. Het is vooral aan de gluten-eiwitten te danken dat tarwebloem geschikí is voor het bakken van een luchtig brood: in een deeg vormen de gluten-eiwitten een visco-elastische matrix. Gluteneiwitten (of kortweg het gluten) zijn de opslageiwitten van de tarwekorrel en kunnen grofweg in twee groepen worden onderverdeeld, de gliadinen en de gluteninen. Gliadinen zijn monornere eiwitten met een molecuulmassa tussen 30 en 80 kda. Gluteninen zijn grote complexen gevormd door subeenheden die aan elkaar gekoppeld zijn door disulfrdebruggen. De molecuulmassa van de gluteninen varieert van honderd tot enkele duizenden kda. Twee typen glutenininesubeenheden worden onderscheiden: de hoog molecuulgewicht ("high molecular weight", HMw) weight", LMW) gluteninesubeenheden. en laag molecuulgewicht ("low molecular De bakkwaliteit van diverse tarwerassen is verschillend. Door bloem afkomstig van verschillende trarwerassen in drie fracties (gluten, zetmeel en water-oplosbare componenten) te scheiden en door uitwisseling van deze fracties is aangetoond dat het gluten grotendeels verantwoordelijk is voor de verschillen in bakkwaliteit. Hierbij speelt zowel de hoeveelheid gluten in de bloem als de kwaliteit ervan een rol. De redenen die ten grondslag liggen ÍIan kwaliteitsverschillen tussen gluten-eiwitten van verschillende tarwerassen zijn niet geheel duidelijk. Eveneens is nog onopgehelderd hoe de speciheke visco-elastische eigenschappen van tarwebloerndeeg tot stand komen en waarorn het mogelijk is er een geíezen brood van te bakken. Het onderzoek beschreven in dit proefschrift is erop gericht meer inzicht te verkrijgen in factoren die bepalend zijn voor verschillen in bakkwaliteit van tarwerassen. Hiertoe is een vergelijkende studie uitgevoerd aan twee typen gluten afkomstig van tarwerassen die sterk in bakkwaliteit verschillen: 143

2 gluten van een Nederlands ras, Obelisk (slechte bakkwaliteit), is vergeleken met gluten van een Canadees ras, Katepwa (goede bakkwaliteit). Het gluten is uit de Obelisk en Katepwa bloem geïsoleerd en een deel ervan is gefractioneerd in gliadinen en gluteninen (Hoofdstuk 2). Door beide glutens aan een basisbloem (biskwiebloem met een zeer slechte bakkwaliteit) toe te voegen, is vastgesteld dat de bakkwaliteit van Katepwa gluten beter is dan van Obelisk gluten. De chemische samenstelling en het disulfrde- en thiolgehalte van de glutens en fracties van beide rassen is vergelijkbaar. In de eiwitsamenstelling zijn typische raskenmerken zichtbaar. Belangrijk in verband met de bakkwaliteit zijn vooral de verschillen in HMW gluteninesubeenheid samenstelling: HMW subeenheden aanwezig in Katepwa tarwe worden in de literatuur gerelateerd Ítan een betere bakkwaliteit dan die aanwezig in Obelisk tarwe. Uit de fractionering van de glutens blijkt dat Katepwa gluten meer glutenine bevat dan Obelisk gluten: de glutenine/gliadine-verhouding van Katepwa en Obelisk gluten is respectievelijk 53,5 46,5 en 45,5154,5. Om een correlatie te kunnen leggen tussen fysisch-chemische parameters en de bakkwaliteit worden in Hoofdstuk 3 en 4 een aantal technieken getoetst op hun bruikbaarheid voor het vinden van verschillen tussen de beide rassen. Met elektronen-microscopie, róntgen-diffractie en th NMR relaxatietijd-metingen zijn geen verschillen vastgesteld. Licht-microscopische opnamen van de verdeling van het gluten over een bloemdeeg duiden erop dat Kalepwa gluten grotere aggregaten vormt dan Obelisk gluten. Mogelijk is er een relatie tussen de aggregatietendens van gluten en de bakkwaliteit. Met contacthoekmetingen zijn aanwijzingen verkregen dat Katepwa gluten hydrofober is dan Obelisk gluten, echter deze metingen blijken niet erg geschikt voor het bestuderen van gluten (fracties). Uit een fluorescentie-studie, waarbij het fluorescerende label l-anilinonaftaleensulfonaat aan de eiwitten werd gebonden, blijkt dat vooral de Katepwa gliadinen hydrofober zijn dan die van Obelisk. Deze waarneming ondersteunt de suggestie die in de literatuur is gedaan dat de hydrofobiciteit van gliadinen correleert met een goede bakkwaliteit. Andere onderzoekers echter ontkennen deze relatie. Het reologisch gedrag van gehydrateerd Obelisk en Katepwa gluten is zeer verschillend. Daarom is een groot deel van dit proefschrift gewijd aan reologische studies. In Hoofdstuk 5 wordt een korte introductie in de reologie gegeven, vooral in het licht van de reologische studies die verricht zijn met de glutens. In Hoofdstuk 6 worden de resultaten van twee typen fundamentele reologische t44

3 geleken met gluten een deel ervan is e glutens Íran een :gen, is vastgesteld ten. De chemische :s van beide rassen chtbaar. Belangrijk ;luteninesubeenheid en in de literatuur isk tarwe. Uit de bevat dan Obelisk,n is respectievelijk parameters en de op hun bruikbaarronen-microscopie, :hillen vastgesteld. 'er een bloemdeeg gluten. Mogelijk is :. Met contacthoeker is dan Obelisk luderen van gluten 1-anilinonaftaleengliadinen hydroforggestie die in de :en goede bakkwargisch gedrag van is een groot deel vooral in het licht entele reologische metingen, dynamische (oscillerende) metingen bij kleine vervormingen onder afschuiving en uniaxiale compressiemetingen bij grote vervormingen onder biaxiale rek, beschreven. Met behulp van de dynamische metingen zijn de opslag- en de verliesmodulus (resp. G' en G') en de tangens van de verlieshoek ó (tg ó : G"/G) bepaald. Deze laatste is een maat voor de relatieve bijdrage van de viskeuze en van de elastische component aan de mechanische reactie van een materiaal op een aangelegde spanning. De resultaten van de compressieproeven zijn geïnterpreteerd als een biaxiale rekviscositeit, een paíameter die karaliíeristiek is voor de weerstand van deeg tegen de groei van een gasbel. Gehydrateerd Katepwa gluten heeft een grotere weerstand tegen vervorming en vertoont een minder viskeus gedrag dan Obelisk gluten. Dit verschil in reologisch gedrag van de beide glutens correleert met de bevinding uit het licht-microscopische onderzoek dat Katepwa gluten mogelijk grotere aggregaten vormt dan Obelisk gluten: een matrix die een meer uitgebreid glutennetwerk bevat is elastischer tijdens vervorming. Uit compressieproeven blijkt dat gehydrateerd gluten zeer rekbaar is en dat dunne hlms van beide typen gehydrateerde glutens een hogere weerstand tegen verdere uitrekking hebben dan dikkere films. Dit zogenaamde "strain hardening" gedrag (versteviging door veworming) vertoont Katepwa gluten in sterkere mate dan Obelisk gluten. In Hoofdstuk 7 wordt het effect van de glutensamenstelling op het reologisch gedrag van de gehydrateerde glutens bestudeerd. Hiervoor zijn glutens gereconstitueerd door de gliadine- en gluteninefractie, afkomstig van hetzelfde of van verschillende rassen, in verschillende verhoudingen te mengen. Het blijkt dat op de eerste plaats de glutenine/gliadine-verhouding het meest bepalend is voor het reologisch gedrag van gehydrate rde glutens. Een hoge glutenine/gliadine-verhouding resulteeí in ze.rur elastisch gluten, terwijl een lage verhouding meer viskeus gluten geeft. Verder geeft een hoge glutenine/gliadineverhouding een meer uitgesproken "strain hardening" gedrag. Glutenine draagt dus vooral bij aan de elastische en gliadine aan de viskeuze eigenschappen van gehydrateerde glutens. Op de tweede plaats blijh de afkomst van de gluteninefractie belangrijk voor het reologisch gedrag van de gehydrateerde glutens. Katepwa glutenine is elastischer dan Obelisk glutenine. Een derde factor blijkt de afkomst van de gliadinefractie te zijn. Vooral in combinatie met de minder elastische gluteninefractie is Katepwa gliadine makkelijker te veryormen dan Obelisk gliadine. Het reologisch gedrag van Obelisk en Katepwa bloemdegen is bestudeerd in Hoofdstuk 8. In de broodindustrie in Europa is het de gewoonte de bakkwaliteit van slepht 145

4 bakkende bloem te verbeteren door er extra gluten aan toe te voegen. Daarom is het effect van een toevoeging van Obelisk en Katepwa gluten op het reologisch gedrag van biskwiebloemdeeg onderzocht. Naast de twee fundamentele reologische methoden zijn ook twee empirische methoden toegepast: er zrjn testen uitgevoerd met de extensograaf en de alveograaf. Deze beide apparaten worden gebruik voor de industriële beoordeling van bloemsoorten. De resultaten van de fundamentele metingen aan bloemdegen zijn in overeenstemming met die verkregen voor de gehydrateerde glutens. Een deeg van Katepwa bloem heeft een grotere weerstand tegen vervorming, is elastischer en vertoont "strain hardening" in sterkere mate dan een deeg van Obelisk bloem. Het toevoegen van Obelisk gluten aan biskwiebloem heeft nauwelijks effect. Een toevoeging van Katepwa gluten resulteert in een grotere weerstand tegen vervorming, een elastischer deeg en een grotere mate van "strain hardening". Informatie over het reologisch gedrag van de bloemdegen verkregen met de fundamentele en de empirische reologische metingen is aanvullend en stemt redelijk goed overeen. Vergelijking van de resultaten van de reologische metingen met die van bakproeven leert dat verschillen in de bakkwaliteit niet aan één reologische parameter kunnen worden toegeschreven maar aan een combinatie van drie. Om een groot broodvolume en een hjne kruimstructuur te verkrijgen is biaxiale "strain hardening" en rekbaarheid van het deeg boven een minimum waarde vereist en moet de weerstand tegen vervorming (waarschijnlijk) binnen een bepaald gebied vallen. Uit het onderzoek beschreven in dit proefschrift blijh dat voor een goede bakkwaliteit, een geschikíe balans tussen de hoeveelheid glutenine en gliadine nodig is. Teveel gliadine zal resulteren in een mindere mate van "strain hardening" en een overmatige expansie van het deeg, met als gevolg het scheuren van de gasbellen en instorten van het brood. De expansie van een deeg met teveel glutenine zal worden geremd. In Katepwa bloem is de glutenine/gliadine-verhouding beter dan in Obelisk bloem. Bovendien is de grotere elasticiteit van de Katepwa gluteninen en de lagere weerstand tegen vervorming van de Katepwa gliadinen, in vergelijking met deze fracties van Obelisk gluten, gunstig voor een goede bakkwaliteit. "Strain hardening" boven een bepaald niveau blijkt gerelateerd te zijn met broodvolume. Het "strain hardening" gedrag veroorzaakí dat tijdens het rijzen in de eerste plaats de dikkere deegfilms uitgerelí worden, wírardoor een homogeen schuimsysteem verkregen t46

5 larom is het effect drag van biskwieden zijn ook twee <tensograaf en de : beoordeling van r overeenstemming ra bloem heeft een ain hardening" in )belisk gluten aan :n resulteert in een e mate van "strain met de fundamen- Íijk goed overeen. n bakproeven leert :r kunnen worden olume en een fijne heid van het deeg rming (waarschijngoede bakkwaliteit, is. Teveel gliadine ntige expansie van van het brood. De.tepwa bloem is de ien is de grotere 'ervorming van de, gunstig voor een jn met broodvolude eerste plaats de iysteem verkregen wordt tot het moment dat de films gefixeerd worden en scheuren tijdens het bakken. Bij voldoende "strain hardening" ontstnat er een meer uniforme verdeling in grootte van de gasbellen. Hierdoor wordt een fijne kruimstructuur en een groot broodvolume verkregen. Frn deeg van Katepwa bloem overschrijdt het minimum niveau voor "strain hardening": het volume van een brood van Katepwa bloem is groter en de kruimstructuur ervan behaald een hogere score dan van een brood van Obelisk bloem. Een deeg van Obelisk bloem daarentegen, bereikt deze minimum waarde niet, waardoor na enige tijd coalescentie van de gasbellen zal optreden. De sterkere mate van "strain hardening" van de films van Katepwa bloemdeeg zorgt ervoor dat er minder filmbreuk optreedt tijdens het rijzen in vergelijking met films van een Obelisk bloemdeeg. Hierdoor gazt eí minder gas verloren aan de omgeving en worden meer gasbellen, die bovendien van regelmatige grootte zijn, verkregen. Een voorwaarde is wel dat de deeghlms rekbaar zijn. De rekbaarheid is voor beide rassen vergelijkbaar, althans in de empirische reologische metingen. Samenvattend, factoren die bijdragen tot de betere bakkwaliteit van Katepwa tarwe in vergelijking met Obelisk tarwe, zijn: - een hoger gluteninegehalte; - de grotere aggregaten van de gluteneiwitten; - een grotere mate van "strain hardening"; - een relatief meer elastisch karalíer; - een grotere we rstand tegen vervorming. Verschillende van deze factoren zijn aan elkaar gerelateerd en de laatste drie mechanische factoren vormen deels een afspiegeling van de eerste twee biochemische. Eveneens is er waarschijnlijk een verband tussen deze drie laatste factoren en de HMW gluteninesubeenheid samenstelling van Katepwa tarwe. De verklaring voor de manier waarop al deze factoren aan elkaar gerelateerd zijn is echter nog onduidelijk. Uit dit onderzoek blijkt dat een deeg aan drie reologische criteria moet voldoen om een groot broodvolume en een fijne kruimstructuur te geven, namelijk "biaxiale strain" hardening en rekbaarheid boven een bepaald minimum niveau en een optimale weerstand tegen vervorming. Het bepalen van deze drie reologische parameters lijkt daarom, bij de huidige stand van onze kennis, de aangewezen weg om de bakkwaliteit te voorspellen. Om dit met zekerheid te kunnen stellen moeten echter nog andere tarwerassen, die een heel gebied van bakkwaliteiten bestrijken, worden onderzocht. t47