Chemische Analyse von Sauerteig: pH-Wert und titrierbare Gesamtsäure (TTA)

02.08.2021

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Wie viele andere bin auch ich von der Chemie des Backens fasziniert, und in diesem Blog möchte ich über Brot sprechen - insbesondere über Sauerteig. In der Backbranche gibt es ein bekanntes Sprichwort: "Der pH-Wert backt und die titrierbare Gesamtsäure schmeckt". Warum sind diese beiden Parameter für das Backen von Brot so wichtig, und wie lassen sie sich am besten bestimmen? Darauf möchte ich hier eingehen.

Abbildung 1. Querschnitt durch ein Sauerteigbrot.

Eine kurze Geschichte des Sauerteigs

Brot ist seit mehreren tausend Jahren Bestandteil der menschlichen Ernährung, wenn auch nicht unbedingt in der Form, wie wir sie heute kennen. Eine Ausnahme bildet das Sauerteigbrot. Wilde Hefen und Bakterien (Laktobazillen) lassen den Teig auf natürliche Weise fermentieren, wodurch ein würziger Laib mit vielen Rissen entsteht. Obwohl der Sauerteig ursprünglich aus dem Fruchtbaren Halbmond stammt, wurde eines der ältesten Exemplare (fast 6 000 Jahre alt) in der Schweiz ausgegraben, was zeigt, wie weit er zu diesem Zeitpunkt bereits verbreitet war.

Heute ist San Francisco in Kalifornien einer der bekanntesten Orte für sein Sauerteigbrot. Warum Kalifornien? Bäcker aus Frankreich brachten ihre Technik während des Goldrausches Mitte des 19. Jahrhunderts dorthin, und seitdem ist sie in der Stadt allgegenwärtig. San Francisco hat sogar seinen eigenen gleichnamigen Stamm von Sauerteigbakterien: Fructilactobacillus sanfranciscensis.

Viele Hausbäcker versuchen sich irgendwann einmal an der Herstellung von Sauerteig, da die Zutaten einfach sind und kein Triebmittel verwendet wird, sondern nur das, was die Natur liefert. Da jedoch in den Jahren 2020-2021 so viele Menschen coronabedingt zu Hause waren, war dies für viele ein idealer Zeitpunkt, um das Brotbacken selbst auszuprobieren. Die Entwicklung des Starters ist von entscheidender Bedeutung - wenn nicht genügend wilde Hefe und Bakterien vorhanden sind (oder sie nicht genügend Nährstoffe bekommen), geht der Teig nicht auf und man erhält ein verdichtetes, zähes Brot als Ergebnis. (Es wurde zwar schon viel darüber geschrieben, wie man den besten hausgemachten Sauerteig herstellt, aber ich kann zu diesem Thema leider nichts beitragen, da sich mein eigenes Backvergnügen auf den Schweizer Butterzopf konzentrierte).

Laden Sie das Rezept unten herunter und probieren Sie es selbst aus!

Backen Sie Ihren eigenen echten Schweizer Butterzopf

Abbildung 2. Chemische Struktur von Milchsäure.

Laktobazillen: nützliche Bakterien

Wie ihr Name schon sagt, produzieren die Laktobazillen Milchsäure (Abbildung 2) und auch Essigsäure, die dem Sauerteigbrot seinen charakteristischen, säuerlichen Geschmack verleihen. Der saure Geschmack wirkt sich auch positiv auf die Haltbarkeit des Brotes aus und ermöglichte es unseren Vorfahren, das Brot zu konservieren, um ihre Ernährung zu ergänzen.

Es gibt noch einen weiteren Grund, warum das Vorhandensein dieser hilfreichen Bakterien wichtig ist. Ohne die Milch- und Essigsäure wäre es unmöglich, Brot aus Roggenmehl zu backen, das in Nordeuropa häufig für Sauerteigbrot verwendet wird. Wie kommt das?

Abbildung 2. Fermentierender Sauerteig im Glas.

Stärke ist der wichtigste Bestandteil von Brot und beeinflusst die Form, die Konsistenz der Krume und den Gesamtgeschmack. Während des Backvorgangs kommt es zu einer Verkleisterung zwischen der Stärke im Mehl und dem Wasser, das dem Mehl zugesetzt wurde. Mehl enthält jedoch auch das Enzym Amylase, das die Hydrolyse von Stärke zu Zucker katalysiert. Während des Verkleisterungsprozesses ist die Stärke anfälliger für die Hydrolyse durch Amylase. Eine starke Amylaseaktivität zu diesem Zeitpunkt hat nachteilige Auswirkungen auf die Brotkrume. Bei Weizen ist die Amylase bereits bei der Temperatur denaturiert, bei der die Verkleisterung im Teig beginnt. Dies ist bei Roggen nicht der Fall, der bei einer niedrigeren Temperatur gelatiniert, wenn die Amylaseaktivität am höchsten ist [1]. Durch die Herstellung eines sauren (sauren) Teigs wird die Amylaseaktivität gehemmt und es wird möglich, Brot aus Roggenmehl zu backen.

Wie viel Säure ist also notwendig und wann ist sie zu viel? Diese Frage bringt uns zurück zu den beiden Schlüsselparametern, dem pH-Wert und der titrierbaren Gesamtsäure (TTA), die ich in der Einleitung erwähnt habe.

Der pH-Wert reguliert die Enzymaktivität

Der pH-Wert ist wichtig, um Amylase optimal zu hemmen. Jedes Enzym hat einen optimalen pH-Bereich, in dem es am effizientesten arbeitet. Für Amylase liegt der optimale pH-Wert (höchste Enzymaktivität) zwischen pH 5,4 und 5,8. Bei einem niedrigeren pH-Wert wird die Aktivität reduziert.

Der pH-Wert kann leicht mit einer pH-Elektrode gemessen werden. Für die Teiganalyse ist eine Elektrode wie die Spearhead -Elektrode, die in die Probe eindringen kann, der beste Sensor. Da der pH-Wert temperaturabhängig ist, misst der Sensor auch die Temperatur.

Spearhead-Elektrode mit Pt1000

Was ist der pH-Wert?

Der pH-Wert ist der negative Logarithmus der Hydronium-Ionenkonzentration. Je kleiner also der pH-Wert ist, desto höher ist die Hydronium-Ionenkonzentration.

Reines Wasser enthält selbst eine geringe Menge an freien Hydronium-Ionen und hat daher einen pH-Wert von 7.

Da Säuren Hydroniumionen freisetzen, wenn sie in Lösung gehen (Dissoziation), haben saure Lösungen pH-Werte zwischen 0 und 7.

Im Gegensatz dazu haben alkalische Lösungen und Produkte noch weniger Hydroniumionen als reines Wasser. Sie haben pH-Werte zwischen 7 und 14. Ein Beispiel für eine alkalische Lösung ist Lauge, die zur Herstellung von Laugengebäck verwendet wird.

Weitere Informationen zur pH-Messung finden Sie in unseren anderen Blogbeiträgen hier.

Vermeiden Sie die häufigsten Fehler bei der pH-Messung

So kalibrieren Sie ein pH-Meter

Abbildung 4. Ein robuster und kompakter Titrator zur Bestimmung der gesamten titrierbaren Gesamtsäure

Die titrierbare Gesamtsäure hilft bei der Beurteilung des Geschmacks

Warum müssen wir die titrierbare Gesamtsäure (TTA) bestimmen, wenn die Messung und Kontrolle des pH-Werts ausreichen, um die Amylaseaktivität zu regulieren? Der Grund dafür ist, dass der pH-Wert keine Informationen über das Verhältnis von Milchsäure und Essigsäure im Teig liefert. Während die Amylaseaktivität nicht vom Verhältnis der beiden abhängig ist, ist die Zusammensetzung für den Geschmack wichtig. Für einen optimalen Sauerteiggeschmack sollte das Verhältnis von Milchsäure zu Essigsäure zwischen 3:1 und 4:1 liegen. Verschiebt sich das Verhältnis in Richtung eines höheren Essigsäureanteils, wird der Geschmack meist zu sauer.

Schwächere Säuren wie Milchsäure und Essigsäure dissoziieren nicht vollständig, d. h. nicht alle vorhandenen Säuremoleküle geben ihr Wasserstoffion ab. Da Milchsäure im Vergleich zu Essigsäure eine stärkere Säure ist, wird mehr Milchsäure dissoziieren und somit mehr zum pH-Wert beitragen. Durch die Bestimmung der TTA ist es möglich, die Gesamtmenge der Säuren im Teig zu ermitteln.

Für die Bestimmung der TTA wird der Teig mit Wasser homogenisiert, um eine Suspension zu erhalten. Diese wird dann mit 0,1 molarer Natronlauge auf den pH-Wert 8,5 titriert. Die Verwendung eines automatisierten Titrators
liefert zuverlässige Ergebnisse ohne menschliche Eingriffe (Abbildung 4).

Bevor die Titration beginnt, kann der pH-Wert der Suspension bestimmt werden, so dass Sie beide Parameter (pH-Wert und TTA) erhalten, ohne dass Sie doppelten Aufwand haben. Ausführlichere Informationen zur Durchführung der Analyse finden Sie in unserer kostenlosen Application Note.

pH-Wert und TTA in Mehl, Teig und Brot – Bestimmung des pH-Wertes und der titrierbaren Gesamtsäure nach AOAC 943.02, 981.12 und AACC 02-31.01

Wenn Sie wissen möchten, warum die Verwendung eines automatisierten Titrators der Durchführung von Titrationen von Hand vorzuziehen ist, lesen Sie unseren Blogbeitrag.

So vermeiden Sie Titrationsfehler in Ihrem Labor

pH-Wert und TTA für die perfekte Sauerteigqualität

Durch die Kombination der Informationen über den pH-Wert und die TTA ist es möglich, die Qualität des Sauerteigs zu beurteilen und somit eine konstante Qualität des Endprodukts zu erhalten, insbesondere wenn es zu Verzögerungen im Produktionsprozess kommt.

Es ist auch möglich, Veränderungen im Sauerteigstarter zu erkennen, die auftreten können, wenn die Lagerungsbedingungen nicht eingehalten werden können, und somit wichtige Informationen zu liefern, wenn es an der Zeit ist, einen neuen Starter herzustellen.

**Tabelle 1.** Gemeinsame pH- und TTA-Werte für verschiedene Brotsorten [1].
Brotsorte	PH Wert	TTA
Weizenbrot	5,4–6,0	4–6
Weizenmischbrot	5,0–5,3	6–8
Roggenmischbrot	4,5–4,8	7–9
Roggenbrot	4,3–4,7	8–10
Roggenbrot (grob gemahlen)	4,2–4,6	9–14

Abbildung 5. Butterzopf (hergestellt von der Autorin): ein traditionelles Schweizer Brot, das normalerweise sonntags zum Brunch gegessen wird.

Gelernte Lektionen

Ich hoffe, dieser Blogbeitrag über die Chemie des Sauerteigs hat Ihnen einige neue Einblicke in diese faszinierende Brotsorte gegeben.

Ich selbst werde mich wahrscheinlich nicht an das Backen mit Sauerteig heranwagen, sondern bei meinem selbstgemachten Butterzopf bleiben.

Wenn Sie an weiteren Informationen über Hefe interessiert sind, schauen Sie sich unseren Beitrag über das Bierbrauen an, oder wenn Sie eher eine Vorliebe für Naschkatzen haben, lesen Sie unseren Blogbeitrag über Schokolade.

Mit Chemie ein besseres Bier machen

Chemie der Schokolade