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Tierärztliche Hochschule Hannover

Untersuchungen zur Technofunktionalität von Eigelbfraktionen in Feinen Backwaren am

Beispiel von Biskuit und Sandkuchen

INAUGURAL – DISSERTATION zur Erlangung des Grades einer Doktorin

der Veterinärmedizin – Doctor medicinae veterinariae –

( Dr. med. vet. )

vorgelegt von Katrin Ursula Dietrich

Heilbad Heiligenstadt

Hannover 2015

Wissenschaftliche Betreuung: Prof. Dr. Waldemar Ternes

Institut für Lebensmitteltoxikologie und

Chemische Analytik

1. Gutachter: Prof. Dr. Waldemar Ternes

2. Gutachter: PD Dr. Gerhard Glünder

Tag der mündlichen Prüfung: 13.05.2015

Teile dieses Forschungsvorhabens 16246N wurden im „Programm zur Förderung der

industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und

Technologie (via AiF) über den Forschungskreis für Ernährungsindustrie e. V. (FEI)“

gefördert.

Meiner Familie

Teile dieser Arbeit sind in der internationalen Fachzeitschrift Baking & Biscuit, der nationalen

Fachzeitschrift Brot & Backwaren sowie der internationalen Fachzeitschrift Journal of Food

Chemistry veröffentlicht worden:

DIETRICH, K. & TERNES, W. (2011).

Positively influencing quality parameters.

Baking & Biscuit, 2, 16-20.

DIETRICH, K. & TERNES, W. (2011).

Qualitätsparameter positiv beeinflussen.

Brot & Backwaren, 6, 34-37.

BLUME, K., DIETRICH, K., LILIENTHAL, S., TERNES, W. & DROTLEFF, A. M. (2015).

Exploring the relationship between protein secondary structures, temperature-dependent

viscosities, and technological treatments in egg yolk and LDL by FTIR and rheology.

Food Chemistry, 173, 584-593.

DOI: 10.1016/j.foodchem.2014.10.084

Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung .............................................................................................................................. 1

2. Wissenschaftliches Schrifttum ............................................................................................ 3

2.1 Zusammensetzung des Eigelbs ........................................................................................... 3

2.1.1 Proteine der Granula ................................................................................................ 4

2.1.2 Proteine des Plasmas ............................................................................................... 6

2.1.3 Lipide des Eigelbs ................................................................................................... 8

2.1.4 andere Inhaltsstoffe .................................................................................................. 9

2.2 Gewinnung von Eigelbfraktionen ..................................................................................... 10

2.2.1 Theoretische Grundlagen ....................................................................................... 11

2.3 Technofunktionelle Eigenschaften von Eigelb bei der Verarbeitung in

Lebensmitteln ..................................................................................................................... 17

2.3.1 Viskosität und Gelbildung durch thermische Einflüsse ........................................ 18

2.3.1.1 Rheologische Grundlagen ................................................................................. 19

2.3.1.2 Temperaturabhängige Viskosität von Eigelb .................................................... 22

2.3.2 Schaumbildungsvermögen ..................................................................................... 26

2.3.3 Emulgierende Eigenschaften ................................................................................. 28

2.3.4 Bedeutung der funktionellen Eigenschaften des Eigelbs für die

Qualität Feiner Backwaren .................................................................................... 31

2.3.4.1 Volumenausbeute und Krumenfestigkeit .......................................................... 34

2.4 Immunchemische Methoden zur Bestimmung von Immunglobulin Y (IgY)

und Ovalbumin .................................................................................................................. 35

2.4.1 Immunglobulin Y (IgY) und sein Nachweis durch den

enzymgekoppelten Immunadsorptionstest (ELISA) ............................................. 35

2.4.2 Bestimmung von Ovalbumin mit der Rocket-Immunelektrophorese

nach Laurell ........................................................................................................... 37

3. Material und Methoden ..................................................................................................... 38

3.1 Versuchsziel ........................................................................................................................ 38

3.2 Material ............................................................................................................................... 40

3.2.1 Chemikalien ........................................................................................................... 40

3.2.1.1 Natrium-Carboxymethylcellulose (CMC) ........................................................ 40

3.2.2 Probenmaterial ....................................................................................................... 41

3.3 Probenvorbereitung ........................................................................................................... 42

3.3.1 Herstellen der Reagenzien ..................................................................................... 42

3.3.2 Backversuche ......................................................................................................... 45

3.3.3 Rheologische Messungen ...................................................................................... 46

3.3.4 Rocket-Immunelektrophorese ............................................................................... 48

3.3.5 Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) ................................................... 49

3.4 Methoden ............................................................................................................................ 52

3.4.1 Backversuche mit Eigelbfraktionen ....................................................................... 52

3.4.1.1 Kuchenmodellsystem A: Biskuit (Eiprodukt und Zucker +

Mehl/Stärke) ..................................................................................................... 54

3.4.1.1.1 Biskuit unter Verwendung von VOLLEI, EIGELB und EIGELB

PAST GGT........................................................................................................ 58

3.4.1.1.2 Biskuit unter Verwendung der drei Eigelbfraktionen (LDL PAST

GGT, GRANULA PAST GGT, LIVETINE PAST GGT) ............................... 58

3.4.1.1.3 Biskuit unter Verwendung der LDL-Fraktion (LDL PAST GGT) in

verschiedenen Anteilen ..................................................................................... 59

3.4.1.1.4 Biskuit unter Verwendung der LDL-Fraktion (LDL PAST GGT) in

Kombination mit der Livetin-Fraktion (LIVETINE PAST GGT) .................... 59

3.4.1.1.5 Biskuit aus einer Kombination von LDL- (LDL PAST GGT) und

Granula-Fraktion (GRANULA PAST GGT) .................................................... 60

3.4.1.1.6 Biskuit nach dem „All-in“-Verfahren ............................................................... 61

3.4.1.2 Kuchenmodellsystem B: Sandkuchen (Eiprodukt und Zucker +

Mehl/Stärke + Fettzusatz) ................................................................................. 61

3.4.1.2.1 Sandkuchen unter Verwendung von VOLLEI, EIGELB oder aus

past. ggt. Eigelbfraktionen rekonstruiertem Eigelb (LDL +

GRANULA + LIVETINE (alle PAST GGT)) .................................................. 64

3.4.1.2.2 Sandkuchen unter Verwendung von EIGELB und Palmin® ............................ 65

3.4.1.2.3 Sandkuchen unter Verwendung der drei Eigelbfraktionen (LDL

PAST GGT, GRANULA PAST GGT, LIVETINE PAST GGT) .................... 65

3.4.1.2.4 Sandkuchen unter Verwendung der Granula-Fraktion (GRANULA

PAST GGT) in verschiedenen Anteilen ........................................................... 66

3.4.1.2.5 Sandkuchen aus einer Kombination von LDL- (LDL PAST GGT)

und Granula-Fraktion (GRANULA PAST GGT) ............................................. 67

3.4.1.3 Penetrometrie, Kuchendichtebestimmung und Sensorik .................................. 67

3.4.2 Rheologische Messungen ...................................................................................... 69

3.4.2.1 Begriffsdefinition .............................................................................................. 70

3.4.3 Immunchemische Bestimmung des Ovalbumingehaltes mit der

Rocket-Immunelektrophorese ............................................................................... 72

3.4.3.1 Auswertung der Rocket-Immunelektrophorese ................................................ 75

3.4.4 Einfluss der CMC-Viskosität bei der Fraktionierung von Eigelb nach

der Methode von ULRICHS und TERNES (2010) ............................................... 77

3.4.4.1 Bestimmung der Restfeuchte ............................................................................ 79

3.4.4.2 Bestimmung der Auswaagen nach Gefriertrocknung ....................................... 79

3.4.4.3 Gravimetrische Bestimmung des Fettgehaltes nach Säureaufschluss .............. 80

3.4.4.4 Stickstoffbestimmung nach Kjeldahl ................................................................ 81

3.4.4.5 Immunchemische Bestimmung des IgY-Gehaltes mittels ELISA .................... 82

3.4.4.5.1 Auswertung ELISA ........................................................................................... 86

3.4.5 Statistische Auswertung ........................................................................................ 88

4. Ergebnisse und Diskussion ................................................................................................ 89

4.1 Technofunktionelle Eigenschaften der Eigelbfraktionen ............................................... 89

4.1.1 Backversuche ......................................................................................................... 89

4.1.1.1 Kuchenmodellsystem A: Biskuit (Eiprodukt und Zucker +

Mehl/Stärke) ..................................................................................................... 89

4.1.1.1.1 Vergleich von VOLLEI, EIGELB oder EIGELB PAST GGT in

Biskuit ............................................................................................................... 89

4.1.1.1.2 Vergleich der drei Eigelbfraktionen (LDL PAST GGT,

GRANULA PAST GGT, LIVETINE PAST GGT) in Biskuit ......................... 93

4.1.1.1.3 LDL-Fraktion (LDL PAST GGT) in Biskuit .................................................... 98

4.1.1.1.4 LDL-Fraktion (LDL PAST GGT) in Kombination mit der Livetin-

Fraktion (LIVETINE PAST GGT) in Biskuit ................................................ 102

4.1.1.1.5 LDL- (LDL PAST GGT) und Granula-Fraktion (GRANULA

PAST GGT) als Kombination in Biskuit ........................................................ 104

4.1.1.1.6 „All-in“-Verfahren bei Biskuit ....................................................................... 107

4.1.1.1.7 Diskussion ....................................................................................................... 109

4.1.1.2 Kuchenmodellsystem B: Sandkuchen (Eiprodukt und Zucker +

Mehl/Stärke + Fettzusatz) ............................................................................... 120

4.1.1.2.1 Vergleich von VOLLEI, EIGELB oder aus past. ggt.

Eigelbfraktionen rekonstruiertem Eigelb (LDL + GRANULA +

LIVETINE (alle PAST GGT)) in Sandkuchen ............................................... 120

4.1.1.2.2 Palmin® in Sandkuchen .................................................................................. 125

4.1.1.2.3 Vergleich der drei Eigelbfraktionen (LDL PAST GGT,

GRANULA PAST GGT, LIVETINE PAST GGT) in Sandkuchen ............... 125

4.1.1.2.4 Granula-Fraktion (GRANULA PAST GGT) in Sandkuchen ......................... 130

4.1.1.2.5 LDL- (LDL PAST GGT) und Granula-Fraktion (GRANULA

PAST GGT) als Kombination in Sandkuchen ................................................ 135

4.1.1.2.6 Diskussion ....................................................................................................... 138

4.1.1.3 Zusammenfassung ........................................................................................... 145

4.1.2 Rheologische Untersuchungen – Effekt der Ionenstärke .................................... 149

4.2 Ovalbumingehalt in den verschiedenen Eigelbfraktionen ........................................... 157

4.3 Eigenschaften separierter Eigelbfraktionen unter Verwendung von

CMC´s unterschiedlicher Viskositäten .......................................................................... 159

4.3.1 Vergleich der Auswaagen ggt. LDL- und Livetin-Fraktionen (TM) ................... 162

4.3.2 Gesamtproteingehalt, Gesamtfettgehalt ............................................................... 165

4.3.3 IgY-Gehalt im Eigelb und seinen Fraktionen ...................................................... 168

4.3.4 Zusammenfassung und Diskussion ..................................................................... 175

5. Zusammenfassung ........................................................................................................... 179

6. Summary ........................................................................................................................... 184

7. Literaturverzeichnis ........................................................................................................ 189

8. Anhang .............................................................................................................................. 203

8.1 Chemikalienverzeichnis................................................................................................... 203

8.2 Abbildungsverzeichnis..................................................................................................... 205

8.3 Tabellenverzeichnis ......................................................................................................... 209

8.4 Abkürzungs- und Symbolverzeichnis ............................................................................ 218

8.5 Glossar ............................................................................................................................. 221

8.6 Statistik ............................................................................................................................. 223

8.6.1 Rheologische Untersuchungen ............................................................................ 223

8.7 Restfeuchten ..................................................................................................................... 226

8.8 Messwerte ......................................................................................................................... 226

8.8.1 Kuchenmodellsystem A: Biskuit ......................................................................... 226

8.8.2 Kuchenmodellsystem B: Sandkuchen ................................................................. 233

8.8.3 Rocket-Immunelektrophorese ............................................................................. 239

8.8.4 Enzyme-linked Immunosorbent Assay (ELISA) ................................................. 239

Einleitung 1

1 laut persönlicher Mitteilung von C. Amling, Bundesverband der Deutschen Eiprodukten-Industrie e. V.,

Hannover am 12.08.2014

1. Einleitung

Das Hühnerei ist eines der vielseitigsten Nahrungsmittel. Es enthält eine Reihe hochwertiger

Proteine und Lipide, wertvolle Mineralien und Vitamine. In der Nahrungsmittelindustrie wird

es aufgrund seiner drei herausragenden technofunktionellen Eigenschaften, wie der

thermischen Gelbildung, seines Schaumbildungsvermögens und seiner exzellenten

emulgierenden Eigenschaften geschätzt. Die Gesamtmenge an Eiprodukten, die in

Deutschland hergestellt werden, hat sich in den letzten Jahren kontinuierlich erhöht: von

geschätzt 200 000 t (2007) über 250 000 t (2011) auf etwa 350 000 t (2014)1. Sie haben sich

mittlerweile gegenüber dem Schalenei als praktische Alternative durchgesetzt. Noch mehr

Vorteile bieten getrocknete, pasteurisierte Produkte, die eine absolute Sicherheit vor

unerwünschten Keimen und eine problemlosere Handhabung bieten. Bisher sind allerdings

nur sprühgetrocknete Eigelbprodukte auf dem Markt. Diese weisen aufgrund der thermischen

Schädigung während des Trocknungsverfahrens nur eine eingeschränkte Funktionalität und

damit Verwendbarkeit im Vergleich zu frischem Eigelb auf. Durch ein besonderes Verfahren

zur Gewinnung gefriergetrockneter Eigelbprodukte (JAEKEL et al., 2008) können

Eigelbpulver ohne Verlust ihrer technofunktionellen Eigenschaften produziert werden. Das

rehydratisierte Produkt zeigt ähnliche Qualitäten, wie flüssiges, pasteurisiertes Eigelb. Zudem

ist es mittlerweile möglich, kostengünstig und im industriellen Maßstab pasteurisiertes Eigelb

unter Zuhilfenahme der Natrium-Carboxymethylcellulose (CMC) in seine drei

Hauptfraktionen aufzutrennen: LDL (Low-Density-Lipoproteine), Granula und Livetine

(ULRICHS u. TERNES, 2010). Diese gefriergetrockneten Eigelbfraktionen könnten eine

neue und wirtschaftlich umsetzbare Alternative zur Verwendung von Volleigelb darstellen.

Die Qualität von Feinen Backwaren, wie Biskuit und Sandkuchen, definiert sich im

Wesentlichen über die Eibestandteile. Für die Eiproduktenindustrie könnten sich neue

Möglichkeiten ergeben, gefriergetrocknete Eigelbfraktionen gezielt in Feinen Backwaren

einzusetzen, um verbesserte und kostengünstigere Produkte zu erzeugen. Die

Kosteneinsparungen ergeben sich dadurch, dass Eigelbfraktionen, die für eine gute

Gebäckqualität weniger erforderlich sind, gewinnbringend für andere Einsatzmöglichkeiten

verwendet werden können. Besonders die Livetin-Fraktion eignet sich durch ihre hohen

2 Einleitung

Gehalte an Immunglobulin Y (IgY) für Functional-Food-Produkte oder pharmazeutische

Anwendungen und könnte gegen eine Reihe bakterieller oder viraler Infektionen, bspw. als

anti-E. coli Immunglobulin Y, eingesetzt werden (SHIMIZU et al., 1994). Effizienz und

Wirtschaftlichkeit ihrer Gewinnung ließen sich dadurch steigern, dass nicht nur eine einzelne

Komponente erfasst wird, sondern anfallende wertvolle Nebenprodukte, wie die LDL- und

Granula-Fraktion ebenfalls gewinnbringend eingesetzt werden. Bisher war allerdings kaum

bekannt, welche Fraktionen in den unterschiedlichen Feinen Backwaren die jeweils optimalen

Gebäckeigenschaften erzielen können.

Die Erfassung der technofunktionellen Eigenschaften pasteurisierter, gefriergetrockneter

Eigelbfraktionen erfolgte mithilfe von Backversuchen. Hierbei sollten Zusammenhänge

zwischen den Eigenschaften der einzelnen Fraktionen und der Qualität der daraus

hergestellten Feinen Backwaren (Biskuit/Sandkuchen) bestimmt werden. Zur

Charakterisierung der Gebäcke dienten die Bestimmung der Krumenfestigkeit durch

penetrometrische Messungen sowie die Kuchendichte. Ein anderer Schwerpunkt stellte die

Untersuchung ihrer Technofunktionalität mittels der Rheologie dar. Hierbei wurden die

komplexen Zusammenhänge bei der thermischen Gelbildung von Eigelb, insbesondere seiner

Hauptkomponente, dem LDL, in Abhängigkeit unterschiedlicher Ionenstärken untersucht.

Über den genauen Mechanismus in der Ausbildung der charakteristischen Viskositätskurve

von Eigelb, in Anwesenheit geringer Ionenstärken, gibt es bisher nur unzureichende

Untersuchungen. Seine Aufklärung könnte es möglich machen, diese vorteilhaft in der

Nahrungsmittelindustrie einzusetzen. Ein weiteres Ziel dieser Dissertationsarbeit bestand

darin, den Einfluss der CMC-Viskosität bei der Fraktionierung von Eigelb zu untersuchen.

Ziel war es, nach Möglichkeit, Fraktionen höherer Reinheit herzustellen, um so die Extraktion

einzelner Eigelbbestandteile (z. B. IgY und Lecithine) aus den entsprechenden Fraktionen, so

effektiv und wirtschaftlich wie möglich zu gestalten oder sogar überflüssig zu machen. Zur

Überprüfung der Fraktionsreinheit wurden neben immunologischen Nachweisverfahren, wie

dem Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) und der Rocket-Immunelektrophorese

nach Laurell, auch die klassischen Methoden, wie die Bestimmung des Gesamtprotein- und

Gesamtfettgehaltes, angewendet.

Wissenschaftliches Schrifttum 3

2. Wissenschaftliches Schrifttum

2.1 Zusammensetzung des Eigelbs

Eigelb besteht etwa zu 50 % aus Wasser, zu etwa einem Drittel (32-35 %) aus Lipiden und zu

einem Sechstel (15,7-16,6 %) aus Proteinen (TERNES, 2008a). Die meisten Proteine und

Lipide des Eigelbs sind in Form von Lipoproteinen, als Low-Density-Lipoproteine (LDL) und

High-Density-Lipoproteine (HDL), miteinander verbunden (ACKER u. TERNES, 1994).

Eigelb wurde erstmals von SCHMIDT et al. (1956) mittels Ultrazentrifugation in zwei

Fraktionen unterteilt: in ein dicht gepacktes Sediment (Granula) und eine überstehende, fast

klare, gelbe Lösung (Plasma). Später konnte aus dem Plasma durch erneute

Ultrazentrifugation eine flotierende Schicht, das Low-Density Lipoprotein (LDL), von der

wasserlöslichen (Livetin-) Fraktion abgetrennt werden (BENGTSSON et al., 1977)

(Abbildung 1).

Abbildung 1: Überblick über die Zusammensetzung des Eigelbs (bezogen auf die Trockenmasse (TM))

(ANTON, 2007)

Eigelb (TM)

Granula (22 %)

Low-Density-Lipoprotein (LDL)

(2 %)

Lipovittelin(HDL)-Phosvitin-

Komplex

High-Density-Lipoprotein (HDL)

(16 %)

α-Lipovittelin

β-Lipovittelin

Phosvitin (α, β)(4 %)

Plasma (78 %)

Low-Density-Lipoprotein (LDL)

(66 %)

Livetine(α-, β-, γ-Livetin)

(10 %)

4 Wissenschaftliches Schrifttum

2.1.1 Proteine der Granula

Die Granula bestehen aus der Low-Density-Lipoprotein-Fraktion (LDL) und dem Lipovitellin

(HDL)-Phosvitin-Komplex (CAUSERET et al., 1991) (Abbildung 1). Kationen, besonders

Calcium und Magnesium, sind an der Ausbildung von Ionenbrücken zwischen den

Phosphatgruppen des Phosvitins, den Lipovitellinen und LDL beteiligt (CAUSERET et al.,

1991). Sie tragen zur kompakten, kaum hydratisierten Struktur der Granula bei, die schlecht

angreifbar für Enzyme ist, sowie einen effizienten Schutz vor thermaler Denaturierung und

Gelbildung bietet (ANTON, 2007).

Die Mikrostruktur der Granula ist abhängig vom pH-Wert, der Ionenstärke und der

Anwesenheit von bi- oder polyvalenten Kationen. Die Änderung einer dieser Parameter kann

zur irreversiblen Zerstörung der Granulastruktur führen (CAUSERET et al., 1991). Bei

geringer Ionenstärke besitzt die Granula eine geringe Löslichkeit, was die geringen

emulgierenden Eigenschaften erklärt (ANTON u. GANDEMER, 1997).

Die Integrität der Granula wird bspw. zerstört, wenn durch Zusatz von NaCl die Ionenstärke

ansteigt (CAUSERET et al., 1991). ANTON und GANDEMER (1997) beobachteten bereits

bei Ionenkonzentrationen über 0,3 M NaCl eine beginnende Zerstörung der Calcium-

Phosphorbrücken, welche HDL und Phosvitin verbinden und somit eine Steigerung der

Granula-Löslichkeit um 80 % hervorrufen. Die komplette Auflösung der Granula findet bei

Ionenkonzentrationen über 1,71 M NaCl statt (CHANG et al., 1977). Nach Zentrifugation

bilden sich zwei Phasen, eine flotierende Schicht, die nach Zugabe einer 0,05 M

Magnesiumsulfat-Lösung und anschließender Zentrifugation eine sedimentierende HDL-

Fraktion (Lipovitellin) abscheidet sowie ein klarer Überstand aus dem nach Zugabe einer

0,2 M Magnesiumsulfat-Lösung Phosvitin präzipitiert (MCBEE u. COTTERILL, 1979).

Azidifikation oder Alkalisation können ebenso eine Dissoziation und Löslichkeitssteigerung

der Granula hervorrufen (CAUSERET et al., 1991). Im sauren pH-Bereich führt eine

steigende Anzahl positiver Ladungen (NH3+) zu elektrostatischer Abstoßung und zum

Aufbrechen der Granula-Struktur, während bei basischem pH-Wert entsäuerte


Carboxylgruppen die Abstoßung negativer Ladungen (COO-) und damit die Zerstörung der

Granula-Struktur, hervorrufen (ANTON, 2007).

Die Trockenmasse der Granula enthält 64 % Proteine, 31 % Lipide und 5 % Asche (DYER-

HURDON u. NNANNA, 1993).

Bei den Lipovitellinen handelt es sich um Lipoproteine hoher Dichte (High-Density-

Lipoproteine (HDL)), die einen Anteil von 16,1 % an den Eigelbproteinen der

Trockensubstanz ausmachen (TERNES, 2008a). HDL´s besitzen keine sphärische

Micellenstruktur, vielmehr eine pseudo-molekulare Struktur, ähnlich globulärer Proteine

(ANTON, 2007). Mit elektrophoretischen und chromatographischen Methoden ist eine

Trennung in α- und β-Lipovitellin möglich, die sich im Protein-Phosphorgehalt unterscheiden

(BERNARDI u. COOK, 1960) (Abbildung 1, Seite 3). Jedes Monomer von HDL besteht aus

fünf Apolipoproteinen mit Molekulargewichten von 35 bis 110 kDa (110 kDa: 21 %,

100 kDa: 16 %, 80 kDa: 20 %, 50 kDa: 14 %, 35 kDa: 28 %) (ANTON, 2007).

Phosvitin ist ein Glycophosphoprotein mit einem extrem hohen Anteil an Serin-gebundener

Phosphorsäure (ACKER u. TERNES, 1994). Der hohe Phosphorgehalt ist verantwortlich für

seine starke Affinität zu Metallionen, besonders zu Eisen: 95 % des im Eigelb enthaltenden

Eisens ist an Phosvitin gebunden (ANTON, 2007). Phosvitin besitzt einen Anteil von 4,6 %

der Eigelbtrockenmasse (TERNES, 2008a). Es besteht aus zwei Komponenten, dem α- und β-

Phosvitin (Abbildung 1, Seite 3), bei denen es sich um Proteinaggregate mit

Molekulargewichten von 160 kDa und 190 kDa handelt (ABE et al., 1982), welche sich in

ihrem Phosphorgehalt unterscheiden (α-Phosvitin: 3 %, β-Phosvitin: 10 % (ANTON, 2007)).

Phosvitin ist wasserlöslich und lässt sich leicht mit einer 0,1 M Magnesiumsulfat-Lösung

ausfällen (ANTON, 2007). Durch seine ungeordnete Struktur tritt unter Einwirkung

thermischer Prozesse, bspw. Erhitzung auf 110 °C für 20 Min., keine Proteinaggregation und

Löslichkeitsverminderung auf (ALBRIGHT et al., 1984).

Low-Density-Lipoproteine (LDL) und Very-Low-Density-Lipoproteine (VLDL) der Granula

sind zu 2,7 % in der Eigelbtrockensubstanz enthalten (TERNES, 2008a). Die VLDL-Fraktion

enthält Myelinfiguren, die GARLAND und POWRIE (1978) erstmals nachgewiesen haben.


2.1.2 Proteine des Plasmas

Bei den Proteinen des Plasmas unterschiedet man zwischen den Livetinen und den Low-

Density-Lipoproteinen (LDL) (Abbildung 1, Seite 3).

Die wasserlösliche, globuläre Livetin-Fraktion, mit einem Anteil von 9,3 % der

Eigelbproteine (TERNES, 2008a), lässt sich elektrophoretisch (BERNARDI u. COOK, 1960)

oder durch Präzipitation mit Ammoniumsulfat (NAKAI, 1983) in α-, β- und γ-Livetine

trennen. BERNARDI und COOK (1960) bestimmten die relativen Verhältnisse der drei

Livetingruppen zueinander mit 2:5:3. Die drei Livetinkomponenten lassen sich auf die

Serumproteine des Huhns zurückführen (WILLIAMS, 1962). Die Hauptkomponente des α-

Livetins ist das Albumin, die des β-Livetins das α-2-Glycoprotein und das IgY

(Immunglobulin Y) stellt die Hauptkomponente des γ-Livetins dar (KOVACS-NOLAN et al.,

2005).

IgY wird vom maternalen Blut durch einen speziellen rezeptorvermittelten Membrantransport

in die Oozyten aufgenommen (MOHAMMED et al., 1998, MORRISON et al., 2001). Der

IgY-Gehalt im Eigelb korreliert eng mit der IgY-Konzentration im Blutserum des Huhnes

(MORRISON et al., 2001). ANTON (2007) bezifferte die IgY-Konzentration pro Eigelb auf

100-200 mg. Einige Autoren stellten kaum Unterschiede zwischen den Gehalten im

Blutserum oder Eigelb fest, andere detektierten eine höhere IgY-Konzentration im Eigelb

(z. B. um das 1,23-fache höher als im Serum) (ANTON, 2007). Die IgY-Konzentration im

Eigelb variiert signifikant zwischen verschiedenen Individuen (3-7 mg/mL), genetischen

Linien und Rassen (z. B. Single-comb White Leghorn: 2,2 ± 0,4 mg/mL, SLU-1329:

2,0 ± 0,5 mg/mL, Rhode Island Red 1,7 ± 0,5 mg/mL) (ANTON, 2007). Durch eine

entsprechende Immunisierung des Huhnes mit spezifischen Antigenen können, mit Hilfe

schonender Isolierung aus der γ-Livetin-Fraktion des Eigelbs, Antikörper gegen eine Vielzahl

von Viren und Bakterien gewonnen werden (CHALGHOUMI et al., 2009) und diese in

pharmazeutischen oder Novel-Food-Produkten eingesetzt werden (DE MEULENAER u.

HUYGHEBAERT, 2001).


Die Lipoproteine niedriger Dichte (Low-Density-Lipoproteine (LDL)) stellen die flotierende

Fraktion dar, die sich beim Zentrifugieren nach Zusatz von Magnesiumsulfat aus dem Plasma

ergibt (BERNARDI u. COOK, 1960). Sie sind zu einem Anteil von 33,7 % im Eigelb

enthalten (TERNES, 2008a) und somit der Hauptbestandteil im Eigelb (2/3 der

Eigelbtrockenmasse). Das LDL des Eigelbs weist eine große Ähnlichkeit zu den Very-Low-

Density-Lipoproteinen aus dem Hühnerblut auf (ANTON, 2007). Sie werden in der Leber von

Legehennen produziert, mit dem Blut zu den Ovarien transportiert und anschließend durch

Strukturmodifikationen ins Eigelb übertragen (HOLDSWORTH u. FINEAN, 1972).

Low-Density-Lipoproteine sind sphärische Micellen, bestehend aus einem Kern neutraler

hydrophober Lipide (Triacylglyceride, Cholesterol und Cholesterolester), die von einer

hydrophilen Membran aus Apolipoproteinen und Phospholipiden (Abbildung 2) umgeben ist

(MARTIN et al., 1964), wodurch sie sich in wässrigen Lösungen lösen (hydrophil).

Cholesterol ist zur Erhöhung der Stabilität in diese Membran eingearbeitet (ANTON, 2007).

Abbildung 2: Struktur von LDL (Low-Density-Lipoprotein) (KOSTNER, 2001)

Die geringe Dichte (0,982 g/mL) verdankt die Fraktion ihrem hohen Gehalt an Lipiden, der

81-89 % betragen kann, bestehend aus etwa 70 % Triacylglyceriden, 26 % Phospholipiden

und 4 % Cholesterol und einem Proteingehalt von nur 13 % (TERNES, 2008a).

Cholesterol

CholesterolesterApolipoprotein

Phospholipid

Triacylglycerid


Die Lipoproteine sind maßgebend für die Emulsionswirkung des Eigelbs, was hauptsächlich

auf die Interaktion von Apolipoproteinen, die dank ihrer amphiphilen Natur an der

Grenzfläche Öl/Wasser adsorbiert werden, und den Phospholipiden zurückzuführen ist

(Protein-Phospholipid-Komplex) (KIOSSEOGLOU u. SHERMAN, 1983).

LDL reagiert sensitiv auf technologische Prozesse (ANTON et al., 2003). Eine Erhitzung für

10 Min. auf 75 °C führt zur strukturellen Zerstörung und anschließender Neuordnung der

Fragmente zu großen Clustern (ANTON, 2007).

LDL besteht aus sechs großen Apolipoproteinen mit Molekulargewichten von 130 bis 15 kDa

(130 kDa, 80 kDa, 65 kDa, 60 kDa, 55 kDa, 15 kDa) (ANTON et al., 2003).

2.1.3 Lipide des Eigelbs

Die Lipide des Eigelbs, welche 31,8-35,5 % des Eigelbs ausmachen (ACKER u. TERNES,

1994), stehen in Form von Lipoproteinen in enger Wechselwirkung mit den Eigelbproteinen.

Die Triacylglyceride bilden mit 62 % die Hauptkomponenten der Lipidfraktion. Die Gruppe

der Phospholipide ist mit 33 % vertreten (ANTON, 2007). Ferner enthält die Fettfraktion im

Durchschnitt 4 % Cholesterol (TERNES, 2008a).

Unterschiede in der Lipidzusammensetzung sind zum einen genetisch, zum anderen durch das

Tieralter und Futter bedingt (ACKER u. TERNES, 1994, ANTON u. GANDEMER, 1997).

Bei üblicher Fütterung der Legehennen ergibt sich folgende Verteilung der Fettsäuren in den

Triacylglyceriden: 24,4 % Palmitinsäure, 6,9 % Stearinsäure, 50,7 % Ölsäure und 9,7 %

Linolsäure (TERNES, 2008a).

Die Phospholipide der Eigelbs bestehen zu 73 % aus Phosphatidylcholinen (= Lecithinen),

15,5 % aus Phosphatidylethanolaminen (= Chephaline), 5,8 % aus Lysophosphatidylcholinen,

2,5 % aus Spingomyelinen, 0,9 % aus Plasmalogenen und 0,6 % aus Inositol-Phospholipiden

(TERNES, 2008a). Strukturell handelt es sich bei den Phospholipiden um eine Veresterung

des Glycerols oder Sphingosins mit zwei Fettsäuren und eine über eine Phosphatbrücke

verbundene Kopfgruppe. Phospholipide sind amphophile Moleküle, die polare und unpolare


Gruppen besitzen und somit an der Grenzfläche Öl/Wasser adsorbiert werden (ANTON,

2007). Sie besitzen emulgierende Eigenschaften (KIOSSEOGLOU u. SHERMAN, 1983).

Freies Cholesterol (ANTON, 2007) und Cholesterolester beteiligen sich an der Struktur von

LDL, wobei Cholesterolester v. a. im Lipidkern vorkommen (KUKSIS, 1992). Sie bestehen

zu 35 % aus Ölsäure, 33 % aus Palmitinsäure, 12 % aus Linolsäure und 11 % aus Stearinsäure

(KUKSIS, 1992).

2.1.4 andere Inhaltsstoffe

Eigelb enthält, bezogen auf die Trockenmasse, ca. 1 % Kohlenhydrate, von denen 0,2 % an

Proteine gebunden sind (BELITZ u. GROSCH, 1987). Zu den freien Kohlenhydraten zählt

v. a. die Glucose, welche eine erhebliche Bedeutung als Reaktionspartner der Kohlenhydrat-

Maillard-Reaktion (nichtenzymatische Bräunungsreaktion) während der Herstellung und

Lagerung von Trockeneiprodukten besitzt (ACKER u. TERNES, 1994).

Eigelb enthält ebenfalls eine Reihe von Mineralstoffen, zu denen besonders Phosphor

(0,59 %), Kalium (0,138 %) und Calcium (0,14 %) gehören (SOUCI et al., 2008). Das

Phosphat kommt vorwiegend an Phosvitin und Lecithinen gebunden vor (ACKER u.

TERNES, 1994).

Zu den Vitaminen zählen besonders die fettlöslichen Vitamine, die sich ausschließlich im

Eigelb befinden. Hierzu zählt das Vitamin A , Vitamin D und Vitamin E (SOUCI et al.,

2008). Zudem enthält es noch Vitamin B1, B2, Nicotinamid, Panthothensäure, B6, Biotin,

Folsäure und B12 (SOUCI et al., 2008).

Die Farbe des Eigelbs gilt als besonderes Qualitätsmerkmal für unter Verwendung von Eigelb

hergestellte Erzeugnisse. Dabei handelt es sich um Carotine und Xanthophylle (Lutein,

Cryptoxanthin, Zeaxanthin), welche hauptsächlich an der Farbgebung beteiligt sind und zur

Gruppe der Carotinoide gehören (ANTON, 2007). Sie sind besonders in den Eigelblipiden

lokalisiert und somit verantwortlich für die gelbe Farbe. Ihr Gehalt beläuft sich auf weniger

als 1 % der Eigelblipide (ANTON, 2007). Sie werden vom Huhn aus dem Futter


aufgenommen (ACKER u. TERNES, 1994). Nach der Ingestion von Carotin wird es

größtenteils zu Xanthophyllen oxidiert (ANTON, 2007).

2.2 Gewinnung von Eigelbfraktionen

Voraussetzung für die Charakterisierung einzelner Eigelbfraktionen und -proteine ist, dass sie

physikalisch getrennt vorliegen.

KAMAT et al. (1973) trennten die Hauptkomponenten des Eigelbs (Granula und Plasma)

noch mit präparativer Ultrazentrifugation (60 000 x g, 18 h bei 8 °C) ab. Die Separation von

Plasma in eine flotierende LDL-reiche und eine wässrige IgY-reiche Livetin-Phase, ist in der

Literatur mehrfach beschrieben (MCBEE u. COTTERILL, 1979, ANTON et al., 2003, LACA

et al., 2009). In diesen Prozedere wurde das Plasma mit NaCl-Lösung (10 %) (MCBEE u.

COTTERILL, 1979), Ammoniumsulfatlösung (40 %) (ANTON et al., 2003), Hydrokolloiden

(Natriumalginat (1 % (w/v) (LACA et al., 2009)), Natrium-Carboxymethylcellulose (CMC)

(0,05; 0,15 oder 0,25 % (w/w) (SHAH u. SINGH, 1992)) oder Dialyse gegen eine 1 mM

EDTA-Lösung (pH-Wert = 7) (BENGTSSON et al., 1977) separiert.

Zentrifugalbeschleunigungen von bis zu 31 000 × g für 18 h (MCBEE u. COTTERILL,

1979), über 17 400 × g für 30 Min. (SHAH u. SINGH, 1992) sowie 10 000 × g für 30 Min.

(ANTON et al., 2003) oder 15 Min. (LACA et al., 2009) bis nur 5 000 × g für 2 h

(BENGTSSON et al., 1977) waren dafür notwendig. Zudem verändert die Zugabe

verschiedener Ionenkonzentrationen (Na+, Cl-, NH4+, SO42-) die technofunktionellen

Eigenschaften von Eigelb (MOHR u. SIMON, 1992) und seinen isolierten Fraktionen. Bei

einer Verwendung in Lebensmitteln würden durch die Ionen Geschmacksbeeinträchtigungen

auftreten, so dass diese vor einer Verwendung aufwendig dialysiert werden müssten. Insofern

erlangen, bei der Auftrennung des Plasmas, die in der EU als Lebensmittelzusatzstoff

zugelassenen Hydrokolloide (Natriumalginat, Na-Carboxymethylcellulose) vermehrt an

Bedeutung. Sie sind farb-, geruch- und geschmacklos und überzeugen bei der Trennung des

Eigelbplasmas.


Die Trennung von pasteurisiertem Eigelb in die drei Hauptfraktionen LDL, Granula und

Livetine wurde durch ein spezielles Verfahren kostengünstig und auch industriell umsetzbar

möglich (ULRICHS u. TERNES, 2010). Hierfür spielen eine besonders niedrige

Zentrifugalbeschleunigung und -dauer, deutlich unter 10 000 × g für wenige Minuten, eine

entscheidende Rolle.

2.2.1 Theoretische Grundlagen

Das Grundprinzip der mechanischen Trennung (durch Zentrifugation) von Eigelb beruht auf

der thermodynamischen Instabilität einer Eigelbemulsion (Kap. 2.3.3, Seite 28) und der

Stokes´schen Sedimentationsgleichung (Formel 1).

Formel 1:

𝑣𝑣𝑝𝑝 = 2 𝑟𝑟2 𝑔𝑔 (𝜌𝜌𝑝𝑝 − 𝜌𝜌𝑓𝑓)

9 𝜂𝜂

vp = Sedimentations-/Flotationsgeschwindigkeit

ρp = Dichte der dispersen Phase

ρf = Dichte des Fluids (kontinuierliche Phase)

g = Erdbeschleunigung

r = Radius der sinkenden/aufsteigenden Tropfen

η = Dynamische Viskosität des Fluids (kontinuierlichen Phase)

Emulsionen stellen flüssige Dispersionen dar, in denen die Tröpfchen der inneren, dispersen

Phase in der äußeren, kontinuierlichen Phase (Dispersionsmittel) verteilt sind. Zerfällt eine

Emulsion, so geschieht dies entsprechend der Stokes´schen Sedimentationsgleichung.

Aufgrund der Gravitationskraft erfolgt eine Trennung der gemischten Phasen. Die spezifisch

leichtere Phase steigt nach oben (Flotation), während die spezifisch schwerere nach unten

absinkt (Sedimentation). Die Sedimentation/Flotation wird nach dem Gesetz von Stokes

beschleunigt, wenn:


I. die Größe (Radius) des sinkenden/aufsteigenden Gegenstades (Partikels) zunimmt,

II. die dynamische Viskosität der kontinuierlichen Phase abnimmt,

III. die Erdbeschleunigung zunimmt (z. B. durch Zentrifugation).

Das Stokes´sche Gesetz lässt sich nur eingeschränkt auf reale Emulsionssysteme übertragen,

da es nur für einzeln vorliegende Tropfen gilt. Es ermöglicht jedoch die Beschreibung von

Zusammenhängen zwischen den die Trennung beeinflussenden Faktoren und der

Sedimentations-/Flotationsgeschwindigkeit. Bspw. kann die Aufrahmung in der Emulsion

beschleunigt werden, wenn z. B. mehrere Öltropfen aggregieren (Flockung, Koaleszenz) und

sich dabei wie ein einzelner Öltropfen mit großem Durchmesser verhalten. Ebenfalls kann

eine Abnahme der dynamischen Viskosität der kontinuierlichen Phase (z. B. durch

Verdünnung) eine Phasentrennung erleichtern.

Das von ULRICHS und TERNES (2010) entwickelte Fraktionierungsschema zur

großtechnischen Trennung von Eigelb, welches die Voraussetzung zur Verwendung von

Eigelbfraktionen in Lebensmitteln darstellt, wird in der Abbildung 3 (Seite 13) dargestellt.

Im ersten Schritt erfolgt eine Pasteurisation bei 63 °C für 2 Min.. Mithilfe einer

anschließenden 1:1 Verdünnung mit destilliertem Wasser wird die dynamische Viskosität der

kontinuierlichen Phase (η) herabgesetzt, sodass selbst mit einer geringen

Zentrifugalbeschleunigung von 2 800 × g für 8 Min. (5 °C) nach den Gesetzmäßigkeiten von

Stokes (Formel 1) eine Trennung des Eigelbs in Granula und Plasma erreicht wird. Die

Granula sedimentieren, aufgrund ihres hohen Anteils an Lipoproteinen hoher Dichte (HDL),

während das Plasma unter diesen Bedingungen seine Emulsionsstabilität behält. Der

anschließende Zusatz einer 0,625 %igen CMC-Lösung zum Plasma führt zur Aggregation der

LDL-Micellen (Traubenbildung) (TERNES, 2014). Die aggregierten LDL-Micellen verhalten

sich dabei wie eine einzelne LDL-Micelle mit großem Durchmesser. Nach dem Stokes´schen

Gesetz erleichtert ein größerer Partikeldurchmesser r die Trennung der Phasen, sodass das

Plasma bei einer nur geringen Zentrifugalbeschleunigung und -zeit (2 800 × g, 8 Min., 5 °C)

in eine flotierende LDL- und wasserlösliche Livetin-Fraktion getrennt werden kann

(ULRICHS u. TERNES, 2010).


Abbildung 3: Eigelbseparationsschema (Becherzentrifuge) für 1 kg flüssiges, pasteurisiertes (past.) Eigelb

mit Angabe der Trockenmassengehalte [%] der Eigelbfraktionen (ULRICHS u. TERNES, 2010)

EG, pasteurisiert1 kg

TM: 0,500 kg (100,0%)

l

s

Granula0,368 kg

TM: 0,159 kg (31,8 %)

Plasma1,632 kg

TM: 0,340 kg (68,0 %)TM mit CMC: 0,3435 kg

Eigelb (EG) pasteurisiert bei 63 °C für 2 Min.

gekühltes EG verdünnt mit 1000 mL destilliertem Wasser

Zugabe von 440 mLdestilliertem Wasser

2. Zentrifugation:2 800 × g, 10 Min., 5 °C

Plasma rühren

Plasma mit Eis kühlen für 3 h

Zugabe von 560 mL CMC-Lösung (0,625 %ig)

l

LDL,flotierende Phase

0,705 kgTM: 0,297 kg (59,4 %)

Livetine,wässrige Phase

1,927 kgTM: 0,046 kg (9,1 %)

s

Plasma rühren

Prozentuale Anteile bezogen auf die Trockenmasse (TM)

1. Zentrifugation: 2 800 × g, 10 Min., 5 °C


Mit diesem Verfahren, einer Auftrennung von Eigelb in einfachen Becherzentrifugen, wurde

die Grundlage geschaffen Eigelb im industriellen Maßstab zu separieren. Diese Fraktionen

stellen eine neue, wirtschaftlich umsetzbare Alternative zur Verwendung von Volleigelb dar.

Die Pasteurisation ist notwendig, um auch pathogene Keime, die auf jeder Eischale vorhanden

sind und durch den Aufschlagprozess in das Eiprodukt gelangen können, abzutöten.

Ausschlaggebend für eine erfolgreiche Pasteurisation ist die optimale Temperatur/Zeit-

Kombination. So kann bspw. auch bei niedrigen Temperaturen (63 °C) eine Abtötung von

pathogenen Keimen erfolgen. In der Regel liegen die Pasteurisationstemperaturen zwischen

61 und 68 °C bei einer Heißhaltezeit von 30 bis 120 Sekunden (TERNES, 2008b). Zu hohe

Pasteurisationstemperaturen und eine zu lange Dauer beeinflussen maßgeblich die

technofunktionellen Eigenschaften von Eigelb, z. B. im Backprozess.

Jedoch hat die Verwendung feuchter past. Eigelbfraktionen aus mikrobiologischer Sicht

wenig Aussicht umgesetzt zu werden. Diese müssten zeitnah verarbeitet werden, da Eigelb

einen optimalen Nährboden für ubiquitär vorkommende Keime bietet. Gefriergetrocknete

Fraktionen, die in ihrer Funktionalität mit frischen Fraktionen vergleichbar sind, bieten eine

Möglichkeit, die Haltbarkeit erheblich zu steigern und sind zudem besser zu Handhaben.

Durch die vergleichsweise hohen Trockenmassegehalte der LDL- und Granula-Fraktion (von

42 %/43 %) lässt sich die Gefriertrocknung auch kosteneffizient gestalten.

Beim konventionellen Gefrierprozess gehen die Lipoproteine des Eigelbs (LDL-Micellen des

Plasmas) untereinander Wechselwirkungen ein, sodass sich nach dem Auftauen ein

puddingartiges Gel bildet (POWRIE et al., 1963, KUMAR u. MAHADEVA, 1970). Dieses

besitzt nicht mehr die Eigenschaften von frischem LDL. Durch Zusatz von Zucker (bis 10 %)

und Glycerol (bis 10 %) lässt sich der Effekt der Gelbildung nach dem Gefrieren und

Auftauen weitgehend verhindern (TELIS u. KIECKBUSCH, 1998). Jedoch schränkt dieser

Gehalt an Zucker und Glycerol die Verwendungsmöglichkeiten erheblich ein.

Sprühgetrocknete Eigelbprodukte weisen aufgrund der thermischen Schädigung während des

Trocknungsverfahrens (Temperatur der eingeblasenen Heißluft: 165 °C) und der daraus


resultierenden schlechten Löslichkeit nur eine eingeschränkte Funktionalität und damit einen

begrenzten Einsatz in Lebensmitteln auf (TERNES, 2008a).

Mit einem von JAEKEL et al. (2008) entwickelten Verfahren (Abbildung 4) ist es möglich,

ggt. Eigelbprodukte unter weitgehendem Erhalt der nativen Funktionalität der Inhaltsstoffe zu

gewinnen.

Abbildung 4: Fließschema zur Gewinnung gefriergetrockneter (ggt.) Eigelbprodukte (JAEKEL et al.,

2008)

Eigelb LDL Granula Livetine

Vorkristallisation im Gefrierschrank

Kontaktplattengefrierverfahren

Gefriertrocknung

Zerkleinerung, evtl. Zwischenlagerung

Granulat

Mörsern

Pulver aus Eigelb oder den

Fraktionen

bei ˗ 5,5 °C bis - 7,0 °C, Dauer: ca. 12 h

bei - 42 °C Schockfrostung zwischen zwei waagerechten Metallplatten

bei - 20 °C

bei - 35 °C bis - 20 °C, Dauer: ca. 12 h

Restfeuchte ca. 2,2 bis 4,5 % je nach Eigelbfraktion


In einem technologischen Prozess, bei dem die Gelbildung im Eigelb unterdrückt werden soll,

wird das flüssige Eigelb zunächst auf eine Temperatur von ca. ˗ 6 °C vorkristallisiert, so dass

die Kristallisationswärme des Wassers (Eisbildung) entzogen wird. Im zweiten Schritt kann

so der kritische Temperaturbereich von ˗ 7 °C bis ˗ 14 °C (POWRIE et al., 1963, TELIS u.

KIECKBUSCH, 1997) durch ein Kontaktgefrierverfahren schnell durchlaufen (innerhalb von

5 s) werden. Nach der Vorkristallisations-, Gefrier- und Lagerungsphase wird das gefrorene

Eigelb bei ˗ 35 °C bis ˗ 25 °C gefriergetrocknet. Anschließend wird das Granulat gemörsert,

sodass ein lagerungsfähiges Pulver aus Eigelb, der LDL-, Granula- und Livetin-Fraktion

entsteht.

Die prozentualen Gehalte an Gesamtfett, Gesamtprotein sowie der Restfeuchte entsprechend

nach diesem Verfahren gewonnener Eigelbfraktionen werden in der Tabelle 1 aufgelistet.

Tabelle 1: Prozentuale Gehalte an Gesamtfett und Gesamtprotein sowie der Restfeuchte der einzelnen

Eigelbfraktionen (past. ggt.) nach ULRICHS und TERNES (2010)

Fraktion n* Fettgehalt [%] Proteingehalt [%] Restfeuchte [%]

Eigelb 6 59,3 a ** 59,4 ± 0,43 31,7 a ** 32,4 ± 0,32 3,20 ± 0,46

Granula 6 34,3 b ** 34,1 ± 0,59 64,0 b ** 57,3 ± 0,25 2,68 ± 0,14

LDL 6 78,9 c **- 86,7 d ** 76,4 ± 2,01 12,0 d ** 20,8 ± 0,25 2,21 ± 0,37

Livetine 6 8,7 e ** 10,3 ± 0,60 61,3 e ** 71,7 ± 0,37 4,59 ± 0,17

* : n: Anzahl gemessener Proben (100 Eier pro Versuch) a : Referenz: SOUCI et al. (2008) b : Referenz: DYER-HURDON und NNANNA (1993) c : Referenz: SHAH und SINGH (1992) d : Referenz: ANTON et al. (2003) e : Referenz: LACA et al. (2009), bezogen auf TM

**: Angaben beziehen sich auf die Trockenmasse (TM)

Neben der Verwendung von Volleigelb wird zunehmend die Extraktion einzelner

Eigelbbestandteile (v. a. Livetine und Lecithine) kommerziell betrieben. Dabei ist es als

wirtschaftliches Problem anzusehen, dass bei der Prozessführung verschiedene Branchen

jeweils nur eine einzelne Komponente erfassen und so proteinreiche, aber für die menschliche

Ernährung derzeit unbrauchbare Nebenprodukte anfallen. In den letzten Jahren ist das


Interesse gewachsen, Fraktionen des Eigelbs so herzustellen, dass die Anteile an nicht

verwertbaren Beiprodukten möglichst gering ausfallen. Effizienz und Wirtschaftlichkeit

ließen sich also dadurch steigern, dass aus dem Rohstoff nicht nur eine Komponente separiert

oder genutzt wird, sondern möglichst alle Bestandteile.

Es ist ein interessanter Ansatzpunkt, Fraktionen des Eigelbs gezielt einzusetzen, um bspw. die

Eigenschaften eines Gebäcks zu verbessern oder die Kosten durch eine alternative

Verwendung von Eigelbfraktionen (statt Volleigelb) zu verringern. Bei der Gewinnung von

Immunglobulinen (IgY) aus dem Eigelb fällt ein über 90 %iger Anteil kaum verwertbarer

Eiinhaltsstoffe an. Zwar lassen sich durch die hohen Erlöse für IgY, z. B. als bioaktive

Lebensmittelinhaltsstoffe (SHIMIZU et al., 1994) in Bonbons gegen kariesverursachende

Bakterien (Streptococcus mutans) oder in Joghurt gegen Helicobacter pylori, wirtschaftliche

Präparate herstellen, die in Japan den Markt erobern konnten, doch gehen wertvolle

Lebensmittel in einem Nebenstrom dabei verloren. Entsprechende Möglichkeiten könnten

sich für Feine Backwaren ergeben.

2.3 Technofunktionelle Eigenschaften von Eigelb bei der Verarbeitung in Lebensmitteln

Die Verarbeitung von Eigelb in Lebensmitteln ist im Wesentlichen auf drei funktionelle

Eigenschaften zurückzuführen: auf die thermische Koagulierbarkeit, das

Schaumbildungsvermögen und die Wirkung als Emulgator, daneben auch auf Farbe und

Aroma. Für die Herstellung von Süßspeisen, wie Speiseeis, warmen aufgeschlagenen Saucen,

wie Sauce Hollandaise und Mayonnaisen sowie Gebäck (Biskuit, Sandkuchen) sind die

funktionellen Eigenschaften unter thermischer Einwirkung bedeutsam. Die wichtigsten

Bestandteile für die funktionellen Eigenschaften von Eigelb sind die Lipoproteine und

Livetine des Plasmas (TERNES, 2008a).

Durch thermische Einwirkung treten bei Eigelb irreversible Schäden auf, die die

technofunktionellen Eigenschaften, wie Emulgier- und Schaumbildungseigenschaften

verändern können.


2.3.1 Viskosität und Gelbildung durch thermische Einflüsse

Die Gelbildung von Eiklar beginnt, in Abhängigkeit vom pH-Wert des Milieus, bei 61 °C

(TRZISZKA, 1994), die von Eigelb beginnt bei Temperaturen um 65 °C (TERNES u.

WERLEIN, 1987). Die hauptsächliche Verwendung von Eigelb in der

Nahrungsmittelindustrie basiert auf seiner Fähigkeit zur Gelbildung unter thermischer

Einwirkung (wichtiges Bindemittel). Diese charakteristische Eigenschaft hat ihre Ursache in

der Interaktion von Proteinen (KIOSSEOGLOU u. PARASKEVOPOULOU, 2005) und

bestimmt entscheidend den texturalen Charakter der Nahrungsmittel bei der Herstellung von

Süßspeisen (Speiseeis), warmen aufgeschlagenen Saucen, wie Sauce Hollandaise, und

Gebäck, wie bspw. Wiener Massen. Allerdings tritt in einigen wärmebehandelten Produkten,

wie z. B. der Sauce Hollandaise, eine durch Proteindenaturation hervorgerufene

Strukturänderung (KIOSSEOGLOU u. PARASKEVOPOULOU, 2005) der Eigelbproteine

auf, da diese besonders thermosensitiv sind (ANTON et al., 2001). Strukturänderungen

können ebenfalls, meist unerwünscht, bei der Pasteurisation, Lebensmittelverarbeitung und -

zubereitung auftreten. Durch verschiedenste technologische Faktoren, wie pH-Wert,

Ionenstärke und Gefriertrocknungsprozesse ist es möglich, die hitzeinduzierte Gelbildung von

Eigelb zu verändern (CORDOBES et al., 2004, KIOSSEOGLOU u. PARASKEVOPOULOU,

2005) und diese auch vorteilhaft anzuwenden und so Nahrungsmittel mit einer optimalen

Textur und langen Haltbarkeit herzustellen.

In den neusten Studien wurde die Eigelbgelbildung mit den verschiedensten Techniken

untersucht. LE DENMAT et al. (1999) verwendeten die Polyacrylamidgel-Elektrophorese,

um erhitzte, denaturierte Eigelbproteine zu identifizieren. Die dynamische

Differenzkalorimetrie (DSC) wurde von CORDOBES et al. (2004) benutzt, um thermal

induzierte Transitionen von Eigelbproteinen zu beschreiben und Informationen über die

Umwandlung von nativen zu denaturierten Stadien zu gewinnen. Die Ergebnisse, die mit den

DSC-Messungen gewonnen wurden, zeigen dass über 60 °C die Denaturierung von Eigelb

kontinuierlich stattfindet (CORDOBES et al., 2004). KIOSSEOGLOU und

PARASKEVOPOULOU (2005) studierten den Effekt von verschiedenen Reagenzien, die

zum Aufbrechen von Disulfidbrücken zwischen den Polypeptidketten oder zur Blockade von


Sulfhydrylgruppen führen, auf das Verhalten von Eigelb, Plasma und der Granula-Fraktion

während einer Erwärmung auf 90 °C und untermauerten ihre Ergebnisse anhand von

Trübungsmessungen und SDS-Page (Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel

electrophoresis). Diese Autoren berichten, dass Erhitzen die oberflächenstabilisierenden

Proteinmoleküle der LDL-Mizellen und HDL der Granula denaturiert, was zu einer

Destabilisation dieser Partikel führt und somit günstigere Partikelinteraktionen bei relativ

niedrigen Temperaturen ermöglichen (64-70 °C). Die Eigelbgelbildung wird von

Interaktionen zwischen den LDL Apolipoproteinen und den Livetinkomponenten dominiert.

Die Granula-Proteine sind weniger anfällig gegenüber Molekularinteraktionen und damit

weniger entscheidend für die Ausbildung eines Gels bei Erhitzung, da sie bis zu 75 °C relativ

stabil sind, eine globuläre Struktur aufweisen und bei geringer Ionenstärke in große Partikel

eingebettet sind. Da Eigelb zu einem großen Anteil aus hydrophoben Aminosäuren aufgebaut

ist (ANTON et al., 2001), spielen die hydrophoben Interaktionen eine wichtige Rolle in der

Gelbildung, gleichzeitig tragen kovalente Disulfidbindungen dazu bei. Generell können bei

der Proteindenaturation die Proteinketten ausgiebiger durch Disulfidbindungen interagieren.

Der Mechanismus der Gelbildung kann ebenso ohne großen personellen, finanziellen und

technischen Aufwand mit Methoden der Rheologie untersucht werden (IBARZ u. SINTES,

1989, MOHR u. SIMON, 1992, TERNES u. WERLEIN, 1987, ULRICHS u. TERNES,

2010). So können wertvolle Informationen über die temperaturabhängige Gelbildung der

Proteine (LOPES DA SILVA u. RAO, 1999) gewonnen werden.

2.3.1.1 Rheologische Grundlagen

Die Rheologie ist die Lehre von der Verformung einschließlich des Fließens fluider und fester

Substanzen unter Einwirkung mechanischer Kräfte (von griechisch rheo = fließen und logos =

Wissenschaft). Das Fließverhalten von Stoffen ist von deren physikalisch-chemischen

Eigenschaften abhängig. Es wird durch die Form und Anordnung der Moleküle, ihre

Konzentration, die Temperatur, die Micellenanordnung und ihre Vernetzung bestimmt.


Parameter zur Charakterisierung der rheologischen Eigenschaften eines Stoffes sind die

Viskosität η, die Schubspannung τ und die Scherrate γ.

Als Viskosität (Zähigkeit) eines Stoffes wird der durch Reibungskräfte auftretende

Fließwiderstand gewertet. Dieser tritt auf, wenn Moleküle eines fließenden Stoffes

gegeneinander verschoben werden (

.

MEZGER, 2010b).

Der Erklärung grundlegender rheologischer Parameter dient das Zwei-Platten-Modell, bei

dem die obere Platte mit der Fläche A gegen eine untere unbewegliche Platte (v = 0) durch die

Kraft F bewegt wird. Die resultierende Geschwindigkeit v wird gemessen. Der Spalt zwischen

den beiden Platten besitzt den Abstand h (MEZGER, 2010b).

Die Schubspannung τ ist definiert als Quotient aus Scherkraft F [N] und der Scherfläche

A [m2].

Formel 2:

𝜏𝜏 = 𝐹𝐹 / 𝐴𝐴

Die Scherrate γ.

Formel 3:

γ.

= 𝑣𝑣 / ℎ

ist definiert als Quotient aus der Geschwindigkeit v [m/s] und dem

Plattenabstand h [m].

Der Quotient aus Schubspannung und Scherrate ist eine wichtige Kenngröße, welche als

Viskosität η [Pas], manchmal auch als „dynamische Viskosität“, bezeichnet wird.

Formel 4:

𝜂𝜂 = 𝜏𝜏 / γ.


Grafisch wird das Fließverhalten von Stoffen bei einer konstanten Messtemperatur mit Hilfe

der Fließkurve, die die gegenseitige Abhängigkeit von Schubspannung τ und Scherrate γ. zeigt

und der Viskositätskurve dargestellt. Die Viskositätskurve zeigt die Abhängigkeit der

Viskosität η von der Scherrate

Hierbei wird im Allgemeinen zwischen idealviskosem (newtonschem: linearer

Zusammenhang zwischen τ und

γ..

γ.

Zur Bestimmung des meist komplexeren, nicht-idealviskosen Fließverhaltens, wie es auch

Eigelb aufweist, dienen Rotationversuche. Sie ermöglichen die Einstellung definierter Werte

für Scherrate und Schubspannung.

) und nicht-idealviskosem (nicht-newtonschem)

Fließverhalten unterschieden. Die Viskosität eines idealviskosen Stoffes ist somit unabhängig

von der Höhe und Dauer der Scherbelastung (TSCHEUSCHNER, 1986).

Ein Stoff, bei dem die Viskosität von der Höhe der Scherbelastung (Scherrate bzw.

Schubspannung) abhängt, wird als nicht-newtonsches Fluid bezeichnet. MOHR und SIMON

(1992) beschrieben Eigelb innerhalb eines Grenzschergefälles von 100 s-1 als nicht-

newtonsches Fluid. Mit steigender Belastung zeigt Eigelb eine abnehmende Viskosität

(scherverdünnendes, pseudoplastisches Verhalten), die auch als „scheinbare Viskosität“

bezeichnet wird, um den Unterschied zur konstanten Viskosität eines idealviskosen Stoffes

deutlich zu machen (MEZGER, 2010a). Diese Viskositätswerte repräsentieren jeweils nur

einen Punkt der Viskositätsfunktion. In Dispersionen, wie dem Eigelb, kann der Schervorgang

zu einer Orientierung der Partikel in die Scherrichtung und die Richtung des Schergradienten

führen. Agglomerate von Partikeln können so zerstört und Strukturen verändert werden, so

dass es zu einer Verringerung der Wechselwirkungen zwischen den Partikeln und damit auch

zur Abnahme der Viskosität kommt (MEZGER, 2010a).

Zur Bestimmung der Sol-/Gel-Übergangstemperatur eines Fluids sind Messungen der

Temperaturabhängigkeit der Viskosität besonders interessant (LOPES DA SILVA u. RAO,

1999). Hierbei wird in jedem Versuch bei konstanter Scherbelastung gemessen, sowie ein


zeitabhängiges Temperaturprogramm T(t), z. B. als Aufwärts- oder Abwärtsrampe festgelegt

(MEZGER, 2010a). Man erhält als Ergebnis eine Funktion von τ und η in Abhängigkeit der

Temperatur. Liegt eine Probe vor, deren temperaturabhängige Viskosität nach Erreichen eines

Viskositätsminimums auf einen zuvor definierten hohen Wert ansteigt, ist der sogenannte

Gel-Punkt (Gel-Temperatur) erreicht.

2.3.1.2 Temperaturabhängige Viskosität von Eigelb

Bisherige Rheologische Studien haben gezeigt, dass Eigelb eine charakteristische

temperaturabhängige Viskositätskurve aufweist. Eigelb wird im Lebensmittelbereich meist

unter Rühren verarbeitet, sodass Rotationsversuche im Vergleich zu oszillierenden

Messungen dessen Verarbeitungsweise am besten entsprechen. Rotationsmessungen wurden

schon erfolgreich von einigen Autoren zur Untersuchung der Eigelbviskosität angewendet

(IBARZ, 1993, MOHR u. SIMON, 1992). Schon TERNES und WERLEIN (1987)

untersuchten Eigelblösungen, welche im Verhältnis 1 Teil Eigelb und 1,2 Teile Wasser

verdünnt wurden, mit einem Rotationsviskosimter mit Temperiergefäß und bestimmten

dessen temperaturabhängige Viskosität im Temperaturbereich von 55 °C-95 °C. Hier zeigt

Eigelb zwei unterschiedliche Viskositätsmaxima (Abbildung 5) (TERNES u. WERLEIN,

1987). Bei Temperaturen oberhalb des 1. Viskositätsmaximum (75-80 °C, Scherrate 26 s-1)

(“Punkt der Rose”, Abbildung 5, A) beginnt die Freisetzung von Lipiden aus den

denaturierten Lipoproteinen des Plasmas und bewirkt eine Abnahme der Viskosität (TERNES

u. WERLEIN, 1987, JAEKEL u. TERNES, 2009). Die „Rose des Eigelbs“, die auf dem

Rücken eines Kochlöffels durch Anpusten der Eigelbmasse erzeugt werden kann, entspricht

dem ersten Maximum der Viskosität, dem Punkt der optimalen Konsistenz zur Herstellung

verschiedener Cremes und Saucen. Dieses Phänomen basiert auf der Interaktion von LDL, der

Hauptkomponente des Eigelbs, mit den anderen Eigelbproteinen, wie den Livetinen (JAEKEL

et al., 2008). Beim 2. Viskositätsanstieg (> 85 °C), bildet Eigelb, durch die Aggregation

denaturierter Proteine, ein dreidimensional vernetztes, schnittfestes Gel (JAEKEL u.

TERNES, 2009, TERNES u. WERLEIN, 1987) (Abbildung 5, B), wie es beim hartgekochten

Eigelb vorkommt.


Abbildung 5: Temperaturabhängiger Viskositätsverlauf nach ULRICHS und TERNES (2010) von past.

Eigelb, Ausbildung einer gelartigen Struktur am „Punkt der Rose“ (A) und eines dreidimensional

vernetztem, schnittfesten Gels (B) im Vergleich zu den Fraktionen LDL, Granula und Livetine (past. ggt.,

in 1 %iger NaCl-Lösung rekonstituiert), Scherrate: 26 s-1

Eigelb kann einfach fraktioniert werden, in drei große technologisch und funktionell wertvolle

Fraktionen mit dem zuvor beschriebenen großtechnisch durchführbaren Verfahren

(ULRICHS u. TERNES, 2010): die proteinreiche Granula-Fraktion, die fettreiche LDL-

Fraktion und die wasserlösliche Livetin-Fraktion.

ULRICHS und TERNES (2010) zeigten erstmals, dass das temperaturabhängige rheologische

Verhalten von Eigelb mit dem jeder einzelnen Eigelbfraktion korrespondiert (Abbildung 5).

Die Livetine zeigen bei 64 °C eine beginnende Viskositätsänderung, welche ihr Maximum bei

75 °C erreicht. Diese Änderung tritt bei LDL schon bei 70 °C auf. Ihr Maximum liegt

ebenfalls bei 75 °C. Die Viskositätsänderung der Granula-Fraktion beginnt erst bei einer

Temperatur von 82 °C und erreicht ihr Maximum bei 88 °C.

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

100

101

102

Pa·s

η

30 40 50 60 70 80 90 100°CTemperatur T

Eigelb, past.

Granula, past. ggt.

LDL, past. ggt.

Livetine, past. ggt.

A B


Abbildung 6: Temperaturabhängige Viskosität nach ULRICHS und TERNES (2010) von nicht past. LDL

(nativ) im Vergleich zu past. ggt. LDL (in 1 %iger NaCl-Lösung rekonstituiert)

Nach ULRICHS und TERNES (2010) verhalten sich die frische (native) LDL-Fraktion und

die technologisch behandelte (past. ggt.), nach Rekonstituierung in 1 %iger NaCl-Lösung,

rheologisch verhältnismäßig gleich, so dass der natürliche technofunktionelle Charakter

beibehalten wird (Abbildung 6). Nach TSUTSUI (1988) und ULRICHS und TERNES (2010)

zeigt die Viskositätskurve von LDL einen plötzlichen Anstieg bei Temperaturen über 70 °C,

welches vergleichbar ist mit dem Verhalten von Eigelb und die entscheidende Rolle von LDL

in der hitzeinduzierten Gelbildung von Eigelb bestätigt.

10-3

10-2

10-1

Pa·s

η

30 40 50 60 70 80 90 100°CTemperatur T

LDL, nativ

LDL, past. ggt.


Abbildung 7: Temperaturabhängiger Viskositätsverlauf nach ULRICHS und TERNES (2010) von nicht

past. Granula (nativ) im Vergleich zu past. ggt. Granula (in 1 %iger NaCl-Lösung rekonstituiert)

Nur bei dem Vergleich der frischen (nativen) Granula mit der technologisch behandelten

(past. ggt.) Granula beginnt nach ULRICHS und TERNES (2010) der Viskositätsanstieg bei

unterschiedlichen Temperaturen: bei der frischen (nativen) Granula bei ca. 80 °C bzw. bei der

behandelten (past. ggt.) Granula bei ca. 77 °C (Abbildung 7). Jedoch zeigen beide einen

identischen Bereich der Maximalviskosität.

Der Einfluss von Salzen auf die temperaturabhängige Viskosität von Eigelb wurde schon von

zahlreichen Autoren untersucht (TERNES u. WERLEIN, 1987, IBARZ, 1993, PUNIDADAS

u. MCKELLAR, 1999). Bspw. beobachteten MOHR und SIMON (1992) anhand

rheologischer Messungen der thermischen Proteindenaturierung eine Zunahme der

Denaturierungstemperatur von Eigelb um 6-7 K pro 10 Ma.-% NaCl-Zusatz, sodass die

Zugabe von Salz eine höhere Pasteurisationstemperatur von Eigelb ermöglicht. Hierbei bleibt

der charakteristische rheologische Viskositätsverlauf unbeeinflusst. Ferner studierte IBARZ

(1993) das Verhalten von gesalzenem Eigelb (7 und 14 % NaCl) und erfasste mit

10-3

10-2

10-1

100

101

101

Pa·s

η

30 40 50 60 70 80 90 100°CTemperatur T

Granula, nativ

Granula, past. ggt.


zunehmendem Salzgehalt einen steigenden Konsistenzkoeffizienten (m) und eine damit

steigende Viskosität. Zu dieser Ansicht kamen auch PUNIDADAS und MCKELLAR (1999),

die eine Viskositätszunahme von Eigelb nach Zusatz von 10 % NaCl verzeichneten. TERNES

und WERLEIN (1987) untersuchten Eigelblösungen mit einem NaCl-Anteil von 1 % und

beobachteten eine Verdopplung der Viskosität, jedoch keine Verschiebung des

1. Viskositätsmaximums in höhere Temperaturbereiche.

Rheologische Untersuchungen haben ebenso gezeigt, dass es mithilfe eines optimierten

Gefriertrocknungsverfahrens für Eigelb, welches eine Prekristallisation und schnelles

Kontaktplattengefrieren enthält, möglich ist, die gefrierinduzierte Gelbildung auf ein

Minimum zu reduzieren ohne besondere Stoffe zuzugeben (JAEKEL et al., 2008). Zudem

konnten keine signifikanten Unterschiede im rheologischen Verhalten von ggt. Eigelb im

Vergleich zu frischem Eigelb festgestellt werden (ULRICHS u. TERNES, 2010).

Gleichermaßen zeigte sich unter Anwendung optimierter Pasteurisationsbedingungen (63 °C,

2 Min.), dass die Lage des 1. Viskositätsmaximums („Punkt der Rose“), die hitzeinduzierte

Gelstärke und das Fließverhalten von gekühltem flüssigem Eigelb kaum von past. Eigelb

unterscheidet, während konventionelle Pasteurisationsbedingungen (Temperaturen über

68 °C) kritisch für den Erhalt der funktionellen Eigenschaften von Eigelb sind (JAEKEL et

al., 2008).

2.3.2 Schaumbildungsvermögen

Schäume bestehen aus Agglomeraten von Gasblasen, die voneinander durch eine dünne

flüssige Hülle (Film) abgetrennt sind (BIKERMAN, 1973). Sie entstehen durch das

Einschlagen von Luft. Hierbei werden Grenzschichten gelockert und das Volumen erhöht. Die

Fähigkeit zur Bildung von Schäumen sowie ebenfalls von Emulsionen (Kap. 2.3.3, Seite 28)

beruht auf dem gleichen Grundprinzip: dem Herabsetzten der Grenzflächenspannung

zwischen Luftbläschen und festen Stoffen (z. B. Mehlbestandteilen) oder Wasser einerseits

(Schaumbildung) und zwischen Öl und Wasser andererseits (Emulgierung). Dieser

Mechanismus hängt neben der räumlichen Konformationsänderung der Proteine auch mit dem

Freilegen hydrophober Gruppen zusammen („teilweise Denaturierung“), die vorher im


Inneren der Proteinmoleküle verborgen waren (TRZISZKA, 1994, TERNES u. ACKER,

1994). Im Verlauf der Denaturierung, also im Zuge des Entfaltens der Polypeptidkette, treten

zusätzlich hydrophobe Gruppen an die Oberfläche, die Grenzflächenhydrophobizität nimmt

zu (TERNES u. ACKER, 1994, TRZISZKA, 1994). Diese Steigerung der

Oberflächenhydrophobie der Proteine resultiert in einer starken Adsorption der Proteine auf

der freien Zwischenphasenoberfläche Wasser/Luft, vermindert die Oberflächenspannung und

erhöht somit die Beständigkeit des gebildeten Dispersionssystems (TRZISZKA, 1994).

Für das Volumen und die Eigenschaften des Schaumes sind sowohl das

Schaumbildungsvermögen als auch die Schaumstabilität wesentlich (SKOBRANEK, 1991).

Das Schaumbildungsvermögen und die -stabilität beruhen neben der Steigerung der

Oberflächenhydrophobie noch auf einer zweiten wichtigen Eigenschaft von Proteinen. Hierzu

zählt die Flexibilität in der räumlichen Struktur (keine stabilisierenden Disulfidbrücken), d. h.

die Fähigkeit sich der Oberfläche der Tröpfchen anzupassen, wodurch die Effektivität in der

Stabilisation von Luftbläschen (und auch von Emulsionen, Kap. 2.3.3) ansteigt (TRZISZKA,

1994, TERNES u. ACKER, 1994). Das gebildete Schaumvolumen von Eigelb ist ein wenig

höher, als das von Eiklar (TERNES u. ACKER, 1994). Jedoch ist die Stabilität von

Eigelbschäumen bei Raumtemperatur, im Gegensatz zu der von Eiklar, wesentlich geringer

(AWAZUHARA u. NAKAMURA, 1986, CUNNINGHAM, 1972). Eigelbschäume zeigen

sich weich und viskos und neigen zur Porenvergrößerung und zum Zusammenfließen

(TERNES u. ACKER, 1994). Eine effektive Stabilisierung des Eigelbschaumes kann nur

durch eine thermische Behandlung (> 70 °C) (beginnende Denaturierung, „Punkt der Rose“

(Abbildung 5, Seite 23)) erreicht werden. Dies entspricht der „teilweisen thermischen

Denaturierung“, die noch keine Koagulation verursacht, aber die Hydrophobie der Proteine

und somit ihre Oberflächenhydrophobizität steigert. An diesem Punkt der optimalen Stabilität

ist die Wasserbindung der Plasmaproteine, die v. a. für den Schaumbildungsprozess

verantwortlich sind, maximal, die Drainage minimal und die Lipoproteine behalten dabei

noch ihre emulgierenden Eigenschaften (TERNES u. ACKER, 1994). Hierdurch entsteht eine

feinporige Schaumstruktur im Bereich des Temperaturoptimums. Im Vergleich dazu besitzt,

bei der Schaumbildung und -stabilisation von Eiklar, die „mechanische Denaturierung“ der

Proteine an der Grenzschicht Flüssigkeit/Luft eine besondere Bedeutung bezüglich der


Stabilität des Schaumes. KAMAT et al. (1973) zeigten, dass das Eigelbplasma und somit

folglich LDL die Hauptaufgabe in der Schaumbildung einnimmt. Zugleich kann, durch den

Zusatz von Emulgatoren, das Schaumbildungsvermögen der Eier verbessert und eine

Feinstverteilung der Bläschen im Schaum begünstigt werden, welches besonders die

Schaumbeständigkeit erhöht (SKOBRANEK, 1991).

2.3.3 Emulgierende Eigenschaften

Emulgatoren (grenzflächenaktive Stoffe/Tenside) haben die besondere Eigenschaft, sich

sowohl mit Fett (lipophil/hydrophob) als auch mit Wasser zu verbinden (hydrophil) und

dienen in der Nahrungsindustrie der Herstellung einer Fett-Wasser-Emulsion durch das

Herabsetzen der Grenzflächenspannung zwischen der Öl- und Wasserphase (Emulgierung).

So erreichen sie eine Feinverteilung der einen in der anderen Phase. Das gleiche Grundprinzip

gilt auch für andere Stoffe, die sich nicht ineinander lösen, z. B. gasförmigen Stoffen

(Luftbläschen) und festen Stoffen (z. B. Mehlbestandteilen) oder Luft und Wasser (GÖLITZ

et al., 2001) (Schaumbildungsvermögen Kap. 2.3.2, Seite 26). D. h. auch zwischen diesen

Stoffen gibt es Grenzflächen die bspw. während der Herstellung einer Kuchenmasse eine

Rolle spielen.

Die Grenzflächenaktivität von Proteinen (Emulgatorwirkung) lässt sich auf ihren Aufbau, der

durch das Vorhandensein von hydrophilen und hydrophoben Bereichen gekennzeichnet ist,

zurückführen. Dadurch können sie an der Phasengrenzfläche adsorbiert werden und so die

Grenzflächenspannung herabsetzen. Für eine gute Wirkung von Proteinen als Emulgator sind

eine gewisse Flexibilität der räumlichen Struktur, ihre Löslichkeit und die Hydrophobizität

von Bedeutung (TERNES u. ACKER, 1994). Unter Flexibilität versteht man die Fähigkeit,

sich der Tröpfchenoberfläche anzupassen, d. h. ein Molekül ist flexibel, wenn es nicht durch

Disulfidbrücken stabilisiert wird (TERNES u. ACKER, 1994). Die Belegung der Grenzfläche

durch flexible Proteine wird durch das Auffalten des Proteins und damit der Änderung seiner

Tertiärstruktur erreicht (BUXMANN, 2009). Dieser Effekt wird als

Grenzflächendenaturierung bezeichnet. Die Löslichkeit eines Proteins wird durch seine

Ladungshäufigkeit und Hydrophobizität bestimmt, wohingegen eine hohe Ladungshäufigkeit


und geringe Hydrophobizität eine hohe Löslichkeit zur Folge haben (TERNES u. ACKER,

1994). Die Löslichkeit eines Proteins nimmt aber im Verlauf der Denaturierung ab, jedoch

nimmt die Hydrophobizität zu, sodass durch bestimmte Prozesse, die der Haltbarmachung

dienen (Tiefgefrieren, Trocknung), die Löslichkeit und Struktur der Proteine verändert und

die funktionellen Eigenschaften, wie der emulgierende Effekt, beeinflusst werden kann

(TERNES u. ACKER, 1994). NAKAI (1983) beobachtete, das die emulgierende und

stabilisierende Kapazität von Ovalbumin, wie auch das Schaumbildungsvermögen durch eine

hitzeinduzierte Zunahme der Oberflächenhydrophobizität des Proteins erheblich verbessert

werden kann sowie der Anteil der hydrophoben Gruppen eines Proteins dessen

Hydrophobizität bestimmt. Jedoch zeigte sich, dass die effektive Hydrophobizität

entscheidender ist, denn bei den meisten Proteinen befinden sich die hydrophoben Gruppen

im Inneren des Moleküls (TERNES u. ACKER, 1994). Die Hydrophobizität kann im Verlauf

einer Denaturierung durch Entfalten der Polypeptidkette zunehmen, da zusätzlich hydrophobe

Gruppen an die Moleküloberfläche treten und so letztendlich auch die Grenzflächenaktivität

zunimmt (TERNES u. ACKER, 1994).

Eigelb besitzt hervorragende Emulgiereigenschaften und wird daher als ein natürlicher

Emulgator, insbesondere für die Herstellung von Lebensmittelemulsionen wie Mayonnaise

oder Salatdressing, die zu den Öl/Wasser-Emulsionen gehören, verwendet (FORD et al.,

1997). Maßgebend für die Emulsionswirkung des Eigelbs sind die Lipoproteine, v. a. die

Low-Density-Lipoproteine mit ihrem hohen Anteil an Lipiden (fast 90 %) (ANTON et al.,

2003). Von den LDL Komponenten haben sowohl die Apolipoproteine, die dank ihrer

amphiphilen Natur an der Grenzfläche Öl/Wasser adsorbiert werden, und Phospholipide

emulgierende Eigenschaften (KIOSSEOGLOU u. SHERMAN, 1983). KIOSSEOGLOU und

SHERMAN (1983) vermuteten, dass LDL an der Öl/Wasser-Grenzfläche aufbricht und als

Apolipoprotein-Phospholipidkomplex die Grenzflächen stabilisiert, wohingegen neutrale

Lipide in Koaleszenz mit den Öltropfen treten.

Die Livetine scheinen besonders für die Emulsionsstabilität verantwortlich zu sein (TERNES

u. ACKER, 1994, NAVIDGHASEMIZAD et al., 2014). NAVIDGHASEMIZAD et al. (2014)

bestimmten den Koaleszenzindex von Emulsionen aus Eigelb und Eigelb nach Entfernung der


Livetine, wobei das Eigelb einen geringeren Koaleszenzindex aufwies, welches auf eine

geringere Emulsionsstabilität durch den Livetinverlust verweist.

Die LDL-, aber auch die Granulaproteine, bewirken eine Verkleinerung der Partikelgröße in

der Emulsion, wobei die LDL-Proteine eine größere Oberflächenaktivität aufweisen

(TERNES, 2008a). Kleinere Partikelgrößen korrelieren mit einer geringeren

Verschmelzungswahrscheinlichkeit der Partikel in Emulsionen und somit einer höheren

Emulsionsstabilität (NAVIDGHASEMIZAD et al., 2014). Die Granula zeigt aufgrund der

aggregierten Struktur und einer sehr niedrigen Löslichkeit im natürlichen Milieu des Eigelbs

(pH 6,5-7 und Ionenstärke < 0,3 M NaCl) eine schwache Emulgieraktivität. Erst durch eine

Erhöhung der Ionenstärke auf > 0,3 M NaCl bzw. des pH-Wertes auf > 7 und des damit

verbundenen Aufbrechens der Calciumbrücken sowie Freisetzung von HDL und Phosvitin,

steigt die Löslichkeit der Granula (CAUSERET et al., 1991).

Die emulgierenden Eigenschaften der Lipoproteine der Granula können also besser

ausgenutzt werden, wenn durch Zugabe von Kochsalz die Granula aufgelöst und so

oberflächenaktives Material freigesetzt wird (TERNES u. ACKER, 1994). Dies wird bei der

kommerziellen Herstellung der Mayonnaise angewendet. Durch Zugabe von Kochsalz am

Beginn des Emulsionsprozesses tritt die Spaltung der Granula ein, sodass mehr

oberflächenaktives Material an der Grenzfläche Öl/Wasser adsorbiert wird (TERNES, 2008a).

Mittlerweile lassen sich aus der partikulären Granula-Fraktion des Eigelbs (hoher

Proteinanteil mit etwa 30 % Fettgehalt) Mayonnaisen herstellen, die weniger Cholesterin

enthalten (LACA et al., 2010).

Durch den Einsatz von Phospholipasen können die technofunktionellen Eigenschaften von

Eigelb verändert werden. Die so entstehenden Lysophospholipide weisen eine erhöhte

Emulgierkapazität gegenüber den Phospholipiden auf (DAIMER u. KULOZIK, 2008).


2.3.4 Bedeutung der funktionellen Eigenschaften des Eigelbs für die Qualität Feiner Backwaren

Die Qualität Feiner Backwaren steht eng mit den funktionellen Eigenschaften (Gelbildung

(Kap. 2.3.1.2, Seite 22), Schaumbildungsvermögen (Kap. 2.3.2, Seite 26), emulgierenden

Eigenschaften (Kap. 2.3.3, Seite 28)) des Eigelbs in Verbindung. Sie definiert sich neben dem

Geschmack und dem Nährwert v. a. über die Volumenausbeute, Porenstruktur und Zartheit

der Krume. Eine hohe Volumenausbeute bedeutet einen hohen Anteil von Gasblasen, die

während des mechanischen Aufschlags in den Teig inkorporiert werden (SAHI u. ALAVA,

2003). Sowohl Biskuit- als auch Sandmassen werden durch eingeschlagene Luft physikalisch

gelockert. Die Lockerung ist ausschlaggebend für eine hohe Gebäckqualität. Sie führt zum

erwünschten hohen Kuchenvolumen und einer geringen Kuchendichte. Hierbei spielt

besonders das Schaumbildungsvermögen der Eiklar- und Eigelbproteine (Kap. 2.3.2, Seite 26)

eine entscheidende Rolle.

Die Effizienz der Gashaltung hängt von verschiedenen Faktoren, wie der Film-Formungs-

Kapazität (Grenzflächenaktivität) und der Geschwindigkeit mit der die Gasblasen aus dem

Teig entweichen, ab (SAHI u. ALAVA, 2003). Der Gasblasenauftrieb wiederum wird durch

die Blasengröße und die Teigviskosität beeinflusst (HANDLEMAN et al., 1961), wobei eine

große Blasengröße und geringe Teigviskosität den Auftrieb und somit das Entweichen von

Gas begünstigen (vgl. Stokes´sche Sedimentationsgleichung Kap. 2.2.1, Seite 11). Die

Blasengröße steigt an, wenn die Grenzflächen einzelner Blasen nicht ausreichend stabilisiert

sind, sie reißen ein und fließen zusammen (Koaleszenz), welches zur Phasentrennung führt.

In Feinen Backwaren wird eine besonders gleichmäßige Porenstruktur angestrebt. Diese lässt

sich durch eine möglichst dichte Packung kleiner Gasblasen erreichen. Für eine zarte Krume

spielt eine geringe Dichte und gleichmäßige Porenstruktur eine entscheidende Rolle. Die

Qualität ist im Wesentlichen das Resultat der Veränderungen der Eibestandteile (Verhältnis

Eigelb/Eiklar) sowie auf die technofunktionellen Eigenschaften einzelner Eigelbfraktionen

und deren Wechselwirkungen mit den anderen Rezepturkomponenten (Zucker, Fett, Mehl


bzw. Stärke) im Verlauf des Herstellungsprozesses von Feinen Backwaren

(Biskuit/Sandkuchen) zurückzuführen.

Bei Backversuchen, in denen unterschiedliche Anteile an Eigelb verwendet wurden, konnten

Wissenschaftler zeigen, dass mit steigendem Eigelbanteil, das Gebäckvolumen ansteigt und

die Krume eine gleichmäßige, lockere Porung (KAMAT et al., 1973, TERNES u. ACKER,

1994) sowie ausgeprägte Feuchtigkeit, Farbe und Geschmack erhält, während mit

zunehmenden Eiklaranteilen der Feuchtigkeitsgehalt im fertigen Gebäck abnimmt

(MOHAMED et al., 1995).

Biskuitkuchen, welche unter der Verwendung von Plasma, in seinem natürlich im Eigelb

vorkommendem Anteil hergestellt wurden, zeigten, im Vergleich zur Verwendung von Vollei,

ein geringeres Kuchenvolumen, während der Gebrauch von Granula ein hohes

Aufschlagvolumen, aber ein 20 % geringeres Backvolumen ergab (KAMAT et al., 1973). Die

Granula sind ausschlaggebend für ein geringes Gebäckvolumen mit krümeliger

Krumenstruktur und eignen sich bei alleiniger Verwendung nicht zur Herstellung von

Biskuitkuchen (KAMAT et al., 1973, TERNES u. ACKER, 1994). Nach Mehlzugabe konnte

die eingeschlagene Luft im Teig nicht gehalten werden. TERNES und ACKER (1994)

erfassten die LDL-Proteine des Plasmas als Hauptverantwortliche für ein hohes

Gebäckvolumen und eine zarte Krumenstruktur. Speziell beim Biskuit wurde, in späteren

Versuchen von GRAHAM und KAMAT (1977), während des Backprozesses eine

Destabilisierung der LDL-Micellen beobachtet, welches eine Freisetzung von Lipiden

bewirkt, die in der Kuchenmatrix dispergiert oder an Carbohydrat-Proteinnetzwerken

adsorbiert vorliegen und das Gebäck vermutlich zarter und qualitativ hochwertiger machen.

Die Lipoproteine, besonders die während des Backprozesses aus ihnen freigesetzten

Phospholipide (Lecithine und Chephaline), wurden als die Proteine identifiziert, die den

größten Beitrag zu den Emulgiereigenschaften des Eigelbs leisten (KAMAT et al., 1973). Sie

unterstützen beim Aufschlag den Lufteintrag und die Schaumbildung (KAMAT et al., 1974)

und beteiligen sich während des Backvorgangs an der Stabilisierung der Poren (TERNES u.

ACKER, 1994), sodass Gebäcke mit einer hohen Volumenausbeute entstehen. Um bestimmte

Effekte in Bezug auf die Gebäckqualität (Volumenausbeute, Krumenstruktur) den


Eigenschaften einzelner Eigelbfraktionen zuordnen zu können, fehlen systematische

Untersuchungen der Eigelbfraktionen (LDL, Granula, Livetine) in definierten

Modellsystemen. Bisher ist nur bekannt, dass vermutlich das LDL verantwortlich für ein

hohes Kuchenvolumen ist, jedoch wurde für bisherige Backversuche kein isoliertes LDL

sondern nur Plasma verwendet. Ebenso liegen keine Ergebnisse vor, die die Rolle der Livetine

im Biskuitgebäck beschreiben.

Zur optimalen Lockerung der Masse werden bei Biskuit Eigelb und Eiklar getrennt

aufgeschlagen (TERNES u. ACKER, 1994). Aus Zeitgründen wird in der Industrie jedoch

überwiegend ein einstufiges „All-in“-Verfahren angewendet, bei dem sämtliche Rohstoffe in

einer Misch- und anschließenden Aufschlagphase verarbeitet werden. Dies erfordert den

Zusatz von Emulgatoren (Mono- oder Diacylglyceride, Lecithine) oder Backpulver, um den

gewünschten Volumenanstieg zu erreichen (TERNES u. ACKER, 1994, MOHAMED et al.,

1995).

Durch Wechselwirkungen verschiedener Rezepturkomponenten untereinander, wie

beispielsweise Zucker (Saccharose (Rüben- oder Rohrzucker)) mit den Ei- oder den

Mehl/Stärkeproteinen, entstehen Verschiebungen der Koagulationstemperaturen der Proteine

in höhere Temperaturbereiche, so dass eine isothermale Verkleisterung der Stärke und

Denaturierung der Eiproteine entsteht (TERNES u. WERLEIN, 1987, TERNES u. ACKER,

1994, DONOVAN, 1977). Aufgrund der höheren Koagulationstemperaturen der Eiproteine

bleibt das Gebäck länger elastisch, die Denaturierung tritt erst am Ende des Ofentriebs ein,

wodurch ein maximales Gebäckvolumen erzielt wird. Das in der Industrie häufig verwendete

Verfahren, in die aufgeschlagene Ei-Zucker-Mischung Mehl- und Stärkepartikel

einzuarbeiten, dient der Stabilisation der gebildeten Schaumstruktur. Diese Partikel sind als

verkleisterte Stärke und später als geronnenes Klebereiweiß an der Krumenstruktur von

Gebäcken beteiligt (SKOBRANEK, 1991).

Sandkuchen unterscheidet sich auch in seiner Zusammensetzung von Biskuit. Er enthält

zusätzlich Butter- oder Fettstoffe. Auch sie werden durch eingeschlagene Luft physikalisch

gelockert (SKOBRANEK, 1991). Durch Aufschlagen des Fett-Weizenpuder-Gemisches


werden die Stärkekörnchen vollständig mit Fett umschlossen, die Oberfläche der Fettphase

wird so vergrößert (SKOBRANEK, 1991). Für Sandkuchen steht eine feine und gleichmäßige

Porung sowie ein sandiger bis leicht trockener auch krümelnder Kaueindruck im Vordergrund

(LUDEWIG, 2010). KAMAT et al. (1973) zeigten, dass ein Ersetzen des Eigelbs in

Sandkuchen durch frisches Plasma oder frische Granula akzeptable Kuchen hervorrief,

welche den Kontrollkuchen ähnlich waren. Die Gran

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