Industrie + Technik

Kohlendioxidausstoß | China hat zwar den weltgrößten CO2-Ausstoß, die Emissionsintensität bezogen auf das Bruttoinlandsprodukt (BIP) sei aber in den Jahren von 2005 bis 2017 um 46 Prozent gesunken. Dies meldet der World Eco-Environment Remote Monitoring Report 2018 des chinesischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie. Zugrunde liegen historische Daten und Messungen des chinesischen Tansat-Satelliten, der seit dem Jahr 2017 Werte Chinas und von Ländern entlang der chinesischen Seidenstraßeninitiative misst.Kernfusion | Am Experimental Advanced Superconducting Tokamak (East) in Hefei erreichte das Kernplasma erstmals über längere Zeit eine Temperatur von mehr als 100 Millionen °C, der Zündtemperatur für die Kernfusion von Wassertoffisotopen. East wurde im Jahr 2006 gebaut, ist 11 m hoch und 400 t schwer.<ext-link ext-link-type="uri"><a href="http://english.cas.cn/newsroom/news/201811/t20181113_201191.shtml" target="_blank">http://english.cas.cn/newsroom/news/201811/t20181113_201191.shtml</a></ext-link>Photokatalysator | Das Team um Yu Xuefeng an den Shenzhen Institutes of Advanced Technology (Siat) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat einen Photokatalysator aus schwarzem Phosphor entwickelt. In einer Kugelmühle wandelte es roten Phosphor mit Harnstoff in schwarzen Phosphor um und diesen mit graphitischem Kohlenstoffnitrid in einen P-CN-Komplex, reich an katalytischen Zentren. Im sichtbaren Licht bildet der metallfreie Katalysator H2 aus Wasser-Isopropanol mit einer Rate von bis zu 786 μmol·h−1·g−1 , und 5 mg·L−1 Rhodamin B waren in 25 Minuten abgebaut.<ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://doi.org/10.1002/advs.201801321" target="_blank">https://doi.org/10.1002/advs.201801321</a></ext-link>Nickel-Wasserstoffbatterie | Die Region Baotou in der Inneren Mongolei ist auf seltene Erden spezialisiert, und ein Unternehmen dort könnte bald mit der Massenproduktion einer Nickel-Wasserstoffbatterie beginnen; die Elektroden enthalten Lanthan und Cer als Hauptkomponenten. Im öffentlichen Nahverkehr von Baotou fahren seit einem Jahr Elektrobusse mit solchen Batterien.Rolf Schmid, <a href="mailto:rolf.d.schmid@bio4business.eu">rolf.d.schmid@bio4business.eu</a>

Meldung

Chemiewirtschaft: Blick nach China

Kohlendioxidausstoß | China hat zwar den weltgrößten CO2-Ausstoß, die Emissionsintensität bezogen auf das Bruttoinlandsprodukt (BIP) sei aber in den Jahren von 2005 bis 2017 um 46 Prozent gesunken. Dies meldet der World Eco-Environment Remote Monitoring Report 2018 des chinesischen Ministeriums f...

Ob ein Weizenbrot locker wird und eine gleichmäßige Krume bekommt oder beim Backen eher flach bleibt, hängt von Menge und Zusammensetzung der Glutenproteine im Getreide ab. Die Ergebnisse einer Vergleichsstudie erlauben es nun, die Backqualität der Weizenarten Dinkel, Emmer und Einkorn schnell und verlässlich vorherzusagen.
Jährlich werden weltweit über 700 Millionen Tonnen Weizen geerntet, über 95 Prozent davon sind Weichweizen, der für Brot genutzt wird.1) Andere, so genannte alte Weizenarten, unter ihnen Einkorn, Emmer und Dinkel, spielen mit wenigen tausend Tonnen eine untergeordnete Rolle;2) sie werden aufgrund ihrer um bis zu zwei Drittel niedrigeren Erträge kaum angebaut. Dennoch werden Einkorn, Emmer und Dinkel (Abbildung 1) in den letzten Jahren wieder vermehrt zum Beispiel zu Müsli oder Brot verarbeitet, da Verbraucher diesen Weizenarten gesundheitsfördernde Eigenschaften zusprechen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/YYBurkZ8TMWikWYJVaJh"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Brotgetreidearten, von links nach rechts: Ähren von Weichweizen (Sorte Akteur), Dinkel (Sorte Oberkulmer Rotkorn), Emmer (Sorte Ramses) und Einkorn (Sorte Terzino); Feldversuch der Landessaatzuchtanstalt Hohenheim. Fotos: S. Geißlitz</figcaption></figure>
Weitere Gründe für die im Vergleich zu Weichweizen geringere Nutzung von Einkorn, Emmer und Dinkel sind die Spelzen, die ein zusätzlicher Arbeitsgang in der Mühle entfernen muss, sowie die schlechteren Backeigenschaften, etwa das geringere Volumen und die ungleichmäßigere Porenverteilung im Brot.Für die hervorragenden Backeigenschaften von Weichweizen sind die Speicherproteine, Gluten genannt, verantwortlich.3) Dem Zusammenspiel zweier Glutenfraktionen, den Gliadinen und den Gluteninen, verdanken Teige aus Weichweizenmehlen hohes Gashaltevermögen (hohes Volumen), Viskosität und Elastizität (gleichmäßige Porenverteilung). Zwar enthalten Einkorn, Emmer und Dinkel mehr Gluten als Weichweizen, es ist jedoch anders zusammengesetzt, was zu weicheren Teigen, geringeren Volumina und kompakteren Strukturen führt.Die Backqualität von Mehlen lässt sich durch Backversuche bestimmen. Es gibt jedoch auch alternative Methoden. Für den in der Industrie dominierenden Weichweizen wurde ein Gluten-Aggregationstest, der Glutopeak (GPT) entwickelt, um schnell und einfach die Backqualität vorherzusagen.4) Eine zweite Alternative zu Backversuchen ist die Analyse des Gehalts an Gliadinen und Gluteninen, deren Gehalt und Verhältnis zueinander verlässliche Vorhersageparameter für die Backqualität sind.5)Um die Backqualität von Mehlen aus Einkorn, Emmer und Dinkel zu ermitteln, waren bisher Backtests erforderlich. Diese Laborversuche dauern mehrere Stunden, erfordern erfahrenes Fachpersonal sowie größere Probenmengen.<h2>Backversuche und Schnelltests</h2>Im Backlabor des Leibniz-Instituts für Lebensmittelsystembiologie werden Backversuche auf Basis von 10 g Mehl mit Wasser, Hefe, Ascorbinsäure, Natriumchlorid und Saccharose durchgeführt (Abbildung 2). Nach dem Backen ermittelt ein Laserscanner das Volumen. Vor dem eigentlichen Backversuch müssen für jedes einzelne Mehl Feuchtegehalt und Wasseraufnahmefähigkeit sowie die optimale Knetzeit im Farinographen bestimmt werden. Insgesamt ist mit etwa vier Stunden Arbeitszeit pro Mehl zu rechnen.Eine Messung mit dem GPT (Abbildung 3, S. 40) dagegen dauert sieben Minuten plus Vorbereitungszeit und Gerätereinigung. Das Gerät misst die Parameter Aggregationszeit (AGT) und maximales Drehmoment (MT, Maximum Torque), die für jedes Mehl typisch sind und die Glutenqualität anzeigen (Abbildung 3).4) Somit ist eine Dreifachbestimmung eines Mehls innerhalb von etwa 30 Minuten möglich.<figure><img src="https://media.graphcms.com/XKQjmqOMTYCTW6Oitp1D"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Von links: Glutopeak-Gerät von Brabender (<a href="https://www.brabender.com" target="_blank">www.brabender.com</a>); exemplarisches Glutopeak-Diagramm mit den Parametern Maximum Torque (MT) in Brabender Einheiten (BE), Aggregationszeit (AGT), Lift-off-Zeit (LOT) und Peakmaximum-Zeit (PMT) sowie Glutopeak-Diagramme der jeweiligen Sorte pro Weizenart mit dem höchsten Brotvolumen.</figcaption></figure>
In der zweiten Alternative zu Backversuchen werden die Glutenproteine stufenweise nach ihrer Löslichkeit anhand der modifizierten Osborne-Fraktionierung extrahiert.6) Die in 60-prozentigem Ethanol löslichen Gliadine und die in 50-prozentigem 1-Propanol unter reduzierenden Bedingungen (Dithiothreitol) löslichen Glutenine werden anschließend mit Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) und UV-Detektion nach Kalibrierung mit einer Glutenreferenz quantifiziert.Allerdings dauert die Extraktion etwa acht Stunden und ein HPLC-Lauf etwa 30 Minuten. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass sich Untertypen der Gliadine und Glutenine (zum Beispiel hoch- und niedermolekulare Proteine) trennen und separat quantifizieren lassen. Dadurch sind genaue Aussagen über die Glutenzusammensetzung möglich.<h2>Brotvolumen im Vergleich zu Weichweizen</h2>Mit durchschnittlich 2,2 mL·g–1 bilden Vollkornmehle von Weichweizen im Mikrobackversuch (Abbildung 2) höhere Brotvolumina als die der alten Weizenarten Dinkel (2,0 mL·g–1), Emmer (1,4 mL·g–1) und Einkorn (1,5 mL·g–1). Zusätzlich entstehen aus den Vollkornmehlen von Weichweizen und Einkorn mehr kugelförmige und runde Brote als aus Vollkornmehlen von Emmer und Dinkel. Die Brote aus diesen Getreiden werden je nach Sorte flach bis sehr flach (Abbildung 2).Bei den für Weichweizen standardisierten Knetbedingungen sind Teige aus Emmer und Einkorn sehr schwer zu verarbeiten: Sie werden teilweise so weich und klebrig, dass sie nicht mehr maschinell verarbeitbar sind. Aus diesem Grund werden Brote aus den alten Weizenarten vor allem von traditionellen, handwerklichen Bäckereien hergestellt.<h2>Glutenqualität und -zusammensetzung</h2>Mit dem GPT lässt sich die Glutenzusammensetzung von Weichweizen anhand der AGT und des MT bestimmen. Nach unseren Ergebnissen eignet sich der GPT mit den gleichen Einstellungen auch für Einkorn, Emmer und Dinkel, die Kurven sind für alle Weizenarten aussagekräftig.7) Im AGT und MT sind die Unterschiede zwischen Einkorn und Emmer sowie zwischen Weichweizen und Dinkel am größten (Abbildung 3, S.40).Die Glutenproteine werden in zwei Fraktionen eingeteilt, in denen in den Gliadinen monomere und in den Gluteninen polymere Proteine vorhanden sind. Die alten Weizenarten Einkorn, Emmer und Dinkel enthalten prozentual mehr Gliadine, aber weniger Glutenine als Weichweizen. Dies spiegelt sich im Gliadin-zu-Glutenin-Verhältnis wider. Für Weichweizen liegt es in den typischen Grenzen von 2,0 bis 3,2, für Dinkel (2,8 bis 4,0), Emmer (3,6 bis 6,7) und Einkorn (4,2 bis 12,0) ist es deutlich höher.Die Gliadine gelten als die Weichmacher der Glutenine, da letztgenannte bei Hitzeeinwirkung während des Backens durch neue Disulfidbrücken hochmolekulare Proteine bilden. Überschreitet das Gliadin-zu-Glutenin-Verhältnis den Wert von 3,0, sind die Teige weicher und weisen ein schlechtes Gashaltevermögen auf und das Brot damit ein geringeres Volumen (Abbildung 2, S.39).8)<figure><img src="https://media.graphcms.com/kCzPB5aXRUadh5FNHm0g"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Querschnitte von Minibroten aus jeweils 10 g Vollkornmehl von A) Weichweizen (Sorte Event), B) Dinkel (Sorte Filderstolz), C) Emmer (Sorte 9.199/06/01) und D) Einkorn (Sorte Monlis).</figcaption></figure>
<h2>Die passende Vorhersagemethode</h2>Welche Vorhersagemethode nun besser geeignet ist, kommt auf die Frage an: Soll die Glutenqualität schnell, einfach und unkompliziert bestimmt werden, bietet sich der GPT an, da dieser innerhalb von etwa 30 Minuten die zuverlässigen Vorhersageparameter AGT und MT bestimmt. Beide Parameter hatten für alle Weizenarten mittlere Korrelationskoeffizienten zum Brotvolumen (AGT: r = 0,76 und MT: r = 0,74).Sind dagegen weitere Informationen über die Glutenproteine gewünscht, ist die modifizierte Osborne-Fraktionierung mit anschließender HPLC-Analyse die Methode der Wahl. Die Gliadine hatten für alle Weizenarten negative (r = –0,70) und die Glutenine positive Korrelationskoeffizienten (r = 0,80) zum Brotvolumen. Außerdem war das Verhältnis dieser beiden Glutenfraktionen (Gliadin/Glutenin) negativ mit dem Brotvolumen korreliert (r = –0,83). Die hochmolekularen Gluteninuntereinheiten korrelierten stark positiv (r = 0,86) mit dem Brotvolumen. Somit sind vor allem hochmolekulare Proteine der Gluteninfraktion für ein hohes Brotvolumen verantwortlich. BB<h2>Die Autoren</h2>Sabrina Geißlitz, Jahrgang 1990, studierte Lebensmittelchemie an der Technischen Universität München (TUM) und promoviert seit dem Jahr 2015 an der TUM. Sie ist wissenschaftliche Mitarbeiterin am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie an der TUM (Leibniz-LSB@TUM) und beschäftigt sich unter anderem mit Proteinen, die in Zusammenhang mit Weizensensitivität stehen.<div><img src="https://media.graphcms.com/bhxyS2MFSK6l9RNGAwYg">

</div>Katharina A. Scherf, Jahrgang 1985, ist promovierte Lebensmittelchemikerin und seit dem Jahr 2017 Arbeitsgruppenleiterin des Arbeitskreises „Functional Biopolymer Chemistry“ am Leibniz-LSB@TUM. Sie untersucht das Zusammenspiel von Struktur, Funktionalität und Bioaktivität von Getreideproteinen, unter anderem in Bezug auf Unverträglichkeiten.<div><img src="https://media.graphcms.com/PaJ3ETlShGzEHwKIonhw">

</div>Peter Köhler, Jahrgang 1960, ist außerplanmäßiger Professor für Lebensmittelchemie an der TUM. Nach 25 Jahren an der Deutschen Forschungsanstalt für Lebensmittelchemie in Freising wechselte er im Jahr 2017 zu Biotask in Esslingen und ist dort technischer Leiter.<div><img src="https://media.graphcms.com/TwXQWG2fQkGrVN9MRNQI">

</div><h2>Quergelesen</h2>Die Weizenarten Einkorn, Emmer und Dinkel enthalten zwar mehr Gluten als der klassische Brotweizen, aber in anderer Zusammensetzung.Das Verhältnis der Proteine Gliadin zu Glutenin im Weizen bestimmt das Volumen des Brotes.Um die Backeigenschaften des Getreides vorherzusagen, ohne auf Backversuche zurückgreifen zu müssen, eignet sich der rheologische Glutopeak-Test oder ein nasschemisches Verfahren mit Extraktion und HPLC-Analyse.
<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://www.fao.org/faostat/en/#data" target="_blank">www.fao.org/faostat/en/#data</a></ext-link></li><li>
2 C. F. H. Longin, J. Ziegler, R. Schweiggert, P. Köhler, R. Carle, T. Würschum, Crop Sci. 2015, 56, 302–311</li><li>
3 C. W. Wrigley, Nature 1996, 381, 738–739</li><li>
4 A. Marti, E. Augst, S. Cox, P. Köhler, J. Cereal Sci. 2015, 66, 89–95</li><li>
5 S. M. Thanhäuser, H. Wieser, P. Köhler, Cereal Chem. 2014, 91, 333–341</li><li>
6 H. Wieser, S. Antes, W. Seilmeier, Cereal Chem. 1998, 75, 644–650</li><li>
7 S. Geißlitz, H. Wieser, K. A. Scherf, P. Köhler, J. Cereal Sci. 2018, 83, 204–212</li><li>
8 H. Wieser, S. L. K. Hsam, F. J. Zeller, Cereal Chem. 2003, 80, 247–251</li>Das IGF-Vorhaben 18355 N der Forschungsvereinigung Forschungskreis der Ernährungsindustrie e.V. (FEI), Godesberger Allee 142–148, 53175 Bonn, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.</ul>

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