Eine Einführung in Fette

Herzlich willkommen zum Fettmonat! Fette sind, neben Eiweißen und Kohlenstoffen, einer der drei Grundnährstoffe unserer Ernährung. Um zu verstehen, wie sich verschiedene Fette unterscheiden, welche Rolle sie in unserem Körper einnehmen und wie sie küchentechnisch funktionieren, braucht es zuallererst einen Einstieg in die chemischen Grundlagen von Fetten. Den habe ich mir im Zuge dieses Artikels verschafft (:

Die Bausteine von Fetten

Gleich raus damit: Fette sind Verbindungen aus einem Stoff namens Glycerin und einer bis drei Fettsäuren. Schauen wir uns erstmal diese beiden Bauteile an…

Alkane und Fettsäuren

Erinnert ihr euch etwas an euren Chemieunterricht? An die Stoffgruppe der Alkane? Alkane sind diese unterschiedlich langen Kohlenstoffketten, deren einzelne Kohlenstoffatome außer den Verbindung zu ihren Kohlenstoffnachbarn noch zwei oder drei Wasserstoffatome binden. Die Fettsäuren sind den Alkanen sehr ähnlich: Auch sie bestehen aus einer langen Kohlenstoffkette, unterscheiden sich aber dadurch, dass ein Ende der Kette eine Carboxylgruppe (COOH) bildet.

Glycerin

Das Glycerin, der andere beteiligte Grundbaustein, ist eine Kette aus drei Kohlenstoffatomen, an die jeweils eine OH-Gruppe gebunden ist. Jede dieser OH-Gruppen kann eine Fettsäure anlagern. Dabei spalten sich das H der Glycerin-OH-Gruppe und das OH der Fettsäure-Carboxyl-Gruppe zu Wasser ab und machen Platz für eine Verbindung von Fettsäure und Glycerin.

Haben sich an alle drei OH-Gruppen des Glycerins Fettsäuremoleküle gebunden, so spricht man von einem Fett. Als Bindeglied der Fettsäuren ist das Glycerin die Konstante in allen Fettmolekülen — die drei gebundenen Fettsäuren hingegen können sich in ihrer Länge und anderen Eigenschaften unterscheiden und so verschiedenartige Fette bilden. Die Fettsäuren natürlich vorkommender Fette bestehen üblicherweise aus 10 bis 20 Kohlenstoffatomen.

Gesättigt und ungesättigt

Unser Bild von den Fettsäuremolekülen müssen wir nun noch etwas erweitern: Die Kohlenstoffatome der Molekülkette können untereinander statt durch eine Einfachbindung nämlich auch durch eine Doppelbindung verbunden sein. Sind alle Kohlenstoffatome einer Fettsäure ausschließlich einfach gebunden, so nennt mensch sie gesättigt. Besitzt die Fettsäure zwei oder mehrere Cs, die durch eine Doppelbindung miteinander verbunden sind, so bezeichnet mensch sie als ungesättigt.

Bei den ungesättigten Fettsäuren unterscheidet mensch wiederum solche Fettsäuren, in denen eine einzige Doppelbindung auftritt (einfach ungesättigt) und solche, in denen mehrere Doppelbindungen auftreten (mehrfach ungesättigt).

Ich nehme an, die Begriffe „gesättigte Fettsäure“ und „ungesättigte Fettsäure“ habt ihr schon einmal gehört. Das ist auch kein Wunder, da dieser Unterschied — ob mit oder ohne Doppelbindung — sehr starken Einfluss auf allerlei Eigenschaften von Fettsäuren (und damit auch Fetten) hat: ihr Verhalten in der Küche, ihre Verwertung durch unseren Körper, ihren Gesundheitsgrad. Und erfreulicherweise sind die meisten dieser Auswirkungen ganz anschaulich nachzuvollziehen… (:

Der Knick macht’s!

Knick in ungesättigten Fettsäuren

Die Ursache für den Unterschied von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren liegt darin, dass die sonst geradlinige Kohlenstoffkette durch die Doppelbindung einen Knick bekommt. Dadurch verändert sich die räumliche Anordnung der Atome.

Notiz am Rande: Um herauszufinden, warum dieser Knick entsteht, müsste man etwas tiefer in die Chemie gehen — ich habe das so schnell nicht geklärt bekommen und deshalb außen vor gelassen. Für neugierige Eigenforscher: Die Antwort liegt wohl irgendwo zwischen den Stichworten Orbitaltheorie, Cis-Trans-Konfiguration, Nicht-Drehbarkeit von Doppelbindungen — lasst mich eure Erkenntnisse wissen (:

Eine Doppelbindung sorgt also für einen Knick in der Kohlenstoffkette — und damit für ein wenig … mh … sagen wir: Unordnung. Denn je mehr Doppelbindungen in einer ungesättigten Fettsäure vorkommen, desto mehr Knicke hat die Kohlenstoffkette und desto wurschteliger wird das Molekül.

Stapelung von gesättigten und ungesättigten Fettsäuren

Stellt euch jetzt einmal zwei Mengen von Fettmolekülen vor: Eine Menge aus Fett mit ausschließlich gesättigten Fettsäuren — und eine mit vielen ungesättigten Fettsäuren. In ersterer Menge erlaubt die gleichmäßige, geradlinige Geometrie der gesättigten Fettsäuren, dass die einzelnen Fettmoleküle dicht und fest aufeinandergestapelt werden können. Anders ist das bei den geknickten, sperrigen ungesättigten Fettsäuren, deren Bauteile nicht so recht zusammenpassen und Zwischenräume lassen. Meine etwas dilletantische Skizze da links versucht diesen intuitiven Gedankengang anzudeuten (x

Die Zwischenräume ermöglichen, dass die Fettmoleküle sich bewegen. Und Bewegung in einem Stoffgemisch bedeutet, dass dieses Gemisch flüssig ist. Das ergibt unsere sprachliche Unterscheidung zwischen einem Fett und einem Öl: Ein Fett besteht überwiegend aus gesättigten Fettsäuren und ist bei Zimmertemperatur fest — ein Öl ist ein Fett, das einige ungesättigte Fettsäuren enthält und bei Zimmertemperatur flüssig ist.

Diese Aggregatszustände können sich ändern, wenn man gesättigte Fette wie Kokosfett erhitzt (d.h. Bewegung erzeugt) oder ungesättigte Fette wie Olivenöl in den Kühlschrank stellt (durch Kristallisation Bewegung einschränkt). Das Kokosfett wird dann flüssig, das Olivenöl fest.

Gesättigte und ungesättigte Fettsäuren in lebenden Organismen

Fette und Fettsäuren sind an sehr vielen Prozessen unseres Körpers beteiligt: Hormone, Hirnfunktionalität, Energiespeicher, Transportmoleküle, Polsterung, … Alle Fette dienen als Energielieferanten, teilweise unterscheiden sich gesättigte und ungesättigte Fettsäuren jedoch in ihren weiteren Funktionalitäten.

Wenn der menschliche Körper zwar Energie aus allen Fetten gewinnen kann, so sind gesättigte Fettsäuren dennoch größere Energielieferanten als ungesättigte. Auch hierbei hat mich die Ursachensuche in die höhere Chemie und Biologie geführt und kein sicheres Fazit ergeben. Wie es aussieht, ist einer der Hauptenergiegewinnungsprozesse unseres Körpers (die sog. beta-Oxidation) auf gesättigte Fettsäuren ausgerichtet. Ungesättigte Fettsäuren müssen erst in weiteren Prozessen transformiert werden — ein Aufwand, der selbst wieder Energie benötigt. Das könnte den Unterschied erklären.

Außerdem sind die stabileren und festeren gesättigten Fettsäuren gut geeignet, schützende Polster auszubauen. Dennoch sind gesättigte Fettsäuren etwas verpöhnt, da sie mitunter Schmelztemperaturen besitzen, die bei (oder sogar leicht über) unserer Körpertemperatur liegen. Sie sind dann nicht flüssig — nehmen wir zu viel davon zu uns, kann es sein, dass sie in Arterien „hängen bleiben“ und damit unseren Blutkreislauf behindern.

Ungesättigte Fettsäuren sind mit ihren niedrigen Schmelztemperaturen auch in unserem Körper flüssig und frei beweglich. Sie dienen ebenfalls als Energielieferanten, erfüllen aber beispielsweise auch wichtige Funktionen als Transportmoleküle.

FetteMan kann sich mit diesem Wissen die natürliche Fettzusammensetzung eines Organismus erklären: Säugetiere wie Schweine oder Menschen mit einer recht hohen Körpertemperatur produzieren überwiegend gesättigte Fettsäuren. Bei Organismen, die sich üblicherweise in kälteren Umgebungen befinden, wären diese Fettsäuren sehr hart — das Fett von Pflanzen und Fischen ist deshalb tendenziell reicher an ungesättigten Fettsäuren!

Da scheinen das feste Kokosfett, das Palmfett oder die Kakaobutter ein Widerspruch zu sein. Eigentlich ist es aber nicht verwunderlich, dass diese Pflanzen überwiegend gesättigte Fettsäuren besitzen: In den warmen Tropen sind eben auch die gesättigten Fette eher flüssig (:

Wie erwähnt, können gesättigte Fettsäuren für unseren Körper etwas problematisch sein. Dennoch sollten wir beide Arten von Fetten mit unserer Ernährung zu uns nehmen. Eine oft genannte Richtlinie sind 2/5 des Fettbedarfs mit gesättigten Fettsäuren zu decken — und die anderen 3/5 mit ungesättigten Fettsäuren.

Eine weitere Analyse, welche Zusammensetzung an Fetten in unserer Ernährung anzustreben ist — und welche Fette ungesund sind — würde mindestens einen ganzen Artikel für sich alleine beanspruchen. Außerdem scheue ich mich etwas davor, weil ich vermute, dass man da wieder an einem völlig undurchdringbaren Dschungel aus sich widersprechenden Studien, (vorgeworfenen) Wirtschaftsinteressen, Halbwahrheiten und co scheitern muss. Bitte verzeiht mir deshalb, wenn ich das Gesundheitsthema an dieser Stelle ausspare und lieber noch ein paar grundlegende Dinge beäuge…

Haltbarkeit von Fett

Das Vorhandensein von Doppelbindungen hat außerdem großen Einfluss auf die Haltbarkeit eines Fettes. Öl fängt mit der Zeit an, stechend zu riechen und zu schmecken — es wird ranzig. Dafür ist vor allem eine Reaktion mit Sauerstoff, die sogenannte Autoxidation, verantwortlich.

Kurz gesagt: Der Luftsauerstoff greift das Öl an und spaltet die Fettsäuren in kleinere Bestandteile. Dieser Prozess wird durch Hitze und UV-Licht beschleunigt. Daher kommen die drei goldenen Schlagworte für die Lagerung von Öl: luftdicht, kühl und dunkel.

Besonders anfällig für ein Angriff des Sauerstoffs sind die Doppelbindungen der ungesättigten Fettsäuren. Deshalb gilt, dass ein Öl umso schneller ranzig wird, je mehr ungesättigte Fettsäuren es enthält. Bei Ölen wie Lein- oder Hanföl wird deshalb grundsätzlich geraden, sie im Kühlschrank aufzubewahren und schnell zu verbrauchen.

In meinem nächsten Artikel will ich mich dem Ranzigwerden von Fett genauer widmen und detailierter erklären, welcher Prozess dabei abläuft, was für Konsequenzen das für unseren Haushalt mit sich zieht, was die Industrie dagegen tut, …

Löslichkeit von Fett

Fett und Wasser sind nicht ineinander löslich. Das liegt daran, dass Fettmoleküle unpolar sind, Wassermoleküle dagegen polar und dass sich polare/unpolare Stoffe nur in ihresgleichen lösen. Ich habe das ausführlich in meinem Artikel über Tenside beschrieben.

Jetzt, wo wir auch die Struktur von Fettmolekülen kennen, können wir uns da noch so manches erklären. Erinnern wir uns erstmal: Eine Verbindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff ist polar — eine Verbindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff ist unpolar.

Schaut mensch sich ein Glycerinmolekül an, so ist dieses durchaus polar: Durch die Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen der drei OH-Gruppen entstehen mehrere lokale Ladungen. Eine Fettsäure ist zwar im wesentlichen eine lange Kohlenstoffkette (d.h. unpolar), aber auch sie hat mit ihrer COOH-Gruppe ein polares Ende.

Bindet sich die Fettsäure an ein Glycerinmolekül, so spalten sich aber Atome von den polaren Enden beider Stoffe ab und es bleibt eine unpolare Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindung zwischen Glycerin und Fettsäure. Et voila: Ein Fettmolekül ist unpolar.

Halt! Wenn sich eine Fettsäure an das Glycerinmolekül anlagert, bleiben dem Glycerin doch genau genommen noch zwei weitere polare Enden übrig? Und in der Tat fungieren „Mono- und Diglyceride von Speisefettsäuren“ (so nennt mensch Fettmoleküle mit nur einer oder zwei Fettsäuren) als Emulgatoren — also als Stoffe, die sowohl polare als auch unpolare Bereiche besitzen und damit Brücken zwischen Wasser und Öl schlagen können!

Diese Mono- und Diglyceride sind auch bekannt als Lebensmittelzusatzstoff E471. Sie werden üblicherweise industriell hergestellt. In der Natur sind sie selten (garnicht?) anzutreffen.

Fett als Vitamin- und Geschmackstransporteur

Einige der für uns lebensnotwendigen Vitamine sind unpolar — unser Körper hätte große Probleme, diese allein mit Wasser, das ja polar ist, an die benötigten Stellen zu verfrachten. Ein Glück, dass es die ebenfalls unpolaren Fette gibt, die im Optimalfall flüssig sind: Die Vitamine können sich im Fett lösen und sich mit ihm auf die Reise machen. Das Fett dient in unserem Körper deshalb als wichtiges Transportmolekül.

Auch viele Aromastoffe sind unpolar, können sich also gut in Fett lösen. Da liegt wohl der Grund, warum Fett gemeinhin als Geschmacksträger bekannt ist und warum ein Brotaufstrich gleich viel intensiver schmeckt, wenn Margarine druntersteckt!

Allerdings muss ich hier gestehen, dass sich mir die Geschmacksträgersache noch nicht ganz erschlossen hat. Okay, Aromen können sich in Fett lösen — aber warum tun sie das so von alleine? Und warum schmeckt man sie dadurch intensiver? Im Essen stecken sie doch ohnehin…

Darüber schreibt wieder einmal niemand ): Vielleicht sind sie exponierter, wenn sie am Fett haften — und können dann von unseren Geschmacksknospen leichter aufgenommen werden? Mhh… Ich befürchte fast, dieses Mysterium muss auf einen „Geschmacksmonat“ warten.

Sodenn…

 

Verwendete Quellen:

Ernährungswissenschaft. Von Hilka de Groot. Haan-Gruiten, 2011.
On Food and Cooking. The science and lore of the kitchen. Von Harold McGee. New York, 2004.
Das große Rohkost-Buch. Grundlagen und Praxisanleitungen für eine erfolgreiche Ernährungsumstellung. Von Angelika Fischer. Oberstdorf, 2012.
The Science Of Cooking. Von Peter Barham. Berlin und Heidelberg, 2001.
youtube.com – Fat: Part 1 of 4 „Free Fatty Acids and Triglycerides“
chemieunterricht.de – Ranziges Fett / Fettverderb
diagnosisdiet.com – Fats
youtube.com – Fatty Acid Oxidation – Part II
wikipedia.de – beta-Oxidation

 

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