Öle kombinieren

Basiswissen »Fettsäuren«

Triglycerid

Der Charakter eines Öls – seine Wirkungen, sein Einfluss auf die Viskosität einer Emulsion, das von ihm erzeugte Hautgefühl – wird wesentlich durch seine Fettsäure-Zusammensetzung bestimmt. In diesem Beitrag wagen wir einen Blick in die Chemie der Fettsäuren, und Sie erfahren, was bestimmte Begriffe in diesem Zusammenhang bedeuten.

Aufbau von Fettsäuren

Fettmoleküle bestehen aus einem Glycerinmolekül und drei Fettsäure-Ketten (daher auch der Name Triglyceride). Diese Fettsäure-Ketten setzen sich, je nach Fettsäure, aus einer unterschiedlichen Zahl an Kohlenstoff-Atomen (C) zusammen, die 4 Bindungen aufweisen, an denen sich andere Kohlenstoff-, Wasserstoff- (H) oder Sauerstoff-Atome (O) anlagern können. Sind alle ihre Bindungen von Wasserstoff-Atomen »besetzt«, dann sind sie »gesättigt«; können nicht alle belegt werden, verbinden sich zwei benachbarte Kohlenstoff-Atome (siehe Abbildung unten, rechtes Molekül) zu einer so genannten Doppelbindung. Zwei C-Atome sind jeweils nur mit einem H-Atom verbunden und fassen sich mit dem anderen freien »Ärmchen«, dort sind sie also doppelt verbunden. Dabei werden einfach und mehrfach ungesättigte Fettsäuren unterschieden, je nach Anzahl dieser Doppelbindungen.

Das Molekül links ist gesättigt, da alle C-Atome mit H-Atomen belegt sind. Es handelt sich um ein Fettsäure-Molekül der Stearinsäure mit dem Kürzel C18:0 (0 meint hier: keine Doppelbindung vorhanden). Das Beispiel unten rechts zeigt ein Fettsäure-Molekül der Ölsäure, die 18 C-Atome und 1 Doppelbindung aufweist – daher bezeichnet man sie auch als einfach ungesättigt, das Kürzel C18:1 spiegelt diese chemischen Merkmale wieder (18 C-Atome, 1 Doppelbindung).

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren haben mehrere dieser Doppelbindungen (2, 3, 4, 5 oder 6).

Der molekulare Aufbau von Fettsäuren: (1) Stearinsäure, (2) Ölsäure (© H. Käser)

Der molekulare Aufbau von Fettsäuren: (links) Stearinsäure, (rechts) Ölsäure

Der »Knick« an der Position der Doppelbindung im Molekül zeigt bereits visuell, dass Moleküle von ungesättigten Fettsäuren beweglicher sind und mehr Raum einnehmen. Gesättigte Fettsäuren sind in ihrem molekularen Aufbau sehr »kompakt« und stabil. Diese Unterschiede zeigen sich auch in der kosmetischen Wirkung: Öle mit einem hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren fluidisieren die Zellmembrane, fördern ihre Flexibilität und den reibungslosen Ablauf des Zellstoffwechsels. Daher sind sie für eine sinnvolle Hautpflege unverzichtbar. Vor allem mehrfach ungesättigten Fettsäuren kommt eine Schlüsselrolle in der Pflege trockener Hautzustände zu, aber auch fettende und zu Unreinheiten neigende Haut profitiert von der Wirkung dieser Fettsäuren, da sie u. a. den Talg der Haut fluidisieren (verflüssigen) und seinen Abfluss erleichtern. Gesättigte Fettsäuren wiederum bilden einen leicht einhüllenden Film auf der Haut, da sie nicht so gut einziehen; sie wirken auf diese Weise abschirmend und verringern dadurch den transepidermalen Wasserverlust. Jede Fettsäure hat demnach ihre spezifische sinnvolle Wirkung, die wir gezielt nutzen können.

Oxidative Stabilität

Es wird allerdings auch deutlich, warum Öle mit ungesättigten Fettsäuren als weniger lange haltbar und stabil gelten: die C-Atome an den Doppelbindungen sind bestrebt, andere Moleküle wie Sauerstoff an sich zu binden statt sich an ein anderes C-Atom zu koppeln – diesen Prozess nennen wir Oxidation, das Öl wird ranzig. Gesättigte Fettsäuren können nicht mit anderen Molekülen reagieren und sind dadurch in der Regel länger haltbar. Die Geschwindigkeit der oxidativen Reaktionsfähigkeit steigt mit der Anzahl der Doppelbindungen: von einem Wert von 1 ausgehend bei der gesättigten Laurinsäure (z. B. in Kokosöl) weist Ölsäure (eine Doppelbindung) bereits den Faktor 100 auf. Die 2-fach ungesättigte Linolsäure trägt den Wert 1200, die 3-fach ungesättigte Gamma-Linolensäure bereits den extrem hohen Wert von 2500 (Quelle: Belitz, Grosch, Schieberle (Hrsg:): Lehrbuch der Lebensmittelchemie. Berlin: Springer-Verlag 2001). Wenn diese Werte auch nur Orientierungspunkte sind, da die Oxidationsanfälligkeit auch von den Fettbegleitstoffen des jeweiligen Öls beeinflusst und teilweise verringert wird, zeigen sie doch sehr eindrucksvoll, warum Öle mit ungesättigten Fettsäuren in der Kosmetikindustrie so ungern verwendet werden: sie sind ungleich kürzer haltbar.

Delta oder Omega?

Sie haben sicher bereits den Begriff »Omega 3-Fettsäure« gelesen; kaum jemand weiß jedoch wirklich, warum sie so heißt und wie sie sich von Omega-6-Fettsäuren unterscheidet. Es gibt verschiedene Regeln, nach denen Fettsäuren bezeichnet werden; neben der Anzahl der C-Atome ist die Lage der Doppelbindung(en) entscheidend für eine Nomenklatur. Die Frage ist nur: von welchem Ende aus zählt man diese? Fettsäuren haben ja bekanntlich zwei. An der Ölsäure möchte ich die beiden Möglichkeiten demonstrieren:

Molekül der Ölsäure mit Methyl- (—CH3) und Carboxylende (—COOH) (© H. Käser)

Molekül der Ölsäure mit Methyl- (—CH3) und Carboxylende (—COOH)

Bestehende Nomenklaturen definieren die Position der ungesättigten Doppelbindung entweder

  1. nach ihrer Position von der Methylgruppe aus (das sind die Omega-Fettsäuren): bei der einfach ungesättigten Ölsäure (C18:1) liegt die Doppelbindung am 9. C-Atom (hier von links gezählt). Daher gehört sie zu den Omega-9-Fettsäuren (ω9). Bei der 2-fach ungesättigten Linolsäure (C18:2) befindet sich die 1. Doppelbindung am 6. C-Atom, sie ist eine Omega-6-Fettsäure (ω6), bei der 3-fach ungesättigten Alpha-Linolensäure am 3. C-Atom, daher zählt sie zu den wertvollen Omega-3-Fettsäuren (ω3).
  2. nach ihrer Position von der Carboxygruppe aus (das sind die Delta-Fettsäuren): bei der einfach ungesättigten Ölsäure (C18:1) liegt die Doppelbindung am 9. C-Atom (hier von rechts gezählt). Daher lautet ihr chemischer Name auch (Delta-)9-Oktadecensäure (Δ9-Oktadecensäure). Die 2-fach ungesättigte Linolsäure weist zwei Doppelbindungen am 9. und am 12. C-Atom auf, daher lautet ihr chemischer Name 9, 12-Octadecadiensäure. Die 3-fach ungesättigte Alpha-Linolensäure trägt 3 Doppelbindungen am 9., 12. und 15. C-Atom, sie heißt 9, 12, 15-Octadecatriensäure.

Cis oder Trans?

Neben der Position der Doppelbindung gibt es zwei Formen ihrer Anordnung. Bei der in pflanzlichen Fetten vorherrschenden Cis-Anordnung befinden sich beide Wasserstoff-Atome auf einer Seite der C-Kette. Bei einer Trans-Bindung stehen sich beide diametral gegenüber, wie untere Abbildung zeigt:

Räumliche Anordnung der Wasserstoff-Moleküle in einer Fettsäure (© H. Käser)

Räumliche Anordnung der Wasserstoff-Moleküle in einer Fettsäure

Die Positionierung beider Wasserstoff-Atome beeinflusst die Struktur der gesamten Fettsäure: die natürliche Cis-Anordnung ermöglicht die Flexibilität der C-Kette und hat positive, fluidisierende Wirkungen auf die Zellmembrane der Haut. Trans-Bindungen entstehen sehr häufig bei der Hydrierung (künstlichen Härtung oder Umesterung von Fettsäuren (z. B. bei der Margarine-Herstellung). Die diametrale Positionierung der Wasserstoff-Moleküle nimmt der C-Kette ihre geknickte Form, macht sie weniger flexibel und verringert ihre membran-fluidisierende Wirkung. Vor allem in der Ernährung gelten daher hydrierte Fette als problematisch, da sie nachweislich sensible Stoffwechselprozesse stören können. Im Hinblick auf ihren kosmetischen Einsatz gibt es bisher keine gesicherten Hinweise auf negative Auswirkungen auf die Haut. Im Handel sind verschiedene Produkte auf Basis hydrierter Öle: fast alle Buttern aus bei Zimmertemperatur flüssigen Ölen verdanken ihre feste Konsistenz einer vollständigen oder Teil-Hydrierung (z. B. Mandel-, Avocado-, Kaffee- und andere Buttern). Am unproblematischsten scheinen jedoch vollständig hydrierte (gesättigte) Produkte zu sein, da sie keine ungesättigten Trans-Bindungen mehr aufweisen.

Schmelzpunkt und Konsistenz

Schließlich ergeben sich durch die jeweilige Struktur einer Fettsäure ihr individueller Schmelzpunkt: Gesättigte Fettsäuren weisen einen höheren Schmelzpunkt auf, sind also bei Raumtemperatur i. d. R. fest (denken Sie beispielsweise an Kokosfett und Sheabutter). Ungesättigte Fettsäuren werden erst bei niedrigeren Temperaturen fest, manche erst bei sehr hohen Minusgraden. Je nach Fettsäure-Spektrum eines Öls können wir seine Konsistenz gebenden Eigenschaften einschätzen: Öle mit einem hohen Anteil an gesättigten Fettsäuren und geringen Anteilen an ungesättigten wirken leicht konsistenzgebend (je länger die Fettsäureketten, desto höher liegt der Schmelzpunkt), Öle mit bevorzugt ungesättigten, vor allem mehrfach ungesättigten Fettsäuren erzeugen fluide Konsistenzen.