Herstellung einer Creme

Glycerin stellt das Grundgerüst sowohl von Fett- und Ölmolekülen als auch von Mono- und Diglyceriden dar. Als alleinstehender Stoff zieht ein Glycerinmolekül ausschließlich Wasser an und kein Fett. Diese Eigenschaft, das Wasser stark anzuziehen, gepaart mit der geringen Flüchtigkeit, bewirkt, dass das Glycerin das Wasser bindet und als Feuchthaltemittel dient, wenn es als Zusatzstoff in beispielsweise Lebensmitteln oder Kosmetika eingesetzt wird. Damit trocknen Lebensmittel oder auch Cremes nicht so schnell aus, wenn sie Glycerin enthalten. Im kosmetischen Bereich hat das Glycerin noch eine weitere Funktion: Es macht die Haut weicher und lässt bestimmte Stoffe schneller in die Haut einziehen. Dies kann sich einerseits positiv auswirken, andererseits kann es bei empfindlichen Personen allergische Reaktionen begünstigen, da es andere allergieauslösende Stoffe schneller einziehen lässt. Nach aktuellen Erkenntnissen ist Glycerin selbst nicht allergen.

Abbildung 1: Chemische Struktur von Glycerin

Fettsäuren werden zu den Lipiden und Tensiden gezählt. Lipide haben ihren Wortstamm im Griechischen und werden als Fett übersetzt. Die Fettsäuren sind molekulare Teile von Fetten und können aus diesen hergestellt werden. Fettsäuren mischen sich nicht mit Wasser, denn Tenside sind allgemein aus einem hydrophoben („wasserabweisenden“) Teil und einem hydrophilen („wasserliebenden“) Teil aufgebaut. Bei der Fettsäure ist dies die hydrophile Säuregruppe (in Abbildung 2 der blaue Teil) und die wasserabweisende Alkylkette (in Abbildung 2 der gelbe Teil).

Abbildung 2: Chemische Struktur einer Fettsäure.

Die Alkylkette ist im gezeigten Beispiel in Abbildung 2 eine lange Aneinanderreihung von CH₂-Gruppen. Die Anzahl der enthaltenen Kohlenstoffatome (C-Atome) ist bei den in der Natur vorkommenden Fettsäuren größtenteils gerade, also 12, 14, 16, 18 und so weiter. Die Fettsäuren werden häufig mit Trivialnamen bezeichnet. In Abbildung 3 sind beispielhaft drei Fettsäuren und deren Bezeichnung gezeigt.

Abbildung 3: Beispiele für Fettsäuren.

Die Länge dieser Alkylkette hat einen Einfluss auf den Schmelzpunkt der Fettsäure. Je länger die Kette, desto höher der Schmelzpunkt der Fettsäure. Des Weiteren können Doppelbindungen in der Alkylkette vorhanden sein, wie in den drei Beispielen in Abbildung 3 gezeigt. Je mehr Doppelbindungen in der Kohlenstoffkette vorhanden sind, desto niedriger ist der Schmelzpunkt der Fettsäure. Da Fette und Öle ein dreifacher Ester des Glycerins mit Fettsäuren sind, beeinflusst die Fettsäurezusammensetzung der Triglycinester auch den Zustand, in welchem die Fette oder Öle bei Raumtemperatur vorliegen.

Fettsäuren sind auch in Cremes enthalten und stabilisieren unter anderem die fein verteilte Mischung (Emulsion) von sonst nicht mischbaren hydrophilen und hydrophoben Inhaltsstoffen.

Diese Gruppe von Stoffen besteht aus Glycerin als Rückrat und Fettsäuren, die angelagert sind. Da die Vorsilbe "mono" und "di" für ein und zwei stehen, lässt sich somit ableiten, dass die Mono- bzw. Diglyceride entweder nur einen oder zwei Fettsäurereste besitzen. In der folgenden Abbildung ist die schematische Struktur dieser Moleküle gezeigt.

Abbildung 4: Schematische Darstellung von Monoglyceriden (links)
und Diglyceriden (rechts)

Bei den beiden Molekülen in Abbildung 4 handelt es sich um einfache bzw. zweifache Ester des Glycerins. Das Glycerinmolekül selbst wird separat vorgestellt. Was ist nun das Besondere an diesen beiden Molekülen? Im Prinzip unterscheiden sie sich von Fettmolekülen anscheinend nur geringfügig. Hierbei sind entweder ein oder zwei Fettsäurereste durch ein "H", das für ein Wasserstoffatom steht, ersetzt. Jedoch bringt diese Veränderung schon den gravierenden Unterschied. Diese "OH-Gruppen", in der Chemie auch als Hydroxylgruppen bezeichnet, wirken sehr anziehend auf Wasser. Die übrigen gelben Fettsäurekugeln sind jedoch für Fette und Öle attraktiv. Somit sind zwei Funktionen in einem Molekül vereint: Fett und Wasser anzuziehen. Diese Eigenschaft wird dazu ausgenutzt, um Öle bzw. Fette mit Wasser zu vermischen. Hierbei handelt es sich nicht um eine Lösung, wie man diese von Wasser-Alkoholgemischen kennt, sondern um eine Emulsion. Dabei sind kleinste Tröpfchen Wasser mit kleinsten Tröpfchen Öl vermischt, man nennt es auch "emulgiert". Und damit solche Emulsionen stabil bleiben, das heißt, dass das Wasser und das Öl sich nicht mehr voneinander trennen, werden Emulgatoren wie die Mono- und Diglyceride von Speisefettsäuren beigemischt. Daher ist es auch nicht verwunderlich, dass sie in Lebensmitteln aller Art als Inhaltsstoff enthalten sind, wo ebenfalls auch Fette und Öle zusammen mit Wasser enthalten sind. Dort erfüllen die Mono- und Diglyceride von Speisefettsäuren die Funktion des Emulgators und halten Fette und Wasser zusammen. Diese Eigenschaft wird aber auch im kosmetischen Bereich zur Herstellung von Cremes ausgenutzt, womit wir uns im Folgenden beschäftigen werden.

Alle Fette und Öle besitzen das gleiche Grundgerüst, zu dem das Glycerin (in Abb. 5 in Rot hervorgehoben) und die Fettsäurereste (gelbe Kugeln, Fettsäure (FS) Rest) gehören. Die blaue Bindung repräsentiert die Esterbindung, und diese gibt es insgesamt dreimal in jedem Fett- oder Ölmolekül. Somit sind Fette und Öle dreifache Ester des Glycerins oder auch Triglyceride genannt. In vorherigen Unterkapiteln haben wir bereits angeschaut wie die Fettsäuren aussehen. Kommen wir nun zu der Frage, warum zwischen Fetten und Ölen unterschieden wird, wenn sie doch chemisch vom Prinzip gleichartig sind. Es ist ganz einfach die Übereinkunft bei Raumtemperatur feste Triglyceride als Fette und entsprechend flüssige Triglyceride als Öle zu bezeichnen. Manchmal können je nach Wohnort und Jahreszeit ziemliche Unterschiede in der Raumtemperatur auftreten oder auch die Triglyceride einen Schmelzpunkt bei knapp unter oder über der Raumtemperatur haben. Ein gutes Beispiel dafür ist das Kokosfett oder –öl, dessen Schmelzpunkt zwischen 23-26° C liegt. Was beeinflusst aber, ob ein Fett oder Öl bei Raumtemperatur flüssig oder fest ist? Das klären wir später im Abschnitt Fettsäuren.

Eine Creme kann als eine Öl-in-Wasser (O/W)- oder einer Wasser-in-Öl (W/O)-Mischung (Emulsion) bezeichnet werden. Ausgehend von dieser Vorstellung können die Inhaltsstoffe auf eine kleine Zahl reduziert werden, und damit würden ölige beziehungsweise fettige Bestandteile zu den Hauptinhaltsstoffen zählen.

Abbildung 5: Schematische Darstellung der Struktur eines Fettmoleküls.