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Als Frischbackwaren bezeichnet man Brot und Kleingebäcke verschiedener Formgebung mit einem Wassergehalt über 20%, die fermentativ gelockert sind, also mit Hefe oder Sauerteig und zum alsbaldigen Verzehr vorgesehen sind. Frischbackwaren werden in Backbetrieben i. d. R für einen kurz in der Zukunft liegenden Verzehrszeitpunkt hergestellt und nach Bedarf abverkauft. Frischbackwaren unterliegen einen Alterungsprozess, d. h. mit zunehmender Lagerdauer verliert sich der Frischezustand bis zu einem Zeitpukt des Komplettverlustes der Frische. Ab diesem Zeitpunkt spricht man von altbackenen Backwaren. Der Begriff Frischbackware oder Hefegebäck steht für mehrere aufeinander folgende Prozessschritte bei der Herstellung, deren Ziel es ist, unter Zuhilfenahme von mechanischer und thermischer Energieeinbringung, die eingesetzten Rohstoffe (Hauptbestandteile Mehl/Wasser) in verzehrsfähige Gebäcke umzuwandeln. Konventionell gründen sich das bäckermäßige Herstellungsverfahren von Brot und Kleingebäck wesentlich auf die Notwendigkeit der Aufeinanderfolge bestimmter prozessbedingter Verfahrensschritte, bei denen ein vorangestellter Prozessschritt den darauffolgenden Schritt bedingt. Diese entsprechend notwendige Abfolge der Herstellungsschritte ist: Teigbereitung/Teigruhezeit/Teigportionierung/Teiglingsformung/Gärprozess/Backprozess
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Erläuterung der Verfahrensschritte:
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Für die Teigbereitung und Teigaufarbeitung existieren eine Vielzahl verschiedener Maschinen und Geräte, die an dieser Stelle der Vielfalt halber nicht dargestellt werden können. Allen gemeinsam ist jedoch, dass ein plastisch verformbarer Teig bereitet wird. Die auf die Teigbereitung folgenden Arbeitsschritte bis zum Backen dienen dann der Erzielung der Formgebung und der Lockerung des Teigstücks. Die Lockerung, optisch erkennbar an der Volumenzunahme und Porenbildung im Innern, dient der Auflockerung des Teigstücks, d. h. der Bildung einer porösen Teigstruktur, wodurch die Durchwärmung des Teiginnern überhaupt erst ermöglicht wird. Eine Porung ist mit zunehmender Materialstärke der Gebäcke erforderlich, weil der Wiederstand des Wärmestromes gegenüber der Wärmeleitung mit steigender Materialstärke grösser wird und sich damit der Wärmedurchgang verschlechtert. Aus diesem Grunde ist die Lockerung zur Wärmeleitung im Teigstück unabdingbar bzw. gewährleistet diese überhaupt erst den Wärmedurchgang. Die Lockerung von Hefebackwaren entsteht dadurch, dass Mikroorganismen, im wesentlichen Hefen im Teig Gas bilden (vorwiegend CO2) und durch die fortlaufende Gasbildung der Gasdruck in den einzelnen Poren ansteigt und es allmählich zu einer Gasausdehnung im Gebäck kommt wodurch das Volumen expandiert.
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Backen
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Das Backen ist ein Durchwärmungsprozeß bei dem Wärme auf die Teigmasse übertragen wird, wobei unter zunehmender Verfestigung der Struktur zunächst weiter gelockert, gegart und später an der Oberfläche gebräunt wird. Während des Backprozesses entstehen nebeneinander die beiden Hauptbestandteile der Backware, die Krume und die Kruste. Am Ende dieser Prozessstufe Backen fällt als Endprodukt das fertige Gebäck an. Das Backen unterscheidet Backwaren von anderen aus Teig hergestellten Erzeugnissen wie Teigwaren (Nudeln), die bei der Herstellung erhitzt und/oder getrocknet und in kochender Flüssigkeit weich gegart werden. Beim Backen wird von einer Wärmequelle mit hohem Energiepotenzial ausgehend Energie in Form von Wärme auf die Teigmasse mit deutlich geringer Temperatur übertragen. Zum Backen werden gewöhnlich Backöfen verwendet, in denen durch verschiedene Wärmeübertragungsarten Energie auf die Teigstücke übertragen wird. In diesem konventionellen Backverfahren im Backofen ruht das Teigstück mit der Unterseite auf einer Wärme abgebenden Fläche, in der Regel einer Metall- oder Steinplatte. Ein Teil der gesamt erforderlichen Wärme wird von dieser Fläche direkt durch Wärmeleitung an das Backgut abgegeben (Boden oder Deckel), ein anderer Teil über die Backumluft-Atmosphäre als Wärmestrahlung und Konvektion übertragen.
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Wärmeübertragung
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Man spricht von Wärmeübertragung, wenn zwischen einzelnen Körpern mit Temperaturunterschied Wärme übertragen wird. Die Wärmeübertragung erfolgt immer ausgehend vom höheren Energieniveau auf das niedrigere, und zwar mittels Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder Wärmekonvektion. Ein Maß für die Wärmeübertragung in einem bestimmten Stoff ist die Wärmeleitfähigkeit. Zur quantitativen Beschreibung von Wärmeübertragungsvorgängen wird als physikalische Größe die Wärmestromdichte benutzt. Die Wärmestromdichte ist definiert als die zeitliche Änderung der thermischen Energie, bezogen auf einen bestimmten Querschnitt. Man kann daher auch analog vom Wärmestrom pro Fläche sprechen. Der Wärmestrom beschreibt die übertragene Wärmemenge je Übertragungsfläche und Zeiteinheit. Die SI-Einheit der Wärmestromdichte ist das W/m2 (Watt/Quadratmeter). Die Wärmeleitung (Kontaktwärme bei direkter Berührung mit den Backelementen) ist der intensivste Wärmeaustausch, wobei die Wärmestromdichte etwa 2–3 mal größer ist als bei Wärmeübertragung durch Konvektion bzw. Strahlung.
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Die durchschnittlichen Herstellungszeiten für Backwaren in traditioneller Herstellungsweise sind etwa für
| Brot: | 180 min. |
| Kleingebäck: | 120 min. |
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Die Neuerung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Frischbackwaren beliebiger Formgebung mittels Backeisen anstatt Backöfen. Das Backverfahren ermöglicht die Herstellung von Frischbackwaren binnen kurzer Zeit, beispielsweise nach 10 min. Bei diesem Backverfahren wird das Gebäckstück rundherum im umschlossenen Raum der Backplatte mit Kontaktwärme gebacken. Das bedeutet: Die Wärmeübertragung auf das Gebäck erfolgt durch Wärmeleitung über die Flächen der Backeisen, also durch den Kontakt mit dem Backwerkzeug. Üblicherweise hat beim herkömmlichen Ofenbackprozess nur ein Teil des Gebäckes, nämlich der Boden, direkte Berührung, also Kontakt mit der Herdfläche. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Kontaktwärmeübertragung (Wärmeleitung), also die direkte Berührung des Teiges mit den wärmeübertragenden Flächen die intensivste Form der Wärmeübertragung mit dem höchsten Wirkungsgrad an Energieübertragung einer potentiell vorgegebenen Wärmemenge ist, dadurch eine höhere Wärmestromdichte und bessere Wärmeübertragung erzielt wird, wodurch die Gebäcke im Backeisen bei niedriger Temperatur schneller gebacken werden können als im Backofen. Dieses Verfahren, backen mit Kontaktwärme ist allgemein von der Waffelherstellungen bekannt und basiert auf der Technologie, dass zwischen zwei erhitzen Platten mit Vertiefungen (Matrizen) flüssiger Teig eingebracht und gebacken wird. Das hier vorgestellte Backverfahren ist also eine Modifizierung des bestehenden Backverfahrens zur Waffelherstellung. Ein Waffeleisen ist zweiteilig, besteht aus 2 identische geformte Backplatten, Ober- und Untereisen, beide aus Metall oder Legierungen, die entsprechend dem Produktvolumen verschieden dick gestaltet sein können. Die Außenseite der Backplatten ist glatt, die Innenseite beider identischen Backplatten ist die Backkammer und trägt die Profilmustervertiefungen der gewünschten Waffelform. Die Backkammer, also die verschlossene Innenseite beider Backplatten, ist ein von außen beheizter geschlossener Raum entsprechend dem Backraum beim Backofen. Die Beheizung der Backeisen erfolgt über die äußere Oberfläche mittels Gasflammen oder elektrisch. Waffeleisen werden auch als Backeisen, Backzangen und Backplatten bezeichnet. Im weiteren soll für die Frischbackwarenherstellung, um Verwechselungen zu vermeiden, der Begriff Backeisen verwendet werden. Der Unterschied zwischen Waffelbacken und dem Backen von Kleingebäck liegt in der Schichtdicke der Produkte. Waffeln rechnet man zu den Flachgebäcken ohne wesentliches Volumen, während Frischbackwaren den Volumengebäcken zugeordnet werden und eine deutlich höhere Schichtdiche von mehreren cm haben. Bisher werden in Waffeleisen ausschließlich nicht hefegelockerte Flachgebäcke dünner Schichtdiche gebacken. Zum Waffelherstellen wird auf die untere Backplatte Masse aufgetragen, die vorgeheizten Backplatten zusammengeführt und verschlossen, so dass in dem hermetisch geschlossener Raum der Backprozess beginnt. Dieser Backraum ist gleichzeitig Formgebungsraum und Beheizungsmedium. Bei diesem Verfahren, wird der Teig im Gegensatz zum konventionellen Backwarenherstellung in flüssiger Form verarbeitet, d. h. der Teig ist flüssig und pumpbar bzw. giessbar, was überhaupt die Voraussetzung für diese Art der Teigverarbeitung ist. Nach Beendigung des Backvorganges werden zur Entnahme des fertigen Gebäcks Ober- und Unterteil voneinander getrennt, also die Backkammern geöffnet und das Produkt entnommen. Entgegen dem klassischen Waffeleisen sind die beiden Backplatten zur Frischbackwarenherstellung nicht identisch (Ausnahme: Bei beidseitig gleichem Aussehen des Produktes, z. B. Brotscheiben). Das untere Eisen hat Vertiefungen in Form, Größe und Gestaltungsgebung des späteren Produktes und beinhaltet das gesamte Volumen des späteren fertigen Gebäckstücks. Die obere Backplatte hat keine Vertiefungen, ist glatt, dient als Deckel zum Verschließen des unteren Eisens und bildet die Bodenbackfläche. Man hat sich ein auf dem Kopf liegendes Gebäckstück, z. B. Brötchen vorzustellen. Das Gebäckstück wird im unteren Eisen kopfüber gebacken, entsprechend der Gestaltungsform des späteren Gebäcks. Das untere Backeisen enthält also das gesamte Volumen des Gebäckstücks. Das obere Eisen ist der Gebäckboden.
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Die zur Gebäckerzeugung notwendigen Verfahrensstufen sind: Flüssigteigherstellung, Flüssigteigdosierung, Backen.
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Analog dem Waffelbackverfahren wird eine definierte Flüssigteigmenge in die vorgewärmten Formvertiefungen (Matrizen) der Backeisen dosiert. Das Oberteil wird auf das Unterteil aufgesetzt und damit das befüllte untere Backeisen verschlossen, womit der Backprozess beginnt. Im Backverlauf verfestigt sich durch Wärmeeinfluss der Backeisen der Teig, wobei die Formgebung des späteren Gebäcks erzielt wird. Nach Beendigung der Backzeit wird das Oberteil gehoben und das fertige Gebäck aus dem unteren Backeisen entnommen.
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Der begrenzte vorgegebene Backraum bewirkt eine definierte Volumenvergrößerung des Teiges und damit uniforme Gebäcke von immer gleicher Ausformung und Beschaffenheit. Im Backverlauf wird die äußere Schicht, die direkt am Backwerkzeug anliegt, schnell fest, während die innere Schicht noch weich ist. Diese äußere feste Schicht wird Kruste genannt. Als Krume bezeichnet man den inneren Teil der Backware zwischen den Krustenschichten. Die Krume erscheint als von Poren durchsetzte Textur, die während des Lockerungsprozess ausgebildet wird. Durch diese Art der Wärmeübertragung wird schneller mehr Wärmeenergie übertragen als im herkömmlichen Backofen. Dadurch verkürzt sich die Herstellungszeit um bis zu 80% und die Backzeit bis zu 40% und es kann zudem mit deutlich niedriger Temperatur gebacken werden. Dadurch ist die Aufrechterhaltung des Temperaturgradienten niedriger, was den Energieverbrauch zusätzlich verringert. Die üblichen Backtemperaturen für fermentierte Backwaren im konventionellen Backofen liegen etwa zwischen 200°C und 250°C. Da hingegen wird im Backeisen mit Temperaturen zwischen 160–180°C gebacken. Da bei diesem Verfahren die Volumenvergrösserung bei Hefeteigen durch den sog. Gärprozess entfällt, weil die Formgebung durch die im Backeisen vorhandene Formvertiefungen erfolgt, ist es möglich die Herstellungszeit nach der Teigbereitung von Beginn der Befüllung des Waffeleisens bis zum Austragen des fertigen Gebäckes aus der Form bis auf 15 min. zu reduzieren.
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Insbesondere die industrielle Nutzung dieses Verfahrens bringt erhebliche ökonomische Vorteile, da die Backleistung (kg/Std.) pro Qudratmeter deutlich höher ist als bei Backöfen und bei niedrigerer Temperatur gebacken wird. Zudem entfallen Aufarbeitungs-, Behandlungs- und Arbeitsvorgänge des Teiges, im Einzelnen Teigentspannung, Formgebung, Herrichten, Aufsetzen, sowie alle Dekorationsvorgänge, wie schneiden, stippen etc. und die Volumenzunahme beim Gärprozess und damit einhergehend bei industrieller Anwendung die entsprechenden Maschinen und Gerätschaften, sowie der Platzbedarf für diese Gerätschaften. Dieses veränderte Herstellungs- und Backverfahren von Frischbackwaren im Backeisenverfahren ist demzufolge effizienter und ökonomischer, weil sich neben der Verkürzung der Backzeit und Verringerung an Backenergie (durch niedrigere Backtemperaturen) auch die Anzahl an Prozessschritten reduziert und damit die notwendige Prozessenergie im gesamten Herstellungsprozess verringert wird. Dieses alternative Herstellungverfahren für Frischbackwaren lässt sich in Haushalts-, Handwerks- und Industriebäckerei nutzen, und zwar in Form von:
- – Kleinmodulen für den Haushalt und anderen Zubereitungsstätten mit geringen Stückzahlen
- – Halbautomaten für handwerkliche Nutzung in Bäckereien, Gastronomie und Ladenbäckereien
- – Industrieanlagen für großtechnische Backwarenherstellung
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Der bedeutenste Unterschied der Herstellung von Frischbackwaren im Backeisen mit Flüssigteig zu der klassischen Ofenbackweise mit festem modellierbaren Teig ist, dass bei dem Backverfahren im Backeisen zahlreiche Verarbeitungsschritte entfallen, insbesondere zeitraubende Teigruhephasen, wodurch eine kontinuierliche Aufarbeitung ohne Sollunterbrechungsphasen und Formungsprozesse des Teigstücks ermöglicht wird. Zudem ist der Energiebedarf geringer, da mit niedrigerer Temperatur und kürzeren Backzeiten gearbeitet wird. Infolge des geringeren Energiebedarfs und weniger Prozessschritten verringert sich damit die notwendige Prozessenergie im gesamten Herstellungsprozess. Deswegen ist dieses Backverfahren von Frischbackwaren im Backeisen demzufolge effizienter und ökonomischer als das bisher angewendete klassische Ofenherstellungsverfahren.
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Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren umfasst 3 wesentliche Veränderungen gegenüber der herkömmlichen Backwarenherstellung.
- 1. Formgebung und Stückgärung entfällt (beim herkömmlichen Verfahren muss das geformte Teigstück vor dem Backprozess üblicherweise noch an Volumen zunehmen)
- 2. Formgebung der Teigstücke wird nicht durch einen Modellierungsprozess herbei geführt, sonder durch die Formgebung des Backeisens
- 3. Wärmeübertragung durch Kontaktwärmeübertragung reduziert den Wärmeverlust und erhöht die Effizienz der Wärmeübertragung
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Daraus ergeben sich:
- – Einsparung von Herstellungsschritten/schnelle Zubereitung von Frischbackwaren
- – Energieeinsparung im Aufarbeitungsprozess (Modellierungs-, Form- und Gärungsprozess entfallen)
- – Energieeinsparung im Backprozess.
- – Verbesserung der Produktqualität und Ökonomie
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Die aus diesem Backverfahren erwachsenen allgemeinen Vorteile sind (auch auf industrielle Herstellung bezogen):
- – Schnelle Teigbereitung, Knetzeiten können kürzer sein, weil die Teige weicher sind
- – höhere Teigausbeuten als bei herkömmlichen Teigen
- – Ofenfrische Backwaren nach 15 Minuten
- – Teigruhezeiten und Zwischengarzeiten entfallen
- – Zeiteinsparung weil weniger Prozeßschritte
- – kürzere Backzeiten
- – Energieeinsparung um 50%
- – geringere Backfläche bei gleicher Stundenleistung
- – Zeit-, Platz- und Energieersparnis
- – Backergebnisse sind nicht länger von Bäckerkenntnissen und Insiderwissen abhängig
- – Menschliches Versagen minimiert sich
- – Ofenleerstandzeiten durch Gärverzögerungen entfallen
- – Formgebung der Gebäcke ist immer identisch (keine Grössenunterschiede und abweichende Form)
- – Volumenvergrößerungen (Ofengare) beim Gären von Teiglingen muss nicht beurteilt werden
- – Übermäßiges Auseinander-fließen nicht aufgehen wird ausgeschlossen.
- – Ausschuss beim Backen wird minimiert
- – keine Qualitätstolleranzen
- – Personalaufwand geringer
- – Geringere Investitionskosten für Anlagen
- – Geringerer Platzbedarf für Anlagen
- – Reduzierung von Maschinenanfälligkeit und Wartung
- – Energie wird nur verbraucht wenn gebacken wird. Es gibt keinen Ofenleerstand mehr.
- – Die Backwaren sind ofenfrische Backwaren. Aufbackbackwaren erfüllen diese Kriterien nicht.
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Es kann zu jeder beliebigen Zeit ofenfrische Backware binnen kurzer Zeit hergestellt werden. Eine langfristige Produktplanung von mehreren Stunden, wie im konventionellen Backwarenherstellungsprozess entfällt damit. Das Verfahren reduziert die Kosten der Backwarenherstellung erheblich (bis zu 50%). Die Gesetzgebung schreibt keinen definierten Wassergehalt von Gebäcken vor. In der traditionellen Brot und- Kleingebäckherstellung ist der Wassergehalt aufgrund der Teigfestigkeit limitiert, weil weicher Teig nicht verarbeitungsfähig ist. Bei dem neuen Backverfahren mittels Backeisen kann der Wassergehalt im Fertigprodukt höher gehalten werden, weil mit Flüssigteig gearbeitet wird und die Formgebung in Modulen erfolgt, was zu einer höheren Ausbeute führt. Es sind Waffeleisen bekannt zum Backen von Schaum- und Flachwaffeln, deren Schichtdicke jedoch nur wenige mm beträgt, in der Regel 10 mm nicht überschreitet. Beim neuen Verfahren hingegen betragen die Schichtdicken von Kleingebäcken mehrere cm. Gebäcke in Form von Brötchen oder anderen Kleingebäcke oder Brotscheiben welche im Backeisenverfahren in umfangreichen Sortiments herstellt werden, sind bisher nicht bekannt. Es existiert bis heute keine ökonomisch oder technisch verwertbare Lösung zur Herstellung von diversen Frischbackwaren mittels des Backeisenbackverfahrens. Die Erfindung hat deswegen zum Gegenstand ein solches Verfahren für sich zu beanspruchen. Die schonende Nutzung der Ressourcen von Energie und Rohstoffen und damit ein verantwortungsvoller Umgang mit der Umwelt wird durch die vorliegende Erfindung ermöglicht.
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Die Verbesserung und der Nutzen durch die Erfindung besteht darin, die Backwarenherstellung unter Energieeinsparung zu vereinfachen und deutlich zu verkürzen sowie immer gleichaussehende Frischbackwaren „just in time” herstellen zu können. Neben der Energieeinsparung wird gleichzeitig durch das neue Verfahren eine Einsparung an Rohstoffen zur Teigerzeugung bzw. eine bessere Teignutzung möglich.
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Diesem dargestellten effizienten Optimierungsverfahren der Gebäckherstellung liegt ein völlig neuer Verfahrensprozess zu Grunde und stellt damit eine bedeutende Neuerung und Verbesserung für die Backwarenherstellung hinsichtlich Energieökonomie und schnellerer Zubereitung eines Backproduktes dar.