Untersuchungen zur Technofunktionalität von Eigelbfraktionen in Feinen Backwaren am Beispiel von Biskuit und Sandkuchen

In Feinen Backwaren, wie Biskuit und Sandkuchen, stellt das Hühnerei die wichtigste strukturgebende Zutat dar. Es wird, neben dem Geschmack und Nährwert, v. a. aufgrund seiner drei herausragenden technofunktionellen Eigenschaften wertgeschätzt: der thermischen Gelbildung, dem Schaumbildungsvermögen und seiner exzellenten emulgierenden Eigenschaften, wobei hier das Eigelb ebenso einen entscheidenden Stellenwert einnimmt. Eigelb lässt sich mittlerweile kostengünstig und im industriellen Maßstab in drei Hauptfraktionen auftrennen: die Low-Density-Lipoproteine (LDL), Granula sowie die Livetine und anhand eines speziellen Verfahrens gefriertrocknen. Hierbei können die technofunktionellen Eigenschaften vollständig erhalten und ausgenutzt werden. Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, die technofunktionellen Eigenschafen neuentwickelter gefriergetrockneter Eigelbfraktionen (LDL, Granula, Livetine) zu erarbeiten, um diese zielgerichtet in Feinen Backwaren (Biskuit/Sandkuchen) einzusetzen. Des Weiteren wurden die komplexen Zusammenhänge in der thermisch induzierten Gelbildung von Eigelb, insbesondere die Bedeutung unterschiedlicher Ionenstärken untersucht und näher beschrieben. Hierzu erfolgten zum einen Untersuchungen des temperaturabhängigen Viskositätsverlaufs von LDL, der Hauptkomponente des Eigelbs und zum anderen ihrer Wirkungsweise in Kooperation mit den Livetinen. Ein weiteres Ziel bestand darin, den Einfluss der CMC-Viskosität bei der Fraktionierung von Eigelb zu erarbeiten, um nach Möglichkeit Fraktionen höherer Reinheit zu gewinnen. CMC bezeichnet die Natrium-Carboxymethylcellulose (CMC), ein Hydrokolloid, welches die Auftrennung von Eigelb in seine drei Hauptfraktionen unterstützt. Die Untersuchung der technofunktionellen Eigenschaften der Eigelbfraktionen fand anhand von Backversuchen an definierten Kuchenmodellsystemen (Modell A: Biskuitkuchen, Modell B: Sandkuchen) statt. Um die Effekte den Eigenschaften der Eigelbfraktionen zuordnen zu können, wurden die Gebäcke anhand ihrer Kuchendichte sowie Krumenfestigkeit untersucht und teils einer sensorischen Prüfung (Form, Aussehen, Volumen, Geschmack) unterzogen. Mithilfe der Verdrängungsmethode (Mohnsamen) erfolgte die Bestimmung des Kuchenvolumens, welches der Berechnung der Kuchendichten [g/mL] diente. Die Krumenfestigkeit wurde anhand der Eindringtiefe [mm] eines Stempels in die Kuchenkrume mithilfe eines Penetrometers gemessen. Mit dem Einsatz der verschiedenen Eigelbfraktionen (LDL-, Granula-, Livetin-Fraktion) in den Modellsystemen (Biskuit/Sandkuchen) ließen sich signifikante Qualitätsunterschiede in Feinen Backwaren erreichen. Die Anwendung kostengünstig industriell separierter Eigelbfraktionen ermöglichte Qualitätsparameter eines Gebäckes positiv zu beeinflussen. Es konnte gezeigt werden, dass die Livetin-Fraktion keine größere Bedeutung bei der Herstellung Feiner Backwaren erlangen wird, nicht nur aufgrund ihres sehr geringen prozentualen Anteils am Eigelb sondern zugleich angesichts ihrer negativen Backeigenschaften (hohe Kuchendichten, hohe Krumenfestigkeiten). Demgegenüber besitzen die Livetine jedoch eine hohe wirtschaftliche Bedeutung als Lieferant von Immunglobulinen, sodass diese Fraktion hochpreisig bspw. für Functional-Food-Produkte oder pharmazeutische Anwendungen angeboten werden kann. Allerdings trägt, wie hier erstmals beschrieben wurde, die isolierte Livetin-Fraktion in hohen Konzentrationen, im Unterschied zur LDL- und Granula-Fraktion, zu einer intensiven Bräunung der fertigen Backware bei. Die Granula-Fraktion zeigte je nach Modellsystem unterschiedliche Wirkungsweisen. Ihre Verwendung in der Biskuitrezeptur resultierte in einer für Biskuitkuchen unerwünschten hohen Kuchendichte sowie einer harten, großporigen und ungleichmäßigen Krume. Hingegen wirkte sie im Sandkuchenmodell (Zusatz von Fett) positiv auf die Kuchendichte und Porenstruktur. Sie rief eine gleichmäßig feinporige Krumenstruktur mit einem sandigen, leicht krümeligen Kaueindruck hervor, welche der erwünschten Qualitätseigenschaft für Sandkuchen entsprach. Vermutlich spielte das Dissoziieren der Granula im Öl-/Teiggemisch die entscheidende Rolle bei der Entfaltung ihrer technofunktionellen Eigenschaften im Sandkuchenmodell. Demzufolge ist es möglich, die Granula-Fraktion zielgerichtet für die Herstellung von Sandkuchen einzusetzen; eine potentielle Anwendungsmöglichkeit, welche hier erstmalig beschrieben wurde. Es konnte ebenfalls gezeigt werden, dass der LDL-Fraktion im Sandkuchenmodell, im Vergleich zum Biskuit, eine geringere Bedeutung zukam. Die LDL-Fraktion war entscheidend für hohe Gebäckqualitäten im Biskuitkuchenmodell. Mit ihr ließen sich Biskuitgebäcke hervorragender Qualität herstellen, welche im vollen Umfang mit Eigelbbiskuit und sogar Volleibiskuit vergleichbar waren. Im Vergleich zu Eigelb, zeigten diese Biskuitgebäcke sogar eine höhere Krumenzartheit (höhere Penetrometereindringtiefen) und keine signifikanten Unterschiede der Kuchendichten. Die LDL-Fraktion war ausschlaggebend für eine Krume von geringer Festigkeit. Die Lockerheit des typischen Biskuitgebäckes konnte hauptsächlich auf die technofunktionellen Eigenschaften der LDL-Fraktion zurückgeführt werden. Weiterhin wurde LDL erstmals als Hauptgeschmacksträger des Eigelbs im Gebäck identifiziert. Zudem war es für die gelbe Färbung des Gebäckes verantwortlich. Ferner konnte nachgewiesen werden, dass die hier angewendeten Verfahren zur Pasteurisation und Gefriertrocknung von Eigelbfraktionen, ihre Technofunktionalität im Backprozess vollständig erhalten. Dabei wurde erstmalig festgestellt, dass pasteurisierte gefriergetrocknete Eigelbprodukte eine optisch sichtbare gleichmäßigere, feinporigere Krume im Vergleich zu frischen Eigelbprodukten, hervorriefen. Die Verwendung frischer Eigelbprodukte führte vermehrt eine großporige Krumenstruktur herbei. Mithilfe der hier durchgeführten Versuche konnte zudem erstmals das Eiklar als eine für den Sandkuchen wichtige strukturgebende Rezepturkomponente identifiziert werden, während dahingegen beim Biskuit die Eiklarproteine einen weitaus geringeren Beitrag zur Krumenstruktur leisteten. Volleibiskuit und Eigelbbiskuit unterschieden sich in der Kuchendichte und Krumenfestigkeit nicht feststellbar voneinander. Untersuchungen zur thermisch induzierten Gelbildung von LDL und Plasma in Abhängigkeit unterschiedlicher Ionenstärken erfolgten mithilfe von Messungen der temperaturabhängigen Viskosität mit einem Rotationsrheometer. Dabei wurde die scheinbare Viskosität zeitabhängig in einem Temperaturbereich von 25 °C bis 95 °C bestimmt. Es ist bereits bekannt, dass Eigelb innerhalb dieses Temperaturbereichs zwei unterschiedliche Viskositätsmaxima aufweist und das temperaturabhängige rheologische Verhalten von Eigelb mit dem jeder einzelnen Eigelbfraktion korrespondiert. Anhand der hier durchgeführten Untersuchungen konnte erstmalig nachgewiesen werden, dass die Anwesenheit von Salzionen eine Notwendigkeit zur Ausbildung des charakteristischen ersten Viskositätsanstieges von LDL und Plasma darstellte. Unter diesen Bedingungen war die Ausbildung des ersten Viskositätsmaximums unabhängig von der Anwesenheit von Livetinen. Zudem steigerten hohe Salzkonzentrationen (5 % und 10 %) die Thermostabilität von LDL, sodass dessen Denaturierungstemperatur in einen höheren Temperaturbereich verschoben wurde. Dies ist bisher nur für Eigelb beschrieben. Hinsichtlich des Einflusses der CMC-Viskosität bei der Fraktionierung zeigte sich, dass zwischen der Verwendung des niedrigviskosen CMC 30 im Gegensatz zum hochviskosen CMC 60 000 Unterschiede in der Reinheit der gewonnenen LDL- und Livetin-Fraktionen auftraten. Die Konzentration des aktiven Immunglobulin Y (IgY) in den gewonnenen LDL- und Livetin-Fraktionen wies signifikante Unterschiede auf. Die Viskosität des CMC wird einerseits durch das Molekulargewicht bestimmt, andererseits kann die Viskosität über die CMC-Konzentration eingestellt werden. Anhand der durchgeführten Versuche konnte erstmalig nachgewiesen werden, dass CMC-Lösungen niedriger Viskositäten, ob über das Molekulargewicht des verwendeten CMC oder die CMC-Konzentration eingestellt, den Trennerfolg des Plasmas verbesserten, d. h. die Reinheit der LDL- und Livetin-Fraktion erhöhten. Dies spiegelte sich ebenfalls in veränderten Protein- und Fettgehalten wieder. Ferner erfolgte mithilfe der Rocket-Immunelektrophorese nach Laurell eine Bestimmung von Ovalbumin, dem Haupteiklarprotein, in den einzelnen Eigelbfraktionen. Dies erlaubt das Ziehen von Rückschlüssen auf eine unzureichende Trennung von Eiklar und Eigelb nur unter der Annahme, dass im Eigelb natürlicherweise kein Ovalbumin vorhanden ist. Ovalbumin konnte anhand dieser Methode erstmalig in jeder einzelnen Fraktion nachgewiesen werden. Zudem reicherte es sich unterschiedlich in den verschiedenen Eigelbfraktionen an. Es konnte festgestellt werden, dass sich besonders hohe Gehalte in der Livetin-Fraktion befanden. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit sollen zur besseren wirtschaftlichen Ausnutzung von Inhaltsstoffen aus dem Hühnerei beitragen. Bisher ist es als wirtschaftliches Problem anzusehen, dass bei den gegenwärtigen Prozessführungen, bspw. zur Extraktion von Livetinen oder Lecithinen aus den Eigelbbestandteilen, jeweils nur die eine Komponente erfasst wird. Bei der Gewinnung von Immunglobulinen (IgY) aus der Livetin-Fraktion des Eigelbs, erfolgt derzeit aus Mangel an wirtschaftlichen Alternativen, keine Abtrennung weiterer Eigelbfraktionen. Hier konnte gezeigt werden, dass mit dem Einsatz der LDL- oder Granula-Fraktion die Qualitätsparameter eines Gebäcks positiv beeinflusst werden können. Für die Hersteller von Feinen Backwaren ergibt sich dadurch die Möglichkeit für wertvolle Rohstoffeinsparungen bei gleichbleibender Produktqualität. Die Livetin-Fraktion dagegen wird aufgrund ihrer negativen Backeigenschaften keine größere Bedeutung in Feinen Backwaren erlangen, sodass sie, als Lieferant von Immunglobulinen, für andere Einsatzmöglichkeiten (Pharmazie, Functional-Food) verwendet werden kann.