De functionaliteit van tarwebloemproteïnen en -zetmeel tijdens de bereiding van gefermenteerde bladerdeegproducten

Croissants en andere gefermenteerde vienoisserie-producten worden bereid vertrekkende van bladerdeeg. Voor de productie van zulk deeg wordt in eerste instantie een ‘voordeeg’ bereid, dat in essentie een vet- en suikerrijk brooddeeg is. Dit deeg wordt uitgerold en een laag vetstof, d.i. boter, margarine of shortening, wordt in het deeg gevouwen. Het vervolgens beurtelings opvouwen en uitrollen van dit deeg resulteert in een complex gelaagd systeem, bestaande uit afwisselende lagen van deeg en vetstof. Het gelamineerde deeg ondergaat daarna een fermentatiestap en wordt uiteindelijk afgebakken, waarbij verondersteld wordt dat voornamelijk het vasthouden van geproduceerde waterdamp in de gelaagde structuur resulteert in de zogenaamde ‘deeglift’ en de typische kruimstructuur. Een kwaliteitsvol bladerdeegproduct wordt gekenmerkt door een honinggraat-type kruim, met grote, horizontaal verlengde gascellen.

Op massabasis is tarwebloem het belangrijkste ingrediënt in bladerdeegproducten. De functionaliteit van de twee voornaamste constituenten van tarwebloem, glutenproteïnen en de glucosepolymeren van zetmeel, amylose en amylopectine, werd reeds uitgebreid bestudeerd in voornamelijk brood, maar ook in andere producten zoals cake, koekjes en pasta. Wetenschappelijke literatuur omtrent hun specifieke rol in bladerdeegproducten is echter nagenoeg onbestaande. Het is daarom wenselijk de kennis aangaande de functionaliteit van deze componenten tijdens de verschillende productiestappen van gefermenteerde bladerdeegproducten uit te breiden. Dit zou aanleiding kunnen geven tot industrieel haalbare oplossingen voor het produceren van kwaliteitsvolle en consistente producten. Daarenboven zou het toelaten de producteigenschappen beter te sturen (o.a. productvolume en kruimstructuur) en op die manier tegemoet te komen aan specifieke wensen van de klant.    

In dit doctoraal proefschrift werd de rol van de tarwebloemconstituenten zetmeel en glutenproteïnen bestudeerd gedurende het volledige bereidingsproces van croissant-type bladerdeegproducten, d.i. tijdens deegbereiding, lamineren, fermenteren, bakken en bewaring. Hun structuur en, bijgevolg, hun functionaliteit werd daarom selectief gewijzigd. Het opvolgen van de impact van deze wijzigingen op de producteigenschappen op verschillende momenten tijdens het bereidingsproces verschaft vervolgens meer inzicht in hoe deze componenten bijdragen tot het bekomen van een kwaliteitsvol bladerdeegproduct.

Glutenproteïnen werden selectief gewijzigd door het toevoegen van redoxagentia aan de receptuur van een croissant-type bladerdeegproduct op laboratoriumschaal. Het opvolgen van de deegsterkte tijdens verschillende lamineerstappen, aan de hand van een pastry burst rig textuurmeting, toonde aan dat de deegsterkte initieel toeneemt tijdens lamineren, maar vervolgens afneemt bij een groter aantal vouw- en uitrolstappen. Hoogstwaarschijnlijk treedt initieel verdere deegontwikkeling op door de kracht die tijdens uitrollen op het deeg wordt overgebracht. In de latere lamineerstappen draagt het verloren gaan van de integriteit van de gelaagde structuur mogelijk bij tot de afname van de deegsterkte. Op microscopiebeelden van cryosecties van bladerdeeg was te zien dat de gelaagde structuur van bladerdeegstalen waaraan oxidantia werden toegevoegd beter intact bleef en een meer homogene laagdikte vertoonde. Een sterk glutennetwerk lijkt dus voordelig voor het behoud van de integriteit van de gelaagde structuur. Toevoegen van oxidantia en reductantia zorgde respectievelijk voor een stijging en daling van de deegsterkte na de finale lamineerstap. Alle stalen vertoonden echter een gelijkaardige daling in deegsterkte tijdens deegrust. Redoxagentia beïnvloedden ook sterk de mate waarin het deeg contractie vertoonde tijdens deegrust en fermentatie, wat de productdimensies beïnvloedde. Ook trad deegcontractie consistent meer op in de finale richting van lamineren, wat aanleiding gaf tot ovale producten. Hoogstwaarschijnlijk leidt de oplijning van het glutennetwerk tijdens lamineren tot een versterking van het deeg in deze richting. Op basis van deze resultaten en de resultaten van Size Exclusion High Performance Liquid Chromatography (SE-HPLC)’ experimenten, waarin het gehalte aan proteïnen extraheerbaar met een buffer die natriumdodecylsulfaat bevatte werd bepaald, werd een model opgesteld om het contractiegedrag van bladerdeeg te verklaren. In dit model wordt de vorming van disulfidebruggen gezien als de bepalende factor voor de initiële deegsterkte. De contractie van het deeg is daarentegen entropie-gedreven. Ook secundaire interacties, in het bijzonder het opnieuw vormen van waterstofbruggen tussen glutenpolymeren, zijn belangrijk bij het proces.

Toevoegen van reducerende en oxiderende agentia zorgden respectievelijk voor een af- en toename van de deeghoogte tijdens fermentatie. Er werd aangetoond dat gasbellen tijdens het lamineren werden ingeplooid en dat deze voornamelijk binnenin de individuele deeglagen door het glutennetwerk werden vastgehouden. Sommige gascellen werden echter eveneens begrensd door de margarinelagen. Tijdens bakken werd aangetoond dat het vastzetten van stoom in de gelaagde structuur slechts een beperkte bijdrage levert aan de volumetoename van gefermenteerde bladerdeeg-producten, aangezien de maximale deeghoogte reeds werd bereikt bij interne deegtemperaturen waarop nog geen aanzienlijke stoomproductie optreedt. Voor bladerdeegproducten zonder gist is stoomproductie wel het belangrijkste mechanisme voor deeglift. De kruim van controlestalen vertoonde niet de gewenste honinggraat-structuur en bevatte zones met een broodachtige kruim. Dit was nog meer uitgesproken na toevoegen van een reductor. Gebruik van oxidantia resulteerde in grotere producten met een gewenste kruimstructuur, gekarakteriseerd door grote gascellen. Het gebruik van grote concentraties van een snel werkend oxidans leidde echter tot het instorten van de stalen tijdens bakken, omdat individuele lagen van elkaar af leken te glijden. Hoogstwaarschijnlijk waren er op het moment dat de margarine smolt tijdens bakken geen vrije thiolgroepen meer beschikbaar om deel te nemen aan thiol-disulfide uitwisselingsreacties. SE-HPLC toonde inderdaad aan dat gliadine veel minder werd ingebouwd in het glutennetwerk van deze stalen. Glutenoxidatie was binnen elke individuele deeglaag vermoedelijk in zulke mate opgetreden dat er geen thiolgroepen meer beschikbaar waren voor het vormen van interconnecties tussen verschillende deeglagen. Dit verklaart eveneens het instorten van de stalen tijdens bakken.

Samengevat is er voor glutenproteïnen tijdens de bereiding van gefermenteerde bladerdeegproducten dus een sleutelrol weggelegd, als bepalende factor van de deegsterkte en het deegcontractiegedrag, alsook de deeglift en de kruimstructuur.

De rol van zetmeel werd bestudeerd door het wijzigen van de zetmeelstructuur op twee manieren. Enerzijds werd het gehalte aan beschadigd zetmeel (DS) verhoogd door kogel-vermaling van de tarwebloem. Dit verhoogt de waterabsorptiecapaciteit van de bloem. Anderzijds werd gebruik gemaakt van amylasen. Deze twee modificaties aan de zetmeelstructuur werden tenslotte ook simultaan toegepast, aangezien DS, in tegenstelling tot natief zetmeel, wel al op deegniveau gehydrolyseerd kan worden door amylasen. Grotere gehaltes aan DS zorgden voor een toename van de deegsterkte. Vermoedelijk leidde hun hogere waterabsorptiecapaciteit ertoe dat minder water beschikbaar werd voor het hydrateren van het glutennetwerk. Het gebruik van amylasen in deze stalen reduceerde de deegsterkte opnieuw deels. Tijdens bakken gaf een lagere deegviscositeit als gevolg van zetmeelhydrolyse door amylasen aanleiding tot een meer uitgesproken deeglift en een verbeterde kruimstructuur. Verstijfseling van intact zetmeel verhindert met andere woorden de deeglift en deegexpansie. Differential scanning calorimetry and ‘lage resolutie proton nucleaire magnetische resonantie’ experimenten gaven aan dat zowel een verhoging van het gehalte aan DS als het toevoegen van amylasen de mate van zetmeeluitloging tijdens bakken en de mate van amylosenetwerkvorming tijdens afkoelen van bladerdeeg beïnvloedden. Deze verschillen, alsook de verschillen die op deegniveau gerapporteerd werden bij stalen met een hoger gehalte aan DS, kwamen slechts in beperkte mate tot uiting in het finale product, aangezien structuur van de producten aanvaardbaar of zelfs verbeterd was. Deze resultaten bevestigen de belangrijke rol die voor glutenproteïnen is weggelegd in het bepalen van de kruimstructuur van bladerdeegproducten.

Samengevat fungeert zetmeel tijdens de bladerdeegbereiding dus als bepalende factor van de waterabsorptie tijdens de deegbereiding en als limiterende factor op de deeglift tijdens bakken, als gevolg van een stijging in deegviscositeit door verstijfseling.

Dit doctoraal proefschrift breidt de bestaande kennis omtrent de functionaliteit van zetmeel en glutenproteïnen tijdens de bereiding van gefermenteerde bladerdegen dus aanzienlijk uit. De resultaten bekomen in dit proefschrift kunnen als basis dienen voor de selectie van additieven en/of gerichte wijzigingen van processtappen om de productie-efficiëntie te vergroten en de eigenschappen van bladerdeegproducten beter te kunnen sturen.