Выделение жирных кислот из растительных масел

сложных липидов, структурными компонентами которых являются фосфорная

кислота, насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, альдегиды, спирты,

азотистые основания и аминокислоты, связанные между собой простой эфирной

или амидной связью.( ( Следовательно, фосфолипиды являются сложными

эфирами многоатомных спиртов, но у них, в отличие от жиров, одна из

спиртовых групп связана не с жирной, а с фосфорной кислотой, которая в свою

очередь связана эфирными связями с азотистым основанием или аминокислотой.

Единой классификации фосфолипидов не существует. Фосфолипиды принято

делить на эфирные- и ацетальфосфолипиды. В состав первых входят высшие

жирные кислоты, в состав вторых - высшие жирные альдегиды.( (

Для практических целей удобно делить фосфолипиды на группы в

зависимости от состава спирта. По этому принципу различают

глицерофосфолипиды, диольные фосфолипиды, сфинголипиды. В построении

молекул первой группы участвует глицерин, второй - диолы, третьей -

сфингозин. Наиболее распространены фосфолипиды первой и третьей групп.

Глицерофосфолипиды иногда выделяют в самостоятельную группу сложных

липидов. Общая формула имеет следующий вид:

CH2 O R

R1 O CH O

CH2 O P OX

O

где R,R1 - ацилы или R= CH R2, а R1-ацил; Х - основание или

аминокислота, приведенные ниже:

|-CH2CH(NH2)COOH (СЕРИН) |фосфатидилсерин |

|-CH2 CH2 NH2 |фосфатидилэтаноламин |

|(ЭТАНОЛАМИН) | |

|-CH2 CH2NH(CH2) |фосфатидил - N-метилэтаноламин |

|(МЕТИЛЭТАНОЛАМИН) | |

|-CH2 CH2 N(CH2)2 |фосфатидил-N,N-диметилэтаноламин |

|(ДИМЕТИЛЭТАНОЛАМИН) | |

|-CH2 CH2 N(CH3)3 (ХОЛИН) |фосфатидилхолин |

Таким образом фосфолипиды представляют собой амфипатические молекулы,

т. е. У них есть гидрофильный («любящий воду» или полярный) и

гидрофобный(«боящийся воды» или неполярный)концы: ( (

холин

полярная

фосфат

голова

глицерин

неполярный хвост

Такое строение молекулы обуславливает поведение фосфолипидов в водных

растворах. Длина хвостов варьируется от 14 до 24 атомов углерода в цепи.

Один из хвостов, как правило, содержит одну или более цис-двойных связей.

Как показано на рисунке, каждая двойная связь вызывает появление изгиба в

хвосте.( (

Большая часть жирных кислот фосфолипидов содержит четное число

углеродных атомов. Состав жирных кислот фосфолипидов растений отличается

повышенным содержанием ненасыщенных кислот, животных - насыщенных.( (

Фосфосодержащие плазмалогены. Эта группа соединений присутствует

главным образом в фосфолипидах животных и человека. На их долю приходится

до 30-40 % фосфолипидов мозга, сердечной мышцы. Обнаружены они в составе

растений, микроорганизмов. Строение их может быть определено следующей

формулой:

O CH2 O CH CH R

R1 C O C H O

CH2 O P OX

O

где R,R1 - углеводородные радикалы; Х = CH2 CH2 N(CH3)3; CH2 CH2

NH3. ( (

Фосфолипиды являются обязательной составной частью растений и

животных. Их содержание колеблется в широких пределах. Особенно много из в

зерне и семенах растений. До 30 % фосфолипидов содержится в мозговой и

нервной ткани животных. В живых организмах фосфолипиды могут находиться как

в свободном виде, так и в виде комплексов с белками, восками и другими

веществами. Основные функции фосфолипидов приведены в Таблице 2.4.

Сфинголипидами называется группа сложных липидов, основой молекулы

которых являются алифатические аминоспирты, из которых наиболее

распространены сфингозин и церебрин.

СH3 (CH2)12 CH CH CH CH CH2OH СH3 ;

(CH2)12 CH2 CH CH CH CH2OH

OH NH2

OH OH NH2

сфингозин

церебрин (фитосфингозин)

С этим структурным стержнем молекулы связаны другие структурные компоненты

сфинголипидов - азотистые основания, фосфорная кислота, жирные кислоты и

др. Сфинголипиды делятся на две большие группы: фосфосодержащие

сфинголипиды и гликосфинголипиды. В состав первых входят остатки только

насыщенных кислот. Среди гликосфинголипидов различают цереброзиды (состоят

из остатков жирных кислот, гексоз и сфингозина), сульфолипиды и

ганглиозиды. Цереброзиды и ганглиозиды входят в состав липидов головного

мозга.( (

Вещества, обуславливающие окраску

жиров.

Окраска жиров от желтой до красной с различными промежуточными

оттенками обусловлена наличием в них каротиноидов. Каротиноиды всегда

содержатся в зеленых и желтых частях растений, а также во многих масличных

семенах. В животных жирах их содержание зависит от состава корма животных и

незначительно по величине.

В настоящее время известно около 100 каротиноидов. Их подразделяют на

собственно углеводородные соединения, называемые каротинами, и

кислородсодержащие производные (спирты, альдегиды, карбоновые кислоты и

др.), которые объединяют под общим названием ксантофилов.

В молекулах каротиноидов находится цепь атомов с длинной системой

сопряженных двойных связей и рядом ответвлений в виде метильных групп.

Примером может служить строение молекулы (-каротина:

CH3 CH3

CH3 CH3

C

C

CH2 C CH (CH C CH CH2) (CH CH C CH)2 CH C

CH2

CH3

CH3

CH2 C

CH3 C CH2

CH2

CH2

Желтый каротиноид желтка куриного яйца называют лутеином

(C40H54(OH)2), в кукурузе найден каротиноид зеексантин (C40H54(OH)2).( (

Вещества, обуславливающие вкус и запах жиров.

Вкус и запах жиров определяют путем дегустации. Жир очень долго

сохраняет свои специфические запах и вкус, если не происходит контакта с

окислителями и биохимическими агентами. Это обусловлено большой

абсорбционной способностью ацилглицеринов. Они легко поглощают и удерживают

пары летучих веществ. Из-за этой способности жир, хранящийся рядом с

веществами, имеющими свой запах, легко приобретает его.

Вкус и запах жиров обусловлены смесью большого числа веществ,

принадлежащим к различным классам органических соединений. К ним относятся

терпены, насыщенные и ненасыщенные альдегиды и кетоны, летучие жирные

кислоты, сложные эфиры и др.( (

Таблица 2.4. Функции различных липидов, не относящихся к жирам или маслам.

( (

Воска.

Используются у растений и животных в качестве

водоотталкивающего покрытия;

Образуют дополнительный защитный слой на

эпидермисе некоторых органов растений,

например листьев, плодов и семян;

покрывают кожу, шерсть и перья;

входят в состав наружного скелета насекомых.

Из воска пчелы строят соты.

Фосфолипиды.

Компоненты мембран.

Стероиды.

Желчные кислоты входят в состав желчи;

Половые гормоны.

Холестерол (отсутствует у растений)

Витамин D

Сердечные гликозиды

Некоторые другие гормоны (кортизон).

Терпены.

Вещества, обуславливающие аромат эфирных масел

растений (ментол у мяты, камфора)

Гиббереллины - ростовые вещества растений

Фитол, входит в состав хлорофилла

Каротиноиды - фотосинтетические ферменты

Натуральный каучук - линейный полимер изопрена.

Липопротеины.

Входят в состав мембран

В форме липопротеинов переносятся с кровью и

лимфой липиды, т. е. липопротеины - это

транспортная форма липидов.

Гликолипиды.

Компоненты клеточных мембран, а также компоненты

мембран хлоропластов.

Карбоновые кислоты.

В жирах обнаружено свыше четырехсот карбоновых кислот различного

строения, однако большинство из них присутствует в очень незначительном

количестве. Наиболее распространенные в жирах кислоты (основные кислоты

жиров) содержат от 12 до 18 атомов углерода. Они часто называются жирными

кислотами. В состав многих жиров входят в небольшом количестве

низкомолекулярные кислоты (С2 - С10). Кислоты с числом атомов углерода выше

24 присутствуют в восках. Основные кислоты, содержащиеся в природных жирах,

приведены в таблице 2.5:

Таблица 2.5. Важнейшие жирные кислоты, выделенные из природных жиров.

| Кислота |число атомов | Формула|

| |углерода в | |

| |цепи | |

Предельные (жирные) кислоты

|арахиновая |C20 |CH3(CH2)18COOH |

|бегеновая |С22 |CH3(CH2)20COOH |

|каприловая |C8 |CH3(CH2)6COOH |

|каприновая |C10 |CH3(CH2)8COOH |

|капроновая |C6 |CH3(CH2)4COOH |

|лауриновая |C12 |CH3(CH2)10COOH |

|милиссиновая |С30 |CH3(CH2)28COOH |

|миристиновая |C14 |CH3(CH2)12COOH |

|монтановая |С28 |CH3(CH2)26COOH |

|пальмитиновая |C16 |CH3(CH2)14COOH |

|стеариновая |C18 |CH3(CH2)16COOH |

|церотиновая |С26 |CH3(CH2)24COOH |

Непредельные

кислоты

|арахидоновая |С20 |CH3(CH2)3 (CH2 CH CH)2 (CH2)7COOH |

|линолевая |C18 |CH3(CH2)4CH CHCH2CH CH(CH2)7COOH |

|линоленовая |C18 |CH3CH2CH CHCH2CH CHCH2CH CH(CH2)7COOH |

|олеиновая |C18 |CH3(CH2)7CH CH(CH2)7COOH |

|элеостеаринова|C18 |CH3(CH2)3CH CHCH CHCH CH(CH2)7COOH |

|я | | |

|эруковая |C22 |CH3(CH2)7CH CH(CH2)11COOH |

Оксикислоты

|рицинолевая |С18 |CH3(CH2)5-CHOH-CH2-CH CH-(CH2)7COOH |

Циклические кислоты

|чаллидгровая |С18 | |

| | |(CH2)12COOH |

Из непредельных кислот, содержащихся в природных жирах, наиболее

распространена олеиновая кислота. Во многих жирах она составляет больше

половины от общей массы кислот и лишь в немногих жирах ее содержится меньше

10 %; олеиновая кислота присутствует во всех исследованных жирах. Линолевая

и линоленовая кислоты присутствуют в значительных количествах в

растительных маслах, для животных организмов они являются незаменимыми

кислотами. В жирах животных присутствует арахидоновая кислота, содержащая

четыре двойные связи, в жирах рыб и морских животных обнаружены кислоты с

пятью, шестью и более двойными связями. ( ( Большинство ненасыщенных

кислот липидов имеет цис-конфигурацию, двойные связи у них изолированы или

разделены метиленовой группой (-CH2-). Кислоты, включающие окси-, кето-,

эпоксигруппы, в большинстве природных объектов встречаются в незначительных

количествах ( исключение - рицинолевая кислота, содержание которой в

касторовом масле достигает 85 %).

Из предельных кислот очень широко распространена пальмитиновая

кислота. Она присутствует во всех жирах, причем в некоторых ее содержание

превышает 10 - 15 % от общего содержания кислот. Широко распространены

стеариновая и миристиновая кислоты. Стеариновая кислота содержится в

больших количествах ( 25 % и более ) в запасных жирах некоторых

млекопитающих ( в овечьем жире ) и в жирах некоторых тропических растений,

например в масле какао.

Принято разделять кислоты, содержащиеся в жирах, на две категории:

главные и второстепенные кислоты. Главными считаются кислоты, содержание

которых в жире превышает 10 %.( (

Большинство жиров содержат две или три главные кислоты и некоторые

другие кислоты в меньшем количестве. Все кислоты распределены таким

образом, что образуется по возможности большее число смешанных глицеридов

(«принцип равномерного распределения»). Иными словами, каждая молекула

глицерида стремится к более гетерогенному составу. Например, масло какао

содержащее в качестве основных кислот пальмитиновую, стеариновую и

олеиновую в примерно равном молярном соотношении, состоит в большей степени

из олеопальмитостеарина, тогда как трипальмитин, тристеарин и триолеин

содержатся в незначительных количествах.

Липиды микроорганизмов.

В клетках микроорганизмов липиды выполняют самые различные

биологические функции. Они входят в состав клеточных мембран, митохондрий,

хлоропластов и других органелл. Липопротеиновые комплексы играют важную

роль в процессах метаболизма. С ними в значительной степени связаны

активный перенос различных веществ через пограничные мембраны и

распределение этих веществ внутри клетки.

С составом липидов во многом связаны такие свойства микроорганизмов

как термотолерантность и термофильность, кислотоустойчивость, вирулентность

и другие признаки. Кроме того в микроорганизмах липиды могут выполнять

функцию запасных продуктов. К таковым относится поли-(-гидроксимасляная

кислота, образуемая многими бактериями, и триацилглицерины, накапливаемые в

больших количествах некоторыми дрожжами и другими представителями грибов.

Систематическое изучение липидов микроорганизмов началось с

исследований дрожжей немецкими учеными Нэгели и Левом в 1878 г. Общее

количество липидов микроорганизмов колеблется от 0,2 до 10 % от абсолютно

сухих веществ клетки. Однако в условиях, благоприятных для накопления этих

продуктов метаболизма, содержание липидов может достигать 60-70 %.

Способностью к такому «сверхсинтезу» липидов обладают лишь некоторые

представители микроорганизмов. Некоторые виды приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6. Максимальное содержание липидов у некоторых микроорганизмов.

|микроорганизм |липиды по отн. к сухому |

| |веществу клеток, % |

|Actinomyces albaduncus |42-57 |

|Alcaligenes eutrophus |40-60 |

|Blaceslea trispora |54-56 |

|Cryptococcus terricolus |65-70 |

|Lipomyces lipoferus |50-63 |

|Mycobacterium smegmatic |35-36 |

Cостав липидов различных микроорганизмов очень неодинаков. У бактерий,

как правило, много фосфолипидов. Микобактерии содержат значительное

количество восков. Жирные кислоты у эубактерий обычно содержат от 10 до 20

атомов углерода (преимущественно 15-19). Микобактерии, коринебактерии и

нокардии содержат в составе липидов кроме обычных кислот, своеобразные,

характерные только для этих микроорганизмов миколовые кислоты,

представляющие собой высокомолекулярные (-гидроксикислоты с длинной

алифатической цепью в (-положении.

ЖКС липидов мицелиальных грибов во многом идентичен составу

растительных масел. В связи с этим грибные липиды могут найти применение в

различных отраслях народного хозяйства (сельское хозяйство, лакокрасочная

промышленность, производство медицинских препаратов). В последние годы

среди мицелиальных грибов обнаружены высокоактивные продуценты арахидоновой

кислоты и разработан способ ее трансформации в некоторые биологически

активные вещества.

Некоторые виды дрожжей и мицелиальных грибов обладают способностью

образовывать внеклеточные липиды. Их состав и причины образования до конца

не изучены. Фракционный состав внутренних липидов некоторых видов

дрожжей приведен в таблице.

Таблица 2.7. Состав дрожжевых липидов.

|фракция |Lipomyces starkeyi|Lipomyces |Sporobolomyces |

| | |lipoferus |roseus |

|фосфолипиды |2,2 |4,3 |3,3 |

|стерины |2,5 |5,3 |3,7 |

|моно- и |4,6 |5,7 |4,8 |

|диацилглицерины | | | |

|св. жирные |16,4 |2,6 |10,1 |

|кислоты | | | |

|триацилглицерины |71,4 |78,1 |72,2 |

|стерин. эфиры, |1,2 |1,7 |2,1 |

|воска | | | |

Как видно из таблицы, среди отдельных фракций дрожжевых липидов

наибольший удельный вес занимают триацилглицерины. Аналогичный фракционный

состав имеют липиды мицелиальных грибов и водорослей.

Из разных микроорганизмов дрожжи обладают рядом свойств (быстрота

роста , нетребовательность к составу среды и т. д.), позволяющих

рассматривать их как наиболее перспективный на ближайшее время источник

промышленного получения липидов. В качестве продуцентов липидов можно также

использовать мицелиальные грибы и микроформы водорослей. Известный интерес

( как источники специфических жирных кислот, фосфолипидов и восков)

представляют бактериальные продуценты.

Определение состава жиров и их

компонентов.

Знание количественного состава жиров, а именно процентного количества

выхода жирных кислот, глицерина необходимо при осуществлении ряда

технологических процессов, например омыления, получения жирных кислот и

глицерина.

Для характеристики состава жира прибегают к определению неомыляемых

веществ, общего содержания жирных кислот, ацилглицеринов, глицерина.( (

Сэмонс и другие отделяли жирные кислоты от неомыляемых веществ на

активной окиси алюминия, где затем метилировали их раствором сухого

хлористого водорода в безводном метаноле. Как показали исследования ВНИИЖ (

Всесоюзного научно-исследовательского института жиров), при выделении этим

способом свободных жирных кислот из окисленных жиров трудно очистить

препарат от некоторых окрашенных полярных продуктов.

Хорштейн и другие предложили более перспективное решение,

заключавшееся в том, что свободные жирные кислоты поглощались из раствора в

петролейном эфире сильноосновным аниоритом в ОН-форме. Поглощенные жирные

кислоты этерифицировали без предварительной десорбции метанольным раствором

сухого хлористого водорода. Позднее Биллс и другие разработали улучшенную

модификацию этого метода для анализа низших жирных кислот с использованием

для этерификации хлористого этила.

В настоящее время для определения состава жирных кислот используется

следующий метод: жир омыляют спиртовым раствором гидроксида натрия или

калия. Из мыльного раствора после удаления спирта жирные кислоты выделяют

водными растворами минеральных кислот (HCl, H2SO4), а затем экстрагируют их

петролейным эфиром. При этом в жире определяют общее содержание жирных

кислот.( ( В данной работе для выделения жирных кислот использовался

аналогичный метод, описанный в лабораторном практикуме по органической

химии (Москва 1996 г.).

В промышленности жирные кислоты получают окислением парафиновых

углеводородов кислородом воздуха при температуре 105-120 (С в присутствии

марганценатриевого катализатора.

Экспериментальная часть.

Получение высших жирных кислот из растительных жиров и масел основано

на следующей реакции:

O

CH2 O C C17H31 CH2 OH

CH O C C17H31 + 3KOH CH OH +

3 C17H31COOH

O

CH2 OH

CH2 O C C17H31

O

растительное масло

C17H31COOK + HOH C17H31COOH + KOH

Таблица 3.1. Свойства исходных веществ.

|Название |формула |молекулярна|температура|температура|плотность |

| | |я | | | |

| | |масса |плавления |кипения | |

|растит. | |878 | | |0,92 |

|масло | |(890) | | | |

|(саломас) | | | | | |

|гидроксид |КОН |56 | | | |

|калия | | | | | |

|этиловый |С2Н5ОН |46,07 |117,3 |78,37 |0,7893 |

|спирт | | | | | |

Таблица 3.2. Количества исходных веществ.

|Название |уравнение |методика | |

| |моль |г |г |мл |г\моль | |

|растит. масло | |878 |10(2) | |(0,0023| |

|(саломас) | |(890) | | |) | |

|гидроксид калия | |168 | |6(5) |(0,03) | |

|этиловый спирт |- |- | |5 | | |

При выполнении работы количества реактивов, данные в методике, были

изменены. Количества веществ, взятые для работы, указаны в скобках.

Теоретический выход:

-для растит. масла Т. В. =0,6469 г

-для саломаса Т. В.=0,6382 г

Схема прибора.

3. Омыление 2. выделение жирных кислот

НCl 10% раствор

водяная баня

водяная баня

делительная воронка

Главные этапы синтеза:

В круглодонную колбу на 50 мл, снабженную обратным холодильником,

помещают исходный жир и заливают 5 мл этанола. Затем в колбу наливают 5 мл

гидроксида калия и при кипячении ведут омыление в течении 1,5 часа. По

окончании омыления снимают холодильник и кипятят до полного выкипания

спирта. Затем содержимое колбы растворяют в 50(10) мл горячей воды и

полученный раствор переносят в фарфоровую чашку (на горячей бане). Для

перевода солей в свободные кислоты добавляют пять капель метилоранжа и 10%

раствор соляной кислоты до появления красной окраски. Жирные кислоты

отделяют на делительной воронке (воронка должна быть горячей), и остужают.

Фракционный состав выделенных высших жирных кислот определяют методом

газо-жидкостной хроматографии.

Практический выход:

- для растительного масла П. В. =0,52г, что составляет 81% от

теоретического выхода.

-для саломаса П. В.=0,5 г, что составляет 78% от Т. В.

|дата |№ опыта |количество реагентов |время, |П. В. |

| | |масло |спирт |КОН | | |

|23.04.97|1 |2 г |5 мл |5 мл |1,5 ч |81% |

|30.04.97|2 |2 г |5 мл |5 мл |1,5 ч |78% |

После

выделения жирных кислот была сделана хроматография

на бумаге:

Хроматограмма

растительного масла показывает, что гидролиз

прошел полностью. О

прохождении гидролиза можно судить

по значению коэффициента

Rf. Для исходного растительного

масла (слева) Rf =0,58,

для смеси жирных кислот (справа)

Rf = 0,346.

Фракционный состав выделенных жирных кислот показан на газо-жидкостной

хроматограмме:

Выводы:

Техника

безопасности.

1. Работать в лаборатории разрешается только в холатах.

2. При работе с едкими веществами (кислоты, щелочи, фенол, металлический

натрий) следует защищать глаза очками, а руки - резиновыми перчатками.

3. В каждой лаборатории следует иметь аптечку для оказания первой помощи

при несчастных случаях. В ней должны находиться: этиловый спирт,

гидроскопичный спиртовой раствор иода, мазь от ожогов, спиртовой раствор

соды, раствор уксусной кислоты.

4. Легко воспламеняющиеся жидкости должны храниться в лабораториях в

толстостенных банках плотно притертыми пробками. Химические реактивы,

неустойчивые к действию света, хранить в шкафах со стенками из темного

стекла.

5. Водный аммиак, кислоты, щелочи, другие опасные вещества следует

приливать только под тягой.

6. Соляная кислота. При попадании на кожу вызывает ожоги разной степени.

Необходимо промыть пораженное место проточной водой, затембикарбонатом.

7. Гидроксид калия. При попадании на кожу промыть пораженное место водой

(как можно большим количеством), затем 1% раствором уксусной кислоты.

Попадание на роговицу глаз особенно опасно. Надо промыть глаза большим

количеством воды, закапать по капле касторового масла, как можно быстрее

обратиться к врачу.

Список

литературы.

1. З. А. Аркадьева , А. М. Безбородов «Промышленная микробиология», Высшая

школа 1989г

2. Лабораторный практикум по органической химии, Москва 1996г

3. Б. Албертс, Д. Брей, Дж. Льюис «Молекулярная биология клетки», «Мир»

1994г

4. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор «Биология», «Мир» 1993г

5. А. Е. Степанов, Ю. М. Краснопольский «Физиологически активные липиды»,

Наука 1991

6. А. П. Нечаев «Органическая химия», 1985г

7. Н.А. Головкин, Р.Л. Перкель «Анализ свободных жирных кислот в природных

жирах методом газо-жидкостной хроматографии» в «Трудах ВНИИЖ» выпуск 27,

1970г

8. Р. П. Евстигнеева, Е. Н. Звонкова «Химия липидов», Москва, химия 1983 г

9. Б. Н. Тютюнников «Химия жиров», Москва «Колос» 1992 г

10. Л. П. Беззубов «Химия жиров», Москва, «Пищевая промышленность» 1975 г

11. С. М. Севериненко ,лекции по химии 1997 г.

( Классификация дается по материалам А. П. Нечаев, Т. В. Еременко

«Органическая химия» Москва

«Высшая школа» 1995г

Страницы: 1, 2, 3