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Fette/Öle und deren Eigenschaften
Dr. Gudrun Nagl
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GrundlagenPhysikalische Eigenschaften
• Schmelzbereich
• Erhitzbarkeit
• Rauchpunkt
• Brechungsindex
Chemische Eigenschaften
• Löslichkeit - Hydrophob
• Fettsäurespektrum (GC, Reaktionsfähigkeit)
• Fettkennzahlen
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Schmelzbereich
Cis-Fettsäuren erhalten durch ihre geometrische Struktur einen Knick von ca. 40°, der die Anordnung der Fettmoleküle im Kristallgitter stört . Ölsäure 13°C, Stearinsäure 70°C
Trans-Fettsäuren tun dies bedingt durch ihre geradlinige Struktur nicht und haben dadurch einen höheren Schmelzpunkt. Sie verhalten sich dadurch in etwa so, wie gesättigte Fettsäuren, die ebenfalls lineare Fettsäurereste besitzen.
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Fette - Öle
• Fette >25°C (R-Temp.)
– abh. vom Fs-Muster
– bei Raum-Temp. fest
– Längerkettige Fs festes Fett und höherer Schmelzpunkt
• Öle < 5°C
– Bei Raum-Temp. flüssig
– Mehr ungesättigte Fs
4
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SchmelzpunktProdukt Schmelzbereich
Butter 28-38°C
Butterschmalz 36°C
Schweineschmalz 28-40°C
Kokosfett 18-23°C
Palmöl 30-37°C
Rindertalg 40-50°C
Pflanzenöle -10-1°C
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Erhitzbarkeit
• = Siedepunkt
wichtig für die küchentechnische Verwendung
= dem Rauchpunkt
• Definition Rauchpunkt:
Ist die Temperatur, bei der sich ein Fett unter
Rauchentwicklung zersetzt, wenn es in
Gegenwart von Luft erhitzt wird
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Rauchpunkt
abhängig
• vom Wasser- und Eiweißgehalt
• abhängig vom Anteil der freien Fettsäuren
– Je mehr freie Fettsäuren, desto niedriger der Rauchpunkt.
• von der Länge der C-Kette
– Je höher der Gehalt an mittelkettigen Fs, desto niedriger der Rauchpunkt.
• Ungesättigte Fettsäuren beeinflussen den Rauchpunkt kaum
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RauchpunktProdukt Rauchpunkt
Butter 150-175°C
Butterschmalz 200-205°
Schweineschmalz 121- 220°C
Sonnenblumenöl (raffiniert)Sonnenblumenöl (nativ)
220°C107°C
Olivenöl (raffiniert)Olivenöl (nativ)
220°C130-175°C
Rapsöl (nativ) 130-190°C
PalmkernfettErdnussöl
220°C170-230°C
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Einsatz der Fette
• Pflanzenöle (flüssige):braten, grillen, schmoren, frittieren, dünsten, für Marinaden
• Butter, Margarine (weiche):dünsten, kurzbraten, backen, Streichfett
• Kokosöl, Schmalz, Talg (feste):kurzbraten, braten, schmoren, frittieren, backen
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Eignung der FettartenPflanzenöle Butter,
Margarine
Kokosöl, Talg, Schmalz
Schmelz-Bereich
Unter 5 °C
Flüssige Fette
30-35 °C
Weiche Fette
28-50 °C
Feste Fette
Erhitzbarkeit: danach tritt Zersetzung ein
190 °C 150 °C 200 °C
Verwendung Marinaden
Braten
Grillen
Schmoren
Frittieren
Dünsten
Dünsten
Kurzbraten
Backen
Dünsten
Streichfett
Kurzbraten
Braten
Schmoren
Frittieren
Backen
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Brechungsindex
• ist abhängig
– vom Gehalt an ungesättigten Fs und
– der Größe der Triglyceridmoleküle
Hartes Fett n = 1,4535
Weiches Fett n = 1,4580
Wichtige Kenngröße für Fette und Öle!
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Refraktometrie• Der Brechungsindex n kann zur Identifizierung reiner
flüssiger Stoffe und zur Charakterisierung von Mischungen herangezogen werden.
• Nachweis von Verfälschungen: Wasser, Fett...
• n = 1,333 Wasser bei 20°C
Durchführung:
• Tropfen Flüssigkeit mit Glasstab auf Prisma
• Hell-Dunkel-Grenze einstellen
• n ablesen
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Trocknende Öle
• Mehrfach ungesättigte Fs werden durch O2
polymerisiert
räumliche Vernetzung der Moleküle (Dimerisierung innerhalb und zwischen den Triglyceridmolekülen)
Firnis
Herstellung von Ölfarben
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Chemische Eigenschaften
• Löslichkeit: Hydrophob
– Polare Bereiche sind Esterbindungen, aber Abschirmung durch lange unpolare Alkylreste der Fs
– Stabilisierung von Emulsionen durch Emulgatoren
• Fettsäurespektrum (GC, Reaktionsfähigkeit)
• Spektroskopische Methoden (UV, IR)
• Fettkennzahlen
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Charakterisierung von Fetten und Ölen
• Identität
• Zusammensetzung (Reinheit, Unverfälschtheit)
• Qualität (Frischezustand, Lagerfähigkeit)
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Fettkennzahlen
• Verseifungszahl – Molekülgröße
• Säurezahl – Ranzigkeit
• Esterzahl
• Unverseifbare Anteile
• Iodzahl – Gehalt unges. Fs
• Peroxidzahl – Lichtgeschmack
– Oxidationsbereitschaft
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Verseifungszahl• Prinzip: Verseifung mit ethanolischer KOH,
Überschuss an KOH wird mit HCl bestimmt;
• Definition: mg KOH / g Fett
• Maß für die in Fetten vorkommenden gebundenen und freien Säuren abh. v. mittleren molaren Masse der Fettsäuren
• Je höher die VZ, desto kurzkettiger sind die Fs / Reinheitsprüfung
Molekülgröße
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Säurezahl – Ranzigkeit
• Prinzip: Neutralisation mit KOH gegen Phenolphthalein
• Definition: mg KOH/ g Fett
• Maß für den Gehalt an freien Säuren; Rückschlüsse auf Zersetzungsreaktionen bzw. Vorbehandlungen
• SZ: Raffinierte Speiseöle/tier. Speisefette <0,2 (≤ 0,6)
Native /nicht raffinierte F. bis 10 (≤ 4,0)
Fleisch <1,8
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Säurezahl – Sensorik
• Kurzkettige Fettsäuren – Ranzigkeit
• Mittelkettige Fs (C10-C14) – Seifigkeit
• Langkettige Fs - neutral
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Esterzahl
= Verseifungszahl – Säurezahl
Allgemein: Verseifungszahl = Säurezahl + Esterzahl
Esterzahl rechnerisch ermittelt
• Definition: mg KOH /g Fett
• Prinzip: Esterzahl gibt an, wie viel Milligramm Kaliumhydroxid zur vollständigen Verseifung der Esterbindungen in 1 g Fett erforderlich sind.
• Säurezahl gibt an, wieviel Milligramm KOH zur Neutralisation der in 1 g Fett enthaltenen freien Säuren erforderlich sind.
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Unverseifbare Anteile
• Dient zur Reinheitsprüfung und Beurteilung
• = natürliche unverseifbare mit organischen Lösungsmittel extrahierbare Bestandteile wie, Sterine, Carotinoide, Tocopherole, Kohlenwasserstoffe, Alkohole usw.
• Anteil liegt bei 0,2-1,5%
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Iodzahl: - Gehalt an unges. Fs
• Prinzip: Addition von g Iod / 100g Fett• Maß für den ungesättigten Charakter der in Fetten
vorkommenden Verbindungen• Reinheits- und Identitätsprüfung<100: nicht trocknende Öle
(Olivenöl IZ=84)100-140: schwach trocknend
(Sonnenblumenöl IZ=132)>140: trocknend
(Leinöl IZ=186)
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Iodzahl: - Gehalt an unges. Fs
• Kokosfett, Tripalmitin 7-10
• Milchfett 33-43
• Winterbutter 28-34
• Sommerbutter 34-42
• Rapsöl 97-108
• Sonnenblumen, Oliven125-136
Methode muss angegeben werden – ansonsten kein Vergleich möglich – zu viele Methodenarten
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Peroxidzahl-Oxidationsbereitschaft -Lichtgeschmack
• Prinzip: Bestimmung der durch Peroxidgruppenfreigesetzte Iodmenge
• Definition: mg Sauerstoff / kg Fett
• Maß für den peroxidisch gebundenen Sauerstoff in Fetten;
• Aussage über Haltbarkeit bzw. Lagerfähigkeit
• Hinweis auf Verdorbenheit
Oxidation: Lichtgeschmack- Talgigkeit
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Peroxidzahl-Oxidationsbereitschaft -Lichtgeschmack
• POZ: einwandfreie Fette/Öle < 6 (0-3)
Oxidativer Verderb >10
(Ausnahme Olivenöl)
Butterfett <0,2
ab 0,5 sicher geschädigt
Native und nicht raffinierte F/Ö: <10 /<15
Raffinierte F/Ö: <5 / <10
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Oxidationsbereitschaft
• Fett/Öl wird unter definierten Bedingungen (Temperatur, Zeit) einer beschleunigten künstlichen Alterung ausgesetzt
• Haltbarkeit des Fettes/Öles anhand seiner Oxidationsbereitschaft
• POZ: Haltbar 8-12
bedingt haltbar (3-4 Monate) 20-24
muss raffiniert werden >24
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Zeitlicher Verlauf der Peroxidzahl bei Temperierung
1 Induktionsperiode
2 außer Hydroperoxidenentstehen auchPeroxide andererStruktur
3 beginnendePolymerisierungs-reaktionen, Zerfall der Peroxide
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UV-Spektrum
• Bestimmte Strukturelemente zeigen Absorptionsbanden in bestimmten Wellenlängenbereichen
• Aussagen über Alterungsprozesse und Raffination
• Verantwortlich sind die Anordnungen der Doppelbindungen
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• Bei der Alterung nimmt der Anteil an konjugierten Dien-Strukturen infolge von Spaltung und Umlagerung der Fettsäuren zu. Aus den Isolen-Strukturen der Fettsäuren (isolierte Doppelbindungen) entstehen dann Konjuen-Strukturen (konjugierte Doppelbindungen, z.B. Konju-Dien).
• Bei der Raffination werden durch Abbau autoxidativ entstandener Hydroperoxide Konju-Trien- und Konju-Tetraen-Fettsäuren gebildet, die in unbehandelten Fetten/Ölen nicht auftreten.
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Strukturmerkmale von Fettsäuren und deren UV-Absorptionsbanden
Fettsäuretyp Strukturmerkmal Absorptionsbanden in nm
Isolen - R – H2C – CH = CH – CH2 – R < 210
(Konju-)Dien - R – H2C – [CH = CH]2 – CH2 – R 230–240
(Konju-)Trien - R – H2C – [CH = CH]3 – CH2 – R 3 Banden: 258, 268, 279
(Konju-)Tetraen- R – H2C – [CH = CH]4 – CH2 – R 300–316
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Fettsäuren
C18:3 Linolensäure C17H29COOH
(9Z,12Z, 15Z)- Octadeca- 9,12,15- triensäure
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UV-Absorptionsspektren von raffiniertem Maiskeimöl
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UV-Absorptionsspektren von raffiniertem Sonnenblumenöl
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UV-Absorptionsspektren von nativen Mohnöl
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Reaktionen von Fetten
• Fettverderb
– Hydrolyse/Verseifung
– Oxidation
– Acroleinbildung
• Hydrolyse
• Hydrierung
• Umesterung
• Crackreaktion
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Zerlegung von Fetten
alkalische Hydrolyse = Verseifungsaure Hydrolyse – langsamerenzymatische Hydrolyse
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Fettverderb – Verseifen/Hydrolyse
Fett Glycerol + freie Fettsren bzw deren Salze (Na-Kernseife; K-Schmierseife)
Beeinflussende Faktoren:
• pH-Wert – je alkalischer desto schneller
• Temperatur: höher schneller
• Katalytisch wirkende Ionen (Cu++)
• Enzyme (Lipasen-hitzestabil )
Verhinderung: kühle Lagerung od. kurze Erhitzung
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Fettverderb - Oxidation
• Autoxidation durch exogene Faktoren
– (Licht, Luft, Metalle, Temp., Luftfeuchtigkeit, Salz..)
• Autoxidation durch endogene (nicht von außen) Faktoren
– Lipasen, ungesättigete Fs, Vit.E, Wasser, Enzyme
• Hämatinkatalytische Autoxidation
– Myo-/Hämoglobin, Cytochrome
• Mikrobielle Oxidation (MO, Enzyme von MO)
Vermeidung: kühl und dunkel
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Fettverderb - Acroleinbildung
Propenal (Acrolein); entsteht durch oftmaliges Erhitzen
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Hydrierung
• = Fetthärtung, katalytische Hydrierung mit Ni als Katalysator (Ni3S2, Oxide von Cr, Cu, Mn)
• H2-Druck 1-5bar, 150-220°C
• Addition von H an Doppelbindungen bis Fett mit gewünschter Konsistenz erreicht ist
Trans-FS
Änderung der FS-Zusammensetzung
Verlust an ess. FS
Verlust von lipophilen Vitaminen
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Umesterung
• = auch zur Fetthärtung eingesetzt
• Austausch von vorhandenen FS zw. mehreren Triglyceriden
• Möglicher Austausch von Glycerol durch anderen Alkohol
• Katalysator – Na-Methylat (0,1-0,3% bei 80-100°C); gebildete Seifen werden herausgewaschen
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Crackreaktion
• Erhitzen von Fett auf hohe Temperaturen
Entstehung von niederen Alkoholen und Ketonen
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Definitionen
• Fett im chemischen Sinne: alles, was mit Glycerol verestert ist
• Fett im analytischen Sinn: alles, was sich in Ether oder unpolaren Lösungsmitteln löst
• Fett im medizinischen Sinn: konzentriert sich auf bestimmte Fettfraktionen, bei denen die Gefahr der Arteriosklerose gegeben ist;