Đề tài Đặc tích của lipid trong hạt có dầu

Trang 1  ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍCH CỦA LIPID TRONG HẠT CÓ DẦU Trang 2 MỞ ĐẦU Công nghiệp sản xuất dầu thực vật rất quan trọng, sản lượng về dầu thực vật nói riêng và chất béo nói chung trên thế giới không ngừng tăng lên. Lipit là thành phần rất quan trọng trong cơ thể người, về mặt y học, nếu cơ thể thiếu chất béo thì nó sẽ sử dụng chất béo có trong các mô dự trữ làm cho cơ thể sút cân, gầy yếu. Dầu thực vật là một loại thức ăn cung cấp năng lượng lớn gấp hai lần so với gluxit, nó có thể sử dụng ở dạng nguyên chất hay chế biến. Dầu thực vật còn được ứng dụng trong các ngành công nghiệp như công nghiệp xà phòng, sơn, vecni, sản xuất glyxêrin... Ngoài ra, khô, bả dầu thải ra trong công nghiệp sản xuất dầu thực vật có thể sử dụng để làm nước chấm, thức ăn gia súc, phân bón. Nguyên liệu dầu thực vật là những loại thực vật mà ở một phần nào đó của nó có tích tụ một lượng dầu lớn đủ để khai thác được ở qui mô công nghiệp với hiệu quả kinh tế cao (lạc, dừa, đậu nành...). Các loại hạt có dầu đóng một vai trò rất quan trọng. Hơn thế nữa nước ta có khí hậu nhiệt đới thuận lợi cho việc trồng trọt và khai thác hạt có dầu phục vụ cho ngành công nghiệp chế biến dầu trong nước. Với đề tài “ Đặc tính của lipid trong hạt có dầu” nhóm chúng tôi sẽ giúp các bạn hiểu thêm về tính chất của lipid. Trong quá trình tìm hiểu đề tài không tránh khỏi những sai sót rất mong sự góp ý kiến của cô và các bạn, nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! Trang 3 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ..................................................................................... 1 MỤC LỤC.................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU CHUNG VỀ LIPID .............................. 4 1.1. Khái niệm chung về lipit ........................................................ 4 1.2. Vai trò và chức năng và tác dụng của lipit ............................. 4 1.2.1. Vai trò và chức năng của lipid ............................................. 4 1.2.2. Tác dụng của lipid .............................................................. 5 1.3. Thành phần hóa học của lipid .................................................. Chương 2: NGUYÊN LIỆU HẠT CHỨA DẦU .......................... 7 2.1 Định nghĩa hạt có dầu ............................................................. 7 2.2. Quá trình tạo thành dầu trong hạt có dầu ................................ 7 2.3 Phân loại ................................................................................. 8 2.3.1 Phân loại hạt có dầu theo hàm lượng acid béo ...................... 9 2.3.1.1 Nhóm acid lauric ................................................................. 2.3.1.2 Nhóm acid oleic và acid linoleic ........................................ 2.3.1.3 Nhóm acid linolenic ............................................................ 2.3.1.4 Nhóm acid eruxic ............................................................... 2.3.1.5 Nhóm bơ thực vật ............................................................... 2.3.2 Phân loại hạt theo nguồn gốc thực vật ................................ 10 2.3.2.1 Hạt chứa dầu (seed oils) .................................................. 11 2.3.2.2. Cây chứa dầu (oils from oil-bearing trees) .................... 11 Chương 3 ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA HẠT CÓ DẦU ............... 11 3.1 Tính chất vật lý chung của lipid trong hạt có dầu .................. 11 3.2 Tính chất vật lý của từng nhóm hạt có dầu ............................ 12 3.2.1. Nhóm acid lauric............................................................... 12 3.2.2. Nhóm bơ thực vật ............................................................. 13 3.2.3.Nhóm acid Oleic và Linoleic ................................................ 3.2.4. Nhóm acid Linolenic ........................................................ 13 3.2.5. Nhóm acid eruxic .............................................................. 14 Trang 4 Chương 4: ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CỦA LIPID TRONG HẠT CÓ DẦU .......................................................................... 16 4.1. Phản ứng xà phòng hóa ....................................................... 16 4.2. Phản ứng thủy phân ............................................................ 17 4.3. Phản ứng rượu phân (phân giải alcol) ................................. 18 4.4. Phản ứng cộng hợp ............................................................. 19 4.5. Phản ứng đồng phân hóa ..................................................... 20 4.6. Phản ứng oxi hóa ................................................................ 20 Kết luận ..................................................................................... 24 Tài liệu tham khảo ..................................................................... 25 Trang 5 CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU CHUNG 1. 1. Khái niệm lipit: Lipid là lớp hợp chất hữu cơ phổ biến trong tự nhiên và trong cơ thể động vật, thực vật và vi sinh vật. ở người và động vật chủ yếu ở các mô mỡ dưới da, ở óc, sữa,…ở thực vật chủ yếu ở cây, hạt có dầu (đậu nành, đậu phộng, thầu dầu, oliu, cọ, hướng dương, cám… ). Lipid có đặc tính không hoà tan trong nước, chỉ hoà tan trong các dung môi hữu cơ như ete, cloroform, benzen, cồn, aceton... (nhưng không phải mọi lipid đều hoà tan như nhau trong tất cả các dung môi nói trên, mà mỗi lipid hoà tan trong dung môi tương ứng của mình, nhờ đặc tính này người ta có thể phân tích riêng từng loại). Tên gọi lipid (bắt nguồn từ chữ Hy-lạp lipos: mỡ) dùng để chỉ chung các loại mỡ, dầu và các chất béo giống mỡ ở động vật và thực vật. Về mặt hoá học lipid là những este giữa alcol và acid béo điển hình là chất triglycerid. 1.2. Vai trò, chức năng và tác dụng của lipid 1.2.1. Vai trò và chức năng của lipid. Lipid đối với cơ thể sinh vật có nhiều ý nghĩa quan trọng:  Chức năng dự trữ năng lượng Lipid là chất dự trữ năng lượng, tiết kiệm thể tích nhất, khi oxy hoá 1 gam mỡ cơ thể thu được 9,3 Kalo. Đem so với lượng cảm của một gam đường hoặc Trang 6 protein (4,l Kcalll gam) thì lượng cam sản ra của lipid nhiều gấp đôi. Nhu cầu năng lượng hàng ngày của động vật do mỡ cung cấp khoảng 30% hoặc hơn nữa.  Chức năng cấu tạo màng tế bào Trong màng sinh học lipid ở trạng thái liên kết với protein tạo thành hợp chất lipoproteid chính nhờ tính chất của hợp chất này đã tạo cho màng sinh vật có được tính thẩm thấu chọn lọc, tính cách điện. Đó là những thuộc tính hết sức quan trọng của tế bào sinh vật.  Chức năng dung môi hoà tan vitamin Lipid là dung môi hoà tan nhiều loại vitamin quan trọng như vitamin A, D, K, E. Vì thế nếu khẩu phần thiếu lipid lâu ngày thì động vật dễ mắc bệnh thiếu vitamin kể trên.  Chức năng bảo vệ cơ học Lipid dưới da của động vật cố tác dụng gối đệm và giữ ấm cho cơ thể nhờ tính êm, dẫn nhiệt kém.  Chức năng cung cấp nước nội sinh Đối với loài động vật ngủ đông, động vật di cư, các loại sâu kén lipid còn là nguồn cung cấp nước, vì khi oxy hoá long mỡ thì có l07g nước được sinh ra. Ngoài ra, lipid còn có thể liên kết với nhiều chất đơn giản khác thành những phức hợp có tính chất sinh học khác nhau. Những phức hợp ấy giữ vai trò quan trọng trong các hoạt động về thần kinh và bắp thịt. Lipit góp phần tạo ra kết cấu cũng như tính cảm vị đặc trưng của rất nhiều thực phẩm 1.2.2. Tác dụng của lipid Chất béo cần thiết cho sự sốngcủa động vật và thực vật trong nhiều mặt. Chúng thường được biết đến như năng lượng từ thức ăn. Rất nhiều cơ quan trong cơ thể dự trữ thức ăn dưới dạng chất béo. Điển hình như các loại thực vật chứa Trang 7 đựng chất béo như một loại thức ăn trong thời kỳ phôi mầm.Ở ruột non nhờ tác dụng xúc tác của các enzyme lipaza và dịch mật chất béo bị thuỷ phân thành các acid béo và glyxerol rồi được hấp thụ vào thành ruột. Mỗi dạng chất béo thể hiện một phần quan trọng trong màng tế bào của cơ thể, giúp bảo vệ các tế bào sống. Màng tế bào giống nhau bao quanh cơ thể cùng với tế bào, giúp cho mỗi tế bào trong cơ thể có thể làm công việc mà không cần đến sự can thiệp không cần thiết của các tế bào khác. Chất béo không hòa tan với nước, nhưng chúng có khả năng hòa tan các chất khác như vitamin A, D, E, và K. Ngoài ra lipid còn có rất nhiều tác dụng khác cho cơ thể chúng ta như:  Ngăn ngừa xơ vữa động mạch  Điều hòa tính bền vững của thành mạch  Có liên quan đến cơ chế chống ung thư  Cần thiết cho các chuyển hoá các vitamin nhóm B  Chất béo tham gia vào cấu trúc của tất cả các mô  Thiếu acid béo omega-3 dẫn đến đến ảnh hưởng khả năng nhận thức, khả năng nhìn...  Trong cơ thể chất béo là nguồn dự trữ năng lượng lớn nhất. Chất béo tuy cần thiết nhưng nếu ta sử dụng quá mức sẻ rất có hại. Chất béo sẽ là kẻ thù nguy hiểm nếu ăn nhiều hoặc ăn không hợp lý chất béo dẫn đến tình trạng tăng hàm lượng triglyxerit, dẫn tới cơn đau thắt ngực, nhồi máu cơ tim, suy tim… Phần lớn các tổn thương mạch máu trong bệnh tiểu đường đều là hậu quả của việc rối loạn chuyển hóa lipid. Tác hại đặc trưng nhất của lipid là gây ra bệnh béo phì ở người. 1.3. Thành phần hóa học của lipid 1.2.1. Các thành phần chính Các acid béo Hợp chất béo có chứa các acid hữu cơ có số nguyên tử C trong mạch lớn hơn 4 được gọi là acid béo (fatty acid). Tùy thuộc vào chiều dài mạch carbon, các acid Trang 8 béo được chia làm 3 dạng chính: acid béo mạch ngắn (4-6 Carbon), acid béo mạch trung bình (8-14 C) và acid béo mạch dài (≥ 16 C); ngoài ra, tùy thuộc vào liên kết giữa các nguyên tử C trong mạch, acid béo cũng có thể được chia thành 2 loại chính: acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa. Có hơn 10 loại acid béo được tìm thấy chủ yếu trong thực phẩm (bảng 1.1). Acid béo bão hòa: Thuật ngữ “bão hòa” được sử dụng để chỉ sự thỏa mãn về hóa trị của nguyên tử C trong mạch acid (ngoài trừ C tạo nên gốc acid –COOH); nói cách khác, liên kết giữa các nguyên tử C trong mạch là liên kết đơn (liên kết σ). Ký hiệu: Cx:0 với x: số nguyên tử C trong mạch 0: không có sự tồn tại của liên kết đôi (liên kết π). Acid béo không bão hòa: Các acid béo có chứa liên kết đôi trong mạch carbon được gọi là acid béo không bão hòa. Trong tự nhiên, lượng acid béo không bão hòa chiếm tỷ lệ rất lớn. Hầu hết các acid béo có xu hướng hình thành liên kết đôi ở vị trí C số 9 và số 10 trong mạch. Mặc dù vậy, sự hình thành các liên kết đôi không bão hòa này cũng có thể được tìm thấy ở tất cả các vị trí trên mạch C, điều này làm gia tăng đáng kể lượng đồng phân của acid béo không bão hòa. Thêm vào đó, sự xuất hiện của liên kết đôi cũng giúp cho việc hình thành cấu hình cis- và trans- của acid béo, ảnh hưởng đến đặc tính sinh học của chúng. Ngoại trừ một số trường hợp đặc biệt, hầu hết các acid béo không bão hòa trong thực phẩm có cấu hình cis-; tuy nhiên quá trình tinh luyện dầu hay các quá trình tác động làm thay đổi đặc tính dầu mỡ (chế biến margarine, hydro hóa dầu) có thể làm chuyển đổi các acid béo không bão hòa có cấu hình cis- thành dạng đồng phân hình học trans-, đây cũng chính là mối nguy lớn cho việc gia tăng bệnh xơ vữa động mạch và bệnh tim. Ký hiệu: Các acid béo không bão hòa có thể được ký hiệu theo hai hệ thống: Hệ thống 1: Cx:y, zc (hoặc zt) với: x: số nguyên tử C trong mạch y: số liên kết đôi hiện diện z: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánh số bắt đầu từ C kế cận nhóm COOH) Trang 9 c,t: cis- hay trans- Theo hệ thống EEC (End-of-Carbon-Chain): (Cx:y,ωm) hay (Cx:y,nm); khi đó ω hay n: vị trí của liên kết đôi trong mạch C (đánh số ngược lại hệ thống 1, C1 là C bắt đầu của mạch C- nhóm CH3). Thí dụ: CH3-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-CH=CH-CH2-(CH2)6-COOH - Theo danh pháp IUPAC: 9,12,15-Octadecatrienoic acid - Tên thông thường: α-linolenic acid - Ký hiệu theo hệ thống 1: C18:3,9c,12c,15c - Ký hiệu hệ thống EEC: C18:3ω3 hay C18:3n3 Acid oleic (C18:1ω9) là acid béo có 1 nối đôi chiếm tỷ lệ lớn trong thành phần các acid béo (hơn 50%), acid này được tìm thấy trong hầu hết các loại dầu thực vật cũng như mỡ động vật. Bảng 1.1. Các acid béo chủ yếu trong thực phẩm - Acid béo không bão hòa mạch dài ω3 và ω6 Trang 10 Trong số các acid béo không bão hòa mạch dài, acid béo ω3 và ω6 là hai loại acid béo cần thiết và có giá trị dinh dưỡng cao nhất; các nghiên cứu cho thấy cơ thể người và động vật không thể tổng hợp các acid béo này, mà chủ yếu được cung cấp qua nguồn thức ăn - dầu thực vật. Acid linoleic (C18:2ω6) và acid α- linolenic (C18:3ω3) là hai acid quan trọng nhất đại diện cho nhóm này. Các acid béo thuộc nhóm ω3 và ω6 cũng có thể được hình thành nhờ vào quá trình biến đổi như kéo dài mạch carbon hay loại bão hòa (desaturation): acid arachidonic (AA, C20:4ω6), acid eicosapentaenoic (EPA, C20:5ω3), acid docosahexaenoic (DHA, C22:6ω3) (hình 1.1) Hình 1.1. Các biến đổi hình thành acid béo không bão hòa mạch dài (polyunsaturated fatty acid) Trang 11 Trong tự nhiên, AA cũng có thể tìm được trong thịt gà và một số động vật khác, EPA và DHA cũng tồn tại với lượng lớn trong cá và một số hải sản khác. Các nghiên cứu gần đây đã cho thấy các acid béo không bão hòa mạch dài này được xem là một trong những acid béo cần thiết và quan trọng nhất nhờ vào sự hình thành các hợp chất có đặc tính sinh học (eicosanoid) của chúng, giúp vô hoạt khả năng sinh cholesterol trong cơ thể người. Acid arachidonic được chuyển đổi nhờ enzyme thành các hợp chất như protaglandin, thromboxan, leukotrien giúp cơ thể người thực hiện một số chức năng sinh lý. Thêm vào đó, các acid béo này còn có vai trò cần thiết cho sự phát triển, là hợp chất căn bản cho việc thành lập thành tế bào cũng như hình thành hợp chất cấu trúc cần thiết của phospholipid. Các acid béo có cấu trúc không đặc trưng (cấu trúc hiếm): Bên cạnh các acid béo bão hòa và không bão hòa thường gặp, trong thực phẩm còn xuất hiện một lượng acid béo với cấu trúc ít gặp hơn. Các acid này thường không có vai trò quan trọng trong thực phẩm, và chỉ tìm thấy ở một số nguồn đặc biệt, chủ yếu trong các loại rau. Khác với các acid béo thông thường, các acid béo dạng này thường không có cấu trúc mạch thẳng, chuỗi hydrocarbon được hình thành từ một hay nhiều nhóm methyl và ethyl: acid béo mạch nhánh. Các acid béo mạch nhánh hiện diện chủ yếu trong vi sinh vật và một lượng nhỏ được tìm thấy trong sữa và mỡ của động vật nhai lại (trâu, bò…). Trong số này, acid ricinoleic (12-hydroxy-9-octadecenoic acid) là hydroxy acid quan trọng nhất, đây là thành phần chính của dầu hải ly (castor oil). (ii) Triglycerid Triglycerid là sản phẩm được tạo thành từ phản ứng của một phân tử glycerol với ba (3) phân tử acid béo (hình 1.2). Tùy thuộc vào acid béo gắn vào các vị trí trên mạch C của glycerol sẽ xác định đặc tính và tính chất của triglycerid: - Triglycerid đơn giản: tạo thành từ 3 acid béo giống nhau. - Triglycerid phức tạp: do acid béo khác nhau Trên thực tế, dầu và mỡ đều là sản phẩm chủ yếu của triglycerid phức tạp. Sự phân bố của acid béo trong cấu trúc triglycerid đã được khám phá và nghiên cứu Trang 12 trong một thời gian dài, rất nhiều học thuyết khác nhau về khả năng liên kết này đã được đề nghị: - “Thuyết phân bố ngẫu nhiên”: sự phân bố acid béo vào các vị trí khác nhau trong triglycerid hoàn toàn theo ngẫu nhiên. - “ Thuyết phân bố cân bằng”: các acid béo có khuynh hướng phân bố rộng rãi ở tất cả các triglycerid. - “Thuyết phân bố ngẫu nhiên có giới hạn”: sự phân bố acid béo vào các vị trí khác nhau trong triglycerid cũng theo quy luật ngẫu nhiên, tuy nhiên có một vài điểm giới hạn đặc biệt xảy ra trong dầu thực vật và mỡ động vật . Thí dụ: ở dầu thực vật, các acid béo bão hòa có xu hướng ester hóa ở vị trí số 1 và 3; trong khi sự gắn kết các acid này thường xảy ra ở vị trí số 2 trong mỡ động vật (iii) Các thành phần phụ Các acid béo tự do và mono- , diglycerid Trong dầu mỡ, ngoại trừ thành phần chính là triglycerid còn có sự hiện diện của một lượng nhất định acid béo tự do (không liên kết với glycerl) và mono- , diglycerid. Trong cấu tạo của các mono- và diglycerid vẫn còn sự hiện diện của hai hay một nhóm hydroxyl (-OH), chúng được xem như dấu hiệu nhằm xác định sự tổng hợp không hoàn toàn triglycerid sinh học (quả chưa chín, hạt) hay dấu hiệu của quá trình phân giải lipid (lipolysis) sau thu hoạch do hoạt động của enzyme. Tuy nhiên, ngoài vai trò như chất chỉ thị chất lượng, mono- và diglycerid còn có một vai trò quan trọng đặc biệt nhờ vào khả năng liên kết mạnh của nó với các phần Trang 13 tử thân dầu và thân nước; chính vì thế mono- và diglycerid được sử dụng như một chất nhũ hóa trong rất nhiều thực phẩm. Bên cạnh mono- và diglycerid, acid béo tự do là sản phẩm cuối trong quá trình phân giải lipid, là giảm chất lượng dầu cụng như sản phẩm thực phẩm. Phospholipid Cấu trúc của một phospholipid (phosphatidylcholine) Trong hạt dầu bao giờ cũng có mặt phospholipid là một trong những thành phần lipid phức tạp chủ yếu, bao gồm khung glycerophosphate kết hợp với hai chuỗi acid béo dài đã được ester hóa ở vị trí C1 và C2, đồng thời một alcohol base gắn vào nhóm phosphate (hình 1.3). Trang 14 Phospholipid được phân thành 5 nhóm chính theo sự thay thế tự nhiên (X) trên acid glycerophosphoric:  Phospholipidic acid (PA): không có thành phần thay thế  Phospholipidyl ethanolamine (cephalin): PE  Phospholipidyl choline (lecithine): PC  Phospholipidyl serine: PS  Phospholipidyl inositol: PI Phospholipid là các hợp chất chứa dinh dưỡng dự trữ, cung cấp năng lượng cho các phản ứng trao đổi chất và tăng cường hô hấp của hạt. Trong công nghệ thực phẩm, phospholipid được sử dụng rộng rãi như một chất nhũ hóa , tác nhân kết dính (anti-spattering) và làm giảm độ nhớt trong nhiều thực phẩm. Nhiều hiệu quả đặc biệt của phospholipid đã được biết đến như ngăn cản hay chữa khỏi bệnh mất trí nhớ, viêm khớp và hàm lượng choloseterol trong máu cao. Tuy nhiên, cho Trang 15 đến ngày nay, các ích lợi của phospholipid về mặt dinh dưỡng đã không được khoa học chứng minh. Trong hạt dầu, phospholipid nằm ở dạng liên kết phức tạp với glucid, protid và chỉ có khoảng 30% ở dạng tự do. Do đặc tính tan trong chất béo, khi khai thác dầu thực vật, phospholipid sẽ có mặt trong dầu. Các hợp chất không có tính xà phòng hóa Các hợp chất không có tính xà phòng hóa thường có mặt trong dầu mỡ với vai trò quan trọng là: sterol, tocopherol, hợp chất màu, sáp, hydrocarbon và vitamin. Sterol: hợp chất hòa tan trong chất béo với cấu trúc căn bản từ steran (cyclopentanoperhydrophenantrene) (hình 1.4). Tùy theo nguồn gốc phát sinh, sterol được chia thành hai loại chính: sterol động vật (cholesterol) hay sterol thực vật (phytosterol: β-sitosterol). Hàm lượng sterol thay đổi trong khoảng từ 0,05-0,60%. Cholseterol được xem như một trong những nguyên nhân chính gây nên bệnh nhồi máu cơ tim. Chính vì thế, rất nhiều Trang 16 biện pháp làm giảm lượng cholesterol trong thực phẩm đã được nghiên cứu thành công trong những năm gần đây. Tuy vậy, cholesterol vẫn có một số chức năng cần thiết cho hoạt đống sống khi nó là thành phần chính của màng tế bào, chất dự đoán cho hoạt động của hormone steroid - hormone cần thiết cho quá trình lớn lên và phát triển của động vật hữu nhũ còn non. Tocopherol: Tocopherol là chất chống oxy hóa tự nhiên rất quan trọng thuộc họ phenolic. Tocopherol cũng có đặc tính tan trong dầu, thường tồn tại ở dạng tự do. Tùy thuộc vào cấu tạo khác nhau của tocopherol (hình 1.5) mà đặc tính tương ứng cũng thay đổi; phụ thuộc mạch C chính bão hòa hay chứa 3 liên kết đôi, và phụ thuộc vào số nhóm cũng như vị trí nhóm methyl gắn kết trên mạch nhánh; có 4 loại tocopherol khác nhau: α-tocopherol (5,7,8-trimethyl), β (5,7-dimethyl), γ (7,8-dimethyl) và δ (8-methyl). Hoạt tính chống