Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2336
Main Title: Auswirkung der enzymatischen Modifizierung der Phospholipide auf die techno-funktionellen Eigenschaften von Eigelb
Translated Title: Impact of enzymatic modification of phospholipids on techno-functional properties of egg yolk
Author(s): Buxmann, Waldemar
Advisor(s): Knorr, Dietrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: In der vorliegenden Arbeit wurden die Hydrolysevorgänge und Strukturänderungen während der In-situ-Inkubation des Eigelbs mit Phospholipasen A2 aus Schweinepankreas (PLA2) und D aus Streptomyces chromofuscus (PLD) charakterisiert. Darüber hinaus wurden die Auswirkungen dieser Behandlung sowie eines Zusatzes von aus PLA2-behandeltem Eigelb isolierten Lyso-Phospholipiden auf die Emulgiereigenschaften des Eigelbs untersucht. Besondere Berücksichtigung fand dabei die Hitzestabilität der daraus hergestellten O/W-Emulsionen. Die Untersuchungen richteten sich primär auf die Zusammensetzung, die Struktur, die Ladung und die Stabilität des Grenzflächenfilms dieser Emulsionen, so dass anschließend Rückschlüsse auf die zugrunde liegenden Mechanismen gezogen werden konnten. Die enzymatische Hydrolyse der Phospholipide im Eigelb mit PLA2, bei der Lyso-Phospholipide und freie Fettsäuren gebildet werden, bewirkt eine partielle Auflösung der Granulapartikel und somit eine Strukturänderung der Eigelbmatrix. Die Untersuchung eigelbstabilisierter Emulsionen zeigte, dass die Belegung der Emulsionsgrenzfläche sowohl durch Phospholipid-Aggregate als auch durch Protein-Phospholipid-Komplexe erfolgen kann. Der Einsatz eines PLA2-modifizierten Eigelbs führt dazu, dass die Grenzfläche ausschließlich durch die Protein-Lyso-Phospholipid-Komplexe stabilisiert wird. Der Grenzflächenfilm in diesen Emulsionen ist dabei deutlich homogener und dichter als der entsprechende Grenzflächenfilm in Emulsionen aus unbehandeltem Eigelb. Die Protein-Lyso-Phospholipid-Komplexe an der Grenzfläche zeigen eine beträchtliche Stabilität gegenüber höheren Temperaturen (75 °C und 85 °C) und tragen damit zur Erhöhung der Hitzestabilität der Emulsionen aus PLA2-behandeltem Eigelb bei. Die hitzestabilisierende Wirkung der PLA2-Behandlung kann damit sowohl auf die Strukturveränderungen des Grenzflächenfilms als auch auf die veränderten Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Lyso-Phospholipiden im Grenzflächenfilm während der Erhitzung zurückgeführt werden. Der Zusatz von Lyso-Phospholipiden führt zur Erhöhung der Grenzflächenaktivität des Eigelbs und hat einen positiven Einfluss auf die Hitzestabilität der daraus hergestellten Emulsionen. Außerdem wurde erstmals nachgewiesen, dass die freien Fettsäuren bei diesen Stabilisierungsmechanismen keine Rolle spielen, wie es z.B. für die In-situ-Behandlung des Eigelbs mit PLA2 diskutiert wird. Es wurde demonstriert, dass sich Eigelb als Substrat für die In-situ-Inkubation mit PLD eignet. Das Enzym spaltet die Esterbindung an der Phosphat-Gruppe des Phospholipidmoleküls, wobei Phosphatidsäure (PA) und ein Alkohol gebildet werden. Die Behandlung mit PLD bewirkt ebenfalls eine Strukturänderung der Eigelbmatrix, die zur Viskositätszunahme des Eigelbs führt. Durch die Behandlung des Eigelbs mit PLD wird die Sekundärstruktur der Eigelbproteine beeinflusst, wobei der Anteil an a-Helix-Strukturen im Eigelb deutlich zunimmt. Im Grenzflächenfilm, der die Emulsionsgrenzfläche der aus PLD-behandeltem Eigelb hergestellten Emulsionen stabilisiert, sind sowohl Protein-Phospholipid-Komplexe als auch einzelne PA-Aggregate zu finden. Der Grenzflächenfilm selber ist in diesen Emulsionen deutlich homogener und stabiler, verglichen mit den Emulsionen aus unbehandeltem Eigelb. Neben der höheren Grenzflächenaktivität des PLD-behandelten Eigelbs weisen die daraus hergestellten Emulsionen auch eine höhere Stabilität bei Temperaturen von 75 °C und 85 °C auf. Die Hitzestabilität ist dabei vergleichbar mit den Emulsionen aus PLA2-behandeltem Eigelb. Dafür sind einerseits die veränderten Wechselwirkungen zwischen den Proteinen und PA, die im neutralen pH-Bereich anionisch ist, verantwortlich. Andererseits wird durch die Anwesenheit von PA die negative Ladung der Grenzfläche erhöht. Die damit verbundene stärkere Abstoßung der Öltropfen untereinander trägt ebenfalls zur höheren Hitzestabilität der Emulsionen aus PLD-behandeltem Eigelb bei.
Hydrolysis processes and structure modification during in situ incubation of egg yolk with phospholipase A2 derived from pork pancreas (PLA2) and phospholipase D (PLD) from Streptomyces chromofuscus were investigated in the present work. Impact of this treatment as well as of addition of lyso-phospholipids, which had been previously derived from PLA2-treated egg yolk, on emulsifying properties of egg yolk was described. Especially, heat stability of o/w-emulsions prepared with modified egg yolk was investigated in detail. Investigations mainly focused on composition, structure, charge and stability of the oil droplet surfaces to enable understanding and explaining the underlying mechanisms. The enzymatic hydrolysis of egg yolk phospholipids resulting in formation of lyso-phospholipids and free fatty acids caused a partial disruption of granule particles. This effect modifies the structure of egg yolk matrix. Droplet surface layers of egg yolk stabilised emulsions consist of protein-phospholipid-complexes as well as of phospholipid aggregates. However, surface layers of emulsions prepared with PLA2-treated egg yolk are stabilised by protein-lyso-phospholipid-complexes. Surface covering in these emulsions is more homogeneous and tighter compared to emulsions prepared with untreated egg yolk. The protein-lyso-phospholipid-complexes exhibit a considerable stability during thermal treatment at 75 °C and 85 °C and thus contribute to an increased heat stability of emulsions prepared with PLA2-treated egg yolk. Modified structures of surface layers as well as modified interactions between proteins and lyso-phospholipids due to heat treatment are assumed to be mainly responsible for improved heat stability of emulsions prepared with PLA2-treated egg yolk. Emulsifying activity of egg yolk increases after addition of lyso-phospholipids. Emulsions prepared with this egg yolk show improved heat stability. For the first time, it could be shown that free fatty acids do not contribute to these mechanisms as it was discussed for the in situ incubation of egg yolk with PLA2. Egg yolk has been shown to be a suitable substrate for in situ incubation with PLD which catalyses a cleavage of the phospholipid head group resulting in a formation of phosphatidic acid (PA) and an alcohol. A structure modification causing a considerable increase of egg yolk viscosity was observed during incubation. PLD treatment influences the secondary structure of egg yolk proteins, especially higher portion of a-helix structures could be detected. Droplet surfaces of emulsions stabilised by PLD-treated egg yolk are covered by protein-phospholipid-complexes as well as by PA aggregates. An improved homogeneity and increased tightness of surface covering layers can be observed in emulsions prepared with PLD-treated egg yolk compared to emulsions prepared with untreated egg yolk. Emulsifying activity of egg yolk as well as stability of emulsions after heat treatment at 75 °C and 85 °C significantly increase after incubation with PLD. The latter effects are comparable to those of egg yolk incubated with PLA2. Improved emulsifying properties of egg yolk treated with PLD are predominantly related to the modified interactions of proteins and PA. Moreover, presence of negatively charged PA influences oil droplet interfaces in the emulsion leading to a higher negative charge of droplet surfaces. This change in the electrostatic properties contributes to higher repulsion forces between droplets and thus to increased heat stability of emulsions prepared with PLD-treated egg yolk.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-25163
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/2633
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2336
Exam Date: 30-Nov-2009
Issue Date: 13-Jan-2010
Date Available: 13-Jan-2010
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Eigelb
Grenzflächenstruktur
Hitzestabilität
Öl-in-Wasser-Emulsion
Phospholipase
Egg Yolk
Heat stability
Interface structure
Oil-in-water emulsion
Phospholipase
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