Verbetering volkorentarwebrood door toepassing van enzymen

21 dec 2017

We hebben een onderzoek gedaan naar verbetering van volkorentarwebrood door middel van enzymen. In het artikel ‘Bakproeven volkoren met enzymen’ leest u meer over de uitkomsten. In dit artikel gaan we dieper in op de eigenschappen van de verschillende enzymen en hun werking.

Bij volkorenbrood wordt de hele graankorrel gebruikt; endosperm (meellichaam), kiem en zemel (buitenste vlies). Die buitenste vlies bij volkorentarwebrood maar ook de celwanden van het endosperm bij zowel witbrood als volkorenbrood hebben negatieve effecten op de bakeigenschappen van het brood. Bovendien wordt de zemel in volkorenbrood door sommige consumenten als hard of scherp ervaren. De zemel blijft achter in de mond bij het kauwen. De bakeigenschappen van volkorenbrood en de eeteigenschappen van de zemel kunnen echter worden beïnvloed door enzymatische processen. De structuren vanuit de graankorrel kunnen door enzymen worden veranderd zodat meer volume in het brood wordt verkregen en de zemel zachter wordt en niet meer in de mond achter blijft.

De structuren die de oorzaak zijn van de negatieve bakeigenschappen zijn zogenaamde niet-zetmeel polysaccharides (non-starch polysaccharides of NSP’s genoemd). Tarwebloem bevat ongeveer 2-3% van deze NSP’s, roggebloem ongeveer 7%. Een belangrijk deel van deze NSP zijn de pentosanen, een klein deel zijn de hexosanen (cellulose, ß-glucaan en glucomanaan). In volkorenmeel zijn de hoeveelheden hexosanen veel hoger. De NSP’s hebben een functie in het water opnemend vermogen van de bloem. Ze verstoren echter het gashoudend vermogen van het deeg en ze verstoren de visco-elastische eigenschappen (soepelheid) van het deeg. Het goede nieuws is dat pentosanen (gedeeltelijk) kunnen worden afgebroken door hemicellulases. Hemicellulase is de verzamelnaam voor enzymen die deze structuren afbreken. Er zijn verschillende typen enzymen die hieronder vallen. Het type dat voor de bakkerij het meest belangrijk is, is xylanase. Daarom gebruikt men deze namen vaak door elkaar.

Arabinoxylaan is de hoofdcomponent van de van eerder genoemde pentosanen. In Figuur 1 schematisch weergegeven. De gele vijfhoekjes (penta = vijf) zijn de xylaan bouwstenen van de structuur (de ruggegraat), de rode vijfhoekjes zijn arabinose zijgroepen. De grijze zeshoekjes die aan sommige arabinose eenheden hangen staan voor ferulazuur.

Figuur 1. Arobinoxyllaan met xylose (geel), arbinose (rood) en ferulazuur (grijs).
Afbeelding met toestemming overgenomen van DSM Enzymes Solutions.

Het enzym xylanase knipt de xylose ruggegraat op een aantal willekeurige plekken door (zie pijltjes) zodat de structuur in brokstukjes wordt opgedeeld.

Ferulazuur is een anti-oxidant en is in volkoren tarwemeel rijk aanwezig, in roggemeel nog meer. Een deel van de vermeende gezondheidseffecten van volkoren wordt aan ferulazuur toegeschreven. De keerzijde van de medaille is dat ferulazuur kan binden aan het glutennetwerk en dit netwerk daardoor verstoort. Dit heeft negatieve effecten op het volume en de malsheid van het brood. Dit is zichtbaar in Figuur 2.

Figuur 2: De arabinoxylaan structuren zijn via ferulazuur gebonden aan de gluten.
Afbeelding met toestemming overgenomen van DSM Enzymes Solutions.

Een glutenstreng is in figuur 2 weergegeven met groene blokjes. Deze glutenstreng is gebonden aan de stijve arabinoxylaan structuur via ferulazuur (grijs). De rekbaarheid van het gluten is nu beperkt. Als de arabinoxylaan wordt doorgeknipt met het enzym xylanase op de gele streng ergens tussen de beide ferulazuur groepen dan is de structuur nog steeds gebonden maar al veel rekbaarder. Een andere mogelijkheid is de ferulazuur verbinding doorknippen middels het enzym ferulazuuresterase. Dit enzym is echter in Nederland niet toegestaan in brood.

Naast de eerder genoemde pentosanen zijn er ook hexosanen (hexa = zes). In bloem zijn ze slechts in kleine hoeveelheden aanwezig en dus weinig storend in het proces. In volkoren meel en hoog vezel producten zijn ze wel in grote hoeveelheden aanwezig. Cellulose is in volkoren tarwemeel de belangrijkste hexosaan. De pentosanen zijn gedeeltelijk oplosbaar, maar de hexosanen zijn volledig onoplosbaar. De zemeldelen bestaan voor een belangrijk deel uit cellulose. Zij nemen (te) weinig water op wat resulteert in scherpheid (hardheid) van de volkoren vliezen. Cellulase is het enzym dat cellulose afbreekt. Hierdoor zorgt cellulase ervoor dat de pentosanen beter toegankelijk worden voor de xylanases. Het deeg kan daardoor meer water bevatten en de scherpheid van de vliezen zal verminderen.

Xylanases hebben over het algemeen een positief effect op verhoging van het brood volume. Ze zorgen voor betere ontwikkeling van het deeg en het gluten netwerk. Hierdoor draagt het bij aan verbeterde deeg tolerantie en rijsstabiliteit. Het effect op de ovenrijs is ook positief door meer elasticiteit van het deeg. In het eindproduct is naast meer volume ook meer elasticiteit in de kruim waar te nemen en een betere kruim structuur. Xylanases worden in sommige broodverbetermiddel soorten toegepast. Enkele meelleveranciers voegen het toe aan hun meel en bloem. NBC heeft bakproeven gedaan met volkorenmeel waarbij de zemel en de bloem apart zijn behandeld met xylanases en cellulases. Hierdoor wordt de werking van de enzymen meer specifiek. Hieruit is een praktische gereedschapskist voor het werken met deze enzymen uit ontstaan. De resultaten en de gereedschapskist zijn te vinden in het artikel ‘Bakproeven volkoren met enzymen’ zichtbaar op mijn NBC (achter inlog).