لیپیدها – فصل چهارم
لیپیدها گروه گستردهای از مولکولهای طبیعی هستند که در حلالهای آلی محلول بوده و در آب نامحلول یا تنها به مقدار بسیار کمی محلولاند. تریآسیلگلیسرولها حدود ۹۵٪ از کل لیپیدهای موجود در مواد غذایی را تشکیل میدهند. لیپیدها منبع عمده تأمین انرژی برای بدن بوده و بدن را در برابر آسیبهای مکانیکی و اتلاف حرارت محافظت میکنند. همچنین این ترکیبات بهعنوان حامل ویتامینهای محلول در چربی عمل کرده و پیشساز بسیاری از مولکولهای زیستفعال مانند پروستاگلاندینها، هورمونهای جنسی و اپینفرین میباشند.
این فصل به نامگذاری، طبقهبندی و نظریههای مربوط به توزیع اسیدهای چرب در لیپیدها و نیز ویژگیهای عملکردی آنها از قبیل پلیمورفیسم، خاصیت پلاستیکی و امولسیونسازی میپردازد. همچنین واکنشهای شیمیایی مختلفی که در طی فرآوری و ذخیرهسازی رخ میدهند، مانند هیدرولیز، اکسیداسیون و تجزیه حرارتی بررسی شده و اثرات این واکنشها ــ بهویژه اکسیداسیون ــ بر طعم و ایمنی مواد غذایی بهتفصیل توضیح داده میشود. تکنیکهای فرآوری لیپیدها شامل تصفیه، هیدروژناسیون و اینتراستریفیکاسیون نیز در این فصل مورد بررسی قرار میگیرند.
۱. مقدمه
اگرچه اصطلاح لیپید اغلب بهعنوان مترادف چربی استفاده میشود، اما در واقع چربیها زیرگروهی از لیپیدها هستند که با عنوان تریگلیسرید شناخته میشوند. لیپیدها شامل مولکولهایی همچون اسیدهای چرب و مشتقات آنها (از جمله مونو، دی و تریگلیسریدها) و همچنین فسفولیپیدها و سایر متابولیتهای دارای استرول مانند کلسترول میباشند.
انسان و سایر پستانداران مسیرهای گوناگونی برای سنتز و متابولیسم لیپیدها دارند. برخی از لیپیدها توسط بدن تولید نمیشوند و باید از طریق رژیم غذایی تامین گردند؛ به این دسته از لیپیدها اسیدهای چرب ضروری (Essential Fatty Acids – EFAs) گفته میشود.
تمام گیاهان و جانورانی که در رژیم غذایی انسان استفاده میشوند، حاوی لیپید هستند. بسیاری از سبزیجات و اغلب میوهها مقدار بسیار کمی لیپید دارند (حدود 0.3٪)، بهجز آووکادو که بخش خوراکی آن حدود ۲۰٪ لیپید دارد. مقدار لیپید موجود در بافت عضلانی گوشت گاو بدون چربی، ماهی، گوشت پرندگان سفید و صدف حدود ۲٪ است؛ این مقدار در شیر گاو حدود ۳.۷٪، در غلات ۲ تا ۴٪، در گوشت خوک پرچرب حدود ۳۰٪، در زرده تخممرغ ۳۲٪ و در فیلهی ماهیهای چرب حدود ۳۵٪ میباشد. مغزها و دانههای روغنی بین ۲۰٪ (سویا) تا ۶۵٪ (گردو) چربی دارند.
۱.۱ نامگذاری
۱.۱.۱ اسیدهای چرب
اسیدهای چرب به هر نوع اسید مونوکربوکسیلیک آلیفاتیک گفته میشود که بر اثر هیدرولیز لیپیدهای طبیعی آزاد میگردد. بیش از ۸۰۰ نوع اسید چرب طبیعی شناخته شده است که اغلب دارای زنجیرهای خطی و تعداد زوجی از اتمهای کربن هستند.
بر اساس حضور یا عدم حضور پیوندهای دوگانه، اسیدهای چرب به دو گروه اشباع و غیراشباع تقسیم میشوند. اسید پالمیتیک و اسید استئاریک از جمله اسیدهای چرب اشباعاند. اسیدهای چرب غیراشباع شامل دو یا چند پیوند دوگانه هستند. برای مثال، اسید اولئیک فقط یک پیوند دوگانه، اسید لینولئیک دو پیوند دوگانه، اسید لینولنیک سه پیوند دوگانه و اسید آراشیدونیک تا چهار پیوند دوگانه دارد.
اسیدهای چرب را میتوان با استفاده از یکی از چهار سیستم نامگذاری زیر نامگذاری نمود:
۱. نامگذاری متداول (Trivial):
در این روش نام اسید چرب بر اساس منبع آن انتخاب میشود؛ مانند: اسید پالمیتیک، اسید لوریک، اسید بوتیریک، اسید استئاریک و اسید اولئیک.
۲. نامگذاری سیستماتیک:
در این روش اتمهای کربن از سمت گروه کربوکسیلیک (COOH) شمارهگذاری میشوند.
۳. نامگذاری سمبولیک (Symbol):
اسیدهای چرب بهصورت یک عبارت عددی با دو قسمت نمایش داده میشوند که قسمت اول تعداد اتمهای کربن و قسمت دوم تعداد پیوندهای دوگانه را نشان میدهد؛ بهعنوان مثال:
| ساختار | نام سمبولیک |
|---|---|
| CH₃(CH₂)₁₄COOH (اسید هگزادکانوئیک) | 16:0 |
| اسید لینولئیک | 18:2 |
این روش ممکن است دارای ابهام باشد، زیرا برخی اسیدهای چرب مختلف میتوانند دارای اعداد مشابهی باشند.
۴. نامگذاری Ω-x یا n-x
در این سیستم، کربن انتهایی زنجیره (کربن متیل) بهصورت ω یا n نامگذاری میشود و عدد x محل قرارگیری اولین پیوند دوگانه است. بدین ترتیب اتمهای کربن از سمت انتهایی (ω) بهسمت گروه کربونیل شمارش میشوند. برای مثال اسید لینولئیک بهصورت 18:2(ω-9) نوشته میشود، یعنی اولین پیوند دوگانه روی کربن نهم قرار دارد.
پیکربندی هندسی پیوند دوگانه نیز معمولاً با استفاده از سیس (cis) و ترانس (trans) مشخص میشود؛ اسیدهای چرب طبیعی غالباً بهصورت سیس وجود دارند ولی حالت ترانس از نظر ترمودینامیکی پایدارتر است.
چنانچه چهار گروه متصل به دو اتم کربنِ یک پیوند دوگانه متفاوت باشند، پیکربندی با استفاده از قوانین Cahn–Ingold–Prelog تعیین میشود. اگر دو گروه با اولویت بالاتر (عدد اتمی بالاتر) در یک سمت قرار گرفته باشند، از حرف Z استفاده میشود و اگر در دو سمت مخالف باشند از حرف E استفاده میگردد.
جدول 4-1 – نامگذاری برخی اسیدهای چرب رایج
| اختصار | نام سیستماتیک | نام رایج | نماد |
|---|---|---|---|
| 4:0 | بوتانوئیک | بوتیریک | B |
| 6:0 | هگزانوئیک | کاپروئیک | H |
| 8:0 | اکتانوئیک | کاپریلیک | Oc |
| 10:0 | دکانوئیک | کاپریک | D |
| 12:0 | دودکانوئیک | لوریک | La |
| 14:0 | تترا دکانوئیک | میریستیک | M |
| 16:0 | هگزادکانوئیک | پالمیتیک | P |
| 16:1(n-7) | 9-هگزادکانوئیک | پالمیتولئیک | Po |
| 18:0 | اکتادکانوئیک | استئاریک | Sta |
| 18:1(n-9) | 9-اکتادکانوئیک | اولئیک | O |
| 18:2(n-6) | 9,12-اکتادکانوئیک | لینولئیک | L |
| 18:3(n-3) | 9,12,15-اکتادکانوئیک | لینولنیک | Ln |
| 20:0 | آراشیدیک | ایکوزانوئیک | Ad |
| 20:4(n-6) | 5,8,11,14-ایکوزاتترااِنوییک | آراشیدونیک | An |
| 20:5(n-3) | 5,8,11,14,17-ایکوزاپنتانوئیک | EPA | – |
| 22:1(n-9) | 13-دوکوزنوئیک | اروسیـک | E |
| 22:5(n-3) | 7,10,13,16,19-دوکوزاپنتانوئیک | – | – |
| 22:6(n-6) | 4,7,10,13,16,19-دوکوزاهگزااِنوییک | DHA | – |
توضیح: برخی نویسندگان از حرف S برای استئاریک استفاده میکنند، اما این ممکن است موجب اشتباه شود، زیرا S همچنین برای “اشباع” نیز استفاده میشود (هنگامی که ترکیب تریآسیلگلیسرول بر اساس اسیدهای چرب اشباع و غیراشباع بیان میگردد).
۱.۱.۲ آسیلگلیسرولها
لیپیدها ترکیبی از مونو، دی و تریاسترهای گلیسرول با اسیدهای چرب هستند که به ترتیب مونوآسیلگلیسرول، دیآسیلگلیسرول و تریآسیلگلیسرول نامیده میشوند. چربیهای طبیعی عمدتاً بهصورت تریآسیلگلیسرول وجود دارند.
برای تعیین پیکربندی مشتقات گلیسرول، سیستم شمارهگذاری استریواسپسیفیک (Sn) به کار میرود. در این روش، در تصویر فیشری که زنجیره کربنی بهصورت عمودی و گروه هیدروکسیل کربن-۲ در سمت چپ قرار گرفته باشد، کربن بالایی با شماره ۱ مشخص میشود و پیشوند “sn” (مخفف stereospecifically numbered) قبل از واژه گلیسرول اضافه میگردد.
بهطور مثال اگر در ساختار یک تریآسیلگلیسرول، R1 اسید استئاریک (St)، R2 اسید اولئیک (O) و R3 اسید لینولئیک (L) باشد، نام آن به صورت زیر است:
sn-گلیسرول-۱-استئاریک-۲-اولئیک-۳-لینولئیک
یا بهصورت sn-18:0-18:1-18:2
یا بهصورت مختصر sn-StOL.
اگر محصول، مخلوط راسمیک دو انانتیومر باشد، پیشوند rac- (به معنی racemo) قبل از نام کامل نوشته میشود، مانند rac-StOM. در این حالت، اسید میانی (O) در موقعیت ۲ است و دو اسید دیگر (St و M) به نسبت مساوی در موقعیتهای ۱ و ۳ توزیع شدهاند.
اگر از پیشوند β استفاده شود (مانند β-StOM)، نشان میدهد که اسید میانی در موقعیت ۲ قرار دارد، اما توزیع دو اسید دیگر مشخص نیست.
در صورت سادهبودن تریآسیلگلیسرول یا ناشناخته بودن الگوی توزیع اسیدهای چرب، میتوان پیشوند را حذف کرد. برای مثال StOM میتواند برای هرکدام از ترکیبهای sn-StOM، sn-MOSt، sn-OStM، sn-MStO، sn-StMO و sn-OMSt بهکار رود.
۱.۱.۳ فسفولیپیدها
فسفولیپیدها به لیپیدهایی گفته میشود که در ساختار خود دارای اسید فسفریک بهصورت منواستر یا دیاستر هستند. بر اساس نوع الکل موجود در ساختار، فسفولیپیدها به دو گروه فسفوگلیسریدها و اسفینگولیپیدها (اسفینگوفسفولیپیدها) تقسیم میشوند؛ در اولی الکل، گلیسرول است و در دومی اسفینگوزین.
در فسفولیپیدها، الکلهای آمینه مانند کولین، اتانولآمین، سرین و اینوزیتول از طریق پیوند استری به اسید فسفریک متصل میشوند. این ترکیبات به ترتیب فسفاتیدیـلکولین، فسفاتیدیـلاتانولآمین، فسفاتیدیـلسرین و فسفاتیدیـلاینوزیتول نام دارند.
فسفوگلیسریدها همانند سیستم Sn یا بهعنوان مشتق اسید فسفاتیدیک نامگذاری میشوند. بهعنوان مثال لِسیتین (که ساختار آن در شکل ۴-۲ نشان داده شده)، ۳-sn-فسفاتیدیلکولین یا sn-گلیسرول-۱-استئاریک-۲-لینولئیک-۳-فسفوکولین نامیده میشود.
اسفینگوفوسفولیپیدها دارای اسفینگوزین بهعنوان ستون فقرات (backbone) هستند. گروه آمینی کربن-۲ از طریق پیوند آمیدی به یک اسید چرب زنجیرهبلند متصل شده و سرامید را تشکیل میدهد. گروه هیدروکسیل کربن-۳ با اسید فسفریک استریفیه شده و کولین یا نوواریکاین به اسید فسفریک متصل میشود تا انواع اسفینگوی میلینها را تشکیل دهند.
۱.۲ طبقهبندی
بر اساس ساختار و ترکیب شیمیایی، لیپیدها به سه گروه کلی تقسیم میشوند:
| گروه | توضیح |
|---|---|
| لیپیدهای ساده | از اسیدهای چرب و الکلها تشکیل شدهاند (مثل چربیها، روغنها و واکسها) |
| لیپیدهای ترکیبی | علاوه بر اسید چرب و الکل، گروههای دیگری نیز دارند (مثل گلیسرُفسفولیپیدها، اسفینگومیِلینها، سربروزیدها و گانگلیوزیدها) |
| لیپیدهای مشتقشده | مشتقات لیپیدهای ساده و ترکیبی که خواص مشترک لیپیدها را دارند (مثل استروئیدها، هیدروکربنها، کاروتنوئیدها و ویتامینهای محلول در چربی) |
بیشتر لیپیدهای موجود در مواد غذایی از نوع آسیلگلیسرولها هستند. بر اساس ترکیب، لیپیدهای موجود در غذاهای گیاهی و حیوانی به دستههای زیر تقسیم میگردند:
۱. چربی شیر (Milkfat)
در شیر پستانداران یافت میشود و عمدتاً شامل اسید پالمیتیک، اولئیک و استئاریک است. در مقایسه با سایر لیپیدهای حیوانی، چربی شیر حاوی مقدار زیادی اسیدهای چرب کوتاهزنجیر (C4 تا C12)، مقادیر کمی اسیدهای شاخهدار یا با تعداد کربن فرد و مقداری پیوند ترانس است.
۲. لورئاتها (Laurates)
عمدتاً در گیاهان پالمی مانند نارگیل و باباسو وجود دارند و با مقدار بالای اسید لوریک (۴۰ تا ۵۰٪) مشخص میشوند. این روغنها دارای مقدار متوسطی از اسیدهای C6، C8 و C10 و مقدار کم اسیدهای چرب غیراشباع و نقطه ذوب پایین هستند.
۳. کره گیاهی (Plant Butter)
از دانههای گیاهان گرمسیری استخراج میشود و با محدودهی باریک نقطه ذوب مشخص میگردد. اگرچه مقدار اسیدهای چرب اشباع در آنها بیشتر از غیراشباع است، اما گلیسریدهای کاملاً اشباع در آنها دیده نمیشود. کره کاکائو مهمترین عضو این گروه است و در صنایع شکلات و شیرینی بسیار استفاده میشود.
۴. اولهئات–لینولئات
این گروه، فراوانترین گروه لیپیدهای موجود در طبیعت بوده و صرفاً در گیاهان یافت میشود. این دسته دارای مقدار بالای اسید اولئیک و اسید لینولئیک بوده و مقدار اسیدهای چرب اشباع در آنها معمولاً کمتر از ۲۰٪ است. روغن بادامزمینی، روغن ذرت، روغن زیتون، روغن نخل، روغن کنجد، روغن پنبهدانه و روغن آفتابگردان از جمله اعضای اصلی این گروه هستند.
۵. لینولِناتها
این دسته دارای مقادیر بالای اسید لینولنیک بوده و از جمله آنها میتوان به روغن سویا، روغن جوانه گندم و روغن بَشـتـرُم (Perilla) اشاره کرد.
۶. چربیهای حیوانی (Animal fats)
چربیهایی مانند پیه و دنبه که به عنوان چربی ذخیرهای در بدن جانوران وجود دارند. این گروه مقدار بالایی اسیدهای چرب C16 و C18 و مقدار متوسطی از اسیدهای چرب غیراشباع (عمدتاً اولئیک و لینولئیک) و مقدار کمی اسیدهای با تعداد کربن فرد را دربردارند. این چربیها به دلیل وجود میزان قابل توجهی تریآسیلگلیسرولهای کاملاً اشباع، نقطه ذوب بالایی دارند.
۷. روغنهای دریایی (Marine oils)
این روغنها غنی از اسیدهای چرب بلند زنجیر غیراشباع بوده و حاوی مقادیر چشمگیری ویتامین A و D میباشند. اسید ایکوزاپنتانوئیک (EPA) و دوکوزاهگزانوئیک (DHA) نمونههای معروف این گروهاند. به دلیل درجه بالای غیراشباعیت، این روغنها بسیار مستعد اکسیداسیون هستند.
۱.۳ توزیع اسیدهای چرب در لیپیدهای طبیعی
۱.۳.۱ نظریههای مربوط به الگوی توزیع اسید چرب در تریآسیلگلیسرولها
علاوه بر نوع و مقدار اسیدهای چرب، نحوه توزیع آنها در مولکول تریآسیلگلیسرول نیز بهطور چشمگیری بر خواص لیپید تأثیر میگذارد. در این خصوص نظریههای متعددی مطرح شده است که مهمترین آنها عبارتند از:
▪︎ نظریه توزیع یکنواخت یا وسیع (Even or Widest Distribution Theory)
این نظریه (Hilditch و Williams، ۱۹۶۴) بیان میکند که اسیدهای چرب تا حد امکان بهطور یکنواخت در تریآسیلگلیسرول توزیع میشوند.
به عنوان مثال، اگر یک اسید چرب (S) کمتر از یکسوم کل اسیدهای چرب موجود باشد، نباید بیش از یک بار در هیچ تریآسیلگلیسرول ظاهر شود و فقط مولکولهای XXX و SXX وجود خواهند داشت.
این نظریه در بسیاری از چربیهای طبیعی (بهخصوص چربیهای حیوانی) صادق نیست و امروزه معتبر تلقی نمیشود.
▪︎ نظریه توزیع تصادفی (Random Distribution Theory)
بر اساس این نظریه، اسیدهای چرب بهطور کاملاً تصادفی هم در داخل هر تریآسیلگلیسرول و هم بین مولکولها توزیع میشوند.
مثلاً اگر یک چربی حاوی ۸٪ پالمیتیک (P)، ۲٪ استئاریک (St)، ۳۰٪ اولئیک (O) و ۶۰٪ لینولئیک (L) باشد، ۶۴ تریآسیلگلیسرول مختلف میتواند وجود داشته باشد.
▪︎ نظریه تصادفی محدود (Restricted Random Theory)
Kartha (۱۹۵۳) پیشنهاد داد که در چربیهای حیوانی، اسیدهای چرب اشباع و غیراشباع بهصورت تصادفی توزیع میشوند، اما تنها تا حدی که چربی در حالت مایع باقی بماند.
▪︎ نظریه ۱,۳-تصادفی – ۲-اختصاصی
(۱,۳-Random – 2-Random Distribution)
VanderAl و همکاران (۱۹۶۱) نشان دادند که ترکیب اسید چرب در موقعیت sn-2 با موقعیتهای sn-1 و sn-3 متفاوت است و دو موقعیت ۱ و ۳ ترکیب مشابهی دارند. این نظریه برای پیشبینی دقیق تریآسیلگلیسرولهای گیاهی کاربرد زیادی دارد.
▪︎ نظریه ۱-تصادفی – ۲-تصادفی – ۳-تصادفی
(۱-Random–2-Random–3-Random)
Tsuda (۱۹۶۲) پیشنهاد کرد که در چربیهای طبیعی، اسیدهای چرب بهصورت مجزا ولی تصادفی در هر سه موقعیت sn توزیع میشوند.
۱.۳.۲ توزیع موضعی اسیدهای چرب در چربیهای طبیعی
بهطور کلی، در چربیهای گیاهی حاصل از دانهها (seed fats)، موقعیت sn-2 بیشتر توسط اسیدهای چرب غیراشباع، بهخصوص لینولئیک، اشغال میشود، در حالیکه اسیدهای چرب اشباع عمدتاً در موقعیتهای sn-1 و sn-3 قرار دارند.
در چربیهای حیوانی، مقدار اسیدهای چرب اشباع در موقعیت sn-1 بیشتر بوده و ترکیب اسیدهای چرب در موقعیتهای sn-1 و sn-3 تفاوت بیشتری با هم دارند. برای مثال، در اکثر چربیهای حیوانی، اسید پالمیتیک عمدتاً در موقعیت sn-1 استریفیه میشود درحالیکه اسید میریستیک ترجیحاً در موقعیت sn-2 قرار میگیرد.
جدول 4-2 – توزیع موضعی اسیدهای چرب در تریآسیلگلیسرولهای برخی چربیهای طبیعی
(مقادیر به درصد مولی)
| منبع | موقعیت | 14:0 | 16:0 | 18:0 | 18:1 | 18:2 | 18:3 | 20:0 | 20:1 | 20:2 | 20:3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| نارگیل | 1 | – | 34 | 50 | 12 | 1 | – | – | – | – | – |
| 2 | – | 2 | 2 | 87 | 9 | – | – | – | – | – | |
| 3 | – | 37 | 53 | 9 | – | – | – | – | – | – | |
| بادامزمینی | 1 | – | 14 | 5 | 59 | 19 | – | 1 | 1 | – | 1 |
| 2 | – | 2 | – | 59 | 39 | – | – | – | – | 0.5 | |
| 3 | – | 11 | 5 | 57 | 10 | – | 4 | 3 | 6 | 3 | |
| سویا | 1 | – | 14 | 6 | 23 | 48 | 9 | – | – | – | – |
| 2 | – | 1 | 22 | 70 | 7 | – | – | – | – | – | |
| 3 | – | 13 | 6 | 28 | 45 | 8 | – | – | – | – |
| منبع | موقعیت | 14:0 | 16:0 | 18:0 | 18:1 | 18:2 | 18:3 | 20:0 | 20:1 | 20:2 | 20:3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| گوشت گاو | 1 | 4 | 41 | 17 | 20 | 4 | 1 | – | – | – | – |
| 2 | 9 | 17 | 9 | 41 | 5 | 1 | – | – | – | – | |
| 3 | 1 | 22 | 24 | 37 | 5 | 1 | – | – | – | – | |
| گوشت خوک | 1 | 1 | 10 | 30 | 51 | 6 | – | – | – | – | – |
| 2 | 4 | 72 | 2 | 13 | 3 | – | – | – | – | – | |
| 3 | – | – | 7 | 73 | 18 | – | – | – | – | – |
📌 نکات مهم:
- در چربی خوک، الگوی توزیع اسیدهای چرب با سایر چربیهای حیوانی تفاوت دارد.
مثلاً اسید پالمیتیک بیشتر در موقعیت sn-2 دیده میشود، اسید استئاریک در موقعیت sn-1، اسید لینولئیک در sn-3، و اسید اولئیک در sn-1 و sn-3 قرار دارد. - در چربی شیر، اسیدهای چرب کوتاهزنجیر بهصورت اختصاصی به موقعیت sn-3 متصل میشوند.
- در روغنهای دریایی، اسیدهای چرب بلندزنجیر غیراشباع بیشتر در موقعیت sn-2 دیده میشوند.
۲. ویژگیهای فیزیکی لیپیدها
روغنها و چربیهای خالص، بیبو و بیرنگ هستند، اما چربیها و روغنهای فرآوریشده اغلب بهدلیل ناقصبودن مرحله بیرنگسازی (مانند باقیماندن کاروتنوئید یا کلروفیل)، دارای رنگ زرد مایل به سبز میباشند. بوی چربیها و روغنها معمولاً ناشی از وجود ناخالصیهای غیرلیپیدی یا محصولات حاصل از اکسیداسیون لیپید است.
۲.۱ ویژگیهای فیزیکی عمومی
۲.۱.۱ چگالی
چگالی اسیدهای چرب و گلیسرولها با افزایش طول زنجیر کربنی و کاهش درجه غیراشباعیت، کاهش مییابد.
در کل، اسیدها یا گلیسرولهایی که گروههای هیدروکسیل و کربونیل بیشتری دارند، چگالی بالاتری خواهند داشت.
لیپیدهای طبیعی مخلوطی از چندین آسیلگلیسرول هستند و درنتیجه رابطه بین چگالی و ترکیب شیمیایی بسیار پیچیده است.
چگالی لیپیدها در دمای محیط کمتر از آب بوده و با افزایش دما کاهش مییابد. تخمین زده میشود که در هنگام ذوب یک تریآسیلگلیسرول، چگالی آن حدود ۱۰٪ کاهش مییابد.
۲.۱.2 ضریب شکست (Refractive Index)
ضریب شکست لیپیدها با افزایش تعداد پیوند دوگانه و افزایش طول زنجیره بالاتر میرود.
بهطور کلی، ضریب شکست مونوآسیلگلیسرولها بیشتر از تریآسیلگلیسرول متناظر آنها است.
گاهی اوقات از ضریب شکست بهعنوان شاخصی برای تشخیص تقلب یا مخلوطکردن روغنها استفاده میشود.
۲.1.3 نقطه ذوب
نقطه ذوب اسیدهای چرب اشباع بهشدت با طول زنجیره کربنی مرتبط است؛ بهطور کلی هرچه طول زنجیره بیشتر باشد، نقطه ذوب بالاتر است.
- نقطه ذوب اسیدهای چرب غیراشباع کمتر از حالت اشباع بوده و به تعداد، موقعیت و پیکربندی پیوند دوگانه وابسته است.
هرچه تعداد پیوند دوگانه بیشتر باشد، نقطه ذوب پایینتر خواهد بود. - اسیدهای چرب شاخهدار (Branched-chain) نسبت به اسیدهای خطی، نقطه ذوب پایینتری دارند.
- وجود گروه هیدروکسیل باعث افزایش نقطه ذوب میشود (به دلیل ایجاد پیوند هیدروژنی).
برای آسیلگلیسرولها:
مونوآسیلگلیسرولها بالاترین نقطه ذوب را دارند → سپس دیآسیلگلیسرولها → در نهایت تریآسیلگلیسرولها
وجود اسیدهای چرب با پیکربندی ترانس باعث افزایش نقطه ذوب نسبت به فرم سیس میشود.
همچنین وجود پیوندهای دوگانه همConjugate باعث افزایش نقطه ذوب نسبت به پیوندهای غیر همجوار میشود.
لیپیدهای طبیعی مخلوطی از تریآسیلگلیسرولهای متفاوتاند؛ بنابراین نقطه ذوب آنها بهصورت دامنهای از دما (از شروع تا پایان ذوب) تعریف میشود.
۲.۱.۴ نقطه دود، نقطه اشتعال و نقطه احتراق
**نقطه دود (Smoke Point)** دمایی است که در آن یک لیپید شروع به تشکیل دود میکند، که این موضوع نشاندهنده آغاز تجزیه (decomposition) لیپید میباشد.
نقطه دود روغنها معمولاً در محدوده °C ۲۳۰–۲۰۰ قرار دارد.
نقطه اشتعال (Flash Point)، پایینترین دمایی است که در آن بخارات حاصل از یک مایع قابل اشتعال میتوانند با هوا ایجاد مخلوط قابلاشتعال نمایند.
نقطه احتراق (Fire Point) دمای بالاتری است که در آن بخار حاصل از لیپید پس از اشتعال بیش از ۵ ثانیه بهطور پیوسته میسوزد.
این سه ویژگی از پارامترهای مهم در تعیین کیفیت و خلوص روغنها محسوب میشوند و میتوان از آنها برای آشکارسازی وجود ناخالصیها استفاده کرد.
مثال: نقطه دود روغن تصفیهشده خوراکی معمولاً بالاتر از °C 240 است؛ اما وجود اسیدهای چرب آزاد باعث کاهش چشمگیر آن میشود.
۲.۲ پلیمورفیسم (Polymorphism) لیپید
۲.۲.۱ تبلور و چندشکلی
پلیمورفیسم به وجود فازهای بلوری متفاوت در مادهای با ترکیب شیمیایی یکسان گفته میشود، بهگونهای که تمام این فازها در هنگام ذوب به یک فاز مایع واحد تبدیل میشوند.
هر فاز بلوری دارای پایداری، چگالی و نقطه ذوب متفاوتی است، و فازهای ناپایدار میتوانند، بدون ذوب شدن، به سمت فازهای پایدارتر تبدیل شوند.
مطالعات پراش پرتو X و طیفسنجی مادونقرمز نشان میدهد که تریآسیلگلیسرولها دارای سه فرم بلوری مهم هستند:
| فرم بلوری | ویژگی ساختار و خصوصیات |
|---|---|
| α (آلفا) | زنجیره اسیدهای چرب بهصورت نامنظم چیده شدهاند → چگالی، پایداری و نقطه ذوب پایین |
| β′ (بتاپرایم) | آرایش منظمتر نسبت به α → نقطه ذوب و چگالی بالاتر |
| β (بتا) | منظمترین حالت (زنجیرهها همجهت) → پایداری و نقطه ذوب بیشترین مقدار |
پلیمورفیسم به ترکیب اسیدهای چرب و توزیع آنها در تریآسیلگلیسرولها بستگی دارد.
بهطور کلی:
- چربیهایی که تنها از تعداد کمی از ترکیبهای تریآسیلگلیسرول تشکیل شدهاند، بهسرعت به فرم β پایدار تبدیل میشوند؛
- در حالیکه چربیهایی با انواع متعدد تریآسیلگلیسرول، آهستهتر و ابتدا به فرم β′ تبدیل میشوند.
مثالها:
| نوع چربی | فرم غالب |
|---|---|
| روغن سویا، بادامزمینی، ذرت، زیتون، نارگیل، گلرنگ، کره کاکائو، دنبه | β |
| روغن پنبهدانه، نخل، کلزا، چربی شیر | β′ |
۲.۲.۲ اثرات پلیمورفیسم در فرآیندهای غذایی
فرم بلوری لیپیدها میتواند بر ویژگیهای حسی و فیزیکوشیمیایی مواد غذایی تأثیرگذار باشد؛ بنابراین در فرآوری مواد غذایی باید شرایط به گونهای کنترل شود که فرم مطلوب بلوری ایجاد شود.
▪︎ مثال ۱: تولید روغن سالاد از روغن پنبهدانه
روغن باید در مرحلهای به نام زمستانهکردن (winterization) تحت سرمایش ملایم قرار گیرد تا بلورهای β تشکیل شده و سپس بهآسانی فیلتر شوند. اگر دما خیلی سریع پایین آورده شود، بلورهای ریز (فرم α یا β′) ایجاد شده و فیلتراسیون مشکل میشود.
▪︎ مثال ۲: مارگارین
کریستالهای فرم β′ باعث ایجاد بافت مطلوب و قابلیت گستردهشدن (قابلمالش) در مارگارین میشوند.
در فرآیند تولید، ابتدا روغن بهسرعت سرد میشود (تشکیل فرم α)، سپس در دمای کمی بالاتر نگهداری میشود تا α → β′ تبدیل گردد.
▪︎ مثال ۳: شکلات
شکلات باید در دمای حدود ۳۵ درجه سانتیگراد در دهان ذوب شود، بدون اینکه بافتی چرب یا دانهدار ایجاد کند.
برای رسیدن به این هدف، باید بلورهای فرم β در کره کاکائو تولید گردند. بنابراین:
۱. کره کاکائو تا بیش از ۵۵ °C کاملاً ذوب میشود
۲. سپس به آرامی تا ۲۹ °C سرد میشود (تشکیل بلور)
۳. سپس مجدداً تا ۳۲ °C گرم میشود تا انواع بلورهای α و β′ ذوب شده و تنها فاز β باقی بماند.
۲.۳ پلاستیسیتی (Plasticity)
چربیهایی مانند روغن خوک (lard) و کره که در دمای اتاق بهصورت جامد هستند، در واقع مخلوطی از روغن مایع و چربی جامد محسوب میشوند. تنها در دماهای بسیار پایین است که این لیپیدها کاملاً جامد میگردند. چنین سیستمهای یکنواختی از فاز جامد و مایع، چربیهای پلاستیک (Plastic Fats) نامیده میشوند.
چربیهای پلاستیک حتی در برابر اعمال نیروی خارجی، شکل خود را حفظ میکنند.
پلاستیسیتی چربی به عوامل زیر بستگی دارد:
| عامل | اثر |
|---|---|
| فرم کریستالی | کریستالهای β′ بهترین پلاستیسیتی را دارند (به دلیل به دام انداختن تعداد زیادی حباب هوای ریز). در مقابل فرم β حبابهای بزرگتری را در خود جای میدهد و پلاستیسیتی کمتری دارد. |
| دامنه نقطه ذوب | چربیهایی که دامنۀ وسیعتری از نقطه ذوب دارند، پلاستیسیتی بهتری نشان میدهند. |
| نسبت فاز جامد به مایع | اگر درصد فاز جامد بسیار بالا باشد → چربی سفت و شکننده است / اگر درصد فاز مایع خیلی زیاد باشد → چربی نرم و روان میشود و شکل خود را از دست میدهد. |
نسبت فاز جامد به مایع را شاخص چربی جامد (SFI) میگویند که از طریق اندازهگیری انبساط حجمی در دماهای مختلف تعیین میشود.
هرچه شیب منحنی ذوب (بین نقطه شروع و پایان ذوب) بیشتر باشد، دامنه پلاستیسیتی کمتر است و بالعکس.
با افزودن لیپیدهایی با نقطه ذوب متفاوت، میتوان دامنه پلاستیسیتی را تنظیم کرد.
۲.۴ امولسیونسازی لیپید و امولسیفایرها
۲.۴.۱ امولسیون (Emulsion)
امولسیونها سیستمهای پراکندهای متشکل از دو مایع نامخلوطشونده هستند.
در این سیستمها، یک فاز (فاز درونی یا پراکنده) بهصورت قطراتی با قطر ۰.۱ تا ۵۰ میکرومتر در فاز خارجی (فاز پیوسته) پراکنده است.
دو نوع امولسیون رایج عبارتاند از:
| نوع امولسیون | مثال |
|---|---|
| روغن در آب (O/W) | شیر |
| آب در روغن (W/O) | خامه |
امولسیونها از نظر ترمودینامیکی ناپایدارند و ممکن است بر اثر شرایط مختلف دچار تخریب شوند:
| نوع ناپایداری | توضیح |
|---|---|
| Creaming | مهاجرت فاز پراکنده بهسمت بالا یا پایین (به دلیل اختلاف چگالی) |
| Flocculation | تجمع قطرات بدون ادغام (غشاها سالم میمانند) |
| Coalescence | ادغام قطرات و پارهشدن غشا → کاهش سطح بینفازی |
امولسیفایرها (Emulsifiers) با قرار گرفتن در سطح مشترک آب/روغن و کاهش تنش بینسطحی، از پدیده Coalescence جلوگیری میکنند.
۲.۴.۲ امولسیفایرها
امولسیفایرها بر اساس ساختار/منشأ/قطبیت طبقهبندی میشوند. بهطور مثال:
| نوع | مثال |
|---|---|
| مونوگلیسریدها و مشتقات آنها | گلیسرول مونو استئارات |
| استرهای اسید چرب ساکارز | (Sucrose fatty acid ester) |
| استرهای اسید چرب سوربیتان | Span 80 / Span 60 |
| فسفولیپیدها | فسفاتیدیلکولین اصلاح شده (سویا) |
