Lantmännen – en realtidsstudie av bröd under bakning

För att möta konsumenternas stora efterfrågan på bröd och samtidigt effektivisera processen behöver livsmedelsindustrin utveckla sina bakningstekniker, dock utan att kompromissa med kvaliteten. Lantmännen är en ledande aktör inom spannmåls- och livsmedelsproduktion i Sverige. Som ett företag som arbetar både med produktion och forskning inom hållbarhet, kvalitet och innovation har de ett intresse av att förbättra bakningstekniker och förstå hur ingredienser och processer påverkar brödets egenskaper. Inför utvecklingen av nya bakningsmetoder behöver man noga undersöka och få en djupare förståelse för hur ingredienser och bakningsprocesser påverkar brödets egenskaper. Lantmännen driver en rad olika forskningsprojekt inom området livsmedelsteknik. I detta projekt ville de studera brödets struktur i realtid under bakning, bland annat för att ge svensk bakningsindustri en djupare insikt i hur bakningsteknik med energisparande potential, baserad på mikrovågsvärmning, fungerar. Ett annat syfte var att titta på hur ingrediensval påverkar slutresultatet. 
I projektet samarbetade RISE, Lantmännen och Lunds universitet. Fokus låg på att tillsammans bland annat undersöka hur två olika bakningstekniker, en med mikrovågskonvektion och en med konventionell konvektionsbakning, påverkar brödets mikrostruktur och kvalitet, vilket kräver avancerad teknik och noggrant utformade experiment.

Valet föll på röntgenmikrotomografi i synkrotron

Att analysera brödets struktur i realtid år svårt eftersom själva processen vid bakning är komplex. Traditionella analysmetoder, där man tar ut prover för analys vid olika tidpunkter, skulle avbryta bakningen och göra det omöjligt att spåra förändringar i ett enskilt prov utmed hela bakningsförloppet. Därför landade studien i att använda synkrotron röntgenmikrotomografi för att undersöka brödets struktur. Röntgenmikrotomografi (μCT) är en icke-destruktiv metod som gör det möjligt att avbilda mikrostrukturen i bröd. Med traditionell μCT kan man göra analyser i ett statiskt tillstånd, men för att kunna avbilda brödet i realtid under bakningsprocessen, med den tidsupplösning som krävs, behövdes röntgenflödet hos en synkrotronanläggning. Därför valde forskargruppen att använda SRμCT, Synchrotron Radiation Micro-Computed Tomography, en avancerad röntgenteknik med synkrotronstrålning som skapar högupplösta 3D-bilder av mikroskopiska strukturer. 
I detta projekt gjordes detta genom att, via förbättring av tidigare utvecklade mätningsmetoder, i röntgentomografisk miljö med hög rums- och tidsupplösning, mäta hur brödets cellstruktur förändras över tid. Att baka bröd med hjälp av mikrovågsvärmning möjliggör att påskynda produktionen, och i vissa fall att spara energi, men den snabba bakningen innebär också utmaningar vid analys. För att möta dessa utmaningar fick forskargruppen modifiera en kommersiellt tillgänglig ugn, och valde även att utföra experimenten hos världens snabbaste mikrotomografianläggning, TOMCAT vid Paul Scheller Institute i Schweiz.

Ska främja innovationer och stärka svensk bageriindustri
Under experimenten användes variationer utgående från ett grundrecept på en brödbulle enligt val av Lantmännen. Representant från Lantmännen deltog under testerna, vilket bidrog till att säkerställa kvalitet och repeterbarhet vid genomförandet. Utifrån ett vetebaserat recept varierades ingredienserna genom att justera mängderna salt, havremjöl, vetefiber och fullkorn. Forskarna experimenterade även med att tillsätta DATEM och lipas. DATEM är ett emulgeringsmedel och lipas är ett enzym, som båda används för att förbättra bröddegars textur. 
Ett projektdelmål uppfylldes i och med att forskarlaget klarade av att avbilda hela bakningsprocessen, både med mikrovågsugn och konvektion. Genom att följa utvecklingen av nyckelparametrar, som cellväggstjocklek, genomsnittlig porstorlek och porositet, fick de en djupare inblick i skillnaderna mellan de två bakningsmetoderna (kombinerad mikrovågs- och konvektionsbakning respektive konventionell bakning). Exempelvis så visade det sig att kombinationsbakning gav mindre variationer i parametrarna som forskarna studerade. En annan observation var att tillsats av degförbättringsmedlen lipas och DATEM verkade påverka porutvecklingen på olika sätt vid konventionell konvektionsbakning. 
I förlängningen finns en förhoppning om att insikter från denna typ av mätningar ska bidra till innovationer och stärkt svensk bageriindustri. Denna studie ger vissa insikter, men Lantmännen fortsätter att driva fler forskningsprojekt för att utveckla livsmedelsindustrins bakningsmetoder.

Fakta
Vad är SRμCT?

Synchrotron Radiation Micro-Computed Tomography, SRμCT, är en avancerad metod för röntgenbaserad 3D-avbildning som använder synkrotronröntgen, den intensiva form av ljus som genereras i synkrotronanläggningar, för att skapa högupplösta bilder av mikroskopiska strukturer. Tekniken används för att skanna och analysera material i detalj, utan att behöva förstöra eller förändra provet. 

Hur och var genomfördes Lantmännens studie?

Experimentet genomfördes i en provmiljö i form av en kombinationsugn från Electrolux som modifierats för att ersätta den pulsade strömförsörjningen (1 kW på/av) med en som levererar kontinuerlig mikrovågseffekt (mellan 0,2 och 1 kW). Detta var nödvändigt för att kunna avbilda hela bakningsprocessen vid kombinerad mikrovågsbakning. Avbildningen genomfördes med SRμCT vid TOMCAT-strålröret, Paul Scherrer Institute (PSI) i Schweiz. Skanningarna utfördes med en upplösning på 11 μm per pixel och en tidsupplösning på 1 sekund per 3D-skanning, där fokus låg på mitten av brödbullen.