Chemische Reaktionen von Fetten und Ölen
Fette und Öle können an einer Vielzahl von chemischen Reaktionen teilnehmen – da Triglyceride Ester sind, können sie beispielsweise in Gegenwart einer Säure, einer Base oder bestimmter Enzyme, die als Lipasen bekannt sind, hydrolysiert werden. Die Hydrolyse von Fetten und Ölen in Gegenwart einer Base wird zur Herstellung von Seife verwendet und als Verseifung bezeichnet. Heutzutage werden die meisten Seifen durch die Hydrolyse von Triglyceriden (oft aus Talg, Kokosnussöl oder beidem) mit Wasser unter hohem Druck und hoher Temperatur hergestellt. Natriumcarbonat oder Natriumhydroxid wird dann verwendet, um die Fettsäuren in ihre Natriumsalze (Seifenmoleküle) umzuwandeln:
Näher betrachtet: Seifen
Ordinäre Seife ist ein Gemisch aus den Natriumsalzen verschiedener Fettsäuren, das in einer der ältesten organischen Synthesen des Menschen hergestellt wird (nach der Fermentation von Zuckern zur Herstellung von Ethylalkohol). Sowohl die Phönizier (600 v. Chr.) als auch die Römer stellten Seife aus Tierfett und Holzasche her. Dennoch begann die weit verbreitete Herstellung von Seife erst um das Jahr 1700. Traditionell wurde Seife durch die Behandlung von geschmolzenem Schmalz oder Talg mit einem leichten Überschuss an Alkali in großen offenen Bottichen hergestellt. Die Mischung wurde erhitzt und mit Dampf durchströmt. Nach Abschluss der Verseifung wurde die Seife durch Zugabe von Natriumchlorid (NaCl) aus der Mischung ausgefällt, durch Filtration entfernt und mehrmals mit Wasser gewaschen. Anschließend wurde sie in Wasser gelöst und durch Zugabe von weiterem NaCl wieder ausgefällt. Das bei der Reaktion entstehende Glycerin wurde ebenfalls aus den wässrigen Waschlösungen zurückgewonnen.
Zur Herstellung von Scheuerseife wird Bimsstein oder Sand zugesetzt, zur Herstellung von duftenden, farbigen Seifen werden Inhaltsstoffe wie Parfüm oder Farbstoffe hinzugefügt. Wenn man Luft durch geschmolzene Seife bläst, entsteht eine schwimmende Seife. Schmierseifen, die mit Kaliumsalzen hergestellt werden, sind teurer, erzeugen aber einen feineren Schaum und sind besser löslich. Sie werden in Flüssigseifen, Shampoos und Rasiercremes verwendet.
Schmutz und Dreck haften in der Regel an Haut, Kleidung und anderen Oberflächen, indem sie sich mit Körperölen, Speisefetten, Schmierfetten und ähnlichen Substanzen verbinden, die wie Kleber wirken. Da diese Stoffe nicht mit Wasser mischbar sind, können sie durch Waschen mit Wasser allein kaum entfernt werden. Seife entfernt sie jedoch, weil Seifenmoleküle eine doppelte Natur haben. Ein Ende, der so genannte Kopf, trägt eine ionische Ladung (ein Carboxylat-Anion) und löst sich daher in Wasser auf; das andere Ende, der Schwanz, hat eine Kohlenwasserstoffstruktur und löst sich in Ölen auf. Die Kohlenwasserstoffschwänze lösen sich im Boden, die ionischen Köpfe verbleiben in der wässrigen Phase, und die Seife spaltet das Öl in winzige, von Seife umschlossene Tröpfchen, die so genannten Mizellen, die sich in der Lösung verteilen. Die Tröpfchen stoßen sich aufgrund ihrer geladenen Oberflächen gegenseitig ab und verschmelzen nicht miteinander. Da das Öl den Schmutz nicht mehr an die verschmutzte Oberfläche (Haut, Tuch, Schüssel) „klebt“, kann der in der Seife eingeschlossene Schmutz leicht weggespült werden.
Die Doppelbindungen in Fetten und Ölen können hydriert und auch oxidiert werden. Die Hydrierung von Pflanzenölen zur Herstellung halbfester Fette ist ein wichtiges Verfahren in der Lebensmittelindustrie. Chemisch gesehen ist es im Wesentlichen identisch mit der katalytischen Hydrierungsreaktion, die für Alkene beschrieben wurde.
In kommerziellen Verfahren wird die Anzahl der Doppelbindungen, die hydriert werden, sorgfältig kontrolliert, um Fette mit der gewünschten Konsistenz (weich und geschmeidig) herzustellen. Kostengünstige und reichlich vorhandene Pflanzenöle (Raps, Mais, Soja) werden auf diese Weise in Margarine und Speisefette umgewandelt. Bei der Herstellung von Margarine werden z. B. teilweise hydrierte Öle mit Wasser, Salz und fettfreier Trockenmilch gemischt, zusammen mit Aromastoffen, Farbstoffen und den Vitaminen A und D, die hinzugefügt werden, um Aussehen, Geschmack und Nährwert von Butter anzunähern. (In den meisten handelsüblichen Erdnussbuttern ist das Erdnussöl teilweise hydriert, damit es sich nicht entmischt. Die Verbraucher könnten die Menge an gesättigten Fetten in ihrer Ernährung verringern, indem sie die ursprünglichen, unverarbeiteten Öle für ihre Lebensmittel verwenden, aber die meisten Menschen streichen lieber Margarine auf ihren Toast, als Öl darüber zu gießen.
Viele Menschen sind von Butter auf Margarine oder pflanzliches Shortening umgestiegen, weil sie befürchten, dass gesättigte tierische Fette den Cholesterinspiegel im Blut erhöhen und zu verstopften Arterien führen können. Bei der Hydrierung von Pflanzenölen kommt es jedoch zu einer Isomerisierungsreaktion, bei der die in der Einleitung erwähnten Transfettsäuren entstehen. Studien haben jedoch gezeigt, dass auch Transfettsäuren den Cholesterinspiegel erhöhen und das Auftreten von Herzerkrankungen fördern. Trans-Fettsäuren weisen nicht die Krümmung in ihrer Struktur auf, die bei cis-Fettsäuren vorkommt, und lagern sich daher genauso eng aneinander wie die gesättigten Fettsäuren. Den Verbrauchern wird nun empfohlen, mehrfach ungesättigte Öle und weiche oder flüssige Margarine zu verwenden und ihren Gesamtfettkonsum auf weniger als 30 % ihrer täglichen Gesamtkalorienzufuhr zu reduzieren.
Fette und Öle, die bei Raumtemperatur mit feuchter Luft in Berührung kommen, unterliegen schließlich Oxidations- und Hydrolysereaktionen, die sie ranzig werden lassen und einen charakteristischen, unangenehmen Geruch annehmen lassen. Eine Ursache für den Geruch ist die Freisetzung von flüchtigen Fettsäuren durch Hydrolyse der Esterbindungen. Butter zum Beispiel setzt übel riechende Buttersäure, Caprylsäure und Caprinsäure frei. In der Luft vorhandene Mikroorganismen liefern Lipasen, die diesen Prozess katalysieren. Hydrolytisches Ranzigwerden kann leicht verhindert werden, indem das Fett oder Öl abgedeckt und im Kühlschrank aufbewahrt wird.
Eine weitere Ursache für flüchtige, übelriechende Verbindungen ist die Oxidation der ungesättigten Fettsäurekomponenten, insbesondere der leicht oxidierbaren Struktureinheit
in mehrfach ungesättigten Fettsäuren, wie Linol- und Linolensäure. Ein besonders anstößiges Produkt, das durch die oxidative Spaltung der beiden Doppelbindungen in dieser Einheit entsteht, ist eine Verbindung namens Malonaldehyd.
Ranzigkeit ist ein wichtiges Anliegen der Lebensmittelindustrie, weshalb Lebensmittelchemiker ständig auf der Suche nach neuen und besseren Antioxidantien sind, d.h. Substanzen, die in sehr geringen Mengen (0,001%-0,01%) zugesetzt werden, um die Oxidation zu verhindern und somit das Ranzigwerden zu unterdrücken. Antioxidantien sind Verbindungen, deren Affinität zu Sauerstoff größer ist als die der Lipide im Lebensmittel; sie wirken also, indem sie vorzugsweise den in das Produkt aufgenommenen Sauerstoff vermindern. Da Vitamin E antioxidative Eigenschaften hat, trägt es dazu bei, Schäden an den Lipiden im Körper zu verringern, insbesondere an den ungesättigten Fettsäuren, die in den Zellmembranlipiden vorkommen.