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Lecithine

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Lecithin-Varianten

Lecithine (oderLezithine; vonaltgriechischλέκιθοςlekithosEidotter“) ist ein in der Chemie synonym verwendeter Name für eine Gruppe chemischer Verbindungen, die sogenanntenPhosphatidylcholine (PC). Dabei handelt es sich umPhospholipide, die Ester ausFettsäuren,Glycerin,Phosphorsäure undCholin darstellen. In der praktischen Verwendung im Bereich der Lebensmittel und der Pharmazie versteht man unter Lecithin hingegen technisch gewonnene Produkte, die neben Phosphatidylcholinen als Hauptbestandteilen auch andere Phospholipide und Begleitstoffe enthalten.

Phosphatidylcholine sind Bestandteile derZellmembran tierischer und pflanzlicher Lebewesen. In den Membranen der meisten Bakterien kommen sie hingegen nicht vor.[1] Sie sind Begleitstoffe inFetten und Ölen und besonders reich in Eidotter undZellen pflanzlicher Samen vorhanden.

Lecithine erlauben dasEmulgieren (Vermischen) von Fetten und Wasser und sind somit wichtige natürlicheEmulgatoren für Lebens- und Futtermittel. In derEU sind sie alsLebensmittelzusatzstoff (E 322) für Lebensmittel (auch für „Bio-Produkte“) zugelassen mit Höchstmengenbeschränkung ausschließlich beiSäuglingsnahrung. Auf Zutatenlisten werden sie alsLecithin,Sojalecithin,Rapslecithin oderE 322 aufgeführt. In der Medizin und in der Kosmetik werden sie auch als Wirkstoff, in der Ernährung zudiätetischen Zwecken und zurNahrungsergänzung genutzt.

Technisch gewonnene Lecithin-Produkte, wie Extrakte ausSojabohnen, Raps oder Eiern, enthalten in Abhängigkeit von ihren Quellen neben Lecithinen ferner anderePhospholipide sowieSphingomyeline undGlycolipide. Auch diese Stoffgruppen haben ähnliche physikalische Eigenschaften und sind Emulgatoren. Der Anteil derpolaren Lipide (unlöslich inAceton) muss entsprechend einer EU-Richtlinie in Lecithin-Produkten mindestens 60 % betragen.

Inhaltsverzeichnis

Entdeckung und Erforschung

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1719 fand der deutsche ChemikerJohann Thomas Hensing fetthaltige Präparate aus Hirnmasse, die organisch gebundenenPhosphor enthielten. Aber erst 1811 berichtete der französische ApothekerLouis-Nicolas Vauquelin über dieselben.

Der französische Chemiker undPharmakologeNicolas-Theodore Gobley isolierte 1846/1847 aus dem Eigelb eine klebrige, orangefarbene Substanz, in derÖlsäure,Margarinsäure, Glycerinphosphorsäure sowie eine stickstoffhaltige organische Base vorhanden waren. Vergleichbare Stoffe fand er 1847–1858 in Hirnmasse, Karpfeneiern, Blut, Galle und anderen Organen. 1850 gab er seiner Entdeckung den Namen Lecithin nach dem griechischen WortλέκιθοςlekithosEigelb“.

Der DeutscheFelix Hoppe-Seyler, Begründer der Biochemie und Molekularbiologie, fand 1867 organisch gebundenenPhosphor in Pflanzensamen. 1899 isolierten die deutschen ChemikerErnst Schulze und Ernst Steiger aus PflanzensamenPhospholipide, die sie ebenfalls als Lecithin bezeichneten. Nach ihren Erkenntnissen hatten die Sojabohnen undLupinen mit 1,5–2,5 % den höchsten Lecithin-Gehalt der von ihnen untersuchten Pflanzensamen.

Adolph Strecker

Die ForscherDiakonow undAdolph Strecker (1822–1871) isolierten Lecithin, z. B. aus Eigelb, in größerer Reinheit und erkannten, dass der stickstoffhaltige Anteil des LecithinsCholin war.

Johannes Ludwig Wilhelm Thudichum (1829–1901), der Begründer der Gehirnchemie (Neurochemie), fand eine analoge Verbindung und nannte sie Kephalin nach dem griechischen Wortkephalos ‚Kopf‘ und konnte das Sphingomyelin separieren.

Von Anfang 1900 bis in die späten 1930er-Jahre sind keine wesentlichen Fortschritte im Wissen um die Phospholipide zu erkennen.Ernst Klenk (1896–1971) undSakat fanden 1939 im SojalecithinInosit undInositphosphorsäure. 1944 extrahierte der amerikanische ChemikerJon Pangborn aus dem Lipid des RinderherzmuskelsCardiolipin und 1958 beschrieben Carter und seine Mitarbeiter die komplexenPhytoglykolipide, die nur in pflanzlichen Phospholipidmischungen vorkommen.

Als 1925 dieHansamühle Hamburg, heuteADM Ölmühle Hamburg AG, das Bollmannsche Extraktionsverfahren einführte, konnte aus rohem Pflanzenöl wirtschaftlich Lecithin isoliert werden. Die industrielle Produktion begann. Hauptquelle für Lecithin wurde das Öl der Sojabohnen. Lecithin aus Eidotter hat in speziellen Anwendungen, z. B. in der Pharmazie und Kosmetik, weiterhin eine Bedeutung.

Einer der ersten Anwendungsforscher für Lecithin war um 1925Bruno Rewald, der als einer der ersten Lecithin-Technologen das Lecithin als Emulgator undDispersionsmittel empfahl.

Hamburg wurde der Ausgangspunkt und das Zentrum für die industrielle Sojabohnen- und Lecithin-Verarbeitung. Der AmerikanerJosef Eichberg war der erste, der 1930 den Wert der Lecithine für die USA erkannte und dort das ‚Hamburger Lecithin‘ der Hansamühle vermarktete. Ab 1935 wurde Lecithin – in guter Qualität – auch in Amerika hergestellt. Es waren die Firmen Pillsbury und Central Soya (beide USA), die sich dieser vielseitigen Substanz annahmen.

Ab 1948 verschrieb sichLucas Meyer, Hamburg, der Anwendungstechnik und dem Verkauf von Lecithinen. MitRüdiger Ziegelitz undVolkmar Wywiol, die ab 1953 die Vermarktung und Weiterentwicklung des Lecithins vorantrieben, gelang der weltweite Durchbruch für Lecithin als Hilfs- und Wirkstoff. Die Anwendungsvielfalt der Lecithine in den Bereichen Lebensmittel, Futter und Technik wurde von ihnen auf eine breite Basis gestellt.

In der diätetischen Anwendung leistete der ArztHeinrich Buer Pionierarbeit und brachte 1935 mit dem Produkt ‚Buer-Lecithin‘ eines der ersten Lecithinpräparate auf den Markt.

H. Eickermann,A. Nattermann & Cie. (heute KonzernSanofi-Aventis-Gruppe), konzentrierte sich auf die WirksubstanzPhosphatidylcholin und entwickelte eine Reihe bedeutender pharmazeutische Präparate, die zum Teil noch heute angeboten werden.

Herbert Rebmann entwickelte aus dem Eigelb Phospholipid-Spezialitäten als hochwertige Pharma-Emulgatoren für Fettnährstofflösungen.

Die Forschung und Anwendungstechnik ist längst noch nicht abgeschlossen. Derzeit sind beispielsweise Lecithine aus Meeresalgen, die Verwendung vonLiposomen in der Nahrungsmittelindustrie und Phospholipide in derAquakultur im Fokus der Wissenschaft.

Vorkommen und Verfügbarkeit

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Vorkommen

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Polare Lipide, besonders Phospholipide, sind wichtige Strukturbestandteile vonbiologischen Membranen und kommen in allen Lebewesen (Menschen, Tieren, Pflanzen und Algen) und in vielen Mikroorganismen vor. Die höchsten Lecithin-Konzentrationen finden sich in Leber, Gehirn, Lunge, Herz sowie Muskelgewebe. Auch in manchen Körperflüssigkeiten sind Phospholipide – vor allem im Blutplasma der Wirbeltiere – vorhanden.[2] Phosphatidylcholin wird – wie auchPhosphatidylethanolamin – imKennedy-Stoffwechselweg erzeugt.[3]

Verfügbarkeit

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Erntereifes Sojafeld – Mittlerer Westen (USA)

Derzeit werden pro Jahr etwa 180.000 t Lecithin vorwiegend aus denSojabohnen (2 % Lecithin-Gehalt), die in den USA, in Brasilien und Argentinien geerntet werden, hergestellt. Andere Soja-Produzenten, wie China, Indien, Paraguay oder Kanada, haben für die weltweite Lecithin-Gewinnung derzeit wenig Bedeutung. Der Anbau von Soja in Europa ist marginal. Mehr als 70 % der weltweiten Soja-Ernte stammt aus gentechnisch veränderten Soja-Pflanzen (Stand 2011).[4] Neben Soja zählen, wenn auch in geringerem Umfang, Raps und Sonnenblumen als Rohstoffquellen. Eigelb, mit seinem hohen Anteil an Lecithin (ca. 10 %), kann den Markt wegen der beschränkten Verfügbarkeit kaum versorgen. Die relativ niedrigen Mengen gehen vor allem in die Pharmazie, Medizin und Kosmetik.

Biologische Bedeutung

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Lipid-Doppelschicht

Den Lecithinen werden neben ihren strukturbildenden Eigenschaften zahlreiche funktionelle Aufgaben zugeschrieben. Sie sind sowohl amanabolenLipidstoffwechsel (Synthese und Verteilung von Lipiden) als auch amkatabolen Fettstoffwechsel (Abbau und Umbau von Lipiden) aktiv beteiligt.

  • DieZellmembran fast aller Zellen besteht aus einer Lipid-Doppelschicht. Lecithin ist essentiell für die Bildung der Biomembranen und Teilen der Zellorganellen. Insbesondere die Mitochondrien sind hinsichtlich ihrer Syntheseleistung mit den in der Molekularstruktur assoziierten Glykoproteinen auf Bestandteile des Lecithins angewiesen.
  • Da Fette nicht wasserlöslich sind, sind zur Fettverdauung verschiedene körpereigene Schritte notwendig, um die mit der Zerlegung von Fetttröpfchen (Micellen) beginnende Verdauung durchführen zu können.
  • Der Export von Fettsäuren aus der Leber ist insbesondere bei den landwirtschaftlichen Nutztieren wichtig.

Hühner nehmen mit der Nahrung vor allemStärke auf, aus der in der LeberFette für die Eibildung synthetisiert werden müssen; Lecithin ist hier notwendig, um die gebildeten Fette aus der Leber zu exportieren (Very Low Density Lipoproteins, VLDL), sonst besteht die Gefahr, dass das Tier an einer Fettleber erkrankt.

Bei Kühen besteht diese Gefahr auch teilweise, allerdings ist dies hier Folge eines anderen Vorganges: Kurz nach der Geburt des Kalbes beginnt die sehr energieaufwendigeMilchbildung. Hierzu werden Körperfettreserven mobilisiert, die zunächst in die Leber transportiert werden und von hier wiederum als VLDL in das Blut. Soweit die Versorgung der Kuh mitAminosäuren zu diesem Zeitpunkt nicht adäquat ist (insbesondere:Lysin undMethionin), kann es ebenfalls zu einer Fetteinlagerung in der Leber kommen, was letztlich wohl zu einer Leistungsdepression führen kann. Die Forschung auf diesem Gebiet dauert noch an.

Eigenschaften

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Physikalische Eigenschaften

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Rohe vegetabilische Lecithine sind braune bis gelbliche Substanzen von plastischer und flüssigerKonsistenz. Die Farbe ist abhängig von der Herkunft der Saat, den Ernte- und Lagerbedingungen sowie den Verarbeitungsverfahren und -anlagen.Die Konsistenz wird durch den Ölgehalt, durch die Menge an freien Fettsäuren und den Feuchtigkeitsanteil bestimmt. Entölte Lecithine sind pulvrig bzw. granuliert. Gut gereinigte (raffinierte) Lecithine haben einen charakteristischen (bohnigen) bis neutralen Geruch und Geschmack. Grundsätzlich sind Lecithine, deren modifizierte Abkömmlinge und die fraktionierten Phospholipide löslich in Ölen und Fetten.

Lecithine sindhygroskopisch. An der Luft bilden sie klebrige, wachsartige Massen. Bei längerer Erwärmung über 70 °C verfärben sich Lecithine dunkelbraun bis schwarz. Grundsätzlich sind Lecithine, die verwandten Phospholipide und deren modifizierten Abkömmlingelöslich in Fetten und Ölen und dispergierbar in Wasser. In organischen Lösemitteln wieChloroform oderHexan sind Lecithine gut löslich. InAceton sind sie hingegen unlöslich. Die Löslichkeit inEthanol ist abhängig von der Kettenlänge und dem Sättigungsgrad der Fettsäuren. Bei niedrigem Sättigungsgrad geht die Ethanollöslichkeit des Phosphatidylcholins zurück. Phosphatidylethanolamin und Phosphatidylinosit sind in Ethanol wenig bis unlöslich.

Chemische Struktur und Eigenschaften

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Strukturformeln
Allgemeine Struktur vonPhosphoglyceriden
Allgemeine Struktur von Phosphatidylcholinen
Phosphatidylcholin mitPalmitinsäure
und der ungesättigtenÖlsäure
(POPC =Palmityloleylphosphatidylcholin)

Lecithine (Phosphatidylcholine) sind eine weit verbreitete Verbindungsgruppe, die zu der übergeordneten Gruppe derPhosphoglyceride zählt. Phosphoglyceride sind Verbindungen, die mitGlycerin und zweiFettsäuren einenDicarbonsäureester bilden. Dieser Teil der Phosphoglyceride entspricht dem Aufbau von gewöhnlichenFetten. Die dritte OH-Gruppe des Glycerins bildet jedoch mit einemPhosphat-Ion einenPhosphorsäurediester; einerseits mit Glycerin und andererseits mit einer weiteren, nicht näher definierten funktionellen Gruppe X. Die Gruppe X ist im Fall der LecithineCholin. Cholin ist einequartäre Ammoniumverbindung, trägt also eine positive Ladung und ist einKation. Die Phosphat-Gruppe liegt über einen breitenpH-Bereich als Anion vor, trägt also eine negative Ladung. Somit kann man Lecithine alsZwitterionen bzw. innereSalze auffassen. Lecithine haben keinen charakteristischen Schmelzpunkt, da die Verbindungen unterschiedliche Fettsäurezusammensetzung haben. Ungesättigte Fettsäuren wie Ölsäure oderLinolensäure sind bei Lecithinen recht häufig vertreten.

Anordnung von Lecithinen in polaren und apolaren Lösungsmitteln
Tensid-Öltröpfchen in Wasser
EinLiposom in Wasser
Die Abbildungen stellen ein Öltröpfchen und ein Liposom dar. Die Lecithinmoleküle sind dort als graue Objekte mit einem roten Bereich dargestellt. Die rote Markierung auf diesen Symbolen soll den polaren Teil der Moleküle darstellen.

Der Aufbau dieser Verbindungen führt zu der Eigenschaft, alsTensid zu wirken:Ein Teil des Moleküls hat eine polare (hydrophile), ein anderer Teil eine apolare (hydrophobe) Eigenschaft. Sie sind somitamphiphil, können dieGrenzflächenspannung zwischen unterschiedlichsten Substanzen (Phasen) herabsetzen und wirken alsEmulgatoren oderDispergiermittel. Sie erlauben daher das Mischen von eigentlich nicht mischbaren Flüssigkeiten wie Öl und Wasser und dasSuspendieren vonPartikeln in einer wässrigen Phase.

Analog können LecithineLiposomen bilden, die als Modellvorstellung für die Entwicklung von Zellen dienen und in der Medizin als Transporthilfe von Wirkstoffen helfen können. Lecithine sind auch in der Lage, lamellare flüssigkristalline Phasen zu bilden, was von besonderem Interesse für die kosmetische Anwendung ist.

Lecithine sollten dicht verschlossen, vor Licht geschützt und nicht über 15 °C gelagert werden. Da es zuOxidation mit molekularemSauerstoff neigt (Autooxidation), können zur StabilisierungAntioxidantien zugegeben werden.

Reinstoffe, Stoffmischungen und andere Phospholipide

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Übersicht über einige Stoffmischungen und Diacylphosphatidylcholin-Reinstoffe
Name(n)SummenformelAcylreste
1,2-Diacyl-sn-glycero-3-phosphocholin, (3-sn-Phosphatidyl)cholin,Lecithine--
Eilecithin[5] (Phospholipide ausEigelb)--
Sojabohnenlecithin[6] (Phospholipide ausSojabohnen)--
1,2-Didecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin,[7] Dicaprylphosphatidylcholin, DCPCC28H56NO8PCaprinsäure (10:0)
1,2-Dilauroyl-sn-glycero-3-phosphocholin,[8] Dilauroylphosphatidylcholin, DLPCC32H64NO8PLaurinsäure (12:0)
1,2-Ditetradecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin,[9] Dimyristoylphosphatidylcholin, DMPC, Colfosceriltetradecanoat (INN)C36H72NO8PMyristinsäure (14:0)
1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholin,[10] Dipalmitylphosphatidylcholin, DPPC,Colfoscerilpalmitat (INN)C40H80NO8PPalmitinsäure (16:0)
1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholin, Distearylphosphatidylcholin, DSPC,Colfoscerilstearat (INN)C44H88NO8PStearinsäure (18:0)
1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin,[11] Dioleoylphosphatidylcholin, DOPC, Colfosceriloleat (INN)C44H84NO8PÖlsäure (18:1)
1,2-Dilinoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin,[12] Dilinoleoylphosphatidylcholin, DLOPCC44H80NO8PLinolsäure (18:2)
1,2-Diicosanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin[13], Diarachidoylphosphatidylcholin, Colfoscerilicosanoat (INN)C48H96NO8PArachinsäure (20:0)
1,2-Dierucoyl-sn-glycero-3-phosphocholin,[14] Dierucoylphosphatidylcholin, DEPC, Colfoscerilerucat (INN)C52H100NO8PErucasäure (22:1)
1,2-Docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin[15]C52H80NO8PDocosahexaensäure (DHA) (22:6)
1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin[16]C42H82NO8PPalmitinsäure (16:0), Ölsäure (18:1)
1-Palmitoyl-2-linoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin[17]C42H80NO8PPalmitinsäure (16:0), Linolsäure (18:2)
1-Myristoyl-2-docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin[18]C44H76NO8PMyristinsäure (14:0),DHA (22:6)
1-Palmitoyl-2-docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin[19]C46H80NO8PPalmitinsäure (16:0),DHA (22:6)
1-Stearoyl-2-docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin[20]C48H84NO8PStearinsäure (18:0),DHA (22:6)
Hauptartikel:Phospholipide
Sphingocholine

Lecithine, die aus natürlichen Quellen gewonnen werden, enthalten neben Lecithinen weitere Phosphoglyceride wiePhosphatidylethanolamin mitEthanolamin,Phosphatidylserin mitSerin undPhosphatidylinositol mitInosit als polare Gruppe X. Dazu liegen auchSphingomyeline undGlycolipide vor, wobei letztere keinePhospholipide sind. Auch diese Verbindungsgruppen zeigen ähnliche physikalische Eigenschaften und wirken als Tenside. Natürliche Quellen für Lecithine sind z. B. Eier undSojabohnen. Die Tabelle zeigt die ungefähre Zusammensetzung von Hühnerei- und Soja-Lecithin.

Zusammensetzung (in %)[21]
Namepolare funktionelle GruppeEi-LecithinSoja-Lecithin
PhosphatidylcholinCholin7330
PhosphatidylethanolaminEthanolamin1522
PhosphatidylserinSerin3–4
PhosphatidylinositolInosit118
SphingocholineCholin2–3-
GlycolipideMonosaccharide
Oligosaccharide
13

Gewinnung von Soja-Lecithin

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Sojabohne als Rohstoff

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Reife Sojabohne

Die Sojabohnen der Haupterzeugerländer stehen alsnachwachsender Rohstoff ausreichend zur Verfügung (Ernte 2005: 214 Mio. t). Ausgereifte und sorgfältig gelagerte Bohnen sind für gute Lecithin-Qualitäten von großer Bedeutung. Die Bohnen müssen zunächst gereinigt, gebrochen und zu Plättchen gewalzt werden.

Zwischenprodukt Sojaöl

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Die Bohnenplättchen (2–5 mm) werden in einerExtraktionsanlage im Gegenstrom mitHexan extrahiert. Das dabei entstehende Gemisch (Miscella) wird destilliert und eingedampft und schließlich im Vakuum durch direktes Zuführen von Dampf vom Lösemittel befreit.

Das dabei entstandene Rohöl ist das Ausgangsprodukt für das Sojalecithin. Durch Dämpfung der Ölsaaten vor derExtraktion kann der Lecithingehalt des Rohöles um 50–100 % erhöht werden. Dabei sinkt dann der Anteil nicht hydratisierbarer Phospholipide im entschleimten Öl.

Rohlecithin

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Flüssiges Lecithin – raffiniert

Das Rohöl, das als Begleitstoff etwa 2 % Lecithin enthält, wird in einem Quellbehälter auf 70–90 °C erwärmt und mit 1–4 % Wasser intensiv vermischt. Dabei quillt das Lecithin auf, fällt als gallertartige Masse aus und wird mit hochtourigen Spezial-Separatoren vom Rohöl abgetrennt. Diesem Lecithin-Nass-Schlamm – mit etwa 12 % Öl, 33 % Phospholipiden und 55 % Wasser – wird in einem Dünnschichtverdampfer das Wasser entzogen. Es entsteht ein Rohlecithin, das 60–70 % polare Lipide und 27–37 %Sojaöl enthält. Der Wasseranteil beträgt jetzt nur noch 0,5–1,5 %.

Die Hauptbestandteile der durch dieEntschleimung des Öls gewonnenen Rohlecithine sind:Phospholipide (auch als Phosphatide bezeichnet),Triglyceride,Glykolipide undKohlenhydrate. Nebenbestandteile:Sterine, freieFettsäuren, Farbstoffe und eine Reihe anderer Verbindungen.

Neben derEntschleimung des Öls durch das Quellverfahren mit Wasser gibt es die Entschleimung mit Säuren (Super Degumming) und ein Entschleimungsprozess mit demEnzymPhospholipase A2. Hierbei werden besonders auch die sonst nicht oder nur schwer erfassbaren sogenannten nicht hydratisierbaren Phospholipide gefällt.

Aufbereitung und chemische Modifizierung

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Für viele Anwendungen kann Lecithin in seiner ursprünglichen Form genutzt werden. Vielfach ist es aber sinnvoll, natives (ursprüngliches) Lecithin zu entölen, zu fraktionieren oder zu modifizieren, um für besondere Anwendungen spezifische Lecithine zu erhalten:

  • Die Entölung dient zur Herstellung pulverförmiger oder granulierter „Reinlecithine“, indem das Öl und die freien Fettsäuren aus dem nativen Lecithin entfernt werden. Sie sind geschmacksneutral, gut dosierbar, besitzen eine hohe Phospholipidkonzentration und haben verbesserte O/W-Emulgiereigenschaften.
  • Fraktionierung bedeutet die Auftrennung des Lecithinkomplexes in eine alkohollösliche und eine alkoholunlösliche Komponente. Aus der alkohollöslichen Fraktion kann durch ein chromatografisches Verfahren eine weitere Aufteilung in zwei Fraktionen mit spezifischen Eigenschaften erfolgen.
  • Die Modifizierung beruht auf der Abtrennung eines Fettsäuremoleküls aus dem Phospholipidmolekül. Dies geschieht mit Hilfe derPhospholipase A2. Man nennt den Vorgang enzymatische Hydrolyse. Das dadurch entstandene „Lysolecithin“ ist besonders hydrophil, wodurch die O/W-Emulgiereigenschaften verstärkt werden und die Calciumionenverträglichkeit erhöht wird.
  • Die Acetylierung, eine andere Form der Modifizierung, verändert das Phosphatidylethanolamin, indem an die Aminogruppe ein Essigsäurerest angelagert wird. Dadurch wird das entstandeneLysolecithin besonders hydrophil.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung der Emulgieraktivität der Lecithine ist die Hydroxylierung der im Phospholipidmolekül gebundenen ein- und mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Diese erfolgt durch die Umsetzung mit Wasserstoffperoxid.

Anwendungen

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Der Einsatz von Lecithin in der Nahrungs- und Futtermittelproduktion, in der Pharmazie und Medizin sowie in kosmetischen Erzeugnissen und im Nonfood-Bereich ist vielfältig. Lecithin spielt als Emulgator und Wirkstoff eine herausragende Rolle. Etwa 20 % des verwendeten Lecithins geht in die technische Industrie.

Nachstehend sind einige Verwendungsmöglichkeiten dargestellt.

Lebensmittel

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  • Brot und Backwaren
    Brot und Backwaren
  • Margarine
    Margarine
  • Schokolade und Schokoladenüberzug
    Schokolade und Schokoladenüberzug
  • Instantgetränk
    Instantgetränk

Die größte Menge von industriell erzeugtem Lecithin, vorwiegend aus Sojabohnen, geht in die Lebensmittelwirtschaft. Zunächst war Pflanzen-Lecithin ein Ersatz für Ei-Lecithin. Längst gilt es aber als gleichwertig, teilweise sogar als überlegen. Einen festen Platz hat es alsEmulgator undDispersionsmittel, sowohl fürhydrophile Stoffe in öligen undhydrophobe in wässrigen Medien als auch alsStabilisator vonGrenzflächen in gasförmig/wässrigen und gasförmig/festen Nahrungsmittelsystemen. Sojalecithin ausgentechnisch veränderten Pflanzen ist in der Regel nicht nachweisbar, da es aufgrund des Herstellungsprozesses keine DNA aus der Pflanze mehr enthält. Trotzdem war Lecithin aus gentechnisch veränderten Pflanzen bis 2021kennzeichnungspflichtig.[22]

  • Lecithin inBrot- undBackwaren: Lecithine sind vor allem wichtige Hilfsstoffe beiBackprozessen. Sie erleichtern das Aufschlagen fetthaltiger Teige und ermöglichen die Verwendungkleberarmer Teige. Die höhere Volumensausbeute, feinere Porung und knusprigereKruste, die erzielt werden können, kommt besonders der Brötchenherstellung zugute. Die Fähigkeit des Lecithins, dasAltbackenwerden von Brot- und Backwaren zu verzögern, ist besonders bedeutsam. Dem Teig wird 0,1–0,3 % reines Lecithin zugesetzt[23]. Kommerzielles Lecithinpulver besteht aus 50–95 % Mehl, diese Verdünnung erleichtert die Dosierung kleiner Mengen.
  • Lecithin bei der Herstellung vonMargarine: Anfangs hatte Margarine gegenüber der Butter den Nachteil des Spritzens beim Ausbraten sowie das feste Anhaften desMilchcaseins, das unter Geruchsbelästigung verbrannte. Um das zu verhindern, wurde zunächst Lecithin aus Eigelb alsEmulgator eingesetzt. Die Probleme ließen sich aber erst mit geschmacksneutralem Sojalecithin wirtschaftlich lösen. Neue Verfahrenstechniken und Rezepturen sorgten für eine wesentliche Qualitätssteigerung, die aber zur Abkehr vom nativen Sojalecithin hin zu speziellenLecithinfraktionen führten. Damit konnte dann auch eine bessereOxidationsbeständigkeit und Stabilisierung erzielt werden. Eine gute Antispritzwirkung bei Halbfettmargarine (40 % Fett und 60 % Wasser) lässt sich mit Lecithin-Zusatz allein nicht erreichen. Dies gelingt nur in Verbindung mit grenzflächenaktiven Substanzen, wieSojaproteinkonzentraten.
  • Lecithin inSchokolade: Wie fast überall hat auch hier Lecithin eine Doppelfunktion: eine Qualitätssteigerung der Schokolade und eine Reihe von Vorteilen bei der Herstellung. Um in der Schokoladenherstellung die richtige Konsistenz zu erzielen und das typischeAroma zu erreichen, muss die Masse mehrere Stunden in derConche gerührt werden. Durch den Einsatz von Lecithin wird dabei dieViskosität herabgesetzt, die Bearbeitungszeit verkürzt undKakaobutter eingespart. Aber auch die Eigenschaften werden günstig beeinflusst. Die Schokolade wird widerstandsfähiger gegenüber erhöhten Temperaturen, die Haltbarkeit verlängert, der Glanz der Oberfläche erhöht und ein vorzeitiges Vergrauen vermindert. Die Industrie verwendet fast ausschließlich Sojalecithine, aber auch Lecithine aus Raps- und Sonnenblumensaaten werden eingesetzt. Synthetische Lecithine und Lecithin-Kombinationen können sich bei der Produktion als vorteilhaft erweisen. Das Gleiche gilt beim Einsatz von Lecithinfraktionen, die eine bessere Verflüssigung der Schokolade beim Conchieren zulassen als native Lecithine.
  • Lecithin inInstant-Lebensmitteln: Pflanzenlecithine haben sich bei der Instantisierung von Kakao- und Kaffeepulver bewährt. Aber besonders effektiv lassen sie sich bei Voll- und Magermilchpulver einsetzen. Darüber hinaus dienen sie als Dispergiermittel in Sojaproteinerzeugnissen,Kartoffelstärke und Trockensuppen.
  • Lecithin inSpeiseeis: Industriell hergestelltem Speiseeis werden häufig Hilfsstoffe wie Bindemittel, Emulgatoren, Stabilisatoren, pflanzliche Fette sowie Aroma- und Farbstoffe zugesetzt. Als natürlicher Emulgator wird oft das in Eigelb vorkommende Lecitin eingesetzt. Mit seiner Hilfe wird eine feinste Verteilung der Fetttröpfchen im Wasser erreicht, ein Aufrahmen, also die Trennung des Fetts vom Wasser, verhindert. Vor allem tiefgekühlte Desserts wie Eiscreme oder Sorbets enthalten besonders viel Emulgatoren.[24]
  • InKaugummi wird Lecithin zu 0,3 % eingesetzt.[25]

Medizin

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Lecithin ist beim Menschen in der Dickdarmschleimhaut vorhanden und schützt diese vor Nahrungsbestandteilen und Darmbakterien. Bei Colitis-Ulcerosa-Patienten kommt Lecithin dort in geringerer Menge als bei Gesunden vor. Es wird angenommen, dass eine externe Zufuhr von Lecithin diesem Mangel an Ort und Stelle entgegenwirken könne.[26][27] Da Magensäure Lecithin zu spalten vermag, sind magensaftresistente Formulierungen (z. B. magensaftresistenter Überzug, Mikroverkapselung) erforderlich, um einem Abbau entgegenzuwirken. Eine klinische Studie mit einem solchen Präparat wurde in der Phase 3 abgebrochen, nachdem sich im Vergleich zu Placebo keine Wirksamkeit abzeichnete.[28]

Futtermittel

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Kälbchen
  • Kälber undRinder: InFuttermitteln für Rinder hat Lecithin vornehmlich eine technologische Bedeutung. Lecithin verhindert z. B. bei der Herstellung mehlförmiger Kraftfuttermischungen die Staubbildung. Gleichzeitig sinkt die Gefahr vonStaubexplosionen bei der Produktion. Es verzögert durch seine Emulgierfähigkeit das Aufrahmen des Fettes und dieSedimentation unlöslicher Bestandteile in der Tränke. Bei den Jungtieren allerdings stehen die physiologischen Aspekte eher im Vordergrund. So werden bei Kälbermilchaustauschern, bei denen die Kuhmilch durch Magermilch ersetzt und mit milchfremden Fetten und Proteinen angereichert werden, sehr gute – der Kuhmilch mindestens vergleichbare – Fütterungsergebnisse erzielt.
Ferkel
  • Schweine: Bei künstlicher Sauenmilch, die häufig bei der Ferkelaufzucht notwendig wird, hat der Einsatz von Lecithin etwa die gleiche Bedeutung wie bei Kälbermilchaustauschern. Die Zugabe von Lecithin im Mastfutter bewirkt eine wesentlich bessere Fettverwertung, so dass sich die Mastzeit in der Regel verringern lässt.
  • Hühner: Ein schnelleres Wachstum und eine vermehrteVitamin-A-Speicherung in der Leber ließen sich bei Küken, wenn diese mit dem Futter Lecithin aufnahmen, nachweisen. Das Fettlebersyndrom, das seit 1956 in Deutschland beschrieben wird, wird durch die Zugabe von Lecithin – mit seinem hohen Anteil anCholin undInosit – im Legehennen-Futter günstig beeinflusst. DiePsoriasis trat ebenfalls nicht mehr auf. Ebenso kann die Legeleistung und das Ei-Gewicht vonHybriden erhöht werden.
  • Aquakultur: In der Zucht von Forellen undSalmoniden führt die Unverdaulichkeit von Fetten zu Problemen und zu einer erhöhten Todesrate. Auch Seetier-Öle bewirkten Leber- und Nierenschäden undDepigmentierungen, so dass Forellen lange Zeit fettfrei gefüttert wurden. Lecithine sowie Geflügelfett allerdings haben einen günstigen Einfluss auf die Gesundheit und das Wachstum der Fische. DieLinol- undLinolensäure und dasCholin des Lecithins fördern das Wachstum und erhöhen die Futterverwertung. Nieren- und Darmblutungen sowie das Fettlebersyndrom lassen sich vermeiden. Die Verwendung von Lecithin in der Aquakultur gewinnt zunehmend an Bedeutung, wie etwa bei der Zucht vonKrusten- undSchalentieren undMeeresfrüchten.
  • Pelztiere: Zuerst vermutete man nur, dass die Verfütterung von Lecithin, z. B. bei Kaninchen und Nerzen, sinnvoll sein könnte, um Lebererkrankungen vorzubeugen – besonders während der Trächtigkeit. Spätere Fütterungsversuche bewiesen es. Das Wachstum ist zügiger, die Pelze der Jungnerze werden größer und von besserer Qualität. Die Fettleber ist bei Nerzen weit verbreitet. Das liegt einerseits an einer meist einseitigen Ernährung, aber auch an fehlenden Substanzen wie sie im Lecithin vorhanden sind und sich beim Leberstoffwechsel bewährt haben.

Kosmetik

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Phospholipide sind rückfettend. So verhindern sie bei normaler und besonders bei trockener Haut das Austrocknen nach dem Waschen. Diese Eigenschaft wird auch in Haarwaschmitteln genutzt. Sie regulieren denpH-Wert der Haut und unterstützen den natürlichen Schutzmantel gegen aggressive Umwelteinflüsse. Ihr hoher Gehalt an Linol- und Linolensäure wirkt bei Hautkrankheiten positiv.Relativ jung ist die Anwendung der Phospholipide zur Herstellung kugelförmiger Vesikel, denLiposomen. Die Kugeln sind durch Lipiddoppelmembranen aus Phospholipiden begrenzt. In ihrem Innern enthalten sie eine wässrige Phase, in der spezielle Wirkstoffe gelöst sind, die auf diese Weise leichter in die Haut eingeschleust werden können. In Kosmetikartikeln wird es in der Liste der Inhaltsstoffe alsLECITHIN (INCI)[29] aufgeführt.

Pflanzenschutzmittel und Insektizide

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Pflanzenschutzmittel enthalten neben den Wirkstoffen Lösungsmittel und Emulgatoren und eventuell noch andere Hilfsstoffe. Ist Lecithin der Emulgator, reduziert er denbioziden Wirkstoffanteil bei gleichzeitiger Erhöhung der Wirksamkeit des verbleibenden Wirkstoffgehaltes. Die wässrige Emulsion bleibt beständig und ermöglicht eine bessere Verteilung der Wirkstoffe.

Als physisch wirksamesInsektizid wird Lecithin auch zur Bekämpfung von Larven und Puppen von Stechmücken eingesetzt. Lecithin bildet einen besonders dünnen Film auf der Wasseroberfläche, wodurch das Anheften der aquatischen Entwicklungsstadien der Stechmücken mit ihren Atemorganen verhindert wird. Diese sterben aufgrund von Sauerstoffmangel ab, ohne dass dadurch andere Organismen geschädigt werden.[30]

Weitere Anwendungen

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Weiter wichtige Anwendungsbereiche sind:

  • die Bauindustrie,
  • die Behandlung von Bauholz,
  • der Einsatz bei Chemiefasern,
  • Bekleidungs- und Handschuhleder,
  • Lederpflegemittel,
  • beimSchmälzen von Wolle,
  • Färben oder Bedrucken von Geweben,
  • im Kohletransport durch Rohrleitungen, sowie
  • in Farben und Lacken.

Literatur

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  • Hermann Pardun:Pflanzenlecithine. Gewinnung, Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendung pflanzlicher Phosphatidpräparate. Ziolkowsky, Augsburg 1988,ISBN 3-87846-128-3.
  • Werner Schäfer, Volkmar Wywiol:Lecithin – Der unvergleichliche Wirkstoff. Strohte, Frankfurt 1986,ISBN 3-87795-031-0.
  • Rüdiger Ziegelitz:Lecithine – Eigenschaften und Anwendungen. Lucas Meyer, Hamburg 1989.
  • Jean Pütz, Christine Niklas:Schminken, Masken, schönes Haar – Die sanfte Kosmetik. vgs Verlagsges., Köln 1987,ISBN 3-8025-6151-1.
  • D. D. Lasic:Liposomes. From Physics to Applications. Elsevier, Amsterdam 1993,ISBN 0-444-89548-5.
  • Dietrich Arndt, Iduna Fichtner:Liposomen, Darstellung – Eigenschaften – Anwendung. Akademie-Verlag, Berlin 1986,ISBN 3-05-500148-6.
  • Rüdiger Ziegelitz, Lutz Popper:Lecithin – bewährte Funktionalität (PDF; 743 kB). In:bmi aktuell. Hrsg. v.Backmittelinstitut. Bonn 2005,1 (Mai). (pdf).
  • Tamas Balla:Phosphoinositides. Tiny lipids with giant impact on cell regulation. In:Physiological reviews.Band 93,Nr. 3, 2013,S. 1019–1137 (englisch). 

Weblinks

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Wikibooks: Stoffwechsel von Phosphatidylcholin – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

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  1. Suzanne Jackowski, John E. Cronan, jr., Charles O. Rock:Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes. Hrsg.: Dennis E. Vance, J. Vance. Elsevier, 1991,ISBN 0-444-89321-0, Lipid metabolism in procaryotes,S. 80–81. 
  2. H. U. Melchert, N. Limsathayourat, H. Mihajlović, J. Eichberg, W. Thefeld, H. Rottka: Fatty acid patterns in triglycerides, diglycerides, free fatty acids, cholesteryl esters and phosphatidylcholine in serum from vegetarians and non-vegetarians. Atherosclerosis. Mai 1987, 65 (1–2): S. 159–166,PMID 3606730
  3. F. Gibellini, T. K. Smith:The Kennedy pathway–De novo synthesis of phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine. In:IUBMB life. Band 62, Nummer 6, Juni 2010, S. 414–428,doi:10.1002/iub.337.PMID 20503434.
  4. transgen.de:Futter für Europas Nutztiere: Kaum Alternativen zum Import von (gentechnisch veränderten) Sojabohnen. (Memento vom 4. Juni 2012 imInternet Archive) 23. Februar 2012.
  5. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zuEilecithin: CAS-Nr.:93685-90-6,EG-Nr.: 297-639-2,ECHA-InfoCard:100.088.721,DrugBank:DB14233,Wikidata:Q72470630.
  6. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zuSojabohnenlecithin: CAS-Nr.:8030-76-0,EG-Nr.: 310-129-7,ECHA-InfoCard:100.100.049,DrugBank:DB14161,Wikidata:Q57657253.
  7. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Didecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:3436-44-0,PubChem:16219892,ChemSpider:17347207,Wikidata:Q27147690.
  8. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Dilauroyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:18194-25-7,EG-Nr.: 242-086-4,ECHA-InfoCard:100.038.246,PubChem:512874,ChemSpider:447460,Wikidata:Q27133754.
  9. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Ditetradecanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:18194-24-6,EG-Nr.: 242-085-9,ECHA-InfoCard:100.038.245,PubChem:5459377,ChemSpider:4573168,Wikidata:Q27120592.
  10. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:63-89-8,EG-Nr.: 200-567-6,ECHA-InfoCard:100.000.516,PubChem:452110,ChemSpider:398235,DrugBank:DBDB09114,Wikidata:Q5144764.
  11. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:4235-95-4,EG-Nr.: 224-193-8,ECHA-InfoCard:100.021.995,PubChem:10350317,ChemSpider:8525772,Wikidata:Q27144815.
  12. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Dilinoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:998-06-1,EG-Nr.: 213-647-0,ECHA-InfoCard:100.012.406,PubChem:5288075,ChemSpider:4450312,DrugBank:DB04372,Wikidata:Q27459459.
  13. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Diicosanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:61596-53-0,PubChem:22880141,ChemSpider:18879817,Wikidata:Q27279878.
  14. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Dierucoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:51779-95-4,PubChem:24779126,ChemSpider:24767239,Wikidata:Q27253299.
  15. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1,2-Docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:99296-81-8,PubChem:24779134,ChemSpider:24767409,Wikidata:Q27289797.
  16. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1-Palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:26853-31-6,EG-Nr.: 248-056-7,ECHA-InfoCard:100.043.673,PubChem:5497103,ChemSpider:4593686,Wikidata:Q10860475.
  17. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1-Palmitoyl-2-linoleoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:17708-90-6,DrugBank:DBDB02306,Wikidata:Q107413593.
  18. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1-Myristoyl-2-docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:1191904-88-7,PubChem:52923675,ChemSpider:24767383,Wikidata:Q27160539.
  19. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1-Palmitoyl-2-docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:99265-04-0,PubChem:24779131,ChemSpider:24767386,Wikidata:Q27158963.
  20. Externe Identifikatoren von bzw. Datenbank-Links zu1-Stearoyl-2-docosahexanoyl-sn-glycero-3-phosphocholin: CAS-Nr.:99264-99-0,PubChem:52923691,ChemSpider:24767388,Wikidata:Q27275608.
  21. Fachlexikon ABC Chemie. Bd. 2. 3. Auflage. Harri Deutsch, Frankfurt 1987, S. 855,ISBN 3-87144-899-0.
  22. transgen.de:Lecithin - Gentechnik (Memento vom 27. Februar 2015 imInternet Archive) 27. Februar 2015.
  23. J. Schormüller:Lexikon der Lebensmittelchemie. 2013,ISBN 978-3-642-65779-5,S. 488. 
  24. dradio.de:Bedenkliche Lebensmittelzusätze: Emulgatoren stören die Darmflora. 27. Februar 2015.
  25. Richard W. Hartel, Joachim H. von Elbe, Randy Hofberger:Confectionery Science and Technology. Springer, 2017,ISBN 978-3-319-61740-4,S. 398. 
  26. W. Stremmel, H. Vural, O. Evliyaoglu, R. Weiskirchen:Delayed Release Phosphatidylcholine is Effective for Treatment of Ulcerative Colitis: A Meta-Analysis. In:Digestive Diseases. 2021,doi:10.1159/000514355. 
  27. R. Weisshof, K. El Jurdi, N. Zmeter, D. T. Rubin:Emerging Therapies for Inflammatory Bowel Disease. In:Advances in Therapy.Band 35, 2018,S. 1746–1762,doi:10.1007/s12325-018-0795-9. 
  28. Leben mit einer CED > Komplementäre Methoden >Lecithin, www.dccv.de, 13. Oktober 2016.
  29. Eintrag zuLECITHIN in derCosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 23. Oktober 2021.
  30. D. S. Kettle:Medical and Veterinary Entomology – Second Edition, (1995), Cab International
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