Hans-Dieter-Belitz-Institut für Mehl- und Eiweißforschung

Rheologie:
Mikrozugversuche und Fundamentalrheologie

1. Mikrozugversuche   [2. Fundamentalrheologie]

Der Backversuch ist das wichtigste Kriterium zur Ermittlung der Eigenschaften von Mehlen und Backzusätzen, seine Durchführung ist jedoch zeitaufwändig und kompliziert. Ersatzweise wurden daher rheologische Methoden entwickelt, die einfacher, schneller und reproduzierbarer durchzuführen sind und gleichzeitig genaue Ergebnisse liefern. Diese sogenannten indirekten Methoden geben Hinweise auf die Eigenschaften von Mehl und auf die zu erwartenden Backergebnisse. Für diese Methoden wird nur sehr wenig Mehl benötigt (10 g), die ermittelten Ergebnisse sind jedoch mit den Standardbackmethoden gut vergleichbar. Mikrofarinogramme dienen zur Beurteilung des Knetverhaltens von Mehlen, Mikrozugversuche werden zur Bestimmung der Festigkeit und Dehnbarkeit von Teig und Kleber herangezogen.
Zur Charakterisierung von Weizenteig und -kleber werden entsprechende Stränge mit dem Texture Analyser so lange gedehnt, bis sie reißen. Die erhaltenen Kraft-Weg-Diagramme sind sortenspezifisch und geben Aufschluss über die Wirkung von Zusätzen oder technologischer Methoden.
Zunächst wird am Mikrofarinographen (links) aus 10 g Mehl bei 22 °C ein Teig hergestellt. Dabei wird die Wassermenge so gewählt, dass im Maximum der Farinogrammkurve eine Konsistenz von 550 Farinogramm-Einheiten entsteht. Zur Bestimmung der Klebereigenschaften wird dieser zunächst an der Kleberauswaschmaschine Glutomatik (Mitte) mit Kochsalzlösung ausgewaschen. Um Zugversuche mit Teig oder Kleber durchführen zu können, wird eine Einspannvorrichtung aus Teflon (rechts) benötigt.
Der Teig oder Kleber wird in eine ellipsoide Form gebracht und in die Teflonformen eingespannt (links). Nach einer Entspannungszeit von 40 Minuten werden die Teig-/Kleberstränge aus der Form genommen (Mitte), in das SMS/Kieffer Dough & Gluten Extensibility Rig eingespannt und am Texture Analyser TA-XT2 bis zum Zerreißen gedehnt (rechts). Es werden typische Kraft-Weg Diagramme erhalten (unten).

2. Fundamentalrheologie   [1. Mikrozugversuche]

Zur Bestimmung physikalischer Größen von Teigen und Klebern wie Viskosität, Fließgrenze und Elastizität werden Messungen an einem dynamischen Stressrheometer (kinks unten) durchgeführt. Dabei befindet sich ein Teig- oder Kleberstück zwischen zwei Messplatten. Über die obere Platte wird eine Kraft auf die Probe gegeben, mit der unteren Platte wird die Reaktion der Probe auf die Kraft gemessen. Die angelegte Kraft ist in der Regel so klein, dass im Gegensatz zu den Zugversuchen eine zerstörungsfreie Messung gewährleistet ist. Je nach Art der angelegten Kraft wird zwischen verschiedenen Messmodi unterschieden. Wird die Probe für eine definierte Zeit mit konstanter Kraft geschert, dann die Kraft abgeschaltet und die Entspannung der Probe verfolgt, so handelt es sich um den sogenannten Creep-Recovery Test. Die Kraft kann jedoch auch oszillierend einwirken, wobei einerseits die Frequenz der Schwingung, andererseits die Amplitude variiert werden kann (Stress-Sweep, Frequenz-Sweep). Aus der gemessenen Phasenverschiebung zwischen der anregenden und der reagierenden Kraft können rheologische Größen berechnet werden.
Am Mikrofarinographen wird ein Teig hergestellt, bei Kleberuntersuchungen wird der Kleber an der Glutomatik-Auswaschmaschine isoliert. Es werden Teig- bzw. Kleberkugeln geformt, die zwischen zwei Kupferplatten durch Abstandhalter auf eine definierte Dicke gepresst werden (rechts). Danach wird die Kassette bis zur Messung tiefgefroren.
Die Kassette wird auseinander genommen und die noch gefrorene Teig- oder Kleberscheibe auf die Messplatte des Stressrheometers aufgelegt (links). Das Rheometer wird in Messposition gebracht (rechts), zum Ausgleich der Temperatur wird noch einige Zeit gewartet bevor die Messung beginnt. Typische Messkurven sind unten abgebildet.

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