FETTE UND ÖLE. Allgemeines

Transkript

1 FETTE UND ÖLE Allgemeines Fette und Öle sind chemisch gesehen gemischte Fettsäureglycerinester. Alle drei OH-Gruppen des Glycerins sind dabei verestert, weshalb Fette auch als Triglyceride bezeichnet werden. Zur Erinnerung: Unter einem Ester versteht man ganz allgemein jenes Produkt, das durch Wasserabspaltung (= Kondensation) zwischen einer Säure und einem Alkohol gebildet wird: Esterbildu ng R1 COOH OH R 2 R1 COO R2 H2O Esters palt ung Als Esterbestandteil ist immer der dreiwertige Alkohol Glycerin ( Glycerol bzw. Propantriol ) beteiligt, bei den Säuren handelt es sich um verschiedene unverzweigte, gesättigte oder ungesättigte, höhere Monocarbonsäuren (C6-C26) mit gerader Kohlenstoffatomanzahl, auch Fettsäuren genannt. Allgemeine Strukturformel eines Fettmoleküls Für die Bezeichnung von Fettsäuren sind Trivialnamen üblich. Wichtige Beispiele sind:

2 In natürlichen Fetten liegen ca. 97% Triglyceride, ca. 2% Diglyceride und ca. 1% Monoglyceride vor. Allerdings sind die Fettmoleküle nicht einheitlich aufgebaut, sondern die Fettsäuren sind in den einzelnen Molekülen statistisch verteilt. Fette sind also keine Reinstoffe, sondern Gemische verschiedener Glycerinester. Im Allgemeinen kommen in natürlichen Fetten mindestens zwei verschiedene Fettsäuren vor. Nur sehr selten sind alle drei OH-Gruppen des Glycerins mit drei gleichen Fettsäuren verestert. Die Häufigkeit der einzelnen Fettsäuren in einem Fett ist jedenfalls für die einzelnen Fettarten charakteristisch. Da es schwierig ist, aus einem Fett die verschiedenen Fettsäureglycerinester zu isolieren, spaltet man es zur Charakterisierung in Glycerin und Fettsäuren und gibt den Massenanteil der einzelnen Fettsäuren an, die bei dieser Reaktion entstehen. Physikalische und chemische Eigenschaften Die Art der Fettsäuren und deren Verteilung am Glycerin (1,2,3) bestimmen die chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften des Fettes. Alle Fette und Öle sind jedenfalls wasserunlöslich und weisen stets eine geringere Dichte als Wasser auf (ρ = 0,9 0,95). In kaltem Alkohol ist die Löslichkeit gering, in Ether, Benzin, Benzol u. a. organischen Lösungsmitteln jedoch hoch. Fett-Moleküle sind also unpolar. Fette verdunsten langsam. Sie bilden daher auf saugfähigem Papier bleibende Flecken. Durch eine derartige Fettfleckprobe können Fette z.b. in Pflanzensamen nachgewiesen werden. Die Schmelztemperaturen der Fette lassen sich aus dem Bau ihrer Moleküle erklären. Estermoleküle, die ungesättigte Fettsäuren enthalten, sind sperriger (in natürlichen ungesättigten Fettsäuren liegt an den Doppelbindungen nur die cis-konfiguration vor, Fettsäuren mit trans-konfiguration sind selten und unerwünscht trans-fette ) und bilden keine regelmäßigen Kristalle. Demnach sind die flüssigen Pflanzenöle und Fischtrane besonders reich an einfach und mehrfach ungesättigten Fettsäuren, während die bei Raumtemperatur festen Fette einen höheren Anteil an gesättigten Fettsäuren enthalten und umgekehrt.

3 Erhitzt man Fette sehr stark, so beginnen sie sich noch vor ihrem Siedepunkt zu zersetzen. Es entsteht ein weißlicher, stechend riechender Rauch, der das giftige Acrolein (Propenal) enthält. Es stammt aus dem Glycerinanteil des Fettmoleküls. Ein Überhitzen von Fetten bei der Speisenzubereitung (z.b. Frittieren) ist daher gesundheitsschädlich! Auf die Verwendung von hochsiedenden Fetten bei diesen Zubereitungsarten muss geachtet werden. Oberhalb von 300 C können sich Fette an der Luft selbst entzünden. Solche Fettbrände dürfen keinesfalls mit Wasser gelöscht werden, denn das Wasser sinkt wegen seiner höheren Dichte im Öl ab und verdampft dann schlagartig. Brennendes Fett wird so nach allen Seiten geschleudert. Fettbrände löscht man daher durch Abdecken, z.b. mit einer Löschdecke. Bei Anwesenheit von Sauerstoff und bei Lichteinwirkung werden Fette oxidiert. Dabei werden besonders die Doppelbindungen in den Molekülen von Mikroorganismen gespalten. Über verschiedene weitere Reaktionen entstehen freie, kurzkettige Carbonsäuren sowie ungesättigte Aldehyde und Methylketone, die unangenehme Gerüche verursachen. Das Fett ist ranzig geworden. Speisefette müssen deshalb lichtgeschützt aufbewahrt werden. Ungesättigte Fettsäuren und ihre Ester reagieren mit Iodchloridlösung. Dabei wird die Lösung entfärbt. Aus dem Volumen der entfärbten Iodchloridlösung wird in der Lebensmittelchemie die Iodzahl bestimmt. Sie gibt an, wie viel Gramm Iod von 100 g Fett gebunden werden kann und gibt somit Auskunft über die Anzahl der vorhandenen Doppelbindungen. Fette mit einem hohen Anteil an Estern mit ungesättigten Fettsäuren besitzen demnach eine hohe Iodzahl. Fett und Ernährung Fett ist energetische gesehen die konzentrierteste Form der Nahrung. Bei vollständiger Oxidation liefert 1g Fett den doppelten Energiegehalt von 1g Kohlenhydrat. Daher spielt Fett vor allem als Nährstoffreserve bei Mensch und Tier die Hauptrolle. Lebewesen, die sich bewegen, müssen ihre Energiereserven möglichst gewichtssparend anlegen. Jede Form des Nahrungsmittelüberschusses wird daher in Fettreserven umgewandelt. Ein normalgewichtiger Mensch besteht zu etwa 15% aus Fett. Die so gespeicherte Energiemenge entspricht dem Energiebedarf des Menschen für etwa 1 Monat. Daneben schützt das Fettgewebe empfindliche Organe wie Herz und Nieren vor Druck und Stoß. Fette dienen also als Schutzpolster für innere Organe. Obwohl Fette hauptsächlich als Energielieferanten dienen, führt eine völlig fettfreie Nahrung zu Mangelerscheinungen. Der Grund dafür sind das Fehlen fettlöslicher Vitamine (E, D, K und A) und die Tatsache, dass der menschliche Organismus einen gewissen Bedarf an mehrfach ungesättigten Fettsäuren, den essentiellen Fettsäuren, hat. Dazu gehören die Linolsäure, die Linolensäure und die Arachidonsäure. Ihre Hauptfunktion ist die Synthese der Prostaglandine, einer Gruppe von Hormonen unterschiedlichster Wirkung. Daneben sind die essentiellen Fettsäuren auch an der Synthese von Phospholipiden (z.b.: Lecithin) beteiligt. Der Bedarf an essentiellen Fettsäuren für einen Erwachsenen liegt bei ca. 6g täglich. Eine fettreiche Ernährung ist nur bei hohem Energiebedarf empfehlenswert. Fett sollte jedenfalls nicht der Hauptenergielieferant sein. Eine ausgewogene Ernährung sollte 20-25% des Energiebedarfs aus Fett (dies entspricht je nach Körpergröße und Belastung einer Aufnahme von ca. 60 g Fett pro Tag), 50% aus Kohlenhydraten und 25-30% aus Eiweiß decken. Den

4 Hauptteil an Fett in unserer Nahrung nehmen wir aber nicht durch Speiseöl oder Butter auf, sondern durch versteckte Fette auch in Form von Geschmacksträgern! In Österreich beliebte Volksnahrungsmittel wie fettes Fleisch, Wurst und die meisten Käsesorten enthalten etwa 50% Fett. Rechnet man den Fettanteil in Energie um, so ist dieser durch den höheren Energiegehalt sogar noch größer und liegt bei 80 bis 90%! Untersuchungen haben ergeben, dass die Gesundheitsschäden bei übermäßigem Fettkonsum geringer sind, wenn man Speisefette mit einem hohen Anteil an essentiellen Fettsäuren konsumiert. Dies hat zu einer starken Bewerbung der Pflanzenfette geführt. Generell wird die Wirkung der essentiellen Fettsäuren heute jedoch überschätzt. Gegen hohe Blutcholesterinwerte wirkt vor allem eine Diät mit eingeschränktem Fettkonsum! Vorkommen und Gewinnung von Fetten Pflanzen haben als Nährstoffreserve hauptsächlich Kohlenhydrate. Nur in den Samen von Pflanzen dienen Fette als Nahrungsbasis für die Keimlinge. Bekannte Beispiele sind Sonnenblumen, Raps, Oliven, Kokospalmen, Erdnüsse und Mais. Gewonnen werden die Pflanzenfette durch Auspressen und Extraktion. Besonders wertvoll für die Ernährung sind dabei die kalt gepressten Öle, da durch die schonende Verarbeitung die fettlöslichen Vitamine (die meist auch hitzeempfindlich sind) erhalten bleiben. Zusätzlich enthalten die kaltgepressten Öle die typischen Geschmackstoffe der jeweiligen Ölpflanze. Bei der Extraktion werden leicht verdampfbare Benzinkomponenten verwendet, die Fett gut lösen. Das Benzin wird anschließend vom Fett abdestilliert und wieder eingesetzt. Man erhält dabei deutlich höhere Ausbeuten. Zur Herstellung von Margarine muss das Ausgangsfett gehärtet werden. Man geht dabei von Pflanzenölen wie Rapsöl, Sojaöl und Sonnenblumenöl aus. An diese Öle wird katalytisch Wasserstoff addiert ( Hydrierung ). Dadurch werden ungesättigte zu gesättigten Fetten (als Nebenprodukt entstehen aber auch trans-fettsäuren) und das Fett wird fest. Um ein streichfähiges Produkt zu erhalten werden gehärtete Fette mit ungehärteten gemischt. Dazu kommt noch eine wässrige Phase (Wasser und Milch), fettlösliche Vitamine und Farbstoffe wie Carotin. Durch kräftiges Rühren und Kühlen und unter Zusatz von Lecithin als Emulgator entsteht eine stabile, butterähnliche Wasser-Fett-Emulsion. Um Margarine leicht von Butter unterscheiden zu können, ist der Zusatz einer geringen Menge Stärke vorgeschrieben. Schema der technischen Herstellung von Margarine

5 Die wichtigsten tierischen Fette sind die aus dem Fettanteil der Kuhmilch gewonnene Butter und das Schweineschmalz, das durch Ausschmelzen gewonnen wird. Butter wird aus dem Fettanteil der Milch hergestellt. Auch sie ist eine Emulsion von Wasser in Fett. Als Emulgator wirkt ebenfalls das natürlich in der Milch vorkommende Lecithin. Butterfett enthält nur einen geringen Anteil an essentiellen Fettsäuren, aber alle fettlöslichen Vitamine der Milch, da die Gewinnung schonend ohne jede Erhitzung erfolgt. In Maßen genossen ist Butter ein wertvoller, naturbelassener Nahrungsbestandteil. Technische Verwendung von Fetten und Ölen Ca. 2 /3 der weltweit produzierten Speisefette werden als Nahrungsmittel verwendet. Daneben sind Fette aber auch interessante Rohstoffe für die chemische Industrie. Das bekannteste Produkt aus Fett ist die Seife. Als Ausgangsstoffe dienen Rindertalg, Kokosfett und Olivenöl. Bei der Seifenherstellung wird die Esterbindung durch alkalische Esterspaltung (Hydrolyse) mit NaOH gespalten: Es entsteht eine Mischung aus den Salzen der Fettsäuren (= Seife), Glycerin und überschüssiger NaOH. Deshalb wird die alkalische Esterspaltung auch als Verseifung bezeichnet. Zum Abscheiden der Seife wird die Mischung mit NaCl versetzt ( Aussalzen ). Fette mit großer Anzahl an mehrfach ungesättigten Fettsäuren erhärten langsam an der Luft. Man nennt sie daher trocknende Öle. Sie reagieren besonders rasch mit Luftsauerstoff, der eine Polymerisation zwischen Fettsäuremolekülen auslöst, wodurch das flüssige Öl fest wird. Dieses dient als Basis für lufttrocknende Ölanstriche und Ölfarben. Der Fußbodenbelag Linoleum wird dank der oben genannten Eigenschaft aus Leinöl hergestellt. Dabei wird heiße Luft durch mit Siccativen (=Trocknungskatalysatoren) versetztes Leinöl geblasen. Die Polymerisation setzt ein und eine kautschukartige Masse entsteht, die mit Korkmehl versetzt und auf Juteunterlagen aufgebracht wird. Durch Esterhydrolyse mit heißem Wasserdampf gewinnt man aus den Fetten die freien Fettsäuren. Diese werden zu Fettalkoholen reduziert. Sie können entweder direkt als Emulgatoren in der Kosmetikindustrie verwendet werden, oder sie werden mit Schwefelsäure verestert. Die Salze dieser Ester sind wichtige Tenside (waschaktive Substanzen) in Waschmitteln. Als letztes Beispiel sei noch ein Produkt erwähnt, das auch in Österreich aus Speisefett produziert wird, der Biodiesel. Dazu wird Rapsöl mit Methanol umgeestert. Der Rapsölmethylester hat einen ähnlichen Siedebereich wie Dieselöl und lässt sich als Treibstoff für Dieselmotoren verwenden.