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Emulgatoren sind Phasenvermittler. Diese technische Bezeichnung bedeutet, sie erlauben es zwei Phasen zu verbinden, die sonst getrennt bleiben würden. Jeder begegnet ihnen im Alltag: Eigelb enthält die Emulgatoren Lecithin und Cholin. Dadurch können sich Wasser und Fett verbinden, was bei der Mayonnaiseherstellung ausgenutzt wird. Ein anderes Beispiel ist die Milch: Das Fett in ihr ist durch Eiweiße umhüllt und schwebt so in kleinen Tröpfchen, anstatt sich als Rahm an der Oberfläche abzuscheiden.
Von der chemischen Struktur bestehen Emulgatoren aus einem Teil, der hydrophil ist, und sich gerne in Wasser lösen würde (hydro = Wasser, phil = lieben hydrophil = wasserliebend). Ein anderer Teil des Moleküls ist lipophil. Er würde sich, wenn er alleine existieren könnte, in Fett auflösen. (Lip = fett, lipophil = fettliebend).
Wird Wasser und Fett mit einem Emulgator gemischt, so ordnen sich die Moleküle so an, dass ein Teil in die Fettphase eintaucht (der lipophile Teil) und ein Teil in die Wasserphase (der hydrophile Teil). Für die Emulgator-Moleküle ist dies der ideale Zustand, weil sie weder in Fett noch in Wasser ganz löslich sind. Die Moleküle sammeln sie so an der Grenzschicht zwischen Wasser und Fett an. Sie stabilisieren so die Emulsion. Gleichzeitig verhindern sie aber auch durch das Umhüllen der Tröpfchen, dass diese sich zu größeren Tropfen formen können. Verrühren sie Öl in Wasser ohne Emulgator, so bilden sich zuerst viele kleine Tröpfchen, die sich jedoch bald zu größeren zusammenballen, bis schließlich der Ölbelag oben schwimmt und das Wasser unten. Da sich beide Stoffe nicht verbinden, versuchen die Fetttröpfchen die Grenzfläche zu minimieren, da dies der energetisch günstigste Zustand ist.
Setzen wir nun einen Emulgator zu. Er wird sich beim Rühren an die Grenzfläche heften, da es für ihn dort am energetisch günstigsten ist, da es der einzige Teil der Mischung ist, wo der lipophile Teil ins Fett, der hydrophile Teil ins Wasser schaut. Dies geht so lange, bis die Emulgator-Moleküle sich alle an der Grenzfläche befinden. Hört nun das Rühren auf, so versuchen die Fetttröpfchen wieder zusammenzulaufen. Da die hydrophilen Teile des Emulgators aber ins Wasser eintauchen, geht dies nicht. Die hydrophilen Teile weisen Fett ab, denn sie lösen sich nicht dort. Mehr noch: Zumeist bauen sie Bindungen zu den umgebenden Wassermolekülen auf, sodass diese einen richtigen Wasserfilm bilden, der von Öl nicht durchdrungen werden kann. Das Resultat ist eine Emulsion: Das Fett schwebt in Form von kleinen Tröpfchen im Wasser.
Emulgatoren werden daher überall dort eingesetzt, wo Fett und Wasser verbunden werden sollen. Milch, Sahne, Mayonnaise, sind natürliche Emulsionen, bei denen Nahrungsbestandteile als Emulgatoren wirken. Darüber hinaus vermitteln Emulgatoren auch bei anderen Phasen, nämlich Fett/Luft und Wasser/Luft, das ist bei aufgeschäumten Produkten, Eiscreme und Schlagsahne wichtig. Aber auch in Brot werden Emulgatoren zugesetzt. Sie bewirken eine feinere Verteilung der Kohlendioxidbläschen im Teig und verhindern so die Bildung weniger, großer Gasblasen.
Emulgatoren werden auch in zahlreichen fettreduzierten Produkten eingesetzt, wenn Wasser zugesetzt wird, um diese Wasser/Fettmischung zu stabilisieren.
Emulgatoren sind recht einfach aus Substanzen herzustellen, die in der Nahrung oder dem Stoffwechsel auftreten. Wenn beispielsweise Fett aufgespalten wird, so entstehen Mono- und Diglyceride. Das Glycerin ist ein wasserlöslicher Alkohol. Wird das Fett teilweise aufgespalten, so ist eine (Diglyceride) oder zwei (Monoglyceride) der Bindungen frei geworden. Die Fettsäure ist der fettliebende Teil und das Glycerin mit einer oder zwei freien Bindungen der wasserliebende Teil. Dieser Abbau des Fettes findet auch bei der Verdauung statt. Dort entstehen die Mono- und Diglyceride als Abbauprodukte. Sie kommen in kleinen Mengen auch in der Natur vor. Auf diese Weise – die Kombination von natürlichen Stoffen wie organischen Säuren und Alkoholen als hydrophilen Bausteinen, und Fettsäuren oder Fettabbauprodukten als lipophilen Bestandteilen – wird eine große Anzahl von Emulgatoren gewonnen, die unterschiedliche Affinitäten zu Wasser und Fett haben.
Weitere Emulgatoren werden durch Extraktion aus Naturstoffen gewonnen. Das Lecithin in Eigelb wurde schon erwähnt, heute wird es allerdings meist aus Sojabohnen gewonnen. In der E-Nummernliste finden sich die Emulgatoren bei E322, E422 und E470-E495.
Lecithin ist der am häufigsten vorkommende Emulgator in der Natur. Er kommt unter anderem in Eigelb vor. Im menschlichen Körper ist Lecithin Bestandteil des Nervengewebes, Knochenmarks, Herz, Leber und beteiligt beim Cholesterintransport.
Als Emulgator wird Lecithin in vielen Lebensmitteln eingesetzt. Es verbessert die Knet- und Backeigenschaften von Mehlen, reduziert das Spritzen von Margarine beim Erhitzen, verlangsamt das „Altbackenwerden“ von Brot. Lecithin stabilisiert das Wasser in Butter, und ermöglicht aus Eigelb und Fett Mayonnaise zu erstellen. Lecithin hat auch antioxidative Eigenschaften und schützt das Fett vor Verderb.
Lecithin wird aus Sojabohnen gewonnen, aber auch Sonnenblumen, Raps, Erdnüsse, Mais und Eigelb sind Lecithinquellen. Oftmals werden Extrakte die lecithinreich sind eingesetzt, um die Deklaration als Emulgator zu vermeiden.
Lecithin ist allgemein zugelassen und wird verwendet für Margarine, Mayonnaise, Schokoladenerzeugnisse, Kuchen, Kekse, Blätterteiggebäck, Instantpulver für Milch- und Kakaogetränke und Säuglingsnahrung.
Dies ist eine Gruppe von Stoffen. Ihre besondere Eigenschaft ist, dass durch Wahl der Kettenlänge und der Reaktionspartner die technologischen Eigenschaften in einem sehr breiten Bereich eingestellt werden können. Der einfachste Vertreter E431 ist ein einfacher Ether zwischen Polyethylenglykol und der Fettsäure Stearinsäure.
E432 bis E436 sind komplexere Moleküle, bei denen der Fettalkohol Sorbit mit vier Polyethylenglykolen verestert wird, und einer der Polyethylenglykole noch mit einer Fettsäure. Diese Moleküle bilden durch die vielen Ketten netzartige Strukturen und werden daher gerne in Eiscreme eingesetzt, weil sowohl das Fett im Wasser, als auch die Luft im Eis stabilisiert werden. Über die Kettenlänge kann festgelegt werden, ob der Emulgator eher wasserlöslich oder fettlöslich ist. E431 bis E436 sind Zusatzstoffe, die vom Körper nicht abgebaut werden können und unverdaut wieder ausgeschieden werden.
Diese Verbindungen werden aus Fettmolekülen erhalten, indem eine der drei Fettsäuren abgespalten wird und durch ein Phosphorsäuremolekül ersetzt wird. Dadurch ist der Stoff hydrophiler als Fett. Ammoniumphosphatide sind nur in Schokolade zugelassen, da sie die Fließfähigkeit verbessern und so das Formen und Gießen erleichtern. Im Körper wird der Stoff in die Einzelmoleküle Glycerin, Fettsäuren und Phosphorsäure gespalten. Ähnliche Verbindungen gibt es auch in der Natur.
Dies ist ein synthetischer Emulgator, der aus dem Zuckermolekül Saccharose (dem Rohr- oder Rübenzucker) und acht Isobuttersäuren besteht. Die acht Isobuttersäuren stehen vom Saccharose-Molekül ab, und können so viele Fettmoleküle einschließen. Weiterhin sind die Moleküle klein und haben einen lipophilen und hydrophilen Teil, damit eignen diese Emulgatoren sich hervorragend für einen Verwendungszweck: der Verteilung von ölhaltigen Phasen wie Aromen in Wasser und der Stabilisierung von Trübstoffen in Wasser. Eingesetzt werden sie ausschließlich in nicht alkoholischen Getränken.
Die Natrium-, Kalium-, Magnesium- und Calciumsalze von Fettsäuren entstehen, wenn Fett in seine Bestandteile Glycerin und Fettsäuren durch Zusatz von Lauge gespalten wird. Das ist eine Verseifung, und chemisch gesehen handelt es sich dabei um Seife. Wie Seife wirken sie als Emulgator. Das Magnesiumsalz hat eine gute Haftwirkung und wird daher als Trennmittel in Backpulver, Gewürzgranulaten und Dekorzucker eingesetzt. Die anderen Salze werden auch als Trägerstoffe für Aromen und in Süßstofftabletten eingesetzt. Bei der Verdauung werden die Fettsäuren zurückgebildet, die auch natürlicherweise bei der Verdauung von Fett entstehen.
Mono- und Diglyceride finden sich in geringer Menge als Fettbegleitstoffe. Zusammen mit E470 werden sie als Mehlbehandlungsmittel eingesetzt. Sie sorgen dafür, dass die Stärke besser benetzt werden kann und länger ihre Wasserbindungsfähigkeit behält. Brötchen werden dann nicht so schnell „altbacken“. Als Zusatz zu Konfitüre verhindern sie das Schäumen durch die Saponine. Als Emulgator werden sie für Schokoladenerzeugnisse, Schlagsahne und Wurstwaren eingesetzt. Da Monoglyceride und Diglyceride auch bei der Verdauung entstehen, gibt es keine Höchstmengenbeschränkung.
Wird eine der freien Alkoholgruppen des Glycerins mit einer organischen Säure verestert, so kann durch Wahl der Säure die Wasserlöslichkeit erheblich erhöht werden. Damit ist es möglich einzustellen, ob der Emulgator besser Wasser-in-Öl oder Öl-in-Wasser emulgiert.
Derartige Verbindungen gibt es nicht in der Natur, sie werden aber vom Körper im Dünndarm in ihre Bausteine gespalten, die natürlichen Ursprungs sind. Verwendet werden sie als Säuren Essigsäure, Milchsäure und Zitronensäure.
Die Ester verbinden sich recht gut mit dem Gluten, einem Getreideeiweiß, das als Gerüstsubstanz bei Backwaren wichtig ist. Sie werden daher in Backwaren eingesetzt, damit die Krume kleinere Gasblasen aufweist und sie erhöhen die Bissfestigkeit von Nudeln. Verwendet werden sie auch für Margarine und in Desserts zur Emulgierung des Wassers im Fett.
Zuckerester von Speisefettsäuren entstehen durch die Reaktion von Saccharose, dem Rohr- und Rübenzucker, mit Fettsäuren. Es entsteht meist ein Gemisch, abhängig von den eingesetzten Fettsäuren. Sie sind schwer löslich, haben jedoch einige besondere Eigenschaften: So verbessern sie die Fließfähigkeit von Schokolade und die Verkleisterungseigenschaften von Stärke. Sie werden für Kaffeeweißer, flüssigen Kaffee, Kuchen, Kekse und Blätterteiggebäck und Süßwaren eingesetzt. Sie sind unverdaulich und können in größeren Mengen abführend wirken.
Werden nicht die Fettsäuren, sondern die Triglyceride mit Saccharose umgesetzt, so entstehen Zuckerglyceride. Sie haben dieselben technologischen und chemischen Eigenschaften wie E473. Sie werden oft zusammen mit diesen eingesetzt und haben auch dieselben Anwendungsgebiete. Sie sind ebenso unverdaulich und wirken abführend.
Mehrfache Umsetzung von Glycerin mit Fettsäuren ergibt diesen Emulgator. Seine hervorstechendste Eigenschaft ist, dass er seine Emulgatoreigenschaften auch bei sehr hohen Temperaturen behält. Er wird daher für Fette eingesetzt die erhitzt werden, er verhindert dort das Spritzen und Schäumen.
Weiterhin stabilisiert E475 sehr gut Emulsionen von Luft in Lebensmitteln. Das zweite Einsatzgebiet sind daher feine Backwaren und Kekse, Süßwaren, Desserts und Getränkeweißer. Im Körper wird die Verbindung in Glycerin und Fettsäuren gespaltet und die Bestandteile gehen in den Fettstoffwechsel ein.
Reagiert Glycerin mit der Rizinolsäure, (die in Rizinusöl vorkommt) zu hochverzweigten Netzen, so entsteht dieser Emulgator mit besonderen Eigenschaften. Er eignet sich sehr gut um wasserhaltige Substanzen gut in Fett zu verteilen, zudem steigert es die Emulgatoreigenschaften von Lecithin. Vor allem aber erlaubt er es sehr dünne, und trotzdem gut haftende Schokoladenüberzüge zu erzeugen und sorgt als technischer Hilfsstoff dafür, dass sich Schokolade von den Blechen leicht ablöst. Zugelassen ist der Emulgator für Schokoladenerzeugnissen, fettreduzierten Brotaufstrichen und Salatsoßen.
Bei der Verfütterung an Ratten wurden im Tierversuch bei sehr hohen Dosen reversible Vergrößerungen von Leber und Niere beobachtet. Bei den Konzentrationen, die in Lebensmitteln vorkommen, gilt Polyglycerin-Polyricinoleal jedoch als unbedenklich.
Ein Ester aus Propylenglycol und Fettsäuren ist eine synthetische Substanz. In der Natur kommt Propylenglycol nicht vor, allerdings ist die Substanz toxikologisch gut untersucht und gilt als unbedenklich. Sie kommt zum Beispiel in Cremes vor und ist Bestandteil des Futters von Milchkühen.
Propylenglycolester sind nur schwache Emulgatoren. Sie beeinflussen aber die Kristallstruktur von Fett und unterstützen so andere Emulgatoren und sie stabilisieren Schäume oder Lufteinschlüsse, wie zum Beispiel in Rührkuchen. Sie sind daher für Speiseeis, Kuchen und aufgeschäumte Desserts zugelassen.
Wird Sojaöl auf über 200°C erhitzt, so oxidiert es. Dies ist vergleichbar den Veränderungen beim Frittieren. Es entsteht ein Gemisch von oxidierten Fettsäuren und Spaltprodukten des Fettes. Anschließend wird dieses Gemisch mit Mono- und Diglyceriden verestert. Der entstehende Emulgator stabilisiert sehr gut Ölemulsionen, auch noch bei hohen Temperaturen. Für genau diesen Spezialfall (Herstellung von Fettemulsionen zum Braten) ist es zugelassen.
Dies sind Ester der Stearinsäure mit der Milchsäure und Weinsäure. Neben der Eigenschaft Öl in Wasseremulsionen zu stabilisieren, bilden diese Emulgatoren auch Wechselwirkungen mit dem Weizengluten aus. E481 / E482 die Ester mit der Milchsäure stabilisieren auch Luft in Milch durch Bindung an die Eiweißmoleküle der Milch. Zugelassen sind diese Emulgatoren für Desserts, feine Backwaren, Toastbrot und Knabbererzeugnisse aus Getreide und Kartoffeln.
Dies sind Ester des Zuckeralkohols Sorbit (der auch in zuckerfreien Kaugummis vorkommt) mit den Fettsäuren Stearinsäure, Ölsäure, Palminitsäure und Laurylsäure. Sie haben wie E477 die Eigenschaft die Kristallstruktur von Fett positiv zu beeinflussen und Schaumeinschlüsse zu stabilisieren. Lebensmittel weisen dann ein schaumiges, lockeres Gefühl beim Verzehr auf. Zugelassen sind sie für Desserts, Kuchen, Kekse, Blätterteiggebäck, Speiseeis und Backhefe.
Die Fettsäuren selbst sind durch ihre Säuregruppe ebenfalls amphoter. Ihre Affinität zu Wasser oder Fett hängt von der Kettenlänge ab. Kurzkettige Fettsäuren sind eher wasserlöslich, langkettige eher fettlöslich. Auch genutzt werden Fettsäuren als Überzugsmittel, das besser haftet als reines Fett und Trennmittel.
Zum Thema Ernährung, Lebensmittel und Lebensmittelchemie/recht sind bisher vier Bücher von mir erschienen:
Das Buch „Was ist drin?“ wendet sich an diejenigen, die unabhängige Informationen über Zusatzstoffe und Lebensmittelkennzeichnung suchen. Das Buch zerfällt in vier Teilen. Es beginnt mit einer kompakten Einführung in die Grundlagen der Ernährung. Der zweite Teil hat zum Inhalt eine kurze Einführung in die Lebensmittelkennzeichnung - wie liest man ein Zutatenverzeichnis. Welche Informationen enthält es? Ergänzt wird dies durch einige weitere Regelungen für weitergehende Angaben (EU Auslobung von geografischen Angaben, Bio/Ökosiegel etc.).
Der größte der vier Teile entfällt auf eine Beschreibung der technologischen Wirkung, des Einsatzzweckes und der Vorteile - wie auch bekannter Risiken - von Zusatzstoffen. Der letzte Teil zeigt beispielhaft an 13 Lebensmitteln, wie man ein Zutatenverzeichnis sowie andere Angaben liest, was man schon vor dem Kauf für Informationen aus diesem ableiten kann, die einem helfen, Fehlkäufe zu vermeiden und welche Tricks Hersteller einsetzen, um Zusatzstoffe zu verschleiern oder ein Produkt besser aussehen zu lassen, als es ist. 2012 erschien eine Neuauflage, erweitert um 40 Seiten. Sie trägt zum einen den geänderten Gesetzen Rechnung (neue Zusatzstoffe wurden aufgenommen, Regelungen über Lightprodukte beschrieben) und zum anderen ein Stichwortregister enthält, das sich viele Leser zum schnelleren Nachschlagen gewünscht haben.
Wie sich zeigte, haben die meisten Leser das Buch wegen des zentralen Teils, der die Zusatzstoffe beinhaltet, gekauft. Ich bekam auch die Rückmeldung, dass hier eine Referenztabelle sehr nützlich wäre. Ich habe daher 2012 diesen Teil und den Bereich über Lebensmittelrecht nochmals durchgesehen, um die neu zugelassenen Zusatzstoffe ergänzt und auch um neue Regelungen, wie bei der Werbung mit nährwertbezogenen Angaben. Ergänzt um eine Referenztabelle gibt es nun die zwei mittleren Teile als eigenes Buch unter dem Titel "Zusatzstoffe und E-Nummern" zu kaufen.
Nachdem ich selbst über 30 kg abgenommen habe, aber auch feststellen musste wie wenig viele Leute von Ernährung oder der Nahrung wissen, habe ich mich daran gemacht einen Diätratgeber "der anderen Art" zu schreiben. Er enthält nicht ein Patentrezept (wenn auch viele nützliche Tipps), sondern verfolgt den Ansatz, dass jemand mit einer Diät erfolgreicher ist, der genauer über die Grundlagen der Ernährung, was beim Abnehmen passiert und wo Gefahren lauern, Bescheid weiß. Daher habe ich auch das Buch bewusst "Das ist kein Diätratgeber: ... aber eine Hilfe fürs Abnehmen" genannt. Es ist mehr ein Buch über die Grundlagen der Ernährung, wie eine gesunde Ernährung aussieht und wie man dieses Wissen konkret bei einer Diät umsetzt. Es ist daher auch Personen interessant die sich nur über gesunde Ernährung informieren wollen und nach Tipps suchen ihr Gewicht zu halten.
Das Buch "Was Sie schon immer über Lebensmittel und Ernährung wissen wollten" wendet sich an alle, die zum einen die eine oder andere Frage zu Lebensmitteln und Ernährung haben, wie auch die sich für die Thematik interessieren und auf der Suche nach weitergehenden Informationen sind. Während andere Autoren zwar auch populäre Fragen aufgreifen und diese oft in einigen Sätzen beantworten und zur nächsten Frage wechseln, habe ich mich auf 220 Fragen beschränkt, die ich mehr als Aufhänger für ein Thema sehe, so hat das Buch auch 392 Seiten Umfang. Jede Frage nimmt also 1-2 Seiten ein. Sie sind nach ähnlichen Fragestellungen/Lebensmitteln gruppiert und diese wieder in vier Sektionen: zwei Großen über Lebensmittel und Ernährung und zwei kleinen für Zusatzstoffe und Lebensmittelrecht/Werbung. Man kann das buch daher von vorne bis hinten durchlesen und so seinen Horizont erweitern, aber auch schnell mal nach einer Antwort suchen. Ich habe sehr viele positive Rückmeldungen bekommen, vor allem weil der Stil nicht reißerisch ist und ein Dogma verbreiten will, sondern aufklärend ist.
Sie erhalten alle meine Bücher über den Buchhandel (allerdings nur auf Bestellung), aber auch auf Buchshops wie Amazon, Libri, Buecher.de und ITunes. Sie können die Bücher aber auch direkt bei BOD bestellen.
Mehr über diese Bücher und weitere des Autors zum Themenkreis Raumfahrt, finden sie auf der Website Raumfahrtbucher.de.
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