اسید چرب
اسیدهای چرب به صورت آزاد به مقدار ناچیزی در سلول ها و بافت ها دیده میشوند.
این ترکیبات که غنی از اکسیژن و کربن و هیدروژن هستند قسمتی از واحد ساختمانی بیشتر لیپیدها مانند چربی های خنثی ، فسفوگلیسریدها ، گلیکولیپیدها و استرهای کلسترول را تشکیل میدهند.
دیدکلی
چربی ها یا لیپیدها ترکیبات آلی غیر محلول در آب هستند که میتوان آنها را بوسیله حلال های غیر قطبی نظیر کلروفرم ، اتر و بنزن از سلول ها استخراج کرد. لیپیدها استرهای یک یا چند اسید با الکل ها میباشند. بعضی از لیپیدها در ساختمان دیواره و غشای سلولی شرکت داشته و برخی دیگر ماده ذخیرهای انرژیزا را در داخل سلول تشکیل میدهند. اسیدهای چرب به صورت آزاد به مقدار ناچیزی در بافت ها دیده میشوند.
ساختمان اسیدهای چرب
تاکنون بیش از هفتاد اسید چرب از نسوج گوناگون جدا کردهاند که همگی دارای زنجیره هیدروکربنی طولانی با یک عامل کربوکسیل انتهایی هستند. بعضی از آنها اشباع شده و برخی دارای یک ، دو یا سه پیوند دوگانه هستند و گروهی در زنجیر خود دارای شاخههای جانبی نیز میباشند. تعداد کربن ها در اسیدهای چرب به استثنای چند مورد ، همیشه زوج است و احتمالا علت زوج بودن آسان تر بودن سنتز آنها در نزد جانداران است. فرمول کلی اسیدهای چرب CH3-(CH2)n-COOH است که n از صفر تا 30 الی 40 تغییر میکند.
خواص اسیدهای چرب
اسیدهای چرب غیر اشباع دارای نقطه ذوب پایینتری نسبت به اسیدهای چرب اشباع هستند و هر چه تعداد کربن اسید چرب بیشتر شود، نقطه ذوب بالاتر میرود. پیوند دوگانه در اسیدهای غیر اشباع بیشتر بین کربن 9 و 10 بوده و این پیوند دوگانه تقریبا در تمامی اسیدهای چرب غیر اشباع طبیعی در وضعیت ایزومر هندسی سیس (Cis) است. اسیدهای چرب با زنجیر طویل در آب غیر محلول هستند. ولی در قلیایی محلولاند و تشکیل صابون سدیم یا صابون پتاسیم میدهند. اسیدهای چرب غیر اشباع به سهولت اکسید میشوند. تند شدن چربی ها بر اثر اکسید شدن و ایجاد عوامل اسیدی و آلدئیدی در چربی ها است.
ساختمان و خواص انواع چربی ها
چربی های خنثی (آسیل گلیسرول ها)
ترکیب اسید چرب و گلیسرول را آسیل گلیسرول یا گلیسرید مینامند. گلیسرول الکلی است که بیش از سایر الکل ها در ساختمان لیپیدها دیده میشود و دارای 2 عامل الکلی نوع اول و یک عامل الکلی نوع دوم است. برحسب آن که یک ، دو یا سه اسید چرب با عوامل الکلی گلیسرول ترکیب شده باشد، به ترتیب مونو ، دی و تری آسیل گلیسرول بدست میآید. نقطه ذوب چربی ها خنثی بستگی به نقطه ذوب اسید چرب ترکیبی آنها دارد. تری آسیل ها در آب نسبتا نامحلول بوده و تشکیل میسل های کامل نمیدهند. در حالی که دی آسیل گلیسرول ها که تا حدودی قابل یونیزه شدن هستند، به سهولت تشکیل میسل میدهند.
فسفو گلیسریدها
این لیپیدها که به نام گلیسرول فسفاتید نیز موسومند، بیشتر در غشاهای سلولی وجود دارند و فقط به مقدار خیلی جزئی در چربیهای ذخیرهای یافت میشوند. الکل این لیپیدها گلیسرول است که یکی از عوامل الکلی نوع اول آن توسط اسید فسفریک استریفیه شده است. تمام فسفر گلیسریدها دارای یک انتهای قطبی و دو انتهای طویل غیر قطبی میباشند و به این جهت آنها را لیپیدهای قطبی یا آمفی پاتیک گویند.
پلاسمالوژن ها
یک گروه فرعی از فسفر گلیسریدها هستند که در آنها به جای یک مولکول اسید چرب یک آلدئید چرب قرار گرفته است. این ترکیبات در غشای سلولهای عضلانی و عصبی فراوانند.
اسفنگو لیپیدها
این ها در غشای سلول های گیاهی و سلولهای حیوانی و در بافتهای عصبی و مغز به مقدار فراوان وجود دارند. این ترکیبات در اثر هیدرولیز ایجاد یک مولکول اسید چرب و یک مولکول الکل آمینه غیر اشباع به نام اسفنگوزین میکنند. در اسفنگو لیپیدها گلیسرول وجود ندارد. ترکیب اسفنگوزین و اسید چرب را سرامید گویند. اسفنگو میلین ترکیب سرامید با فسفو کلین میباشد که فراوانترین اسفنگو لیپیدها است.
گلیکو لیپیدها
این ترکیبات دارای یک انتهای قطبی هیدروفیل (آبدوست) قندی میباشند. برخی شامل اسفنگوزین و برخی دیگر شامل گلیسرول هستند. قندهای آن شامل D- گلوکز و D- گالاکتوز است. گانگلیوزیدها ترکیبات دیگری از دسته گلیکو لیپیدها هستند. این ترکیبات عبارتند از گلیکو اسفنگو لیپیدهایی که دارای انتهای قطبی متشکل از قندهای مرکب نظیر اوزامین و اسید سیالیک میباشند. این ترکیبات در غشای سلولی بویژه در سلول های عصبی زیاد دیده میشوند.
سربروزیدها
این ترکیبات را میتوان در گروه گلیکو لیپیدها و یا اسفنگو لیپیدها طبقه بندی کرد. زیرا دارای قند و اسفنگوزین هستند. این دسته از لیپید بیشتر در غشای سلول های عصبی بویژه در غلاف میلین و همچنین در گویچههای قرمز خون ، گویچههای سفید خون و اسپرم دیده میشوند.
موم ها
موم ها از نظر ساختمانی و خواص ، شبیه آسیل گلیسرول ها هستند. ولی الکل های آنها دارای زنجیره کربنی طویل هستند که تنها شامل یک عامل الکل میباشند. این ترکیبات در غشای محافظ پوست ، پر و جدار برگها و بعضی میوهها و پوسته خارجی بیشتر حشرات دیده میشوند.
لیپیدهایی که صابونی نمیشوند
لیپیدهایی که تاکنون مورد بحث قرار گرفتند قابل صابونی شدن بوده یعنی با قلیایی ها و در اثر حرارت ایجاد صابون میکنند. در سلول ها مقدار کمتری از نوع دیگر چربی ها موجودند که غیر قابل صابون شدن هستند. دو گروه اصلی از این لیپیدها یکی استروئیدها و دیگری ترپن ها هستند.
- استروئیدها: ساختار استروئیدها از سه حلقه شش ضلعی فنانترن و یک حلقه پنج ضلعی هستند. از میان مهمترین استروئیدهایی که در طبیعت دیده میشوند، اسیدهای صفراوی ، هورمونهای جنسی ، هورومونهای قسمت قشری غدد فوق کلیوی و ویتامین D و کلسترول را میتوان نام برد. استروئیدها به مقدار بسیار کم در سلولها موجودند و فقط یک نوع آنها که بطور کلی استرول نامیده میشود، بسیار فراوان است. کلسترول فراوانترین نوع استرولها در بافتهای حیوانی است. کلسترول در گیاهان دیده نمیشود. استرول موجود در گیاهان به نام فیتوسترولها مشهورند. قارچها و مخمرهاحاوی استرولهایی به نام میکو استرول هستند. در این دسته ارگوسترول را میتوان نام برد که به ویتامین D تبدیل میشود.
- ترپنها: به مقدار جزیی در سلولها وجود دارند. ترپن ممکن است دارای ساختمان خطی یا حلقوی باشد. ویتامین A ، کاروتنها ، بیشتر اسانس ها و ویتامین E و ویتامین K از ترپنها مشتق میشوند.
لیپو پروتئین ها
لیپیدهای قطبی با پروتئین های خاصی ترکیب شده و لیپید پروتئین ها را میسازند. مانند لیپو پروتئینهای پلاسمای خون که نقش حامل مواد مختلف را دارا میباشند. برخی لیپیو پروتئینها دارای لیپیدهای خنثی مانند گلیسرول و آسترهای آن هستند. این ترکیبات وسیله انتقال چربی ها از روده کوچک به کبد به بافت چربی و دیگر بافتها هستند. طبقه بندی لیپو پروتئین ها بر مبنای وزن مخصوص آنها انجام میگیرد.
پروستا گلاندین ها
این ترکیبات که برای نخستین بار در مایع منی و غده پروستات یافت شدند، از یک اسید چرب غیر اشباعی 20 کربنه به نام اسید آراشیدونیک مشتق شدهاند. این ترکیبات انواع مختلفی دارند که تاکنون متجاوز از 14 نوع پروستاگلاندین در مایع منی انسان و تعداد دیگری در سایر بافتها یافت شده است. پروستاگلاندینهای گروه E ، گروه F و گروه A و B نمونه این ترکیبات هستند. پروستاگلاندینها دارای اثرات فیزیولوژیک مختلفی مانند کاهش فشار خون ، تنظیم عبور یونهای مختلف از غشای سیناپس های عصبی و خنثی سازی اثر برخی هورمون ها میباشند.میسل ها
لیپیدهای قطبی مانند اسیدهای چرب ساده و صابونها در محلولهای آبگون پخش شده و میسلها را بوجود میآورند که در آنها انتهای هیدروکربنی چون آبگریزند (هیدروفوب) از محلول آبگون رانده شده و ایجاد یک فاز آبگریز داخلی میکند و در نتیجه انتهای آب دوست (هیدروفیل) آنها به طرف خارج گرایش مییابد. تری آسیل گلیسرولها و کلسترول خود به خود تشکیل میسل نداده ولی در ساختمان مسیلی وارد شده و میسلهای مخلوط را میسازند. میسل ها ممکن است تک لایه یا دو لایه باشند.
مشخصات فیزیکی و شیمیایی اسیدهای چرب
اسید چرب ترکیبی با طول زنجیره کربنی مشخصی نیست که مشخصات دقیقی هم داشته باشد. از این رو مشخصات آن به نسبت نوع اسید چرب و طول زنجیره و نوع پیوند تغییر میکند. برای توضیح شفافتر این موضوع، مقایسه بین کره و روغن زیتون میتواند مقایسه جالبی در همین بحث باشد. با توجه به این که هر دو این روغنها، اسید چرب را در خود گنجاندهاند، اما نوع اسیدچربهای موجود در آنها و ویژگیهای آنها با هم متفاوت است. در ادامه برای بررسی بهتر، مشخصات فیزیکی و شیمیایی اسیدهای چرب را با هم مرور میکنیم:
ویژگی شرح و محدوده/مقادیر نمونه توضیحات/مثالها فرمول مولکولی اسید چرب CₙH₂ₙO₂ (تعداد کربنها متغیر است) مثال پالمیتیک اسید C16H32O2، استئاریک اسید C18H36O2
نشاندهنده تعداد اتمهای کربن، هیدروژن و اکسیژن وزن مولکولی متفاوت بسته به نوع اسید چرب مانند پالمیتیک اسید 256.42 گرمبرمول، اولئیک اسید 282.46 گرمبرمول
افزایش وزن مولکولی با افزایش تعداد اتمهای کربن در زنجیره حالت فیزیکی برای اسیدهای چرب اشباع در دمای اتاق جامد و برای اسیدهای چرب غیراشباع در دمای اتاق مایع نقطه ذوب متفاوت بسته به نوع اسید چرب مثال: اسیدهای اشباع: پالمیتیک اسید ~ °C 63 ؛ اسیدهای غیراشباع: اولئیک اسید 13-14°C
درجه اشباع و طول زنجیره تاثیر مستقیمی بر نقطه ذوب دارند؛ اسیدهای غیراشباع به دلیل وجود پیوند دوگانه دارای نقطه ذوب پایینتر هستند. نقطه جوش به دلیل تجزیه حرارتی، نقطه جوش دقیق معمولاً تعیین نمیشود؛ بیشتر با پایداری حرارتی ارزیابی میشود. در شرایط عادی، اسیدهای چرب قبل از رسیدن به نقطه جوش دچار تجزیه میشوند. چگالی تقریبا 0.85 تا 0.95 گرم بر سانتیمترمکعب چگالی وابسته به زنجیره و میزان اشباع است؛ اسیدهای با زنجیره بلند ممکن است چگالی متفاوتی داشته باشند. حلالیت در آب بسیار پایین؛ عملا نامحلول در آب
زنجیره هیدروکربنی بلند، حلالیت در آب را کاهش میدهد؛ اما در حلالهای آلی مانند اتانول یا کلروفرم قابل حل است. ضریب شکست بسته به نوع اسید چرب متفاوت؛ به عنوان مثال، ضریب شکست اولئیک ~1.429 در °C 20
این ویژگی برای تعیین خلوص و مشخصات نوری اسیدهای چرب مورد استفاده قرار میگیرد. pKa معمولاً بین 4.8 تا 5.0 برای گروه کربوکسیلیک مقدار pKa نشاندهنده قدرت اسیدی گروه کربوکسیلیک است که بر رفتار در محیطهای مختلف تأثیر میگذارد. ارزش ید (Iodic Value) برای چربیهای اشباع، مقدار صفر؛ برای چربیهای غیراشباع مانند اسید اولئیک: ~I₂/100g 85–90 شاخصی برای سنجش درجه غیراشباعیت؛ هرچه مقدار ید بالاتر باشد، غیراشباعیت بیشتر است. ارزش اسیدی (Acid Value) معمولاً بین 1 تاmg KOH/g 5 در اسیدهای چرب تصفیهشده نشاندهنده میزان اسیدهای آزاد موجود در نمونه؛ شاخص کیفیت محصول.
این ویژگیها باعث میشوند اسیدهای چرب در صنایع مختلف، از تولید صابون گرفته تا بیودیزل، کاربرد داشته باشند. اما چطور این ترکیبات تولید میشوند؟
نحوه تولید اسیدهای چرب
انواع اسیدهای چرب اغلب از منابع طبیعی مثل روغنهای گیاهی (نخل، نارگیل، سویا، زیتون) یا چربیهای حیوانی (پیه گاو، روغن ماهی) استخراج میشوند. انتخاب منبع تولید اسیدهای چرب در واقع به نوع اسید چرب مورد نظر (اشباع یا غیراشباع) بستگی دارد که در ذیل کاملتر در این باره توضیح میدهیم:
- استخراج اولیه (هیدرولیز یا تجزیه)
برای جدا کردن اسیدهای چرب از گلیسریدها (که در چربیها و روغنها به صورت تریگلیسرید هستند)، از فرآیند هیدرولیز استفاده میشود:
- هیدرولیز با آب : در حضور فشار بالا و دمای زیاد (حدود 200-260 درجه سانتیگراد)، تریگلیسریدها با آب واکنش داده و به اسیدهای چرب و گلیسرول تجزیه میشوند.
- هیدرولیز آنزیمی: از آنزیمهایی مثل لیپاز برای تجزیه در شرایط ملایمتر استفاده میشود که کیفیت بالاتری ارائه میدهد.
- صابونیسازی: در این روش، چربیها با یک باز قوی (مثل هیدروکسید سدیم) واکنش داده و صابون تولید میشود، سپس به همراه اسید (مانند HCl)، اسیدهای چرب آزاد میشوند.
- جداسازی و خالصسازی
پس از هیدرولیز، مخلوطی از اسیدهای چرب، گلیسرول و ناخالصیها به دست میآید که باید جدا شوند:
- تقطیر: اسیدهای چرب بر اساس نقطه جوش جدا میشوند. این روش برای تولید اسیدهای چرب خالص (مثل اسید استئاریک یا اولئیک) رایج است.
- استخراج با حلال: از حلالهایی مثل هگزان برای جداسازی استفاده میشود.
- کریستالیزاسیون: برای جداسازی اسیدهای چرب اشباع (که جامد هستند) از غیراشباع (مایع)، از سرما استفاده میشود.
- فرآوری و اصلاح (در صورت نیاز)
بسته به کاربرد، اسیدهای چرب ممکن است تحت فرآیندهای اضافی قرار گیرند:
- هیدروژناسیون: برای تبدیل اسیدهای چرب غیراشباع (مثل لینولئیک) به اشباع (مثل استئاریک)، هیدروژن در حضور کاتالیزور (مثل نیکل) اضافه میشود.
- استرسازی: اسیدهای چرب با الکلها (مثل متانول) واکنش داده و استرهایی مثل متیل استر (بیودیزل) تولید میکنند.
- اکسیداسیون یا پلیمریزاسیون: برای تولید مشتقات خاص در صنایع شیمیایی.
- کنترل و کیفیت و بستهبندی
در نهایت، اسیدهای چرب تولیدشده از نظر خلوص، رنگ، بو و مشخصات شیمیایی بررسی شده و برای استفاده در صنایع مختلف بستهبندی میشوند.
واکنشهای اسیدهای چرب
اسیدهای چرب صرفا ترکیب ساده و کم اهمیتی در زندگی روزمره نیستند. بلکه این ترکیبات قابلیت شرکت در واکنشهای بسیار مهمی را دارند که باعث تحول در صنعت و زندگی روزمره میشوند. در جدول زیر واکنشهای رایج اسیدهای چرب را به صورت مختصر شرح میدهیم تا از ساخت شوینده تا امکان تولید سوختهای سبز با اسیدهای چرب آشنا شوید.
| نوع واکنش | چجور واکنشیه و چطوری عمل میکنه؟ | چه کاربردی داره؟ |
| صابون سازی (Saponification) | واکنش با باز (NaOH/KOH)، تولید نمک صابونی و گلیسرول | صابون سازی؛ تولید شویندهها |
| استریفیکاسیون | واکنش با الکل؛ تشکیل استر + آب | تولید بیودیزل (متیل استر)؛ کاربرد در عطرسازی و افزودنیهای خوراکی |
| هیدروژناسیون (Hydrogenation) | افزودن هیدروژن به پیوند دوگانه؛ تبدیل غیراشباع به اشباع | افزایش پایداری؛ تغییر نقطه ذوب؛ کاربرد در صنایع غذایی (مارگارین، چربیهای صنعتی)، صنایع شیمیایی |
| اکسیداسیون (Oxidation) | واکنش با اکسیژن؛ تشکیل پرفوکسیدها؛ محصولات اکسیداتیو | کنترل فساد (rancidity) در صنایع غذایی؛ اهمیت در آرایشی-بهداشتی |
| دکاربوکسیلاسیون (Decarboxylation) | حذف گروه COOH؛ تولید هیدروکربنهای کوتاهتر | فرآیندهای تبدیل به سوختهای زیستی؛ تولید هیدروکربنهای کاربردی |
| آمیدسازی (Amidation) | واکنش با آمین؛ تشکیل پیوند CO–NH | سنتز سورفکتانتها؛ تولید مواد پوششی، افزودنیهای پلیمری و ترکیبات شیمیایی |
| پلیمرسازی (Polymerization) | شرکت در پلیاستریسازی (با دیالکلها)؛ تشکیل پلیمرهای استری | تولید پوششهای محافظ؛ رزینها؛ مواد پلیمری زیستتخریبپذیر |
احتمالا تا به این جای کار پایهترین اطلاعات را در خصوص اسید های چرب کسب کردهاید. حال سوالی که پیش میآید این است که چرا این ترکیبات تا این حد در زندگی ما نقش دارند؟ بیاید در این موضوع عمیقتر بشیم!
نکات قابل توجه درخصوص مصرف اسیدهای چرب امگا۳:
از آنجائیکه اسیدهای چرب امگا۳ غیراشباع هستند، ساختمان بسیار حساسی دارند و بنابراین منابع غذایی دارای این اسیدهای چرب به راحتی در اثر عواملی مانند حرارت بالا، هوا و نور به راحتی تخریب می شوند که در این صورت همین اسیدهای چرب مفید، تبدیل به مواد خطرناکی مانند رادیکالهای آزاد برای بدن می شوند و می توانند زمینه ساز بروز مشکلاتی نظیر انواع سرطانها شوند.
پس باید هنگام استفاده از منابع غذایی این اسیدهای چرب به یاد داشته باشیم:
- از حرارت دادن زیاد به آنها بپرهیزیم.
- هنگام پخت در ظرف را بسته نگه داریم.
- روغنهای مایع را در ظروف دربسته به دور از نور و گرما نگهداری کنیم.
- هنگام پخت غذا از مواد غذایی آنتی اکسیدان مثل زردچوبه استفاده کنیم.
- چنانچه از پودر آسیاب شده موادی مثل بذر کتان استفاده می کنیم، تا حد امکان آنها را به مقدار مورد مصرف تهیه و در ظروف دربسته به دور از نور و گرما نگهداری کنیم.
