Λίπη και έλαια 🫒

Τι είναι τα λιπίδια

Όταν ένας ζωικός ή φυτικός ιστός εκχυλιστεί με έναν μη πολικό διαλύτη (π.χ. αιθέρα, χλωροφόρμιο, βενζόλιο ή κάποιο αλκάνιο), ένα μέρος του ιστού διαλύεται μέσα σε αυτόν. Τα συστατικά που διαλύονται κάτω από αυτές τις συνθήκες ονομάζονται λιπίδια.

Τα λιπίδια δεν αποτελούν μία ενιαία χημική κατηγορία, αλλά μια μεγάλη ποικιλία διαφορετικών ενώσεων: καρβοξυλικά οξέα (ή λιπαρά οξέα), τριεστέρες της γλυκερίνης ή τριγλυκερίδια (ουδέτερα λίπη), φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια, κηρούς, τερπένια, στεροειδή και προσταγλανδίνες.

Στην ενότητα αυτή θα εξεταστούν τα σημαντικότερα θέματα που αφορούν τα λίπη και τα έλαια, δηλαδή τα πιο διαδεδομένα τριγλυκερίδια.

Λιπαρά οξέα και τριγλυκερίδια

Από το εκχύλισμα ενός ιστού, μόνο ένα μικρό μέρος αποτελείται από ελεύθερα καρβοξυλικά οξέα. Το μεγαλύτερο μέρος είναι εστέρες αυτών των οξέων με γλυκερίνη, γνωστοί ως γλυκερίδια ή τριγλυκερίδια, ή με πιο σύγχρονη ονοματολογία γλυκερυλοαλκανοϊκοί εστέρες. Τα πλέον συνήθη τριγλυκερίδια είναι εκείνα που προκύπτουν από καρβοξυλικά οξέα με μεγάλη ανθρακική αλυσίδα.

Τα τριγλυκερίδια αυτά είναι τα έλαια και τα λίπη φυτικής και ζωικής προέλευσης. Ανάμεσά τους περιλαμβάνονται πολλές ουσίες κοινής χρήσης, όπως το φυστικέλαιο, το ελαιόλαδο, το σογιέλαιο, το αραβοσιτέλαιο, το βούτυρο, το λαρδί και το ξύγκι.

• Όσα τριγλυκερίδια είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου ονομάζονται έλαια.
• Όσα είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου ονομάζονται συνήθως λίπη.

Τα καρβοξυλικά οξέα που προκύπτουν από την υδρόλυση των φυσικών λιπών και ελαίων έχουν συνήθως ευθεία αλυσίδα με άρτιο αριθμό ατόμων άνθρακα. Τα κυριότερα από αυτά έχουν 14, 16 και 18 άτομα άνθρακα.

Τα πιο συνηθισμένα λιπαρά οξέα

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τα πλέον συνήθη λιπαρά οξέα με τα αντίστοιχα σημεία τήξης τους, τα οποία, όπως θα δούμε παρακάτω, καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό και τη φυσική κατάσταση των εστέρων τους.

Παρατηρώντας τον πίνακα, διακρίνονται δύο κατηγορίες λιπαρών οξέων:

• Τα κορεσμένα λιπαρά οξέα (μυριστικό, παλμιτικό, στεατικό), που έχουν μόνο απλούς δεσμούς στην ανθρακική τους αλυσίδα και σχετικά υψηλά σημεία τήξης.
• Τα ακόρεστα λιπαρά οξέα (όπως το ελαϊκό οξύ), που περιέχουν έναν ή περισσότερους διπλούς δεσμούς στην ανθρακική τους αλυσίδα και έχουν αισθητά χαμηλότερα σημεία τήξης.

Υδρογόνωση των ελαίων

Επειδή τα ακόρεστα λιπαρά οξέα των ελαίων περιέχουν διπλούς δεσμούς, τα έλαια μπορούν να μετατραπούν σε στερεά λίπη με υδρογόνωση, δηλαδή με προσθήκη υδρογόνου στους διπλούς δεσμούς των ανθρακικών αλυσίδων τους. Η διαδικασία αυτή, γνωστή και ως σκλήρυνση των ελαίων, μετατρέπει τα ακόρεστα λιπαρά οξέα σε κορεσμένα (ή μερικώς κορεσμένα), ανεβάζοντας το σημείο τήξης του τριγλυκεριδίου και μεταβάλλοντάς το από υγρό σε στερεό.

Η αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού, αλλά και η διαπίστωση ότι τα κορεσμένα ζωικά λίπη πέρα από κάποιο όριο είναι επιβλαβή για την υγεία, οδήγησαν τόσο στην υδρογόνωση όσο και, κυρίως, στην εκτεταμένη χρήση των πολυακόρεστων ελαίων στη διατροφή.

Σαπωνοποίηση των τριγλυκεριδίων

Σαπωνοποίηση των τριγλυκεριδίων ονομάζεται η υδρόλυσή τους σε αλκαλικό περιβάλλον, δηλαδή παρουσία $NaOH$ ή $KOH$. Η αντίδραση αυτή δίνει ως προϊόντα γλυκερίνη και ένα μίγμα αλάτων μακράς ανθρακικής αλυσίδας καρβοξυλικών οξέων με νάτριο ή κάλιο. Το μίγμα αυτών των αλάτων αποτελεί τα σαπούνια, και οι αντιδράσεις σαπωνοποίησης είναι ακριβώς ο τρόπος με τον οποίο αυτά παρασκευάζονται.

Η γενική αντίδραση σαπωνοποίησης ενός τριγλυκεριδίου με $NaOH$ μπορεί να αποδοθεί ως εξής:

Πώς παρασκευάζονται τα σαπούνια

Η βιομηχανική παρασκευή των σαπουνιών ακολουθεί τα εξής στάδια:

1. Τα λίπη και τα έλαια βράζονται σε υδατικό διάλυμα $NaOH$, μέχρι να υδρολυθούν πλήρως.
2. Με προσθήκη $NaCl$ στο μίγμα, τα σαπούνια καθιζάνουν (διαδικασία γνωστή ως εξαλάτωση).
3. Μετά την απομάκρυνση των σαπώνων, η γλυκερίνη διαχωρίζεται από την υδατική φάση με απόσταξη.
4. Η προσθήκη αρωμάτων παράγει τα αρωματικά σαπούνια.
5. Η προσθήκη άμμου, $Na_2CO_3$ και άλλων πληρωτικών υλικών δίνει τα σκληρά σαπούνια.
6. Αν κατά την παρασκευή διοχετευθεί αέρας, παράγονται επιπλέοντα σαπούνια.

Απορρυπαντική δράση των σαπούνων

Τα σαπούνια είναι σχεδόν πλήρως αναμίξιμα με το νερό. Ο μηχανισμός με τον οποίο διαλύονται, όμως, δεν είναι μια απλή διάσταση σε ιόντα $RCOO^-$ και $Na^+$ — κάτι τέτοιο συμβαίνει μόνο σε πολύ αραιά διαλύματα. Κατά τη διάλυσή τους, τα σαπούνια σχηματίζουν μικκύλια, όπως συμβαίνει και στα κολλοειδή συστήματα. Τα μικκύλια των σαπούνων είναι συνήθως σφαιρικά συσσωματώματα καρβοξυλικών ιόντων, διασπαρμένα μέσα στην υδατική φάση.

Μέσα σε ένα μικκύλιο, τα καρβοξυλικά ιόντα διατάσσονται έτσι ώστε:

• το πολικό, αρνητικά φορτισμένο άκρο (η ομάδα $RCOO^-$) να κατευθύνεται προς την επιφάνεια του μικκυλίου, δηλαδή προς την υδατική (πολική) φάση — είναι το υδρόφιλο τμήμα του μορίου·
• η μη πολική ανθρακική αλυσίδα να κατευθύνεται προς το εσωτερικό του μικκυλίου, μακριά από το νερό — είναι το υδρόφοβο τμήμα του μορίου.

Τα ιόντα $Na^+$ διασπείρονται στην υδατική φάση ως μεμονωμένα, ενυδατωμένα ιόντα. Επειδή η επιφάνεια των μικκυλίων είναι αρνητικά φορτισμένη, τα μικκύλια απωθούνται μεταξύ τους και παραμένουν σε αιώρηση (διασπορά) μέσα στην υδατική φάση, χωρίς να συσσωματώνονται.

Συνθετικά απορρυπαντικά

Τα συνθετικά απορρυπαντικά δρουν με τον ίδιο μηχανισμό με τα σαπούνια. Δομικά, διαθέτουν κι αυτά μια μακριά, μη πολική κορεσμένη ανθρακική αλυσίδα με μια πολική ομάδα στο ένα άκρο της. Στα περισσότερα συνθετικά απορρυπαντικά, η πολική ομάδα είναι θειικός ή σουλφονικός εστέρας, ή θειικό άλας νατρίου, όπως στα παραδείγματα:

• $CH_3(CH_2)_νCH_2SO_2O^-Na^+$ (αλκυλοθειικό νάτριο)
• $CH_3(CH_2)_νCH_2OSO_2O^-Na^+$ (θειικοαλκυλονάτριο άλας)
• $CH_3CH_2(CH_2)_νCH_2-C_6H_4-SO_2O^-Na^+$ (αλκυλοβενζολοθειικό νάτριο)

Στα τυπικά απορρυπαντικά, το ν παίρνει τιμές από 10 έως 14.

Βιολογικός ρόλος των λιπών και ελαίων

Ο κυριότερος ρόλος των λιπών στη διατροφή των θηλαστικών είναι ότι αποτελούν πηγή χημικής ενέργειας. Όταν τα γλυκερίδια μεταβολιστούν στον οργανισμό, δηλαδή μετατραπούν σε $CO_2$ και $H_2O$, αποδίδουν διπλάσιο αριθμό θερμίδων ανά γραμμάριο σε σύγκριση με τα σάκχαρα. Αυτό οφείλεται κυρίως στη μεγάλη αναλογία δεσμών C–H που περιέχουν ανά μόριο.

Τα γλυκερίδια είναι κατανεμημένα σχεδόν σε όλα τα κύτταρα του σώματος, αποθηκεύονται όμως κυρίως ως σωματικό λίπος σε ειδικό συνδετικό ιστό, γνωστό ως λιπώδης ιστός. Στον ανθρώπινο οργανισμό, τα τριγλυκερίδια μπορούν να συντεθούν και από τα τρία βασικά είδη τροφών: τις πρωτεΐνες, τα σάκχαρα και, κυρίως, τα λίπη και τα έλαια.

Ιστορικά, οι καταναλωτές στην Ευρώπη και στην Αμερική προτιμούσαν τα ζωικά λίπη (π.χ. βούτυρο), τα οποία είναι στερεά επειδή βασίζονται κυρίως σε κορεσμένα λιπαρά οξέα.

Η πέψη των λιπών

Κατά την πέψη, τα λίπη και τα έλαια δεν υδρολύονται ούτε στο στόμα ούτε στο στομάχι. Το ένζυμο λιπάση, που εκκρίνεται από το πάγκρεας, καταλύει την υδρόλυση του εστερικού δεσμού στο λεπτό έντερο. Το ένζυμο αυτό, όμως, είναι διαλυτό στο νερό, σε αντίθεση με τα λίπη. Με τη βοήθεια των χολικών αλάτων, που εκκρίνει το συκώτι, επιτυγχάνεται ο κατακερματισμός των σταγόνων του λίπους σε πάρα πολύ μικρά σταγονίδια, τα οποία αποκτούν μεγάλη συνολική επιφάνεια και επιτρέπουν στο υδατοδιαλυτό ένζυμο να δράσει αποτελεσματικά πάνω τους.