Formulierte und zusammengesetzte Fette werden in der gesamten Lebensmittelindustrie eingesetzt – von Back- und Süßwaren über Convenience-Produkte bis hin zu pflanzlichen Alternativen zu Milchprodukten. Ihre zunehmende Verwendung erfüllt verschiedene funktionelle Anforderungen, wie die Anpassung von Schmelzprofilen, den Ersatz teilweise gehärteter Fette, die Optimierung der Nährstoffzusammensetzung oder die Senkung der Rohstoffkosten. Hinter ihrer Vielseitigkeit verbirgt sich jedoch eine technische Herausforderung: die oxidative Instabilität.
Wie die Fettzusammensetzung und das Mischen von Ölen die Lipidoxidation beeinflussen
Das oxidative Verhalten eines Öls wird in erster Linie durch seine Fettsäurezusammensetzung bestimmt, insbesondere durch den Grad der Ungesättigtheit. Doppelbindungen bilden Angriffspunkte für reaktive Sauerstoffspezies und setzen damit die Oxidationskaskade in Gang. Gesättigte Fettsäuren (SFAs) besitzen keine Doppelbindungen, einfach ungesättigte Fettsäuren (MUFAs) eine und mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs) zwei oder mehr.
Studien zeigen übereinstimmend, dass mit steigender Anzahl an Doppelbindungen die Lipidoxidation schneller abläuft: PUFAs oxidieren deutlich leichter als MUFAs, und beide oxidieren schneller als SFAs. Die tatsächliche Stabilität von Lebensmitteln und Ölen hängt jedoch nicht allein vom Sättigungsgrad ab, sondern auch vom Gehalt an Antioxidantien, den Verarbeitungsprozessen, der Temperatur sowie den Lagerbedingungen.
Durch das Mischen verschiedener Öle lassen sich Formulierungen entwickeln, die eine ausgewogene Nährstoffqualität mit einer verbesserten physikochemischen Stabilität verbinden, ohne dass chemische Modifikationen erforderlich sind. Werden verschiedene Öle miteinander gemischt, weist das resultierende Gemisch ein kombiniertes Fettsäureprofil auf. Das Mischen kann die oxidative Stabilität PUFA-reicher Öle verbessern, indem deren Gesamtkonzentration durch Verdünnung reduziert wird. Neben der Fettsäurezusammensetzung spielt auch der natürliche Gehalt an Antioxidantien jedes einzelnen Öls eine entscheidende Rolle. Die meisten Pflanzenöle enthalten von Natur aus Tocopherole und weitere Begleitstoffe, die einen inhärenten Schutz bieten. Raffinationsprozesse entfernen jedoch häufig einen Großteil dieser schützenden Bestandteile, wodurch das Öl anfälliger für Oxidation wird.
Primäre und sekundäre Oxidationsprodukte in komplexen Lipidsystemen
Bei Ölen aus einer einzigen Quelle ist die Kinetik der Lipidoxidation relativ gut vorhersehbar und umfassend untersucht. In formulierten Fettsystemen gestaltet sich der Prozess dagegen deutlich komplexer. Das gleichzeitige Vorhandensein mehrerer Lipidfraktionen mit unterschiedlichen Fettsäureprofilen, verschiedenen Ungesättigungsgraden und variierenden Gehalten an natürlichen Antioxidantien führt dazu, dass die Oxidation nicht gleichmäßig im gesamten System verläuft. Besonders stark ungesättigte Fraktionen oxidieren schneller und bilden Hydroperoxide, die anschließend als Prooxidantien für die stabileren Bestandteile wirken können.
Sekundäre Oxidationsprodukte stellen eine weitere Herausforderung komplexer Formulierungen dar. Diese Verbindungen – hauptsächlich Aldehyde – können mit primären Aminogruppen von Proteinen reagieren und dadurch sowohl die Textur als auch die Funktionalität des Produkts beeinflussen. Gleichzeitig fördern sie die Bildung brauner Maillard-Reaktionsprodukte. In zusammengesetzten Lebensmittelmatrizes, in denen Lipide mit Proteinen, Stärke oder Verkapselungsmaterialien interagieren, können diese Reaktionen Geschmack, strukturelle Integrität, Farbstabilität sowie die Leistungsfähigkeit funktioneller Inhaltsstoffe beeinträchtigen.
Herausforderungen der oxidativen Stabilität in formulierten und zusammengesetzten Fettsystemen
Formulierte Fettsysteme stellen im Vergleich zu Einzelölen besondere Anforderungen an die Stabilität. Ihre Komplexität ergibt sich aus der Kombination mehrerer Lipidquellen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen. Wird ein raffiniertes, PUFA-reiches Öl mit einem stärker gesättigten Fett gemischt, können innerhalb der stabileren Matrix Bereiche mit hohem Anteil mehrfach ungesättigter Fettsäuren entstehen, wodurch lokale Oxidationsprozesse beschleunigt werden.
Zu den wichtigsten Faktoren für den Einsatz interesterifizierter und formulierter Fette zählen die Fettsäurezusammensetzung, die physikochemischen Eigenschaften, die oxidative Stabilität sowie die Verbraucherakzeptanz. In der Praxis erfordert das Erreichen eines ausgewogenen Verhältnisses zwischen funktioneller Leistung und oxidativer Stabilität die gleichzeitige Optimierung all dieser Parameter – eine Herausforderung, die sich zusätzlich verschärft, wenn Clean-Label- oder Non-GMO-Anforderungen erfüllt werden müssen.
Der Verlust natürlicher Antioxidantien während der Raffination und Verarbeitung ist dabei von entscheidender Bedeutung. Die in formulierten Fetten verwendeten Öle werden in der Regel raffiniert, um Farbe, Geschmack und Haltbarkeit zu verbessern. Dabei werden jedoch natürliche Tocopherole und Polyphenole entfernt, die andernfalls einen wirksamen Schutz vor Oxidation bieten würden. Das Ergebnis ist ein Fettsystem mit hoher oxidativer Belastung und begrenzter intrinsischer Schutzwirkung, das besonders anfällig für Qualitätsverluste während der Lagerung oder thermischen Verarbeitung ist.
Darüber hinaus beeinflusst auch der physikalische Zustand des Fettes die Oxidationskinetik. Mit sinkendem Festfettgehalt nimmt die Beweglichkeit der Lipide zu, was sich unmittelbar auf die Oxidationsgeschwindigkeit in Lebensmittelsystemen auswirkt. In Produkten mit teilweiser oder variabler Fettkristallisation kann der Übergang zwischen fester und flüssiger Phase die Oxidation der am stärksten ungesättigten Lipidfraktionen beschleunigen [1].
Stabilisierungsstrategien für Ölmischungen: vom Formulierungsdesign bis hin zu natürlichen Antioxidantien
Aus Sicht der Produktentwicklung kann das Mischen von Ölen mit sich ergänzenden Eigenschaften die physikochemische Stabilität verbessern, ohne dass chemische Veränderungen erforderlich sind. Ebenso kann die Optimierung des Verhältnisses der verschiedenen Tocopherol-Homologen innerhalb der Mischung einen messbaren Einfluss auf die Stabilität haben.
Reicht die Formulierungsstrategie allein nicht aus, werden zugesetzte natürliche Antioxidantien unverzichtbar. Natürliche Tocopherole zählen zu den technisch wirksamsten und regulatorisch anerkannten Lösungen. Sie verhindern die Lipidoxidation, indem sie die Kettenreaktionen freier Radikale unterbrechen. Dies geschieht durch die Abgabe eines Wasserstoffatoms an ein Hydroperoxidradikal, wodurch ein relativ stabiles Tocopherylradikal entsteht, das die Reaktionskette nicht fortsetzt. Aufgrund ihrer lipophilen Eigenschaften verteilen sie sich gleichmäßig in der Fettphase und beeinflussen bei funktionellen Dosierungen weder Farbe noch Geschmack oder Aroma des Endprodukts.
Die Tocobiol®-Produktreihe von Btsa bietet ein umfassendes Portfolio natürlicher Antioxidationssysteme auf Basis von Tocopherolen, die speziell entwickelt wurden, um Lebensmittel zu schützen, ihre Haltbarkeit zu verlängern sowie Frische und sensorische Qualität zu bewahren. Das Portfolio natürlicher Antioxidantien für Lebensmittelanwendungen wurde kürzlich um zwei neue pflanzliche Lösungen erweitert: Tocobiol® Rosemary, gewonnen aus Rosmarinblattextrakt, und Tocobiol® Green Tea, hergestellt aus Grünteeextrakt und reich an Polyphenolen sowie Catechinen.
Mit mehr als 30 Jahren Erfahrung im Bereich natürlicher Antioxidantien unterstützt Btsa Hersteller durch ein breites Spektrum an natürlichen Stabilisierungslösungen, die gezielt auf die spezifischen oxidativen Herausforderungen unterschiedlicher Fettsysteme abgestimmt sind.
Quellen
[1] Vu TP, Gumus-Bonacina CE, Corradini MG, He L, McClements DJ, Decker EA. Role of Solid Fat Content in Oxidative Stability of Low-Moisture Cracker Systems. Antioxidants (Basel). 2022 Oct 28;11(11):2139. doi: 10.3390/antiox11112139.