Tuky

Klasifikácia tukov – príklady

Tuky možno rozdeliť podľa ich fyzikálneho stavu, pôvodu a chemickej povahy. Z hľadiska fyzikálneho stavu môže byť tuk pevný (napr. kokosové maslo, bravčová masť alebo loj) alebo tekutý (sójový olej, olivový alebo rybí olej). Fyzikálny stav naznačuje aj ďalšie delenie: uhľovodíková časť tuhých tukov obsahuje iba nasýtené väzby, zatiaľ čo tekuté tuky obsahujú aj nenasýtené väzby. Prítomnosť dvojitých väzieb ovplyvňuje ohyb uhlíkového reťazca, čo následne znižuje zbaľovanie molekúl a tým aj ich hustotu. Prirodzene sa vyskytujúce nenasýtené tuky majú štrukturálnu „-cis“ geometriu, ale pri tepelnom spracovaní sa transformujú na „-trans“ izoméry, ktoré sú škodlivé pre ľudské zdravie. Chemická povaha tukov sa môže tiež meniť v zmysle prítomnosti alebo neprítomnosti konkrétnych väzieb v štruktúre. Nasýtené tuky obsahujú iba nasýtené väzby, ako v prípade bravčovej masti, loja alebo masla, zatiaľ čo nenasýtené väzby možno nájsť v sójovom oleji, olivovom alebo rybom oleji. Tretia dôležitá klasifikácia je podľa pôvodu: tuky môžu pochádzať z rastlín alebo zvierat.

Pôvod tukov

Najbežnejšími lipidmi sú živočíšne tuky a rastlinné oleje. Napriek značným rozdielom vo vzhľade a fyzickom stave sú ich štruktúry veľmi podobné. Živočíšne tuky sú pevné (napr. maslo alebo bravčová masť), zatiaľ čo rastlinné oleje sú tekuté (ako je kukuričný olej alebo arašidový olej). Z hľadiska štruktúry a chemizmu molekúl sú živočíšne aj rastlinné tuky triacylglyceridy (TAG) – triestery glycerolu (glycerínu) s tromi molekulami karboxylových kyselín s dlhým reťazcom. Najvyššie množstvá rastlinných tukov obsahujú semená a dužina ovocia, zatiaľ čo živočíšne tuky sa nachádzajú najmä v bunkách a tukových tkanivách. Okrem dvoch najdôležitejších zdrojov tukov existujú aj umelo syntetizované tuky. Prírodné tuky sú výlučne zmesou mnohých esterov, zatiaľ čo syntetizované tuky pozostávajú iba z jednej chemickej zlúčeniny.

Základné fyzikálno-chemické vlastnosti tukov

Hoci zástupcovia tejto diverzifikovanej skupiny majú rôzne štruktúry, žiadny z nich sa nerozpúšťa vo vode. Vďaka svojej nepolárnej štruktúre sa však rozpúšťajú v populárnych organických rozpúšťadlách, ako je benzén, dietyléter, chloroform alebo acetón. Tuky v kombinácii s vodou vytvárajú emulzie, teda nerovnomerné zmesi, v ktorých je jedna kvapalina dispergovaná v druhej. Ich hustota je nižšia ako hustota vody, preto vytekajú na jej povrch. Ich špecifická hmotnosť je 0,910 až 0,996 g/ ^cm3 . Tuky žltnú, čo znamená, že produkujú chemické zlúčeniny škodlivé pre ľudské telo, ako je kyselina maslová, ktorá má nepríjemnú chuť a vôňu. Premena prebieha v aeróbnych podmienkach, vplyvom teploty a baktérií. Za normálnych podmienok, bez ohľadu na fyzický stav, tuky nemajú žiadny zápach, chuť ani farbu a vykazujú neutrálnu reakciu. Akákoľvek chuť alebo zápach môže pochádzať z prímesí alebo produktov rozkladu. Tuky sú neprchavé a horľavé, s nižšou výhrevnosťou okolo 38 J/g. Ich výhrevnosť je cca. 39 kJ/g, takže predstavujú vysokoenergetické rezervné materiály. Tuky sa získavajú esterifikáciou, ktorá prebieha priamo medzi karboxylovou kyselinou a alkoholom . Je to základná reakcia pre jednoduché a zložité lipidy, ale nie pre izoprenoidy. Esterifikácia prebieha vždy v kyslom prostredí a je reverzibilná. Prebieha podľa nasledujúcej reakcie: R ¹ COOH + R ² OH ↔ R ¹ COOR ² + H ₂ O

Správne tuky

Z hľadiska štruktúry ide o estery trihydroxyalkoholu (glycerolu) a rôznych mastných kyselín. Molekula glycerolu obsahuje tri esterifikovateľné hydroxylové skupiny, takže reakcia prebieha medzi jednou, dvoma alebo tromi skupinami (v závislosti od podmienok) a mastnou kyselinou. Produktmi takýchto premien môžu byť monoacylglyceroly, diacylglyceroly a triacylglyceroly, ktoré obsahujú jeden, dva alebo tri radikály mastných kyselín na molekulu. Všetky prírodné tuky sú triacylglyceroly, zatiaľ čo syntetické tuky sú zvyčajne monoacylglyceroly alebo niekedy diacylglyceroly. Príkladom vhodných tukov je glyceroltristearát , v ktorého molekule sú všetky tri hydroxylové skupiny esterifikované molekulami kyseliny stearovej.

Komplexné tuky

Komplexné tuky sú súčasťou bunkových membrán, ktoré podmieňujú ich správne fungovanie. Ich úlohou je zvyčajne tlmiť nárazy vnútorných orgánov a zabezpečovať tepelnú izoláciu. Delia sa do troch hlavných skupín: fosfolipidy, glykolipidy a steroidy. Možno ich rozlíšiť podľa prítomnosti konkrétnych atómov v ich molekulách. Fosfolipidy sú deriváty kyseliny fosfatidovej, glykolipidy obsahujú cukor a steroidy sú tvorené štyrmi susednými aromatickými kruhmi.

Jednoduché vs. zmiešané tuky

Vzhľadom na schopnosti troch kyslých radikálov prítomných v triacylglycerole môže štruktúra zahŕňať tri rovnaké alebo rôzne radikály mastných kyselín. Takto rozlišujeme jednoduché triacylglyceroly, ktoré obsahujú rovnaké radikály kyselín, a zmiešané triacylglyceroly, ktoré majú rôzne radikály kyselín. Vo väčšine prípadov majú prírodné tuky niekoľko rôznych kyslých radikálov, ide teda o zmiešané tuky. Z tohto dôvodu majú svoj vlastný izomériu, tj usporiadanie rôznych skupín na rôznych miestach prispieva k súčasnej prítomnosti ich troch polohových izomérov v prírode. Preto je kategória tukov existujúcich v prírode veľmi rozsiahla.

Hydrolýza tukov

Hydrolýza tukov je možná v dvoch rôznych variantoch. Voda spôsobuje kyslú hydrolýzu, zatiaľ čo zásadité prostredie má za následok alkalickú hydrolýzu. Kyslá hydrolýza produkuje glycerol a mastné kyseliny. Alkalická hydrolýza sa tiež označuje ako zmydelnenie. V dôsledku tejto reakcie získame glycerol (propán-1,2,3-triol) a soli mastných kyselín, ktorých radikály boli zložkami tuku podrobeného reakcii. Z chemického hľadiska sú bežne známymi mydlami sodné alebo draselné soli vyšších karboxylových kyselín a zvyčajne ich zmes, odkiaľ pochádza aj alternatívny názov alkalická hydrolýza tukov (zmydelnenie). Mechanizmus kyslej hydrolýzy tukov sa nelíši od hydrolýzy esterov. Proces začína protonáciou karbonylového atómu kyslíka s cieľom aktivovať molekulu, ktorá následne spôsobí pridanie nukleofilnej molekuly vody. Ďalším krokom je transformácia protónu a potom eliminácia molekuly alkoholu vrátane tvorby karboxylovej kyseliny. V konečnom štádiu sa reprodukuje kyslý katalyzátor.

Zmydelnenie tukov

Samotným mechanizmom je nukleofilná substitúcia, kde nukleofilným činidlom je hydroxidový anión. V počiatočnom štádiu sa pripája k atómu uhlíka karbonylovej skupiny tuku a mení svoj tvar z trigonálneho (hybridizácia sp ² ) na tetraedrický (sp ³ ). Potom sa alkoxylový ión oddelí od medziproduktu a vytvorí sa karboxylová kyselina, ktorá potom stratí protón a vytvorí karboxylátový anión. Abstrahovaný protón sa viaže na alkoxylový ión. V konečnom štádiu, po pridaní roztoku anorganickej kyseliny, sa karboxylovaný ión protónuje alebo sa pripojí sodný katión.

Detekcia tukov

1. Akroleínový test

Umožňuje rozlíšiť tuk od tukovej látky, ako je minerálny olej. Spočíva v zahriatí oleja v plameni horáka a transformáciou môžu vznikať výpary akroleínu so špecifickým zápachom. Akroleín (akrylaldehyd) je prchavý, nenasýtený produkt dehydratácie glycerolu. Okrem dráždivého zápachu má aldehyd schopnosť redukovať ióny striebra v alkalickom prostredí. Akroleín je bežný v prepálenom oleji, napríklad pri vyprážaní.

Úloha tukov v strave

V potravinárskom, kozmetickom a farmaceutickom priemysle sú tuky široko používané. Sú dôležitým prvkom výživy, pretože naše telo potrebuje vitamíny rozpustné v tukoch, ktorými sú vitamíny A, D, E a K. Okrem toho fungujú ako zásoba energie a predstavujú reaktant potrebný pri mnohých metabolických reakciách. Nenasýtené mastné kyseliny potrebné na suplementáciu (také, ktoré si naše telo nesyntetizuje) sú hlavne omega-3 a omega-6. Sú nevyhnutné pre správne fungovanie ľudského tela, napríklad preto, že prenášajú cholesterol alebo napomáhajú zrážaniu krvi. Zahŕňajú kyselinu α-linolénovú (ALA), kyselinu eikozapentaénovú (EPA), kyselinu dokosahexaénovú (DHA), kyselinu linolovú (LA), kyselinu gamalinolénovú (GLA) a kyselinu arachidónovú (AA, ARA). Každý z nich môžeme získať rozšírením našej stravy o vhodné tuky.

Hydrogenácia tekutých tukov

Hydrogenácia tukov je reakcia používaná napríklad na výrobu margarínov alebo tukov na vyprážanie. Dvojité väzby medzi atómami uhlíka, ktoré existujú v rastlinných olejoch, môžu byť katalyticky redukované. Najčastejšie, aby sme vyrobili zmes tukov vhodnej konzistencie, používame tekuté oleje ako sójový, kokosový alebo bavlnený olej.