Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11471
For citation please use:
Main Title: Investigation of the use of sprouted grains as feedstock for directly expanded cereals
Translated Title: Untersuchung der Verwendung von gekeimten Getreide als Ausgangsstoff für die Herstellung von direkt expandiertem Getreide
Author(s): Krapf, Julia
Advisor(s): Flöter, Eckhard
Referee(s): Flöter, Eckhard
Walther, Goeran
Wagemans, Anja Maria
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Has Part: 10.14279/depositonce-9662
10.14279/depositonce-10519
Language Code: en
Abstract: The use of sprouted grains in the production of directly expanded breakfast cereals is a promising opportunity to produce health‐promoting, newly flavored, and colored products with less additive sugar. Hardly any knowledge about the effect of the variation of the sprouting conditions on properties of extrudate products produced on the basis of these differently sprouted samples and methods to evaluate the progress of the sprouting process exists. Therefore, this work aimed to get a deeper insight into these issues. For this purpose, a simple and standardized system, the degree of sprouting method, was developed to characterize the sprouting progress by a visual inspection of the lengths of the coleoptile and radicles. Eight degrees of sprouting were defined. To test this method, wheat and oat grains were sprouted for different periods and at different temperatures. The grains were then processed by drying, milling, and extruding them using a twin‐screw extruder. The sprouted grains were assigned a degree of sprouting to determine the average degree of sprouting of all grains sprouted under the given conditions. The average degree of sprouting was subsequently correlated with the flour and extrudate properties. The presented study indicated that the degree of sprouting concept is a reliable method to predict product properties and is, therefore, of use for product development and specification. Furthermore, the results of the investigation of different sprouting times and temperatures on the properties of the resulting flours and extrudates provided new valuable insights. By sprouting the grains at 20 °C and/or for long sprouting periods of up to 9 days the most significant changes in the flour and extrudate properties were determined. Extrudates based on sprouted wheat were found to expand less, have bigger pores, a darker color, a softer structure, and were more water‐ soluble. These findings were attributed to the reduction in the starch content as the result of the enhanced enzyme activity during sprouting, the accompanying increase in the reducing sugar content, and reduction in the peak viscosity while heating the sprouted grain flour suspension. Furthermore, the increase in reducing sugars and amino acids enhanced the formation of colorants and flavors as part of the Maillard reaction and provided sweeter products without the need for additional sugar. A sensory panel confirmed these findings and also preferred the extrudates based on sprouted grain flour.Furthermore, the newly produced extrudates have a higher nutritional value as they are based on whole grain flour and show a higher vitamin content. The nutritional improvement of the sprouted grains compared to native grains was indicated by the increase in vitamin C content. Even after the high‐temperature‐short‐time extrusion process most of the vitamin C content was preserved. By use of another new method developed in this research work, the average molecular weight changes of the starch molecules isolated from sprouted grain flour were shown. Due to the sprouting process, the average molecular weight of the starch decreases. The results indicated a degradation of the amylopectin into smaller molecules. The reduction was accompanied by significant changes in thermal and rheological characteristics of the sprouted grain flours, which is important for future product applications. Furthermore, this study demonstrated significant differences in the sprouting behavior of oat and wheat. Wheat was found to have a higher enzyme activity compared to oat and hence, a higher degradation rate of polysaccharides. In summary, the present thesis shows a promising new method to evaluate the progress of the sprouting process and discusses the application of sprouted grains in directly expanded breakfast cereals.
Die Verwendung von gekeimten Getreide bei der Herstellung von direkt expandierten Frühstückszerealien stellt eine vielversprechende Möglichkeit dar, gesundheitsfördernde Produkte mit neuen Aromen und Farbe und mit weniger Zuckerzusatz herzustellen. Es gibt jedoch keine Forschungserkenntnisse über den Einfluss der unterschiedlichen Keimungsbedingungen auf die Eigenschaften von Extrudatprodukten, die auf der Basis dieser unterschiedlich gekeimten Proben hergestellt werden. Des Weiteren existiert keine standardisierte Methode zur schnellen Beurteilung des Keimfortschritts. Das Ziel dieser Arbeit war es ein tieferes Verständnis für diese Thematiken zu erhalten. Zu diesem Zweck wurde ein einfaches und standardisiertes System, der sogenannte Keimungsgrad, entwickelt, um den Keimungsfortschritt durch eine visuelle Beurteilung der Länge des Wurzel‐ und Blattkeims zu beschreiben. Dazu wurden acht Keimungsgrade definiert. Um diese Methode zu testen wurden Weizen‐ und Haferkörner für unterschiedliche Zeiten und bei unterschiedlichen Temperaturen gekeimt. Daraufhin wurden die Körner getrocknet, gemahlen und mit Hilfe eines Doppelschneckenextruders extrudiert. Den gekeimten Körnern wurde ein Keimungsgrad zugeordnet, um anschließend den durchschnittlichen Keimungsgrad aller unter den bestimmten Bedingungen gekeimten Körner zu bestimmen. Der durchschnittliche Keimungsgrad wurde anschließend mit den Mehl‐ und Extrudateigenschaften korreliert. Die hier präsentierten Ergebnisse zeigten, dass das Konzept des Keimungsgrades eine belastbare Methode zur Vorhersage von Produkteigenschaften ist und daher für die Produktentwicklung und‐spezifikation von großem Nutzen sein kann. Des Weiteren, lieferten die Ergebnisse der Untersuchung der unterschiedlichen Keimungszeiten und ‐temperaturen auf die Eigenschaften der resultierenden Mehle und Extrudate neue, interessante Erkenntnisse. Durch das Keimen der Körner bei 20 °C und/oder Keimen bis zu 9 Tagen konnten in dieser Arbeit die signifikantesten Veränderungen der Mehl‐ und Extrudateigenschaften gefunden werden. Es wurde festgestellt, dass Extrudate auf der Basis von gekeimtem Weizen weniger expandieren, sowie größere Poren, eine dunklere Farbe, eine weniger feste Struktur und eine bessere Wasserlöslichkeit aufweisen. Diese Ergebnisse werden auf die Verringerung des Stärkegehalts durch die starke Zunahme der Enzymaktivitäten während der Keimung, die damit einhergehende Erhöhung des reduzierenden Zuckergehalts und die daraus resultierende Verringerung der Heißviskosität der Suspensionen von gekeimten Getreide zurückgeführt. Darüber hinaus verstärkte die erhöhte Konzentration der reduzierenden Zucker und der Aminosäuren die Bildung von Farb‐ und Aromastoffen als Teil der Maillard‐Reaktion und lieferte süßere Produkte ohne die Notwendigkeit des Zusatzes von weiterem Zucker. Ein Sensorik‐Panel bestätigte diese Ergebnisse und bevorzugte ebenfalls die Extrudate auf der Basis von gekeimten Getreide. Des Weiteren weisen die neu hergestellten Extrudate einen höheren Nährwert auf, da sie auf der Basis von Vollkornmehl hergestellt sind und einen höheren Vitamingehalt besitzen. Die ernährungsphysiologische Verbesserung des gekeimten Getreides im Vergleich zu nativem Getreide wurde durch die Erhöhung des Vitamin‐C‐Gehalts bewiesen. Auch nach dem Hochtemperatur‐ Kurzzeit‐Extrusionsprozess blieb der Vitamin‐C‐Gehalt weitgehend erhalten. Mit Hilfe einer neuen Methode, die ebenfalls in dieser Forschungsarbeit entwickelt wurde, konnte die Veränderung im mittleren gewichteten Molekulargewicht der aus gekeimten Getreide isolierten Stärkemoleküle gezeigt werden. Durch den Keimungsprozess nimmt das mittlere gewichtete Molekulargewicht der Stärke ab. Die Ergebnisse zeigten einen Abbau des Amylopektins in kleinere Moleküle. Dieser Abbau ging mit signifikanten Veränderungen der thermischen und rheologischen Eigenschaften des gekeimten Getreidemehls einher, was von großer Bedeutung für zukünftige Produktanwendungen ist. Darüber hinaus zeigte diese Arbeit signifikante Unterschiede im Keimungsverhalten von Hafer und Weizen auf. Es wurde festgestellt, dass Weizen im Vergleich zu Hafer eine höhere Enzymaktivität und damit eine höhere Abbaurate der Polysaccharide aufweist. Zusammenfassend stellt die vorliegende Arbeit eine vielversprechende neue Methode zur Bewertung des Keimungsfortschritts vor und diskutiert die Anwendung von gekeimten Getreide in direkt expandierten Frühstückszerealien.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/12667
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-11471
Exam Date: 22-Feb-2021
Issue Date: 2021
Date Available: 23-Mar-2021
DDC Class: 664 Lebensmitteltechnologie
Subject(s): sprouting
extrusion
degree of sprouting
oat
wheat
Keimung
Extrusion
Keimungsgrad
Hafer
Weizen
License: http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in Collections:FG Lebensmittelverfahrenstechnik » Publications

Files in This Item:
krapf_julia.pdf
Format: Adobe PDF | Size: 6.16 MB
DownloadShow Preview
Thumbnail

Item Export Bar

Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.