Die wachsende Nachfrage nach sauberen, minimal verarbeiteten Lebensmitteln hat emulgierte Systeme wie Dressings und Saucen in den Fokus gerückt. Diese Öl-in-Wasser-Emulsionen (o/w) sind anfällig für Lipidoxidation, einen wichtigen Abbauprozess, der Geschmack, Farbe, Nährwert und Sicherheit beeinträchtigt.
Da synthetische Antioxidantien an Beliebtheit verlieren, gewinnen natürliche Alternativen wie Tocopherole, Polyphenole und Pflanzenextrakte in der Lebensmittelindustrie zunehmend an Bedeutung. Diese natürlichen Antioxidantien verlängern nicht nur die Haltbarkeit, sondern unterstützen auch eine klarere Kennzeichnung von Lebensmitteln und stehen im Einklang mit einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Produktentwicklung.
Emulgierte Lebensmittelsysteme und ihre Anfälligkeit für Lipidoxidation
Emulgierte Lebensmittel sind in der Regel Öl-in-Wasser-Emulsionen, bei denen Öltröpfchen in einer wässrigen Phase dispergiert und durch Emulgatoren stabilisiert werden. Beispiele für emulgierte Lebensmittelsysteme sind Vinaigrettes, Mayonnaisen und cremige Saucen. Ihre Mizellenstruktur vergrößert die Oberfläche, an der Oxidation stattfinden kann, wodurch Emulsionen besonders anfällig für den Zerfall sind. Der Prozess der Lipidoxidation ist komplex und wird oft an der Öl-Wasser-Grenzfläche ausgelöst, wo prooxidative Stoffe wie Licht, Wärme, Sauerstoff und Metallionen mit ungesättigten Fettsäuren interagieren.
Im Gegensatz zu reinen Ölen schaffen emulgierte Systeme aufgrund ihrer heterogenen Struktur einzigartige oxidative Umgebungen. Die Grenzfläche, an der die wässrige und die Lipidphase aufeinandertreffen, wird zur kritischen Zone für die Wirkung von Antioxidantien. Die Oxidation von Fetten in diesen Bereichen kann zu ranzigen Aromen, unerwünschten Gerüchen und der Bildung potenziell toxischer Sekundärprodukte führen.
Um die Qualität zu erhalten und die Verbrauchersicherheit zu gewährleisten, insbesondere bei Produkten mit langer Haltbarkeit, ist der Einsatz wirksamer Antioxidantien unerlässlich. Natürliche Antioxidantien bieten einen vielversprechenden Weg in die Zukunft, aber ihre Wirksamkeit wird durch verschiedene Parameter beeinflusst, darunter ihre chemische Struktur, Polarität und ihr Grenzflächenverhalten.
Natürliche Antioxidantien in emulgierten Lebensmitteln: Tocopherole, Polyphenole und Pflanzenextrakte
Tocopherole, insbesondere Alpha- und Delta-Tocopherol, sind fettlösliche Verbindungen mit gut dokumentierter antioxidativer Wirkung und ernährungsphysiologischen Vorteilen als Vitamin E. Ihre Wirksamkeit in Emulsionen hängt eng mit ihrer Verteilung innerhalb der Emulsion zusammen, insbesondere an der Grenzfläche. Delta-Tocopherol beispielsweise hat aufgrund seiner bevorzugten Lokalisierung an der Grenzfläche eine höhere antioxidative Wirksamkeit in Emulsionen gezeigt [1]
Polyphenole wie Flavonoide (Quercetin, Catechin), Phenolsäuren (Kaffeesäure, Ferulasäure, Gallussäure) und andere pflanzliche Verbindungen sind eine weitere wichtige Klasse. Ihre antioxidative Wirkung hängt von ihrer Molekülstruktur, Polarität und den Umgebungsbedingungen der Emulsion ab, darunter pH-Wert und Vorhandensein von Metallionen. Einige, wie Quercetin, zeigen ein starkes antioxidatives Verhalten, insbesondere in emulgierten Systemen, wo ihre hydrophilen Gruppen eine effektive Positionierung in der Nähe der Öltröpfchenoberfläche ermöglichen [2].
Pflanzenextrakte, die reich an Flavonoiden und Phenolsäuren sind, zeigen in Emulsionen eine starke antioxidative Wirkung, was teilweise auf synergistische Wechselwirkungen zwischen ihren Bestandteilen zurückzuführen ist. Eine besonders wirksame Synergie wurde zwischen Tocopherolen und Ascorbinsäure (Vitamin C) beobachtet. In emulgierten Systemen kann Ascorbinsäure oxidierte Tocopherolradikale wieder in ihre aktive Form zurückverwandeln [3]. Diese Wechselwirkung verstärkt nicht nur die antioxidative Wirksamkeit von Tocopherolen an der O/W-Grenzfläche, sondern trägt auch zu einem längeren Schutz vor Lipidoxidation bei. Solche Regenerationszyklen unterstreichen das Potenzial der Kombination von Antioxidantien mit komplementären Redox-Eigenschaften, um eine höhere Stabilität in emulgierten Lebensmitteln zu erreichen.
Faktoren, die die antioxidative Wirksamkeit in emulgierten Systemen beeinflussen
Mehrere Faktoren beeinflussen die Wirksamkeit von Antioxidantien in emulgierten Lebensmittelmatrizen. Dazu gehören:
- Polarität: Der „polare Paradoxon” besagt, dass polare Antioxidantien in unpolaren Umgebungen (wie Bulk-Ölen) wirksamer sind, während unpolare Antioxidantien in Emulsionen besser wirken können. Dieses Konzept hat jedoch seine Grenzen, und neuere Forschungen betonen die Bedeutung der Grenzflächenkonzentration gegenüber der Polarität allein.
- pH-Wert und Metallionen: Saure Bedingungen in der wässrigen Phase können die Grenzflächenkonzentration bestimmter Phenolsäuren erhöhen und so deren antioxidatives Potenzial verstärken. In Gegenwart von Metallionen können dieselben Verbindungen jedoch als Pro-Oxidantien wirken, indem sie die Bildung von Radikalen fördern.
- Emulgatortyp und Tröpfchengröße: Emulgatoren beeinflussen die Verteilung und Ausrichtung von Antioxidantien. Hochmolekulare Emulgatoren wie Proteine bilden dickere Grenzflächenschichten, die einen besseren Schutz bieten und das Eindringen freier Radikale verhindern. Kleinere Tröpfchengrößen vergrößern die Oberfläche und können die Oxidation beschleunigen, verbessern aber auch den Zugang der Antioxidantien zu reaktiven Zonen.
- Synergieeffekte von Antioxidantien: Mischungen aus Antioxidantien mit unterschiedlichen Löslichkeitsprofilen und Molekülstrukturen können sich gegenseitig regenerieren, die Grenzflächenstabilität verbessern und einen hervorragenden Oxidationsschutz bieten.
Anwendung natürlicher Antioxidantien in Clean-Label-Dressings und -Saucen
Der Trend zu Clean-Label-Formulierungen erfordert den Ersatz synthetischer Zusatzstoffe durch natürliche Alternativen, die sowohl Leistung als auch Attraktivität auf dem Etikett bieten. Natürliche Antioxidantien wie Tocopherole und pflanzliche Phenole werden zunehmend in Dressings und Saucen verwendet, um die Produktstabilität zu erhalten, ohne die Erwartungen der Verbraucher zu beeinträchtigen.
Diese natürlichen Lösungen sind besonders wertvoll in ölreichen Emulsionen, in denen Oxidation die sensorischen und ernährungsphysiologischen Eigenschaften schnell beeinträchtigen kann. Richtig ausgewählt und kombiniert können natürliche Antioxidantien Emulsionen durch strategische Positionierung an der Grenzfläche und durch molekulare Wechselwirkungen, die ihre Wirkung verstärken, stabilisieren.
Da Lebensmittelhersteller zunehmend auf naturbasierte Inhaltsstoffe zurückgreifen, um den Anforderungen der Verbraucher und der Gesetzgebung gerecht zu werden, wird die Synergie zwischen natürlichen Antioxidantien zu einem entscheidenden Vorteil. Hier zeichnen sich die Tocobiol® Blends von Btsa aus. Diese Mischungen werden aus der Destillation von gentechnikfreien Pflanzenölen gewonnen und kombinieren natürliche Tocopherole mit synergistischen Verbindungen wie Vitamin C, Propylgallat, Lecithin oder Rosmarinextrakt, wodurch die antioxidative Wirkung in emulgierten Systemen verstärkt wird.
Tocobiol® Blends verbessern nicht nur die Haltbarkeit und Produktintegrität von Dressings und Saucen, sondern entsprechen auch den Zielen für Clean Label und Nachhaltigkeit. Dank unserer Erfahrung und Innovation im Bereich natürlicher Antioxidantien profitieren Hersteller in mehr als 40 Ländern von maßgeschneiderten Lösungen, die sowohl die Produktqualität als auch den Ruf ihrer Marke schützen.
Quellen
[1] Wang L, Yu X, Geng F, Cheng C, Yang J, Deng Q. Effects of tocopherols on the stability of flaxseed oil-in-water emulsions stabilized by different emulsifiers: Interfacial partitioning and interaction. Food Chem. 2022 Apr 16;374:131691. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.131691.
[2] Škerget M, Kotnik P, Hadolin M, Hraš A, Simonič M, Knez Z. Phenols, proanthocyanidins and their antioxidant activities. Food Chemistry. 2005; 89: 191-198. doi:10.1016/j.foodchem.2004.02.025.
[3] Filip V, Hradkova I, Šmidrkal, J. Antioxidants in Margarine Emulsions. Czech Journal of Food Sciences. 2009;27:S9-S11. doi:10.17221/1089-CJFS.
