KURZUS: Élelmiszer-kémia

MODUL: IV. modul

4. lecke: Lipidek

| A lipidek közé sokfajta, igen változatos felépítésű anyag tartozik. Közös bennük az, hogy vízben nem, csak apoláros oldószerekben (petroléter, kloroform, éter, benzol) oldódnak.
raktározott üzemanyagok, a fehérjékkel közösen membránok alkotórészei, a sejtmembrán borító védőanyaga, bioaktív vegyületek
Csoportosításuk:
Egyszerű lipidek
| 1. | Neutrális zsírok (zsírok, növényi olajok)
| 2. | Viaszok
Összetett lipidek
| 1. | Poláros lipidek (foszfolipidek)
| 2. | Szfingolipidek
| 3. | Glikolipidek Glicerinéterek
| 4. | Egyéb összetett lipidek (terpenoidok, szteroidok stb.)
Lúggal főzve az elszappanosítható lipidek több komponensre hidrolizálnak. A hidrolízis termékeként zsírsavak és más komponensek szabadulnak fel. Az el nem szappanosítható lipidek lúg hatására nem hidrolizálnak, ide tartoznak többek között a terpének, a szteroidok és a prosztaciklinek.
A lipidek egyéb anyagokkal kapcsolódva lipoproteineket, proteolipideket, foszfatidopeptideket, lipoaminosavakat, glikolipideket vagy liposzacharidokat hoznak létre.
A zsírok (olajok) glicerin-zsírsav észterek, táplálkozási jelentőségük nagy energia-, esszenciális zsírsav- és zsíroldható vitamintartalmukban van. Az élelmiszer-előállítás fontos komponensei, segítségükkel jellegzetes konzisztencia, aroma, aroma-visszatartó képesség és zamatérzet alakítható ki. A telített zsírsavak általános képlete CH3(CH2)nCOOH vagy CnH2n+1COOH. Egy karboxilcsoportot tartalmaznak, amihez hosszabb-rövidebb, nem elágazó, telített szénhidrogénlánc kapcsolódik. A telítetlen zsírsavak szénhidrogén része egy vagy több kettős kötést tartalmaz.
Telített zsírsavak
Laurinsav CH3(CH2)10COOH Mirisztinsav CH3(CH2)12COOH Palmitinsav CH3(CH2)14COOH Sztearinsav CH3(CH2)16COOH Arachidinsav CH3(CH2)18COOH Lignocerinsav CH3(CH2)22COOH
Telítetlen zsírsavak
Palmitoleinsav CH3(CH2)5CH=CH-(CH2)7COOH Olajsav CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7COOH Linolsav CH3(CH2)4CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7COOH Linolénsav CH3CH2CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH(CH2)7COOH Arachidonsav CH3(CH2)4-CH=CHCH2CH=CH-CH2-CH=CH-CH2CH=CH-(CH2)3-COOH

| Önellenőrző kérdések I.
1. Melyik poláros oldószer?
| petroléter
| kloroform
| éter
| benzol
| víz
2. Melyik összetett lipid?
| glikolipid
| viasz
| neutrális zsír
3. Minek a képlete: CH3(CH2)16COOH
| palmitinsav
| olajsav
| sztearinsav
| mirisztinsav

| Fizikai jellemzőik
A telített, nyílt szénláncú zsírsavak halmazállapota C4-C8 között folyékony, a nagyobb szénatomszámúaké szilárd. Az egyenes láncú zsírsavak forráspontja a szénatomszám növekedésével nő. A telített zsírsavak olvadáspontja ugyancsak növekedést mutat a szénatomszámmal. A telítetlen zsírsavak olvadáspontja mindig kisebb, mint a telítetteké. A zsírsavak kristályosodására jellemző a polimorfia, vagyis hogy a szerkezettől és a hőmérséklettől függően több módosulatban tud kristályosodni, amely módosulatok olvadáspontjai is eltérőek. A páratlan szénatomszámú és telítetlen zsírsavak nem tudnak olyan szabályosan kristályrácsba rendeződni, mint a telített páros szénatomszámúak.
Kémiai jellemzőik
A zsírsavak kémiai tulajdonságait a karboxilcsoport és az oldallánc reakciói szabják meg. Telítetlen zsírsavakkal az oldalláncon lévő kettős kötések révén többféle addíciós reakció játszódhat le. A hidrogénaddíció a telítetlen zsírsavnak telítettekké való átalakítását teszi lehetővé, minél több kettős kötés telítődik, a halmazállapot annál inkább átmegy a folyékony jellegből a szilárdba. Az oxigénaddíció különböző peroxidok kialakulását teszi lehetővé. Ha a kettős kötéseken vízaddíció játszódik le, hidratációról beszélünk, amelynek során a keletkezett aldehidek kellemetlen, parfümös ízt és illatot adnak a zsiradékoknak, jelentősen rontva azok érzékszervi tulajdonságait. A zsírok jódszámának meghatározása a jódaddíció meghatározásával történik, amellyel a telítetlenség mértékét lehet mérni. Ezzel a reakcióval meg lehet állapítani a zsiradék affinitását a levegő oxigénjéhez, és számszerűsíteni lehet a zsiradék nem száradó, félig száradó, illetve száradó jellegét.
Az acilglicerinek semleges lipidek; a glicerin zsírsavakkal képzett mono-, di- és triacil-észterei. Az étkezési zsírok és olajok túlnyomórészt triacilglicerinekből állnak, monoacilglicerinek és diacilglicerinek csak nyomnyi mennyiségben fordulnak elő. A zsírok konzisztenciája az olvadási tulajdonságok függvénye. A természetes zsírokban az acilglicerinek nagyszámú és különféle keverékei találhatók, amelyek meghatározzák az olvadási tulajdonságokat. A zsír hidrogénezésével vagy nagy olvadáspontú komponensek hozzáadásával a megszilárdulási hőmérsékletet csökkenteni lehet. Szilárd halmazállapotban a lipidek rendezett kristályszerkezetben vannak, folyékony állapotban azonban a molekulák közötti erők gyengülnek, a molekulamozgás növekedése rendezetlenséghez vezet. A szilárd és folyékony állapot között az ún. mezomorf fázisban folyadékkristályok találhatók. A kristályok mérete, száma és formája jelentősen befolyásolja a konzisztenciát. Az apró kristályok szilárdabbá teszik a zsírt, lassú lehűtéssel viszont nagy kristályok képződnek. A kristályosított zsírok tixotrópok, ami azt jelenti, hogy mechanikai hatásra ellágyulnak.
Lipid vegyületek
A neutrális zsírok (trigliceridek, triacil-glicerinek) a zsírsavak glicerinnel alkotott észterei. Az állatvilágban a raktározott lipidek fő tömegét a triacil-glicerinek teszik ki. Természetes zsiradékok: tejzsiradék, marhafaggyú, szójaolaj (linolsav, olajsav) napraforgóolaj (linolsav) kókuszzsír (laurinsav, mirisztinsav) kakaóvaj (palmitin, sztearinsav) olívaolaj (olajsav, palmitinsav) tengeri állatok zsiradékai, halolaj... (telítetlen zsírsavak túlnyomórészt).
A viaszok gyümölcsök és levelek külső részének védőhártyáját, madarak tollának víztaszító bevonatát képezik, és egyes rovarok szekrétumait alkotják. Általában hosszú szénláncú (C25-C35) alkánok, hosszú szénláncú karbonsavak és alkoholok észtereinek összetett elegye.
A foszfogliceridek (glicerin-foszfatidok, vagy foszfolipidek) a membránok felépítésében vesznek részt. Szerkezetük olyan glicerin-foszfátból származtatható, aminek két hidroxilcsoportja zsírsavakkal képez észtert. Ezt a vegyületet foszfatidsavnak hívjuk. A foszfogliceridek egyik vége foszforsav részt és alkoholt tartalmaz, amelyek együttesen a poláros, míg a szénhidrogén láncot tartalmazó rész az apoláros részt alkotja; emiatt a foszfoglicerideket amfipatikus vegyületeknek hívjuk. A foszfogliceridek tehát poláros lipidek. Tulajdonságaik az apoláros rész méretétől, valamint a poláros rész polaritásától és töltésétől függnek. Amfipatikus tulajdonságuk folytán micellaképzésre képesek, ami a foszfoglicerideket membránok kialakítására teszi alkalmassá. A foszfogliceridek fehér, viaszszerű anyagok, amelyek levegőn a telítetlen zsírsav rész oxidációja folytán megsötétednek. Az élővilágban igen széles körben elterjedt a kefalin (foszfatidil-etanol-amin vagy más néven etanol-amin-foszfoglicerid) és a lecitin. E két foszfoglicerid az állati sejtek membránjának fő alkotórésze.
A szterinek (szterolok) a szteránvázas vegyületekhez (szteroidok) tartoznak, szabadon vagy zsírsavakkal észterezve fordulnak elő. Megkülönböztetünk zooszterineket (állati) pl.: koleszterin; fitoszterineket (növényi) pl.: sztigmaszterin és mikoszterineket (gombákban) pl.: ergoszterin.
A karotinoidok izoprén alegységekből felépülő polién szénhidrogének, amelyek mintegy 40 szénatomból állnak (pl.: klorofill).
A terpének izoprén egységekből felépülő, nagyobbrészt növényekben található anyagok. A növények esszenciális olajainak fő alkotórészei. Bioszintézisük acetil-CoA-ból kiindulva történik. A terpének felosztása az "izoprén egységek" száma alapján történhet.

| Önellenőrző kérdések II.
1. Melyik C tartalmú lipid folyékony halmazállapotú?
| C10-20
| C6-8
| C4-8
2. Vízaddíció során:
| parfümös íz
| folyékonyabb lesz
| meghatározható a száradójelleg

| Zsírok romlása
A zsírok romlásakor keletkező bomlástermékek alapján négyféle avasságot különböztetünk meg: savasság, faggyúsodás, aldehides avasodás és ketonavasodás. A savasodás hosszabb tárolás során víz, levegő, fény, hő, oxigén hatására végbemenő hidrolízises átalakulás, amelynek révén glicerin és szabad zsírsavak keletkeznek. A faggyúsodás oxizsírsavak képződésével és azok polimerizációjával kapcsolatos folyamat. A ketonavasság mikroorganizmusok hatására alakul ki. Az aldehidavasság során keletkező aldehidek adják a jellegzetes, avas szagot. Az avasodási folyamatot gyakran kíséri a zsír elszíneződése, amelyet sárgás, barnás színű anyagok keletkezése okoz. Az avasodás egyik jellegzetes terméke az epihidrinaldehid.
A zsiradékok romlását egyrészt az észterkötésekben, másrészt az oldalláncok kettős kötéseiben lejátszódó változások okozzák. A biológiai romlásos folyamatoknál a mikroorganizmusok tevékenységéhez megfelelő táptalajra és egyéb megfelelő körülményekre (víztartalom, pH) van szükség. A kémiai romlások közül igen gyakori a hidrolízis, amelynek során szabad zsírsavak keletkeznek, növekszik a savszám, és a savas íz rontja az érzékszervi tulajdonságokat. Az autooxidatív folyamatok alaptípusai a dehidrogénezés, a peroxidképződés és az oxidáció.
Élelmiszer-zsiradékok vagy zsírtartalmú élelmiszerek előállításánál alapvető szempont, hogy az oxidációs folyamatok megindulását késleltessük, illetve gátoljuk. E célt a higiénikus körülmények betartásával, a víz teljes eltávolításával, a mikroorganizmusok kiszűrésével, a fény kizárásával, a fémnyomok eltávolításával és az oxigéntől való teljes elzárással lehet elérni a feldolgozás és a tárolás folyamán. Ezen túl célszerű olyan anyagokat is adagolni a termékbe, amelyek speciális kémiai tulajdonságaik révén alkalmasak a különféle romlási folyamatok megakadályozására, illetve késleltetésére. Az ilyen anyagokat gyűjtőnéven antioxidánsoknak hívjuk.
A zsírsavak autooxidációja az élelmiszerekben nemkívánatos íz- és szagelváltozásokhoz, az élvezeti érték csökkenéséhez vezet. A lipidek peroxidációja (autooxidációja) a telítetlen zsírsavak nagyfokú instabilitásával kapcsolatos, aktív oxigént tartalmazó rendszerekben
A zsiradékok avasodásának gátlása vegyi úton a leghatásosabb, amit természetes vagy mesterséges antioxidánsokkal lehet elvégezni. Az antioxidánsok lehetnek iniciáló vagy egyfunkciós antioxidánsok, dezaktivátorok, kelátképző anyagok és többfunkciós antioxidánsok.
Az iniciáló vagy egyfunkciós antioxidánsok feladata a szabad gyökök lekötése és ezáltal a láncreakció gátlása (BHA butil-hidroxi-anizol, BHT butil-hidroxi-toluol) A dezaktivátorok, hatást növelő szinergens anyagok, amelyek feladata az elsődleges antioxidánsok hatásának fokozása. Közéjük tartozik a citromsav és az aszkorbinsav.
Elvégzendő gyakorlatok
1. Zsírok, olajok oldódása
Anyagok: zsír, napraforgóolaj, etil-alkohol, dietil-éter, benzin
Szükséges eszközök: kémcső, mérőhenger, állvány
Végrehajtás: 4 kémcsőbe tegyen rendre 1-1 cm3 desztillált vizet, alkoholt, étert, benzint, majd mindegyikbe tegyen borsónyi zsírt. Írja fel a tapasztalatokat! Az éteres kémcsőhöz öntsön 5 cm3 etil-alkoholt. Egy kémcsőbe tegyen 1 cm3 étert, majd cseppnyi olajat.
Beadandó: Jegyezze fel a tapasztalatokat és magyarázza azokat!
2. Zsír kioldása tejből
Anyagok: tej, dietil-éter, NaOH-oldat
Szükséges eszközök: mérőhenger, rázótölcsér, vízfürdő, óraüveg
Végrehajtás: A rázótölcsérbe töltsön 50 cm3 tejet és 15 cm3 étert, rázza erősen 1-2 percig, majd a dugót kissé lazítsa meg, a nyomás kiegyenlítése miatt. Válassza el a két fázist egymástól. A felső éteres fázist öntse óraüvegre és párolja be (ne égjen alatta a láng!)
Beadandó: Jegyezze fel a tapasztalatokat!
3. Szappan készítése
Anyagok: vaj/zsír, NaOH, deszt.víz, C2H5OH, NaCl
Szükséges eszközök: főzőpohár, üvegbot, szűrőpapír, tölcsér, Bunsen-égő, vegyszeres kanál, pipetta, mérőhenger
Végrehajtás: 50 cm3 főzőpohárba 4 g vajat mérjen be, majd 15%-os etanol hozzáadása után lassan melegítse. A 100 cm3 lombikba öntse 2 g nátrium-hidroxid és 10 cm3 víz oldatát, ebbe öntse a feloldott keveréket. Az elegyet folyamatos kevertetés mellett 30 min-ig forralja.
Közben egy 250 cm3 főzőpohárban 12 g nátrium-kloridot oldjon fel 50 cm3 vízben, oldás után pedig tegye jeges vízfürdőbe.
Forralás után az elegyet öntse lassan, keverés mellett a sóoldathoz. A kivált csapadékot szűrje le, majd a csapadékot tegye félre száradni (ez lesz a szappan).
4. Savszám meghatározás
Anyagok: petroléteres zsíroldat, dietil-éter, etanol, fenolftalein-indikátor, KOH
Eszközök: pipetta, Erlenmeyer-lombik, büretta, főzőpohár
Végrehajtás: A petroléteres zsíroldatból beosztásos pipettával 1 cm3-t mérjen be egy 50 cm3-es Erlenmeyer-lombikba, ehhez adja a 10 cm3 dietiléter-alkohol 1:1 arányú keverékét, majd 2-3 csepp 1%-os fenolftaleinindikátor-oldatot. Ezt titrálja meg 10-3 M-os etil-alkoholos KOH mérőoldattal. Ezt ismételje meg 3-szor.
Beadandó: Számolja ki a savszámot, és mg/g (mg KOH/1g zsír) egységben adja meg:
S= a⋅0,05611 Z s
S = savszám, az 1 g zsír közömbösítéséhez szükséges KOH mennyisége (mg), a = a fogyott etil-alkoholos 0,1 M KOH mérőoldat (cm3), Zs = az 1 cm3 petroléteres zsíroldatban lévő zsír mennyisége (g), 0,05611 = az 1 cm3 10-3 M-os alkoholos KOH mérőoldatban lévő KOH tömege (mg).

| Önellenőrző kérdések III.
1. Nem az avasság fajtája:
| ketonavasodás
| savasság
| faggyúsodás
| aldehid avasság
| dezaktiváció
2. Szappan készítéséhez szüksége vegyület
| NaOH
| NaCl
| HCl