Backen

Das Backen ist ein trockenes thermisches Garverfahren, bei dem Wärme durch Strahlung, Konvektion und Wärmeleitung auf das Lebensmittel übertragen wird. Gleichzeitig verdampft Wasser, Proteine denaturieren, Stärke verkleistert und in den zunehmend wasserarmen Oberflächenbereichen laufen Bräunungsreaktionen ab. Die Auswirkungen auf die Nährstoffqualität hängen wesentlich von der Lebensmittelmatrix, der Rezeptur, der Temperatur im Lebensmittel, der Backdauer, dem Wassergehalt, dem pH-Wert und der Sauerstoffexposition ab [2, 3].

Die direkte wissenschaftliche Evidenz ist für Brot, Feingebäck und andere getreidebasierte Backwaren wesentlich umfangreicher als für gebackenes Gemüse, Fleisch oder Fisch. Ergebnisse aus einzelnen Brot- oder Gebäckstudien lassen sich deshalb nicht uneingeschränkt auf sämtliche gebackenen Lebensmittel übertragen.

Bei der Beurteilung von Nährstoffveränderungen muss zudem zwischen der Konzentration eines Nährstoffs pro 100 g Lebensmittel und seiner wahren Retention (tatsächlich erhaltene Nährstoffmenge) unterschieden werden. Durch Wasserverlust kann der gemessene Nährstoffgehalt pro 100 g nach dem Backen steigen, obwohl die absolute Nährstoffmenge unverändert geblieben oder vermindert worden ist. Die wahre Retention berücksichtigt deshalb sowohl die Nährstoffkonzentration als auch die Gewichtsveränderung des Lebensmittels [1].

Temperatur- und Feuchteverteilung

Die eingestellte Ofentemperatur entspricht nicht der Temperatur im gesamten Lebensmittel. Solange in der Krume bzw. im Inneren ausreichend Wasser vorhanden ist, bleibt die Temperatur dort ungefähr im Bereich des Siedepunkts von Wasser. Die zunehmend austrocknende Oberfläche kann dagegen deutlich höhere Temperaturen erreichen [2, 3].

Intensive Maillard-Reaktionen (nichtenzymatische Bräunungsreaktionen), stärkere Aminosäuremodifikationen (chemische Veränderungen von Eiweißbausteinen) und die Bildung von Acrylamid (unerwünschter hitzebedingter Reaktionsstoff) konzentrieren sich deshalb vor allem auf trockene und stark gebräunte Randbereiche. In der feuchteren Krume laufen diese Reaktionen wesentlich langsamer ab [2, 12, 13].

Einfluss auf Vitamine

Die Retention von Vitaminen wird durch ihre jeweilige thermische und oxidative Stabilität, die Temperatur im Lebensmittel, die Expositionsdauer, den Wassergehalt und den pH-Wert bestimmt. Bei fermentierten Backwaren muss zusätzlich zwischen Veränderungen während der Teigführung und Veränderungen während des eigentlichen Backvorgangs unterschieden werden [3-6].

• Thiamin (Vitamin B1) – gehört zu den hitzeempfindlicheren Vitaminen in Getreideprodukten. Bei der Brotherstellung treten relevante Verluste auf. Ihr Ausmaß hängt unter anderem vom Mehltyp, vom pH-Wert, von der Fermentationsdauer und von der thermischen Belastung ab. In einer kontrollierten Untersuchung war die Retention in Vollkornbrot höher als in Weißbrot; eine längere Hefegärung konnte einen Teil der Verluste kompensieren [4, 5].
• Riboflavin (Vitamin B2) – ist gegenüber Wärme vergleichsweise stabil. Hefen können während der Fermentation Riboflavin bilden, sodass der Gehalt vor dem Backen ansteigen kann. Ein nach der Brotherstellung unveränderter oder erhöhter Riboflavingehalt ist daher nicht als Bildung durch das Backen selbst zu interpretieren [4, 5].
• Vitamin B6 – einzelne Vitamin-B6-Verbindungen können während der Teigbereitung und des Backens vermindert werden. Die Verluste sind vom Mehltyp und vom Herstellungsverfahren abhängig und dürfen nicht pauschal auf alle Backwaren übertragen werden [4, 5].
• Folat (Vitamin B9) – natürliche Folate und zugesetzte Folsäure können während des Backens abgebaut werden. Gleichzeitig können Hefen während der Fermentation Folate synthetisieren. Der Folatgehalt des fertigen Brotes ergibt sich daher aus dem Verhältnis zwischen mikrobieller Bildung während der Teigführung und thermischem Abbau während des Backens [4, 6].
• Vitamin C – ist gegenüber Wärme und Oxidation empfindlich. Bei klassischen Getreidebackwaren ist der natürliche Ausgangsgehalt meist gering. Bei Vitamin-C-haltigen pflanzlichen Lebensmitteln können während des Backens thermische und oxidative Verluste auftreten. Da kein Garwasser abgegossen wird, entfallen die bei Kochverfahren möglichen Auslaugungsverluste. Die direkte Evidenz speziell zum Backen ist jedoch begrenzter als für andere Garverfahren; die Retention bleibt lebensmittel- und verfahrensabhängig [7].

Allgemeingültige Prozentangaben zu Vitaminverlusten beim Backen sind nicht wissenschaftlich begründbar. Ergebnisse hängen von der Vitaminform, der Rezeptur, der Lebensmittelmatrix und der tatsächlich im Lebensmittel erreichten Temperatur ab [3-7].

Mineralstoffe und Spurenelemente

Mineralstoffe und Spurenelemente werden durch übliche Backtemperaturen nicht thermisch abgebaut. Da bei trockenen Backverfahren in der Regel kein Garwasser verworfen wird, sind Auslaugungsverluste gering [7]. Veränderungen des Gehalts pro 100 g beruhen häufig auf Wasser- und Gewichtsveränderungen und müssen anhand der wahren Retention bewertet werden [1].

In Brot können Backtemperatur, Backdauer und Dampfeinsatz den Wassergehalt, die Mineralstoffkonzentration und den Oxalatgehalt beeinflussen. Eine einzelne Kombination aus Temperatur und Backdauer, die gleichzeitig die Retention sämtlicher Mineralstoffe und die Proteinverdaulichkeit optimiert, konnte nicht bestimmt werden [8].

Die potenzielle Mineralstoffverfügbarkeit wird bei fermentierten Backwaren wesentlich durch den Phytatgehalt (Gehalt an mineralstoffbindenden Pflanzenstoffen) beeinflusst. Der Abbau von Phytat erfolgt vor allem während der Fermentation mit Hefe oder Sauerteig durch Ansäuerung und Phytaseaktivität (Aktivität phytatabbauender Enzyme) und nicht primär durch das Backen selbst [10].

Eine systematische Übersichtsarbeit zu Humanstudien zeigte, dass eine starke Phytatreduktion die akute Bioverfügbarkeit (für den Körper nutzbaren Anteil) von Nicht-Hämeisen (vorwiegend pflanzlichem Eisen) erhöhen kann. Eine konsistente Verbesserung des langfristigen Eisenstatus (Versorgungslage mit Eisen) wurde jedoch nicht nachgewiesen. Aussagen, Sauerteigbrot verbessere grundsätzlich die Eisenversorgung, sind daher nicht ausreichend belegt [10].

Einfluss auf Proteine und Aminosäuren

Proteine denaturieren während des Backens und bilden neue intra- und intermolekulare Bindungen. Diese Strukturveränderungen sind für die Ausbildung von Krume und Textur wesentlich. Eine Denaturierung ist nicht mit einem quantitativen Proteinverlust gleichzusetzen [3, 8, 9].

Die Proteinverdaulichkeit wird durch die Wechselwirkungen zwischen Proteinen, Stärke, Lipiden und weiteren Bestandteilen der Lebensmittelmatrix beeinflusst. In Untersuchungen an Weizenbrot veränderten Backtemperatur und Backdauer die Proteinverdaulichkeit in vitro (im Labor). Die Ergebnisse erlauben keine einfache Aussage, dass eine höhere oder niedrigere Backtemperatur grundsätzlich günstiger sei [8].

Für Glutenproteine (Klebereiweiße) wurde gezeigt, dass das Backen ihre enzymatische Verdaulichkeit vermindern kann. Die gleichzeitige Verdauung der umgebenden Stärke verbesserte jedoch die Zugänglichkeit der Proteine. Dies verdeutlicht, dass isolierte Proteinuntersuchungen die tatsächliche Verdauung innerhalb der Lebensmittelmatrix nur eingeschränkt abbilden [9].

Bei intensiven Maillard-Reaktionen können reduzierende Zucker mit freien Aminogruppen reagieren. Ernährungsphysiologisch besonders relevant ist die ε-Aminogruppe von Lysin (lebensnotwendiger Eiweißbaustein). Dadurch kann ein Teil des analytisch noch nachweisbaren Lysins für Verdauung und Absorption nicht mehr vollständig verfügbar sein. Dieser Effekt betrifft insbesondere trockene und stark gebräunte Backwaren bzw. Oberflächenbereiche [11, 12].

Einfluss auf Kohlenhydrate und Ballaststoffe

Stärke nimmt während des Backens in Gegenwart von Wasser Wärme auf und verkleistert. Die Stärkekörner quellen, ihre geordnete Struktur wird teilweise aufgehoben und die Stärke wird für Verdauungsenzyme grundsätzlich besser zugänglich [3].

Während der Abkühlung und Lagerung können sich Anteile von Amylose und Amylopektin (Bestandteile der Stärke) erneut anordnen. Diese Retrogradation (Rückordnung verkleisterter Stärke) trägt zur Verfestigung und Alterung von Brot bei und kann die Bildung resistenter Stärke (im Dünndarm nicht verdaulicher Stärke) begünstigen. Das Ausmaß hängt von Stärkeart, Wassergehalt, Backprozess, Abkühlung und Lagerbedingungen ab [3].

Ballaststoffe werden durch übliche Backbedingungen nicht vollständig abgebaut. Ihre Löslichkeit, Molekülgröße und Wasserbindungsfähigkeit können sich jedoch verändern. Daraus können Änderungen der technologischen Eigenschaften und der fermentativen Verfügbarkeit entstehen, ohne dass zwingend ein entsprechender quantitativer Ballaststoffverlust vorliegt [3].

Einfluss auf Lipide

Die absolute Fettmenge bleibt beim Backen weitgehend erhalten, sofern kein Fett austritt und verworfen wird. Ungesättigte Fettsäuren können jedoch oxidiert werden. Die Lipidoxidation (Oxidation von Fetten) kann bereits während der Teigbereitung einsetzen und sich während des Backens fortsetzen [11].

Das Ausmaß hängt insbesondere von der Fettsäurezusammensetzung, der Qualität und Menge der eingesetzten Fette, der Rezeptur, der Sauerstoffexposition und dem Gehalt natürlicher oder zugesetzter Antioxidantien (oxidationshemmender Stoffe) ab [11].

Maillard-Reaktion und Bräunung

Die Maillard-Reaktion umfasst eine komplexe Folge nichtenzymatischer Reaktionen zwischen reduzierenden Zuckern und Aminogruppen von Aminosäuren, Peptiden oder Proteinen. Sie ist wesentlich für die charakteristische Farbe, das Aroma und den Geschmack gebackener Lebensmittel [2, 12].

Die Reaktion wird durch höhere Temperaturen, längere Expositionszeiten, eine sinkende Wasseraktivität, einen höheren pH-Wert sowie hohe Konzentrationen reduzierender Zucker und reaktiver Aminoverbindungen gefördert. Die Bräunung ist daher an der trockenen Oberfläche wesentlich ausgeprägter als im feuchten Inneren des Lebensmittels [2, 12].

Eine moderate Bräunung ist technologisch und sensorisch erwünscht. Eine intensive Reaktion kann jedoch die Verfügbarkeit von Lysin vermindern und die Bildung unerwünschter thermischer Reaktionsprodukte fördern. Eine Zunahme der chemisch gemessenen antioxidativen Kapazität durch bestimmte Maillard-Reaktionsprodukte darf nicht unmittelbar als gesundheitlicher Vorteil interpretiert werden [12].

Acrylamid

Acrylamid entsteht in stärkehaltigen pflanzlichen Lebensmitteln überwiegend aus freiem Asparagin (Eiweißbaustein) und reduzierenden Zuckern im Rahmen der Maillard-Reaktion. Die Bildung wird durch Temperaturen oberhalb von etwa 120 °C, niedrige Wasseraktivität und zunehmende Bräunung begünstigt [12, 13].

Höhere Konzentrationen können insbesondere in stark gebräunten und trockenen Produkten wie Keksen, Knäckebrot, Brotkrusten und bestimmten Kartoffelbackwaren auftreten. Die Produktfarbe kann als praktischer Hinweis auf eine zunehmende thermische Belastung dienen, erlaubt jedoch keine exakte Vorhersage des Acrylamidgehalts [13].

Die Acrylamidbildung kann durch geeignete Rohstoffe, ausreichende Fermentation, Anpassung des pH-Werts und des Wassergehalts sowie durch die Vermeidung unnötig hoher Temperaturen, überlanger Backzeiten und übermäßiger Bräunung vermindert werden [12, 13].

Einfluss von Temperatur und Backdauer

Die Nährstoffveränderungen werden durch das Zusammenwirken von Temperatur, Zeit und Wassergehalt bestimmt. Eine höhere Temperatur bei kürzerer Backdauer ist nicht grundsätzlich nährstoffschonender als eine niedrigere Temperatur bei längerer Backdauer. Unterschiedliche Vitamine, Proteine und Reaktionsprodukte reagieren auf diese Kombinationen verschieden [5, 6, 8, 12, 13].

Auch Größe und Form des Lebensmittels sind relevant. Dünne Kekse oder Cracker erwärmen sich schneller, verlieren mehr Wasser und weisen einen größeren Anteil stark erhitzter Oberfläche auf als große Brotlaibe. Ergebnisse einzelner Backwaren sind deshalb nicht ohne Weiteres auf Produkte mit anderer Geometrie und Feuchteverteilung übertragbar [2, 3].

Maßnahmen zur Verbesserung der Nährstoffqualität

• Übermäßige Bräunung vermeiden – insbesondere bei Keksen, Knäckebrot, Brotkrusten und Kartoffelbackwaren [12, 13].
• Unnötig lange Backzeiten vermeiden – das Produkt nur bis zum erforderlichen Gar- und Bräunungsgrad backen [5, 6, 8, 12].
• Temperatur und Zeit produktspezifisch wählen – eine universell optimale Kombination existiert nicht [5, 8].
• Fermentation ausreichend führen – sie kann vor dem Backen zur Bildung einzelner Vitamine der B-Gruppe und zum Abbau von Phytat beitragen; eine Verbesserung des langfristigen Eisenstatus ist dadurch jedoch nicht gesichert [5, 6, 10].
• Mikronährstoffreiche Ausgangszutaten verwenden – Vollkornmehle enthalten vor der Verarbeitung mehr Vitamine der B-Gruppe, Mineralstoffe und Ballaststoffe als stark ausgemahlene Mehle [3, 4].
• Stark oxidationsanfällige Fette schützen – die Auswahl geeigneter Fette, die Begrenzung der Sauerstoffexposition und der Einsatz antioxidativ wirksamer Zutaten können die Lipidoxidation vermindern [11].

Fazit

Backen führt nicht generell zu einem umfassenden Verlust von Makro- und Mikronährstoffen. Mineralstoffe bleiben chemisch erhalten, während hitzeempfindliche Vitamine wie Thiamin und Folat abhängig von Lebensmittelmatrix und Prozessführung teilweise abgebaut werden können. Gleichzeitig können Fermentationsprozesse vor dem Backen einzelne Vitamine der B-Gruppe bilden und Phytat vermindern [3-6, 10].

Proteine, Stärke und Ballaststoffe werden vor allem strukturell verändert. Diese Veränderungen können die Verdaulichkeit und Biozugänglichkeit (Freisetzung aus dem Lebensmittel) erhöhen oder vermindern. Wasserverlust kann die gemessene Konzentration pro 100 g erhöhen, ohne dass die absolute Nährstoffmenge zunimmt [1, 3, 8, 9].

Die stärksten Maillard-Reaktionen, Einschränkungen der Lysinverfügbarkeit und die Bildung von Acrylamid treten in trockenen und stark erhitzten Oberflächenbereichen auf [2, 12, 13]. Die Lipidoxidation wird dagegen vor allem durch die Fettzusammensetzung, die Rezeptur, die Anwesenheit von Antioxidantien, den Sauerstoffkontakt und die Prozessführung bestimmt [11]. Entscheidend für eine hohe Nährstoffqualität sind deshalb mikronährstoffreiche Ausgangszutaten, eine produktspezifische Kombination aus Temperatur und Backdauer sowie die Vermeidung übermäßiger Bräunung.

Literatur

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