mini|Lecithin-Varianten
Lecithine (oder Lezithine; von „Eidotter“) ist ein in der Chemie synonym verwendeter Name für eine Gruppe chemischer Verbindungen, die sogenannten Phosphatidylcholine (PC). Dabei handelt es sich um Phospholipide, die Ester aus Fettsäuren, Glycerin, Phosphorsäure und Cholin 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 der Zellmembran tierischer und pflanzlicher Lebewesen. In den Membranen der meisten Bakterien kommen sie hingegen nicht vor. Sie sind Begleitstoffe in Fetten und Ölen und besonders reich in Eidotter und Zellen pflanzlicher Samen vorhanden.
Lecithine erlauben das Emulgieren (Vermischen) von Fetten und Wasser und sind somit wichtige natürliche Emulgatoren für Lebens- und Futtermittel. In der EU sind sie als Lebensmittelzusatzstoff (E 322) für Lebensmittel (auch für „Bio-Produkte“) zugelassen mit Höchstmengenbeschränkung ausschließlich bei Säuglingsnahrung. Auf Zutatenlisten werden sie als Lecithin, Sojalecithin, Rapslecithin oder E 322 aufgeführt. In der Medizin und in der Kosmetik werden sie auch als Wirkstoff, in der Ernährung zu diätetischen Zwecken und zur Nahrungsergänzung genutzt.
Technisch gewonnene Lecithin-Produkte wie Extrakte aus Sojabohnen, Raps oder Eiern enthalten in Abhängigkeit von ihren Quellen neben Lecithinen ferner andere Phospholipide sowie Sphingomyeline und Glycolipide. Auch diese Stoffgruppen haben ähnliche physikalische Eigenschaften und sind Emulgatoren. Der Anteil der polaren Lipide (unlöslich in Aceton) muss entsprechend einer EU-Richtlinie in Lecithin-Produkten mindestens 60 % betragen.
Entdeckung und Erforschung
1719 fand der deutsche Chemiker Johann Thomas Hensing fetthaltige Präparate aus Hirnmasse, die organisch gebundenen Phosphor enthielten. Aber erst 1811 berichtete der französische Apotheker Louis-Nicolas Vauquelin über dieselben.
Der französische Chemiker und Pharmakologe Nicolas-Theodore Gobley isolierte 1846/1847 aus dem Eigelb eine klebrige, orangefarbene Substanz, in der Ölsäure, 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 Wort „Eigelb“.
Der Deutsche Felix Hoppe-Seyler, Begründer der Biochemie und Molekularbiologie, fand 1867 organisch gebundenen Phosphor in Pflanzensamen. 1899 isolierten die deutschen Chemiker Ernst Schulze und Ernst Steiger aus Pflanzensamen Phospholipide, die sie ebenfalls als Lecithin bezeichneten. Nach ihren Erkenntnissen hatten die Sojabohnen und Lupinen mit 1,5–2,5 % den höchsten Lecithin-Gehalt der von ihnen untersuchten Pflanzensamen.
mini|Adolph Strecker
Die Forscher Konstantin Diakonow und Adolph Strecker (1822–1871) isolierten Lecithin, z. B. aus Eigelb, in größerer Reinheit und erkannten, dass der stickstoffhaltige Anteil des Lecithins Cholin war.
Johannes Ludwig Wilhelm Thudichum (1829–1901), der Begründer der Gehirnchemie (Neurochemie), fand eine analoge Verbindung und nannte sie Kephalin nach dem griechischen Wort kephalos ‚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) und R. Sakai fanden 1939 im Sojalecithin Inosit und Inositphosphorsäure.E. Klenk, R. Sakai: Inositmonophosphorsäure, ein Spaltprodukt der Sojabohnenphosphatide. [14. Mitteilung über Phosphatide]. In: Hoppe-Seyler’s Zeitschrift für physiologische Chemie. 1939, Band 258, Nummer 1, S. 33–38 . 1944 extrahierte der amerikanische Chemiker Jon Pangborn aus dem Lipid des Rinderherzmuskels Cardiolipin und 1958 beschrieben Carter und seine Mitarbeiter die komplexen Phytoglykolipide, die nur in pflanzlichen Phospholipidmischungen vorkommen.
Als 1925 die Hansamühle Hamburg, heute ADM 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 1925 Bruno Rewald, der als einer der ersten Lecithin-Technologen das Lecithin als Emulgator und Dispersionsmittel empfahl.
Hamburg wurde der Ausgangspunkt und das Zentrum für die industrielle Sojabohnen- und Lecithin-Verarbeitung. Der Amerikaner Josef 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 sich Lucas Meyer, Hamburg, der Anwendungstechnik und dem Verkauf von Lecithinen. Mit Rüdiger Ziegelitz und Volkmar 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 Arzt Heinrich Buer Pionierarbeit und brachte 1935 mit dem Produkt ‚Buer-Lecithin‘ eines der ersten Lecithinpräparate auf den Markt.
H. Eickermann, A. Nattermann & Cie. (heute Konzern Sanofi-Aventis-Gruppe), konzentrierte sich auf die Wirksubstanz Phosphatidylcholin 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 von Liposomen in der Nahrungsmittelindustrie und Phospholipide in der Aquakultur im Fokus der Wissenschaft.
Vorkommen und Verfügbarkeit Vorkommen Polare Lipide, besonders Phospholipide, sind wichtige Strukturbestandteile von biologischen 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.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 Phosphatidylcholin wird – wie auch Phosphatidylethanolamin – im Kennedy-Stoffwechselweg erzeugt.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.
Verfügbarkeit mini|hochkant=1.3|Erntereifes Sojafeld – Mittlerer Westen (USA) Derzeit werden pro Jahr etwa 180.000 t Lecithin vorwiegend aus den Sojabohnen (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).transgen.de: 23. Februar 2012. 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 mini|Lipid-Doppelschicht Den Lecithinen werden neben ihren strukturbildenden Eigenschaften zahlreiche funktionelle Aufgaben zugeschrieben. Sie sind sowohl am anabolen Lipidstoffwechsel (Synthese und Verteilung von Lipiden) als auch am katabolen Fettstoffwechsel (Abbau und Umbau von Lipiden) aktiv beteiligt.
Die Zellmembran 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 allem Stärke auf, aus der in der Leber Fette 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 energieaufwendige Milchbildung. 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 mit Aminosäuren zu diesem Zeitpunkt nicht adäquat ist (insbesondere: Lysin und Methionin), 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 Physikalische Eigenschaften Rohe vegetabilische Lecithine sind braune bis gelbliche Substanzen von plastischer und flüssiger Konsistenz. 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 sind hygroskopisch. 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 Abkömmlinge löslich in Fetten und Ölen und dispergierbar in Wasser. In organischen Lösemitteln wie Chloroform oder Hexan sind Lecithine gut löslich. In Aceton sind sie hingegen unlöslich. Die Löslichkeit in Ethanol 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