Fettsäuren

Auf einen Blick: Fettsäuren

„Fettsäuren“ ist eine Gruppenbezeichnung für Carbonsäuren mit einer meist unverzweigten Kohlenstoffkette. Fettsäuren unterscheiden sich in der Kettenlänge (Anzahl der Kohlenstoffatome) und der Anzahl der Doppelbindungen (gesättigt = keine Doppelbindung; ungesättigt = mindestens eine Doppelbindung). Sie erfüllen eine Reihe von lebenswichtigen Aufgaben, denn sie dienen als wichtige Strukturkomponenten („Zellbausteine“), als Energiespeicher oder auch als Botenstoffe. Die meisten Lebewesen, so auch der Mensch, sind nicht in der Lage, jede Fettsäure beliebig herzustellen. Daher gelten einige Fettsäuren als essentiell und müssen mit der Nahrung aufgenommen werden. Besonders wichtig für die Gesundheit sind die essentiellen Omega-3-Fettsäuren. Hierbei handelt es sich um langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren. Bestimmte Omega-3-Fettsäuren kommen auch in Pflanzen vor, aber besonders Fische und Meeresfrüchte sind wichtige Lieferanten.

Was sind Fettsäuren?

Fettsäuren werden zu den Lipiden gezählt. Das häufig für Lipide verwendete Synonym „Fett“ ist nicht ganz richtig, da lediglich die Triglyceride, eine Stoffklasse der Lipide, als Fette bezeichnet werden. Fettsäuren sind Carbonsäuren mit einer meist unverzweigten Kohlenstoffkette. Man unterscheidet gesättigte und ungesättigte Fettsäuren. Gesättigte Fettsäuren weisen keine Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen auf und sind daher „geradlinig“. Ungesättigte Fettsäuren weisen mindestens eine Doppelbindung zwischen einzelnen „Kettengliedern“ auf. Durch diese Doppelbindung entsteht ein Winkel und die Kette ist nicht mehr gerade. Die Länge der Fettsäure sowie die Anzahl und Position der Doppelbindungen sind entscheidend für die Eigenschaften.

Die einfachsten Fettsäuren haben je nach Definition nur wenige Kohlenstoffatome und sind gesättigt. Die Buttersäure (4:0) besteht bspw. aus nur vier Kohlenstoffatomen und hat keine Doppelbindung. Im Vergleich ist der Aufbau langkettiger, mehrfach ungesättigter Fettsäuren, z. B. der Omega-3-Fettsäure Docosahexaensäure (DHA, 22:6 ω−3), deutlich komplexer.

Häufig findet man neben dem Namen der Fettsäure auch die Formel, welche ihre Beschaffenheit beschreibt. Die Eicosapentaensäure (EPA) besteht bspw. aus 20 Kohlenstoffatomen und weist 5 Doppelbindungen auf (20:5), wobei die erste Doppelbindung an der dritten Position von Kohlenstoffatomen auf der Kette sitzt (vom Kettenende aus gerechnet). Hieraus ergibt sich die Bezeichnung 20:5 ω−3 oder auch 20:5 n-3. Es handelt sich hierbei um eine langkettige, mehrfach ungesättigte Omega-3-Fettsäure.

Warum sind Fettsäuren wichtig?

Fettsäuren sind unverzichtbar und lebensnotwendig. Der Abbau von Fettsäuren durch die Abspaltung einzelner Kohlenstoffatome setzt Energie frei. Daher sind Fettsäuren vor allem eine wichtige Energiequelle, besonders solche mit einer mittleren Länge von um die 10 Kohlenstoffatome. Fettsäuren erfüllen auch eine Reihe von lebenswichtigen Aufgaben, denn Fettsäuren dienen als wichtige Strukturkomponenten („Zellbausteine“) oder auch als Botenstoffe. Je nach Beschaffenheit unterstützen Fettsäuren das Immunsystem, beeinflussen den Stoffwechsel oder Entzündungsprozesse. Die langkettigen Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren sind hierbei von kritischer Bedeutung.

Besonders Eicosapentaensäure (20:5 ω−3, EPA), Docosahexaensäure (22:6 ω−3, DHA) und Arachidonsäure (20:4 ω−6, ARA) sind physiologisch wichtig. Sie sind Ausgangsstoffe zur Bildung von zellulären Signalstoffen (Eicosanoide, wie Prostaglandine), die u. a. entscheidend an Entzündungsprozessen und der Immunantwort beteiligt sind (u. a. Reaktionen wie Fieber, Allergien, Schmerz, Regulation des kardiovaskulären Systems, Blutdruck und Blutgerinnung). Allgemein gelten die Eicosanoide, welche aus Omega-3-Fettsäuren gebildet werden, als „gut“ (entzündungshemmend, schmerzlindernd). Eicosanoide aus Omega-6-Fettsäuren sind die Gegenspieler. Das Verhältnis der beiden Gruppen zueinander ist also wichtig. Nimmt ein Mensch zu viele Omega-6-Fettsäuren mit der Nahrung auf, werden verstärkt entsprechende Eicosanoide mit „schlechter“ Wirkung gebildet. Eine an Omega-3-Fettsäuren reiche Diät gilt hingegen als gesundheitsfördernd.

So können sich die Ernährungsgewohnheiten ganzer Bevölkerungsgruppen langfristig auf den generellen Gesundheitszustand auswirken (bes. Herz-Kreislauf-Erkrankungen). Im Mittelmeerraum bspw. enthält die traditionelle Diät wenige gesättigte und Omega-6-Fettsäuren, jedoch viele Omega-3-Fettsäuren. Dies kann das Auftreten von Herz-Kreislauf-Erkrankungen senken.

Fettsäuren liegen meist nicht als einzelne Ketten vor, sondern sind durch verschiedene Komponenten zu Gruppen verbunden. Ein wichtiger Bestandteil von Zellmembranen ist bspw. die sogenannte Phospholipid-Doppelschicht. Diese Schicht bildet die Hülle einer einzelnen tierischen Zelle und schirmt sie nach außen ab. Die Phospholipide bestehen aus einem „Kopf“ mit einer Phosphatgruppe und zwei „Schwänzen“ aus Fettsäuren. Je nach Beschaffenheit dieser Fettsäureschwänze, gesättigt oder ungesättigt, und aller an einer Membran beteiligten Phospholipide ist die gebildete Schicht starr oder sehr flexibel. Der „Knick“ in ungesättigten Fettsäuren fungiert quasi als Abstandhalter zwischen den einzelnen Phospholipiden und hält die Struktur geschmeidig.

Eine weitere wichtige Gruppe mit Fettsäurekomponenten sind die Triglyceride (auch Triacylglycerole – TAGs genannt). TAGs besitzen drei Fettsäuren und bilden die Verbindungen in Fetten bzw. Ölen (Letzteres, wenn sie durch das Vorhandensein von ausreichend ungesättigten Fettsäuren in den TAGs bei Raumtemperatur flüssig sind). Besonders mittelkettige TAGs sind wichtige Energieträger. Sie sind gut löslich und leicht zu verstoffwechseln. Durch die Oxidation der Fettsäuren wird zelluläre Energie gewonnen.

Wie entstehen Fettsäuren und wo kommen sie vor?

Fettsäuren kommen eigentlich in jeder Pflanze, jedem Tier, jedem Pilz usw. vor. Fettsäuren werden unter Einsatz von Energie synthetisiert (= hergestellt). Die so gespeicherte Energie kann durch Aufspaltung der Fettsäuren zurückgewonnen werden. Fettsäuren kommen nahezu überall vor, z. B. als Speicherstoffe oder Zellbausteine. Sie können auch über die Nahrungskette weitergegeben werden. Durch Verlängerung und „Entsättigung“ (Einbau von Doppelbindungen in die Kohlenstoffkette) werden die Fettsäuren verändert.

Allgemein kann man sagen, dass die meisten Fette überwiegend gesättigte und einfach ungesättigte Fettsäuren enthalten, darunter die meisten tierischen Fette (Milchfette, Rindertalg, Schweineschmalz) und bestimmte Pflanzenfette (Kakaobutter, Kokos- und Palmfette). Mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind besonders in Pflanzen- und Fischöl enthalten.

Die genaue Zusammensetzung der Fettsäuren variiert, da die Fähigkeiten zur Fettsäuresynthese in fast jedem Organismus unterschiedlich sind. Die meisten Lebewesen, so auch der Mensch, sind nicht in der Lage, jede beliebige Fettsäure herzustellen, z. B. durch Verlängerung der Kohlenstoffkette oder Veränderung der Doppelbindungen. Als solche für den Mensch essentielle Fettsäuren gelten α-Linolensäure (18:3 n-3, ALA) und Linolsäure (18:2 n-6, LA). Diese Fettsäuren mit 18 Kohlenstoffatomen sind die Vorläuferstufen der physiologisch so wichtigen Eicosapentaensäure (EPA), Docosahexaensäure (DHA) und Arachidonsäure (ARA) und müssen mit der Nahrung aufgenommen werden. Die Fähigkeit, aus LA und ALA die längeren ARA, EPA und DHA herzustellen, ist beim Menschen vorhanden, aber nicht so stark ausgeprägt, weshalb auf die Aufnahme der Letzteren über die Nahrung auf Dauer nicht verzichtet werden sollte.

Die Omega-3-Fettsäure ALA ist z. B. besonders in Walnuss-, Raps-, Oliven- und Leinöl enthalten. Die aus ALA gebildeten EPA und DHA sind besonders in Fischöl zu finden. Tatsächlich ist die Fähigkeit der meisten Fischarten – soweit bekannt –, EPA und DHA aus ALA zu bilden, ähnlich wie beim Menschen beschränkt. Das heißt, die Fische gewinnen die langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren ebenfalls primär aus der Nahrung. Besonders marine Algen gelten als wichtige Quelle von EPA und DHA, welche sich über das Nahrungsnetz in höheren trophischen Ebenen (Stufen in der Nahrungskette) anreichern. Mais- und Sonnenblumenöl sind reich an der Omega-6-Fettsäure LA, aus der ARA gebildet wird. Direkt wird ARA besonders durch Fleisch- und Wurstwaren aufgenommen.

Fettsäuren und Aquakultur

Fisch-, Muschel-, Algen- und Krebstierprodukte nehmen eine wichtige Rolle in der globalen Versorgung mit den gesundheitsfördernden Omega-3-Fettsäuren ein. Verschiedene Gesundheitsorganisationen, wie die Weltgesundheitsorganisation der Vereinten Nationen (World Health Organisation, WHO) und die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE), empfehlen daher den regelmäßigen Konsum von Fisch. In einer Stellungnahme des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) aus dem Jahr 2006 (Information Nr. 034/2006) heißt es hierzu: „Bei Bevölkerungsgruppen, die regelmäßig Fisch verzehren, treten Herz-Kreislauf-Erkrankungen seltener auf als in Populationen mit geringem Fischverzehr.“ Aufgrund der stagnierenden Erträge aus der Fangfischerei ist die Aquakultur ein wichtiger Lieferant dieser Fettsäuren mit wachsender Bedeutung.

Der Gehalt an Omega-3-Fettsäuren unterscheidet sich deutlich zwischen verschiedenen Arten und auch Produktgruppen. Da die meisten Lebewesen – soweit bekannt – nur beschränkt die langkettigen, mehrfach ungesättigten Fettsäuren synthetisieren können, entscheidet die Nahrung mit über den Gehalt im Körper. Auch für Fische und andere Wasserorganismen sind Omega-3-Fettsäuren lebenswichtig und gesundheitsfördernd. Ein Mangel kann sich z. B. negativ auf die Stressresistenz, das Wachstum und den allgemeinen Gesundheitszustand auswirken. Dies gilt es bei der Futterzusammensetzung zu beachten.

Der Bedarf und Gehalt an Omega-3-Fettsäuren unterscheidet sich zwischen verschiedenen Arten auch auf Grund des Lebensraums. Ist das umgebende Wasser meist kalt, z. B. im Nordatlantik, müssen vermehrt mehrfach ungesättigte Fettsäuren, besonders EPA und DHA, in die Zellmembranen eingebaut werden, um sie geschmeidig zu halten. Die niedrigen Temperaturen führen sonst zu einem „Erstarren“ der Membranen. Als besonders reich an EPA und DHA gelten daher Kaltwasserarten wie Makrele, Lachs, Saiblinge und Forellen, Hering oder Heilbutt.

Für Fische gilt allgemein, dass sich die Fettsäurezusammensetzung des Futters auf den Fettsäuregehalt im Produkt direkt auswirkt. Vorrangige Quelle für Omega-3-Fettsäuren in Futtermitteln für die Aquakultur ist Fischöl. Dieses wird aus Fangfischerei und Schlachtabfällen gewonnen. Die Qualität und Menge an Fischöl (oder entsprechender Alternativen, s. u.) ist also entscheidend für die Produktqualität hinsichtlich der Fettsäurezusammensetzung. Änderungen in der Futterzusammensetzung spiegeln sich im Fettsäureprofil des  Filets wider. Das Norwegische Institut für Meeresforschung (Institute of Marine Research) bspw. veröffentlicht in einer Datenbank Gehalte einer Vielzahl von Fettäuren im Atlantischen Lachs aus Aquakultur über die Jahre.

Auf Grund der stagnierenden Erträge aus der Fangfischerei muss die wachsende Aquakultur zukünftig verstärkt auf Omega-3-Fettsäuren aus alternativen Quellen zurückgreifen (siehe auch Artikel „Aquakultur in Zahlen“ und „Alternative Futtermittel“). Besonders die Erzeugung von marinen Algen in sogenannten Photobioreaktoren, welche auch im natürlichen Nahrungsnetz die wichtigste Quelle dieser Fettsäuren darstellen, verzeichnet derzeit ein starkes Wachstum. Hierbei werden einzellige Algen, welche besonders reich an EPA und/oder DHA sind, gezielt erzeugt und das daraus gewonnene Öl wird direkt in die Futtermittel gemischt. Auf Fischöl soll verzichtet werden können, ohne Einbußen in der Produktqualität befürchten zu müssen.

Es gibt auch Arten, welche die Fähigkeit besitzen, in großem Umfang Omega-3-Fettsäuren aus Vorläuferstufen aufzubauen. Die gezielte Erzeugung solcher Arten unter Verwendung von z. B. Beiprodukten aus der Landwirtschaft bietet weitere Alternativen (sog. „Upgrading“ von Fettsäuren). Der Anbau gentechnisch modifizierter Organismen (genetically modified organisms, GMO), wie z. B. einer Rapspflanze, welche direkt EPA und DHA erzeugen, gilt ebenfalls als realistisches Szenario in der mittelfristigen Zukunft. Dies betrifft jedoch nur Länder, in denen der Anbau und die Verfütterung von GMO zulässig sind.