الدهون والزيوت
الدهون والزيوت Fats & Oils
– الدهون والزيوت هي الأسترات الناتجة من تفاعل الأحماض الدهنية والكحولات الثلاثية الجليسرولات وتكون في الغالب متعادلة الشحنة (Neutral) وتدعى الجليسريدات الثلاثية.
– تعتمد الصفات الفيزيائية للدهون والزيوت على طول سلسلة الحامض الدهني وعدد الروابط المزدوجة فيه كما أن اسم الجليسرين يعتمد على حالته الفيزيائية كما يلي:
(1) يدعى زيتاً إذا كان سائلاً في درجة حرارة المختبر (Oil).
(2) ويسمى دهناً إذا انصهر دون درجة 45°م (Fat).
(3) كما يكون شحماً إذا زادت درجة انصهاره عن 50°م (Grease).
– ومن المؤكد أن الاختلاف في الحالة الفيزيائية للزيوت عن كل من الدهون والشحوم هو احتوائها على نسبة عالية من الأحماض الدهنية غير المشبعة والتي تكون أكثر فائدة من الحوامض المشبعة.
– تتكون الجليسريدات من تفاعل ثلاث جزيئات من حامض دهني مع الجليسرول (جليسريدات بسيطة Simple) أو من تفاعل جزيئات من حوامض دهنية مختلفة الجليسرول (جليسريدات مختلطة Mixed)
– عند التسمية يذكر مع موقع ذرات الجليسرول حيث تكون الأولى والثالثة (الفا – α) في حين تكون الذرة الثانية (الوسطية) بيتا – β ويذكر بعدها اسم الحامض الدهني المرتبط بها.
– الجليسريدات البسيطة المتناظرة مثل:
– أما الجليسريدات المختلطة فيكون تسميتها كالآتي:
– يبلغ عدد الدهون المعروفة بحدود (600) ستمائة دهن 70% منها من أصل نباتي و 30% الباقية من أصل حيواني وجميعها تحتوي وبنسب متفاوتة على أحماض مشبعة وغير مشبعة تكون مهمتها الأساسية توليد الطاقة والحفاظ على حرارة جسم الكائنات الحية إضافة إلى تكوين الخلايا الدهنية.
– الدهون والزيوت عديمة اللون والطعم والرائحة كما أن كثافتها تكون أقل من الماء ولا تذوب في الماء بل تذوب في المذيبات العضوية كالكحول والايثر.
التفاعلات الكيميائية للدهون والزيوت
أولاً/ التحلل المائي: Hydrolysis
(1) التحلل المائي بالأنزيمات Enzymatic hydrolysis:
– تتحلل الجليسريدات الثلاثية بوجود أنزيمات اللايبيز (Lipases) حيث يتعرض الأنزيم للجليسريد ويقوم بكسر روابط α” – ،α تاركاً موقع β ليعطي في النهاية الجليسرول والحوامض الدهنية الثلاث.
(2) التحلل المائي الحامضي Acidic hydrolysis
– عند وجود حامض الكبريتيك أو حامض سلفوني (طريقة تويجل Twitchell Process) فأن الدهون والزيوت وبمساعدة الماء في أوعية مغلقة تتحول إلى الجليسرول والحوامض الدهنية (والتي غالباً ما تكون شحوم حيوانية).
(3) التحلل المائي القلوي (الصوينة) Alkaline hydrolysis – Saponification
– تتحول الجليسريدات الثلاثية بوجود القاعدة القلوية (هيدروكسيد الصوديوم أو هيدروكسيد البوتاسيوم) وبالتسخين إلى أملاح الحوامض الدهنية (الصابون).
– الصابون عادة (الصلب) ينتج من التحلل القاعدي للجليسريدات الثلاثية وبوجود هيدروكسيد الصوديوم. بينما ينتج التحلل القاعدي باستخدام هيدروكسيد الكالسيوم صابوناً طرياً.
– الجليسريدات المستخدمة في صناعة الصابون الصلب هي ستيارات أو بالميتات الجليسريد مع محلول هيدروكسيد الصوديوم. ويختلف الصابون الناتج فيما بینه باستخدام المعقمات (الكحول) أو العطور أو الألوان.
ثانياً/ الأكسدة والتحلل الحراري Oxidation & Pyrolysis:
– تتأثر الزيوت والدهون بالحرارة العالية حيث تتبلمر قسماً منها وتزداد لزوجتها أو تفقد البعض منها الماء (dehydration) أو تتكسر وتتفكك في الحرارة العالية جداً حيث تتحول جزيئة الكليسرول إلى مركب الأكرولين ذو الرائحة المهيجة للعيون أو الهيدروكربونات.
ثالثاً/ الهدرجة Hydrogenation
(1) هدرجة الدهون غير المشبعة
– تدخل الدهون غير المشبعة في تفاعلات الهدرجة بسهولة لاحتوائها على روابط مزدوجة. وتتحول إلى الدهون المشبعة الصلبة لذلك فأن الكثير من الدهون السائلة (الزيوت). والتي يمكن أن تتلف وتتأكسد بسهولة يمكن الحفاظ عليها من التزرنخ (Rancidity) وإعطائها شكل صلب مقبول ورائحة طيبة بهدرجتها لأنها ستكون دهون مشبعة مستقرة.
– وقد تطور علم الكيمياء والطرق المستخدمة في الهدرجة بحيث يمكن للصناعيين أن يختاروا الروابط المزدوجة التي يتطلب هدرجتها. وذلك باستخدام العوامل المختزلة وكذلك العوامل الحفازة إضافة إلى اختيار ظروف التفاعل من حرارة وضغط (الهدرجة الانتقائية Selective hydrogenation).
– ولكن للهدرجة بعض السلبيات حيث لا يحتوي الدهن المهدرج على الحوامض الدهنية الأساسية إضافة لفقدانه الفيتامينات A, D, E, K.
– كما يمكن أن تنتج من خلال الهدرجة بعض نظائر الحوامض الدهنية والتي من الممكن أن تؤدي إلى بعض التأثيرات البيولوجية والمرضية.
(2) هدرجة مجموعة الأستر Ester group hydrogenation
– عند تغير العامل الحفاز في هدرجة الدهون غير المشبعة من فلز النيكل إلى كروميت النحاس (CuCr2O4-CuO) تحت حرارة 150مo وضغط 340 جو فإن الروابط المزدوجة لا تتأثر وإنما تتحول الأستر إلى الجليسرول والكحولات المقابلة للحوامض المتفاعلة في بداية تفاعل الأسترة.
طرق الكشف والتشخيص على الدهون والزيوت Identification of Oils & fats
– تتميز الدهون والزيوت بوجود مجموعة فعالة هي مجموعة الأستر. وإذا كانت هذه الدهون والزيوت غير مشبعة فهنالك مجموعة فعالة أخرى وهي الرابطة المزدوجة. لذلك فأن تشخيص هذه الأسترات ستتم من اختيار تفاعلات تشمل هاتين المجموعتين الفعالتين.
(1) كشف عدم الإشباع / رقم اليود .Iodine No
– يتفاعل اليود مع الرابطة المزدوجة في تفاعل إضافي وبشكل وزني محدد يمكن من خلاله معرفة عدد الروابط المزدوجة في الزيت أو الدهون، فالرابطة الواحدة تتفاعل مع وزن جزيئي من اليود كما في المعادلة التالية:
– رقم اليود هو جرامات اليود التي تضاف إلى 100 جم من الزيت أو الدهن في الظروف القياسية. ويعتبر دالة على عدم الإشباع من خلال اختفاء لون اليود الأحمر، كما يزداد عدد اليود كلما زادت الروابط الثنائية.
(2) رقم الصوبنة .Saponification No
– يعرف رقم الصوبنة بأنه عدد مليجرامات هيدروكسيد البوتاسيوم الذي يعادل الحوامض الدهنية الناتجة من التحلل القاعدي التام لجرام واحد من الزيت أو الدهن.
– لذلك فأن رقم الصوبنة يقل بازدياد الوزن الجزيئي للزيت أو الدهن مما يسهل معرفة الوزن الجزيئي أو الدهن أو الحوامض المكونة لهما.
(3) رقم الحامض Neutralization Equivalent Acid No
– تتحلل الزيوت أو الدهون مائياً وبمرور الوقت إلى الجليسرول والحوامض الدهنية (مشبعة أو غير مشبعة) مما يدلل على مسارها وتزرنخها.
– ولقياس ذلك فأن معايرة 1 جم من الزيت أو الدهن مع هيدروكسيد البوتاسيوم (بالملجرام) سوف يعطينا فكرة عن الحوامض الحرة أو المتحللة.
– كلما زاد رقم الحامض كان دليلاً على تحلل وزرنخة الدهن أو الزيت.
فساد الدهون والزيوت (التزرنخ) Rancidity
– تتعرض الزيوت أو الدهون (سيما غير المشبعة) إلى ظروف طبيعية مثل الأكسدة بالهواء أو الرطوبة أو الحرارة مما يؤدي إلى تحلل مجموعة الأستر مائياً لتعطي الحوامض الدهنية ذات الرائحة غير المستحبة أو تأكسد الرابطة المزدوجة أو ذرات الكربون المجاورة للمجاميع الفعالة ( مجموعة الكربوكسيل أو الرابطة المزدوجة) لتكوين مركبات الدهيد أو كيتون أو بيروكسيدات أو هيدروكربونات ذات رائحة كريهة.
– ولكن هنالك زيوت تقاوم الزرنيخة وتبقى محتفظة برائحتها ونكهتها مثل زيت السمسم.
– ولغرض منع التزرنخ تضاف مواد مانعة للأكسدة (Anti – Oxidant). مثل حامض المالييك والتوكوفيرول (المواد المشتقة من الهيدروكوينون). الذي هو فيتامين وبعض مشتقاته إلا أن هنالك بعض المحاذير من بعض هذه المركبات.
– تحتوي الزيوت أو الدهون بعض المركبات الكيميائية وبنسب قليلة جداً. مثل الستيرويدات والفيتامينات والهرمونات والاسترولات (الكوليسترول).
المراجع
- الكيمياء العضوية الإليفاتية – د/ عادل شاكر الطائي – دار المسيرة للنشر والتوزيع – عمان – الأردن – 2009
- Organic chemistry / L.G. Wade, Jr / 8th ed, 2013 / Pearson Education, Inc. USA
- Unergraduate Organic Chemistry /Dr. Jagdamba Singh, Dr. L.D.S Yadav / 1st ed, 2010/ Pragati prakashan Educational Publishers, India.
- Organic chemistry / William H. Brown , Christopher S. Foote , Brent L. Iverson , Eric V. Anslyn , Bruce M. Novak . ( sixth edition ) . United States
