Margarine hat sich in den letzten Jahrzehnten als Butterersatz in der heimischen Küche etabliert. Ein Hersteller setzt nun auf ein Produkt, das ausschließlich auf lokal gewonnenem Rapsöl basiert. Um hierbei eine streichfähige Konsistenz zu erreichen, wird in einem Verfahren gehärtetes Rapsöl zugesetzt. Eine Alternative, um diese butterähnliche Konsistenz zu erhalten, ist zum Beispiel der Zusatz von festem Kokosfett.

Erläutere den Aufbau von gesättigten und ungesättigten Fetten.
Erkläre auch mithilfe von Abbildungen den Einfluss dieser Strukturen auf die Erstarrungstemperatur der Fette (M 1, M 3).
Zeichne die Strukturformel eines Rapsöl-Moleküls, das sowohl Ölsäure als auch Linolsäure als Fettsäurereste enthält (M 4).

Formuliere eine Reaktionsgleichung für die Härtung eines Fetts unter Verwendung eines geeigneten Strukturformelausschnitts.
Erläutere mithilfe von Oxidationszahlen, dass dieser Vorgang auch als Reduktion des Fett-Moleküls verstanden werden kann (M 2, M 4).
Stelle die Anteile der unterschiedlichen Fettsäurereste in ganz gehärtetem Rapsöl durch ein Balkendiagramm (analog zu Abbildung 1) dar.

Formuliere unter der Verwendung eines geeigneten Strukturformelausschnitts die Reaktion, die der Bestimmung der Verseifungszahl zugrunde liegt.
Leite hieraus einen Reaktionstyp ab (M 5, M 6).

Erkläre, dass Rapsöl im Vergleich zu Kokosfett eine deutlich niedrigere Verseifungszahl besitzt (M 4, M 5).
Berechne die Verseifungszahl für eine Margarine aus Rapsöl mit einer Verseifungszahl von und Kokosfett mit einer Verseifungszahl von (M 5).
Erläutere die Funktion, die dieser Wert im Rahmen der Lebensmittelüberwachung haben könnte.

M 1: Margarine, ganz oder teilweise aus Rapsöl

Margarine enthält zwischen und Fett. Damit entspricht dieses Lebensmittel dem Fett-, Wasser- und Energiegehalt von Butter. In der Regel werden als Fette in Margarine pflanzliche Fette verwendet. Ein Hersteller hat nun ein Produkt auf den Markt gebracht, das ausschließlich auf Rapsöl basiert. Damit das Produkt nicht flüssig, sondern streichfähig ist, enthält es eine Mischung aus Rapsöl und „ganz gehärtetem“ Rapsöl. Alternativ kann das gehärtete Rapsöl durch Kokosfett ersetzt werden.

M 2: Härten von Speiseölen

Die Fetthärtung ist ein Verfahren, bei dem flüssige Speiseöle in feste Speisefette überführt werden. Dabei reagieren die Doppelbindungen der ungesättigten Fettsäuren in Gegenwart geeigneter Katalysatoren (Nickel) mit Wasserstoff. Man spricht von „ganz gehärteten Fetten“, wenn nach der Reaktion mit Wasserstoff keine C,C-Doppelbindung mehr in den Fettsäureresten vorhanden ist.

M 3: Erstarrungstemperatur unterschiedlicher Fette

M 4: Anteile unterschiedlicher Fettsäuren in Kokosfett und Rapsöl

Erläuterung:
Die Angabe 18:3 bedeutet zum Beispiel, dass der Fettsäurerest im Fett-Molekül 18 Kohlenstoff-Atome besitzt und sich in seiner Struktur 3 Doppelbindungen befinden. Hierbei handelt es sich bei Rapsöl hauptsächlich um α-Linolensäure (Octadeca-9,12,15-triensäure).

Bei der Fettsäure 18:1 handelt es sich in diesem Öl hauptsächlich um Ölsäure (Octadec-9-ensäure), bei 18:2 um Linolsäure (Octadeca-9,12-diensäure).

M 5: Verseifungszahl (VZ) bei Rapsöl und Kokosfett

Bei der Bestimmung der Verseifungszahl reagieren die Esterbindungen der Fett-Moleküle mit Kalilauge und es entstehen Glycerin-Moleküle (Propan-1,2,3-triol-Moleküle) sowie die Alkalisalze der Fettsäuren (sog. Seifen). Definitionsgemäß gibt die Verseifungszahl die Masse an Kaliumhydroxid in Milligramm an, die notwendig sind, um Fett oder Öl zu verseifen.

* Da es sich bei Rapsöl und Kokosfett um Naturprodukte handelt, unterliegt die Verseifungszahl einer gewissen Schwankung

M 6: Beispiel eines Fett-Moleküls, welches in Kokosfett enthalten ist

Aufbau gesättigter und ungesättigter Fette
Fette bestehen aus Glycerin, das mit drei Fettsäuren verestert ist. Bei gesättigten Fetten enthalten die Fettsäurereste nur Einfachbindungen, die Ketten sind gerade und können sich dicht anordnen. Dadurch wirken stärkere Van-der-Waals-Kräfte, und das Fett hat eine hohe Erstarrungstemperatur. Bei ungesättigten Fetten enthalten die Fettsäuren eine oder mehrere Doppelbindungen, die die Ketten knicken lassen. Die Moleküle können sich nicht dicht packen, die Van-der-Waals-Kräfte sind schwächer, und das Fett hat eine niedrige Erstarrungstemperatur. Je mehr Doppelbindungen vorhanden sind, desto niedriger ist die Erstarrungstemperatur.

Gesättigte Fettsäurereste

Ungesättigte Fettsäurereste

Strukturformel eines Rapsöl-Moleküls

Reaktionsgleichung für die Härtung eines Fetts

Vor der Fetthärtung haben die Kohlenstoffatome der C,C-Doppelbindung eine Oxidationszahl von −I. Durch die Addition von Wasserstoff steigt die Anzahl der an diese Kohlenstoffe gebundenen Wasserstoffatome, wodurch ihre Oxidationszahl auf −II sinkt. Damit werden die Kohlenstoffatome an der Doppelbindung formal reduziert, weshalb die Fetthärtung als Reduktionsreaktion angesehen werden kann.

Anteile der unterschiedlichen Fettsäurereste nach Härtung

Reaktion zur Bestimmung der Verseifungszahl

Bei der Bestimmung der Verseifungszahl reagieren die Esterbindungen der Fette mit Kalilauge. Dabei entstehen Glycerin und Kaliumsalze der Fettsäuren. Diese Reaktion ist eine basische Hydrolyse der Ester, auch Verseifung genannt, und dient dazu, die Menge an zu bestimmen, die nötig ist, um Fett zu verseifen.

Vergleich der Verseifungszahl
Rapsöl hat eine niedrigere Verseifungszahl als Kokosfett, weil es hauptsächlich langkettige Fettsäuren enthält, wodurch weniger Moleküle pro Gramm Fett vorliegen. Kokosfett enthält viele kurzkettige Fettsäuren, was zu einer höheren Verseifungszahl führt. (M 4)

Berechnung der Verseifungszahl der Margarine
Gegeben:

Berechnung:

Die gesuchte Verseifungszahl der Margarine beträgt also

Funktion der Verseifungszahl in der Lebensmittelüberwachung
Die Verseifungszahl wird in der Lebensmittelüberwachung genutzt, um die Zusammensetzung der Fette (Gewicht und Kettenlänge) zu überprüfen und Abweichungen von der deklarierten Fettart zu erkennen.