Fette

Definition und grundlegende Eigenschaften

Fette und fette Öle, auch Neutralfette genannt, sind Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin (Propan-1,2,3-triol) mit drei, meist verschiedenen Fettsäuren. Fettsäuren sind überwiegend geradzahlige und unverzweigte aliphatische Monocarbonsäuren. Solche Verbindungen heißen auch Triglyceride; die IUPAC empfiehlt die Bezeichnung Triacylglycerine.

Bei Raumtemperatur feste Neutralfette werden als Fette bezeichnet, flüssige als fette Öle. Als Naturstoffe gehören sie zu den Lipiden. Sie lösen sich in lipophilen organischen Lösungsmitteln wie Petrolether, Ether und Benzol, kaum jedoch in Wasser. Ihre Energiedichte beträgt 37 kJ/g (9 kcal/g). Damit sind sie wichtige Energiespeicher von Menschen, Tieren und einigen Pflanzen. Pflanzen speichern Fette vor allem in Samen oder Keimen, Tiere im Fettgewebe.

Die Eigenschaften hängen besonders von der Kettenlänge und der Anzahl der C=C-Doppelbindungen in den Fettsäureresten ab. Eine Doppelbindung macht einen Fettsäurerest ungesättigt, mehrere Doppelbindungen machen ihn mehrfach ungesättigt. Natürliche Doppelbindungen besitzen fast ausschließlich cis-Konfiguration und sind bei mehrfach ungesättigten Fettsäuren meist durch eine Methylengruppe (–CH2–) getrennt.

Natürliche Fette sind Gemische verschiedener, jeweils klar definierter Fette und haben deshalb keinen scharfen Schmelzpunkt, sondern einen Schmelzbereich. Mit zunehmender Kettenlänge und abnehmender Zahl von Doppelbindungen steigt die Schmelztemperatur. Feste Fette enthalten meist viele lange und gesättigte Fettsäuren; flüssige Öle überwiegend einfach oder mehrfach ungesättigte. Pflanzliche Fette liegen wegen ihres hohen Anteils ungesättigter Fettsäurereste meist als Öle vor. Beim Erhitzen können sich Fette bereits unterhalb ihres Siedepunktes zersetzen.

Fettsäuren enthalten vier bis 26, typischerweise zwölf bis 22 Kohlenstoffatome; ihre Zahl ist praktisch immer geradzahlig. Die langen Ketten schirmen die Sauerstoffatome der Esterbindungen ab. Dadurch sind Fette hydrophob und beeinflussen den osmotischen Zustand wässriger Zell- und Körperflüssigkeiten nicht. Als Depotfett eignen sie sich daher besonders zur Energiespeicherung. Außerdem tragen Fette fettlösliche Aromen. Der intensive Geruch ranziger Fette stammt von oxidierten Fetten und Fettsäuren, insbesondere Keto- oder Hydroxy-Fettsäuren, die teilweise für den Menschen giftig sind. Hinweise auf einen eigenen Fettgeschmack gibt es aus Untersuchungen an Mäusen, bei denen beispielsweise Linolsäure Geschmacks- und Nervenzellen aktivierte.

Gewinnung und Zusammensetzung

Tierische Fette werden entweder direkt aus Fettgewebe ausgeschmolzen, etwa als Schmalz, Tran oder Talg, oder aus Milch als Butter gewonnen. Pflanzliche Speisefette und -öle werden aus Ölpflanzen beziehungsweise Ölsaat durch Pressung oder Extraktion mit Dampf oder Lösungsmitteln gewonnen. Durch Raffination werden unerwünschte Inhaltsstoffe entfernt. Margarine wird heute durch Hydrierung (Fetthärtung) der C=C-Doppelbindungen in den Fettsäureestern pflanzlicher Öle wie Sonnenblumenöl oder Rapsöl hergestellt. Dabei können unerwünschte Trans-Fettsäuren entstehen.

Für Deutschland nennt der Artikel für 2006 53 Betriebe der Fettgewinnung und -raffination, 3445 Beschäftigte und einen Gesamtumsatz von 131 Millionen Euro. Die Raffination machte davon 82,7 Millionen Euro aus. 2007 wurden 2,4 Millionen Tonnen Rapsöl, 685.300 Tonnen Sojaöl, 47.700 Tonnen Sonnenblumenöl und 1.961 Tonnen Leinöl hergestellt. Raffiniert wurden vor allem 1,55 Millionen Tonnen Rapsöl, 195.000 Tonnen Sonnenblumenöl, 510.600 Tonnen Sojaöl und 504.000 Tonnen Palmöl. Ein großer Teil war für den Export bestimmt. Die Margarineproduktion betrug 430.000 Tonnen, die Butterproduktion 1,35 Millionen Tonnen.

Fettsäuren sind in natürlichen Fetten und Ölen chemisch an Glycerin gebunden. Entgegen einer verbreiteten Vorstellung enthalten diese Produkte keine freien, chemisch ungebundenen Fettsäuren, sondern Glycerinester der Fettsäuren. Beispiele für typische Zusammensetzungen sind: Butter enthält 37 % Ölsäure, 22 % Palmitinsäure, 10 % Stearinsäure und 10 % Linolsäure. Olivenöl enthält 78 % Ölsäure. Kokosfett enthält 48 % Laurinsäure, 16 % Myristinsäure, 16 % Buttersäure, Capronsäure, Caprylsäure und Caprinsäure zusammen sowie 6 % Ölsäure. Leinöl enthält 50 % α-Linolensäure, 22 % Ölsäure und 17 % Linolsäure. Sonnenblumenöl enthält 57 % Linolsäure und 27 % Ölsäure. Palmöl enthält 44 % Palmitinsäure und 39 % Ölsäure.

In der Tabelle des Artikels wird Arachidonsäure (20 Kohlenstoffatome; cis-Doppelbindungen an 5, 8, 11 und 14) für Butter, Olivenöl, Kokosfett, Leinöl, Sonnenblumenöl und Palmöl jeweils mit 0 % angegeben.

Bedeutung für den Körper und Stoffwechsel

Fette und Öle sind Grundnährstoffe. Im menschlichen Körper dienen sie als Energielieferanten und Reservestoffe, als Wärmeisolatoren, als Lösungsmittel für ausschließlich fettlösliche Stoffe wie einige Vitamine, als Schutzpolster für innere Organe und das Nervensystem sowie als Bestandteile der Zellmembranen.

Fette sind neben Kohlenhydraten, also Zucker, Stärke und Glykogen, die wichtigsten Energiespeicher der Zellen. Ihr physiologischer Brennwert beträgt 37 kJ/g und ist damit mehr als doppelt so hoch wie der von Kohlenhydraten und Proteinen mit 17 kJ/g. Die Dichte des menschlichen Fettgewebes liegt bei 0,94 kg/l, sein physiologischer Brennwert bei rund 29.000 kJ/kg (7.000 kcal/kg). Die Differenz zu 37.000 kJ/kg reinem Fett erklärt sich daraus, dass Fettgewebe nicht aus reinem Fett besteht.

Depotfett kann aus Nahrungsfett stammen. Bei Energieüberschuss können auch Kohlenhydrate und Proteine über mehrere Zwischenstufen letztlich in Fett umgewandelt werden. In welchem Umfang die Makronährstoffe unmittelbar zur Bildung von Fettgewebe beitragen, wird im Artikel als umstritten bezeichnet. Der Normalwert der Gesamttriglyceride im menschlichen Blut beträgt 70 bis 170 mg/dl; sie zählen neben dem Cholesterin zu den Blutfetten. Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Ernährung sind für Erwachsene 60 bis 80 g Fett pro Tag ausreichend, entsprechend 25 % der zugeführten Energie. Als Höchstwerte werden etwa 420 g pro Woche für Frauen und 560 g für Männer genannt. Die Berechnung beruht auf einem angenommenen Energiebedarf von 10 bis 13,4 MJ pro Tag (2.400 bis 3.200 kcal/d). Der individuelle Bedarf hängt jedoch vom tatsächlichen Ruheumsatz, der körperlichen Aktivität und Begleiterkrankungen ab. Trans-Fettsäuren können den Körper belasten und Gefäßschädigungen verursachen.

Der Aufbau von Triacylglycerinen erfolgt aus Glycerin und Fettsäuren in mehreren Reaktionsschritten. Fettsäuren werden durch Fettsäure-CoA-Ligasen, Glycerin durch Glycerinkinasen aktiviert. Aus Acyl-CoA und Glycerin-3-phosphat entsteht mithilfe der Glycerinphosphat-O-Acyltransferase Lysophosphatidsäure. Eine weitere Acyltransferase bildet daraus Phosphatidsäure. Nach Abspaltung von Phosphat durch eine Phosphatidat-Phosphatase entsteht Diacylglycerol. Die Diacylglycerol-O-Acyltransferase überträgt schließlich eine dritte Fettsäure und bildet Triacylglycerin.

Beim Abbau werden Triacylglycerine in Fettzellen von einer Hülle aus dem Proteinkomplex Perilipin:CGI-58 umgeben. Je nach Phosphorylierungsgrad verhindert oder ermöglicht diese Hülle die Hydrolyse. Die hormonsensitive Lipase (HSL) beginnt den Abbau; Katecholamine, ACTH und Glucagon fördern ihn, Insulin hemmt ihn. Durch Phosphorylierung, Dimerisierung und Veränderungen an Perilipin gelangt HSL an die Lipide. In Zusammenarbeit mit FABP4 wird die Hydrolyse verstärkt. Aus Triacylglycerin entstehen Glycerin und drei Fettsäuremoleküle. Die Dephosphorylierung der HSL beendet den Vorgang; die dafür zuständige Phosphatase ist unbekannt. Der beschriebene Stoffwechselweg wurde aus Ratten- und Mäusezellen erschlossen.

Trocknende Öle und industrielle Verwendung

Fette und fette Öle werden als Lebensmittel sowie zur Zubereitung und Konservierung von Nahrung verwendet. Bereits im Altertum dienten Fette als Bestandteile von Arzneimitteln. Pflanzliche Öle wie Rapsöl und Palmöl können durch Umesterung mit Methanol in Biodiesel umgewandelt werden. Saure heterogene Katalysatoren unterstützen dabei die Reaktion. Es entstehen Fettsäuremethylester (FAME) und Glycerin. FAME werden als Biodiesel verkauft oder herkömmlichem Diesel bereits in Raffinerien beigemischt. Bis zu 5 Volumen-% dürfen in Deutschland ohne Kennzeichnung des Kraftstoffs beigemischt werden. Die Qualitätsanforderungen sind in DIN EN 14214 festgelegt. Aufgeschmolzene Fette und fette Öle können außerdem direkt in speziell umgebauten Lkw-Dieselmotoren verbrannt werden.

Durch Verseifung, also Esterspaltung mit Alkalihydroxiden, werden aus Fetten oder fetten Ölen Seifen hergestellt. Seifen sind Alkalisalze der Fettsäuren; als weiteres Produkt fällt Glycerin an.

Sogenannte trocknende Öle heißen sachlich richtiger härtende Öle. Sie trocknen nicht durch Abgabe eines Lösungsmittels, sondern vernetzen meist durch Oxidation. Dieser Vorgang wird auch Verharzen oder Polymerisation genannt. Sikkative, häufig Cobalt-, Mangan- und Zirconium-Octoate, beschleunigen ihn. Je höher der Anteil ungesättigter Fettsäuren ist, desto höher ist die Iodzahl und desto stärker die Neigung zur Polymerisation. Leicht polymerisierende Öle wie Leinöl haben eine Iodzahl von mehr als 140. Bei halbtrocknenden Ölen liegt sie zwischen 100 und 140, bei nichttrocknenden Ölen unter 100. Zusammen mit Pigmenten werden härtende Öle zu Ölfarben verarbeitet; mit Harzen entstehen Öllacke.

Analytik, Fettbegleitstoffe und Verderb

Der Fettgehalt von Lebensmitteln wird meist durch Extraktion mit lipophilen Lösungsmitteln bestimmt. Die FDA definiert Fett als den verseifbaren Anteil eines Lebensmittels. Nichtacylglyceride wie Sterine oder Phosphatide zählen nach dieser Definition nicht zum Fett.

Zur Charakterisierung werden titrationsanalytische Kennzahlen bestimmt, darunter Iodzahl, Reichert-Meißl-Zahl, Verseifungszahl, Peroxidzahl und Säurezahl. Gaschromatographie kann die Fettsäureverteilung qualitativ und quantitativ erfassen. Zoo- und Phytosterine sowie lipophile Vitamine werden gaschromatographisch oder mittels HPLC bestimmt. Für die zuverlässige Identifizierung einzelner Bestandteile wird Massenspektrometrie meist mit Gaschromatographie oder HPLC gekoppelt. Die Deutsche Gesellschaft für Fettwissenschaft hat mehr als 400 Analyseverfahren definiert, unter anderem zur Echtheitserkennung von nativem Olivenöl und zur Bestimmung von Abbauprodukten in gebrauchten Fritteusefetten.

Zu den Fettbegleitstoffen gehören Phosphatide, Sphingolipide, Lipochrome, Wachse und Cholesterin.

Fette können durch Licht, Wärme, Luftsauerstoff, Wasser und Mikroorganismen chemisch verändert werden. Betroffen sind meist Doppelbindungen oder Esterbindungen. Die Fette werden ranzig und unter Umständen gesundheitsschädlich. Feuchtigkeit sowie Licht und Mikroorganismen können außerdem die Bildung freier Fettsäuren fördern; die Fette werden sauer und ranzig. Am besten schützt man sie durch kühle, trockene und luftdichte Lagerung. Die Säurezahl (SZ), auch Neutralisationszahl (NZ), gibt an, wie viele Milligramm Kaliumhydroxid zur Neutralisation der freien Fettsäuren in einem Gramm Fett erforderlich sind.

Weitere Zusammenhänge

Härtende Öle sind wichtige Bindemittel für Ölfarben und werden als Firnis, also als Schutzüberzug für fertige Bilder, verwendet. Fett wurde vom Künstler Joseph Beuys häufig eingesetzt, um in Kunstobjekten oder Rauminstallationen gespeicherte Energie zu symbolisieren; als bekannte Beispiele nennt der Artikel die Fettecke und den Fettstuhl.

Fettabscheider werden unter anderem in Metzgereien, Schlachthöfen und Gastronomieküchen eingesetzt. Sie halten organische Fette und Öle aus dem Abwasser zurück. Durch eine Umlenkung oder Prallplatte gelangt das Abwasser in einen Behälter. Sinkende Strömungsgeschwindigkeit und Abkühlung bewirken, dass leichte Stoffe wie Fette oben und Sinkstoffe wie Schlamm unten abgeschieden werden. Koaleszenzabscheider können auch feiner verteilte Öle und Fette entfernen.