Ohne Wasser wird eine Pflanze schlapp. Wenn eine Pflanze länger ohne Wasser steht, wird sie ohnmächtig. Wenn dieser Zustand über längere Zeit anhält und die Pflanze dann wieder Wasser bekommt, wird sie sich nicht in ursprüngliche Form herstellen. So wie vertrocknete Zimmerpflanzen mit Wasser umgehen, so gehen auch Eiweiße mit Hitze um: sie verändern sich in ihrer Form und letztendlich verändert sich ihre Funktion.
Eiweiße, die noch unverändert sind, werden ‚native’ genannt, weil sie sich noch in ihrer ursprünglichen Form befinden. Verschiedene unveränderte Eiweiße haben eine komplexe dreidimensionale Struktur. Größere Eiweiße sind mehrfach gefaltet und haben eine Anzahl interner Schwefelverbindungen, die die räumliche Struktur eines Eiweißes bilden. Dadurch haben Eiweiße eine erkennbare Außen- und Innenkante, die unterschiedliche Anziehungs- und Abstoßungskräfte gegenüber zum Beispiel Wasser ausüben.
Das Erhitzen greift diese Struktur an. Dieser Vorgang wird Denaturierung genannt. Das Eiweiß verliert dabei seine räumliche Struktur. Die Schwefelverbindungen brechen und das Eiweiß streckt sich aus, es entsteht eine eindimensionale, lineare Struktur. Wie schnell das geht ist abhängig von Temperatur und Art des Eiweißes. Es gibt wärmeresistente Eiweiße und wärmelabile Eiweiße. Einige fangen bereits ab 45-50°C an sich zu verändern. Als Nebeneffekt des Entfaltens bildet das Eiweiß nach außen gerichtet allerlei neue Strukturen, die daraufhin vom Körper nicht erkannt werden und als Antigen angesehen werden. Sie werden Epitopen genannt. Die Antikörper IgE, IgG und IgM reagieren auf diese neu geformten Epitopen. Diese Immunreaktionen sind spezifisch auf ein bestimmtes Epitop abgestimmt und gehören zum so genannten spezifischen Immunabwehrsystem.
Denaturierung von β-Lactoglobulin
Viel Aufmerksamkeit gilt den Veränderungen, die beim hitzeempfindlichen Molkeeiweiß β-Lactoglobulin (B-LG) entstehen. B-LG ist kein Bestandteil von Menschenmilch, jedoch von Milch von Tieren von denen wir die Milch konsumieren (Kuh, Schaf, Ziege usw. ). Durch Erwärmung (Temperaturerhöhung x Zeitdauer) verändert sich die Struktur von B-LG Schritt für Schritt. Das in sich gefaltete Eiweiß entfaltet sich und die Innenseite kommt nach außen. Es zeigt sich, dass die Strukturveränderung des B-LG in Phasen verläuft. Zwischen 60-90°C nimmt die Allergenität zu, danach wieder ab. In der Graphik sind die Werte von einer fünfzehnminütigen Erhitzung aufgenommen, die Milch wurde danach wieder abgekühlt. Das Ausmaß der Denaturierung kann mit Hilfe des ELISA-Test (Enzyme-linked Immunosorbent Assay) gemessen werden. Die Antikörper reagieren auf die anwesenden Epitopen, wovon mehrere durch die Erwärmung und den damit verbundenen Strukturveränderungen entstehen. Links unten in der Graphik steht die immunologische Antwort auf nicht-erhitzte ‚native’ Molke. Der Wert von ‚antigenic response’ liegt bei circa 5 (rote Punkte). Bis zu einer Erwärmung zu 60°C werden so ziemlich die gleichen Werte erreicht, darnach kommt es zu einem starken Anstieg (60-80°C), einem Gipfel (80-90°C) und einer Abnahme (>90°C). Die Abnahme kann dadurch begründet werden, dass die Epitope, die durch die ansteigende Temperatur, über 90°C wieder verschwinden, weil es zu Reaktionen zwischen den Eiweißen und den Milchzuckern kommt bei denen sich die Oberfläche der Eiweiße erneut verändert.
Die Industrie wirbt deshalb damit das gekochte Milch (‚baked milk’) frei von Allergenen ist, weil man die komplette Eiweißstruktur zerstört hat.
Einfluss von Erhitzung auf Milchallergenität: Wiedergabe welche Auswirkung 15 min Erhitzung von Milch auf die allergen Auslösung des Molkeeiweiß β-Lactoglobulin hat, gemessen mit Hilfe des ELISA-Tests ( vertikale Achse), (Kleber et al., 2014). Die Allergenität des unveränderten Eiweiß ist links zu sehen (rote Punkte).
Auch bei einer zweiten Studie konnte man sehr gut sehen, dass die Empfindlichkeit bei einer Temperatur über 60°C liegt. Die taiwanesische Forschungsgruppe (Song et al., 2004) hat allerlei Kombinationen von Zeit und Temperatur auf die messbare Immunoreaktivität mit Hilfe des ELISA-Tests untersucht. In der Graphik kommt zum Vorschein, dass:
a) bis 60°C keine messbaren Immunreaktion auftritt,
b) bei sehr kurze Erhitzungen (0,25 und 0,5 Minuten) auch bei höheren Temperaturen kaum Veränderungen sichtbar werden, aber dass
c) im Bereich zwischen 60 und 70 °C die Immunoreaktivität auseinander läuft und
d) bei 90°C die Zeitspanne als sie länger als 1 Minute ist keinen großen Einfluss mehr hat.
Zeit x Temperaturkombinationen und der Effekt auf die Immunoreaktivität von B-LG aus Rohmilch (vereinfacht von Song et al., 2004). Auf der horizontalen Achse ist die Temperatur angegeben, auf der vertikalen Achse die Immunantwort. Die drei Kurven basieren auf der Dauer der Erhitzung (sehr kurz, mittellang und lang).
Die frühere, beinah nicht mehr angewandte Standardpasteurisierung war eine Erhitzung von 62-63°C während 30 Minuten und die normale gesetzliche Milchpasteurisierung liegt bei 72-80°C und 10-30 Sekunden.
Foto: Abendstimmung in den schweizerischen Alpen, Zillis, Graubünden (CH)
