Lecithin – bewährte Funktionalität

Rüdiger Ziegelitz & Dr. Lutz Popper, Ahrensburg

Einleitung
Lecithin kommt in der Natur in unterschiedlichsten Mengen und Qualitäten vor. Es ist Betandteil aller lebenden Organismen. Lecithine sind aktiv an metabolischen Prozessen beteiligt und essentiell für das Leben einer jeden Zelle. Aufgrund seiner zwischen den Substanzen vermittelnden Eigenschaften kommt Lecithin schon sehr lange in vielen Lebensmitteln zum Einsatz, so dass seine Anwesenheit auf den Etiketten als beinahe selbstverständlich hingenommen wird. Den wenigsten Verbrauchern ist dabei bewusst, was Lecithin eigentlich ist. Die nachfolgende Betrachtung befasst sich mit dem technischen Zusatzstoff Lecithin. Die für den Menschen lebenswichtigen Funktionen der Phospholipide, z.B. im Stoffwechsel von Haut, Lunge und Gehirn, bleiben unberücksichtigt.

Gewinnung von Lecithin
Unter den pflanzlichen Lecithinquellen nimmt die Sojabohne mit einem Lecithingehalt von 2–3% den ersten Platz ein. Es werden aber auch Lecithine aus Sonnenblumensamen, Rapssamen, Maiskeimen und zu einem geringen Teil aus Reiskeimen und Lupinen gewonnen.

Eigelb ist das einzige tierische Material, das für die Gewinnung von Lecithin in größerem Umfang genutzt wird.

Sojalecithin fällt in Ölmühlen als Nebenprodukt der Speiseölgewinnung an.

Die gereinigten Sojabohnen werden geschält, gebrochen und zu feinen Flocken ausgewalzt. Die Flocken werden mit reichlich Fettlösemittel (Hexan) getränkt. Das anfallende Öl-Lecithin-Lösemittel-Gemisch, Miscella genannt, wird filtriert und das Lösemittel anschließend unter Vakuum wieder abdestilliert. Zurück bleibt ein rötlich-gelb gefärbtes Öl, das etwa 2–3 % kolloidal gelöstes rohes Lecithin enthält.

Durch Hinzufügen von ca. 3% Wasser quillt das Lecithin und wird ölunlöslich. Es fällt als gallertartige, schleimige Masse aus. Mittels Separatoren trennt man den „Lecithinschlamm“ vom Öl. Der gelbliche „Nassschlamm“ besteht aus ca. 15% Öl, 30 % Lecithin und etwa 55% Wasser. Im Dünnschichtverdampfer wird dann das Wasser bis auf ca. 1% reduziert.

Dieser Prozess wird Entschleimung des Rohöls genannt und ist ein wichtiger Schritt zur Gewinnung von klarem Salat- bzw. Speiseöl.

Das aus dem Dünnschichtverdampfer kommende Lecithin ist ca. 90 °C und muss auf 50 °C herunter gekühlt werden. Die Viskosität der braungelben Masse ist sirupartig zäh. Bei weiterer Abkühlung auf 20 °C kann, je nach Prozessführung, pastöses oder plastisches Material entstehen. Daher wird das Lecithin durch Zusatz von Sojafettsäuren und Sojaöl auf einen konstanten Lecithingehalt und eine bei 20 °C flüssige Konsistenz eingestellt.

Das auf diese Weise standardisierte flüssige Lecithin lässt sich in Sprühverfahren auf verschiedene Trägermaterialien (Milchbestandteile, Mehl, Maltodextrin, etc.) aufziehen. Dadurch können rieselfähige Pulver hergestellt werden.

Pulverförmiges bzw. granuliertes Reinlecithin gewinnt man durch Extraktion mit Aceton aus dem Standardlecithin.

Zusammensetzung
Rohes handelsübliches Lecithin besteht aus Triglyceriden, verschiedenen Phospholipiden, Glykolipiden, Phytosterinen, Tocopherolen und Kohlenhydraten in typischerweise folgendem Verhältnis:

50 % Phospholipide
37 % Triglyceride, Sterine und Tocopherole
7 % Glykolipide
5 % Kohlenhydrate
1 % Wasser

Lecithin ist in flüssiger oder plastischer sowie in auf Träger gesprühter oder ölfreier pulvriger Form im Handel. Die Farbe ist braun bis hellgelb. Seine Löslichkeit und Oberflächen- bzw. Grenzflächenaktivität (Emulgiereigenschaften) können durch chemische und enzymatische Behandlung sowie durch Alkoholextraktion modifiziert werden.

Funktionelle Eigenschaften
Lecithin besitzt von Natur aus eine große Funktionsvielfalt. Durch gezielte Modifikationen können spezielle Funktionen noch gesteigert werden. Dies macht es für die unterschiedlichsten Formulationen und Produktionsprozesse zu einem unentbehrlichen Additiv. Lecithine sind polare Lipide, können demnach sowohl mit Fetten als auch mit Wasser in Wechselwirkung treten. Sie sind also Emulgatoren, die sich die Natur geschaffen hat. Sie bestehen aus einem Glyzerin Rückgrat, mit dem ein bis zwei lipophile Fettsäuren sowie ein polarer Phosphorsäureester (bei den Phospholipiden) oder ein Kohlenhydrat (bei den Glykolipiden) verknüpft sind.

Diese amphiphile (=löslich in polaren als auch unpolaren Lösungsmitteln: sowohl hydrophil, also wasserliebend als auch lipophil, also fettliebend). Molekülstruktur macht sie zu grenzflächenaktiven Substanzen, die sich in bzw. an unterschiedlichsten Phasengrenzen anreichern. Die damit verbundene Reduzierung der Grenzflächenspannung erleichtert nicht nur die Herstellung, sondern verbessert gleichzeitig auch die Lagerstabilität der dispersen Systeme.

Zwischen zwei festen Phasen sorgt Lecithin für gute Benetzung der Oberflächen und wirkt so als „Schmiermittel“ und Trennmittel. Zwischen einer festen und einer flüssigen Phase ist es als Netz- und Dispergiermittel aktiv. Indem es auf die Oberfläche der festen Substanz verteilt (gesprüht) wird, setzt es die Oberflächenspannung zwischen den einzelnen Partikeln herab. Auf diese Weise behandelt, kann die feste Phase leicht und klumpenfrei in einer Flüssigkeit suspendiert werden.

Zwischen nichtmischbaren Flüssigkeiten wie z.B. Öl und Wasser reduziert Lecithin die Grenzflächenspannung und wirkt wie ein Emulgator. Die Ausbildung von Öl-in-Wasser- bzw. Wasser-in-Öl-Emulsion sowie die Wasserlöslichkeit werden vom HLB-Wert bestimmt. HLB steht für Hydrophilic Lipophilic Balance: Er ermöglicht eine Aussage über das Verhältnis von hydrophilen zu lipophilen Bereichen in Emulgatoren und Tensiden. Bei einem HLB-Wert unter 7 ist ein Emulgator öllöslich bzw. hydrophob, darüber wasserlöslich bzw. hydrophil. Bei einem HLB-Wert nahe 7 ist der Emulgator zwischen den beiden Phasen so orientiert, so dass sein hydrophober Kohlenwasserstoffrest in die Ölphase und seine hydrophilen Gruppen in die wässrige Phase eintaucht. Der HLB-Wert von Lecithin beträgt 4 und ist besonders geeignet zur Herstellung von Wasser-in-Öl (W/O)-Emulsionen wie Margarine. Für Öl-in-Wasser (O/W)- Emulsionen (milchähnliche Emulsionen) kommen modifizierte oder fraktionierte (mit Alkohol extrahierte) Lecithine mit höheren HLB-Werten zur Anwendung.

Physikalisch-chemische Eigenschaften
Grundsätzlich sind Lecithine und ihre Derivate löslich in Ölen und Fetten. Pulvrige oder granulierte entölte Lecithine erfordern zur Lösung Temperaturen zwischen 50 – 60 °C . In Aceton sind Lecithine (Phospholipide) und Glykolipide unlöslich. In Ethanol sind sie teillöslich. Sie sind dispergierbar in Wasser. Unterstützende Faktoren bei der Dispergierung oder Lösung sind Temperatur, pH-Wert und ein wirksames Rührwerk.

Werden Lecithine längere Zeit über 70 °C erhitzt, tritt als Folge einer Maillard-Reaktion eine Dunkelfärbung auf. Geschmackliche Veränderungen können bei unsachgemäßer Lagerung auftreten. Besonders unter Feuchtigkeitszutritt kann eine Hydrolyse stattfinden. Dabei werden Fettsäuren freigesetzt und verursachen einen ranzigen, kratzenden Geschmack.

Lecithin kann Komplexverbindungen mit anorganischen Salzen (Calcium, Magnesium, Eisen, Zink usw.) und mit organischen Substanzen wie Proteinen und Kohlenhydraten bilden.Vor allem durch das Binden von Eisen werden Oxidationsreaktionen verlangsamt. Auch die im Lecithin vorhandenen natürlichen Tocopherole unterstützen synergistisch die Wirkung anderer Antioxidationsmittel.

Anwendungen
Die folgende Tabelle enthält eine Übersicht einiger wichtiger Anwendungen von Lecithinen im Lebensmittelbereich.

Anwendung Wirkung
Margarine Emulgator, Antispritzmittel, Antioxidans, Viskositätskontrolle
Schokolade, Süßwaren, Überzugsmassen Trennmittel, Dispergier- und Emulgiermittel
Instant-Produkte Netzmittel
Brot und Backwaren Mehlverbesserung, Emulgier- und Trennmittel, Verteilungswirkstoff, Frischhaltung
Brotaufstriche Emulgator, Dispergiermittel, Antioxidans

Lecithin in der Backwarenherstellung
Lecithin erhielt seine Bedeutung im Brotbacken erst in den fünfziger Jahren des letzten Jahrhunderts, als zunehmend starker U.S.-amerikanischer Hartweizen durch deutschen Weichweizen ersetzt wurde. Die dadurch aufgetretenen Veränderungen in den Verarbeitungseigenschaften der Mehle konnten teilweise durch den Zusatz von Lecithin und Ascorbinsäure wieder aufgefangen werden. Obwohl es für die Volumenausbildung heute wirksamere Emulgatoren gibt, hat Lecithin nach wie vor seine Bedeutung für die Verbesserung der Teigeigenschaften (Maschinengängigkeit) und die Frischhaltung der Krume. In Verbindung mit anderen Emulgatoren verbessert es zudem deren Leistung, gewissermaßen als „Emulgator für Emulgatoren“.

Viele industrielle Dauerbackwaren sind ohne Lecithin kaum denkbar, verbessert es doch deutlich deren Aussehen wie auch das Verhalten der Teige. In flüssigen Waffelmassen sorgt es für eine stabile Verteilung der Inhaltsstoffe und eine bessere Abtrennung der Waffeln von den Eisen. Für einige wenige Einsatzgebiete ist Lecithin jedoch nicht geeignet. So reagieren beispielsweise Biskuitmassen sehr empfindlich mit Volumeneinbußen auf die Anwesenheit von Lecithin.

Toxikologie
Lecithin wird seit Jahrzehnten als physiologisch bestens verträglicher Emulgator in der Pharmazie, Kosmetik und vor allem in Lebensmitteln eingesetzt. In jedem Land der Welt ist es als toxikologisch unbedenkliches Additiv akzeptiert, ja es wird sogar aufgrund seiner diätetischen Wirkungen zur Krankheitsvorbeugung eingesetzt. Allergische Reaktionen sind nicht beschrieben, Haut- und Augenreiztests bescheinigen exzellente Verträglichkeit. Selbst für intravenöse Anwendungen werden spezielle Lecithinprodukte angewandt.

Lecithin guter Qualität, hergestellt und verarbeitet unter Beachtung strenger hygienischer Vorschriften, weist eine sehr geringe Keimbelastung auf. Es ist insbesondere frei von pathogenen Keimen. Um als Lebensmittelzusatzstoff verwendet werden zu können, muss es ferner den Reinheitsanforderungen entsprechen, die in entsprechenden EU-Rechtsvorschriften festgelegt sind. Das gilt auch für die zulässigen Höchstgehalte an Schwermetallkontaminanten.

Rechtliche Angaben

Zulassung:
als Lebensmittelzusatzstoff gemäß EG-Richtlinie 95/2/EG
gemäß FAO

Verkehrsbezeichnung:
Emulgator E 322
Emulgator Lecithin

Reinheitsanforderungen:
Entsprechend der Richtlinie 96/77/EG in der jeweils gültigen Fassung

Registrierung:
CAS-Nr.:8002-43-5
EG-Nr.:322
EINECS-Nr.:232-307-2
FDA-Nr.:21 CFR 182.1400
Mo Warenlisten-Nr.:29 23 200 000

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