ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ

Transcript

1 ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΤΡΟΦΙΜΩΝ 1 6 ο ΕΞΑΜΗΝΟ. ΔΙΔΑΣΚΩΝ Πέτρος Ταούκης, Καθηγητής ΕΜΠ, Γρ. 301, τηλ , taoukis@chemeng.ntua.gr ΕΔΙΠ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ Ε. Δερμεσονλούογλου, τηλ , efider@chemeng.ntua.gr B. Γιάννου, τηλ , vgiannou@chemeng.ntua.gr

2 ΛΙΠΙΔΙΑ 2 Ορισμός: Ευρεία κατηγορία ενώσεων διαλυτών σε οργανικούς διαλύτες και ελάχιστα διαλυτών σε Η 2 Ο, που με πρωτεΐνες και υδατάνθρακες αποτελούν τα κύρια συστατικά της βιολογικής ύλης 99% γλυκερίδια Λίπη (στερεά ΥΚΣ) Έλαια (υγρά ΥΚΣ)

3 Ταξινόμηση 3 Απλά λιπίδια Λιπαρά σώματα (γλυκερίδια) ή ακυλογλυκερόλες Λιπαρά οξέα + Γλυκερόλη Κηροί Λιπαρά οξέα + Αλκοόλες μεγάλου MW

4 4 Σύνθετα λιπίδια Φωσφολιπίδια (φωσφατίδια) Σφιγγολιπίδια (σφιγγολυελίνες) Λιπαρά οξέα + Γλυκερόλη + P οξύ + Ν βάσεις Λιπαρά οξέα + Σφιγγοσίνη + P + χολίνη (χολίνη, κολαμίνη) Γλυκολιπίδια Σερεβροζίδια Γαγγλιοζίδια Λιπαρά οξέα + Σφιγγοσίνη + Απλά σάκχαρα Σύνθετους CHO Λιποπρωτεΐνες Λιπίδια + Πρωτεΐνη

5 5 Τερπενοειδή Στεροειδή Λιποδιαλυτές βιταμίνες Φυτικές χρωστικές

6 6 Λιπαρά σώματα Φυτικά λίπη και έλαια (φυτοστερόλες) Ζωικά λίπη και έλαια (ζωοστερόλες:χοληστερόλη) Συμπυκνωμένη πηγή ενέργειας (9kcal/mol) Απαραίτητα λιπαρά οξέα (λινελαϊκό, λινολενικό, αραχιδονικό) Φορείς λιποδιαλυτών βιταμινών

7 Λιπαρά οξέα 7 Κορεσμένα λιπαρά οξέα C 4 -C 24 (περιττό C < 1-2%) C Όνομα Χημικός τύπος Σ.Τ. ( C) 4 Βουτυρικό οξύ CH 3 (CH 2 ) 2 COOH Δαφνικό ή λωρικό οξύ CH 3 (CH 2 ) 10 COOH Μυριστικο οξύ CH 3 (CH 2 ) 12 COOH Παλμιτικό οξύ CH 3 (CH 2 ) 14 COOH Στεατικό οξύ CH 3 (CH 2 ) 16 COOH 70.1

8 Ακόρεστα λιπαρά οξέα Αριθμός C και χαρακτηριστικά διπλών δεσμών αριθμός (1-6) θέση γεωμετρική διαμόρφωση συζυγία 8 Τύπος Όνομα Χημικός τύπος Αριθμός Ιωδίου Σ.Τ. ( C) 18:1 Δ9/ω-9 Έλαϊκό :2 Δ9,12/ω-6 Λινελαϊκό :3 Δ9,12,15/ω-3 Λινολενικό :4 Δ5,8,11,14/ω-6 Αραχιδονικό :5 Δ5,8,11,14,17/ω-3 Εικοσιπεντενοϊκό (ΕΡΑ) 22:6 Δ4,7,10,13,16,19/ω-3 Εικοσιδυοεξενοϊκό (DHA)

9 Αναλογία (%) των λιπαρών οξέων σε φυτικά λίπη και έλαια 9 Οξέα Σογιέλαιο Ηλιανθέλαιο Κραμβέλαιο Βαμβακέλαιο Αραβοσιτέλαιο Σησαμέλαιο Κακαόλιπος Ελαιόλαδο Φοινικοπυρηνέλαιο Κοκόλιπος Αραχιδέλαιο 8: : : ίχνη : ίχνη 0.6 ίχνη ίχνη :0 - ίχνη ίχνη - ίχνη : ,8 9, : ,5 ίχνη ίχνη :0 0.1 ίχνη ίχνη ίχνη :1 0.1 ίχνη ίχνη : , , : , , : , , : , ,1 0.2 ίχνη : , : : : :0 0.3 ίχνη ίχνη : : :0 - - ίχνη :

10 Αναλογία (%) των λιπαρών οξέων σε ζωικά λίπη 10 Οξέα Χοίρειο λίπος Βόειο λίπος Λίπος προβάτου Λίπος βουτύρου γάλακτος (αγελάδας) 10:0 και μικρότερα : : : : : : : : : : : : : : : :

11 ΤΡΙΓΛΥΚΕΡΙΔΙΑ 11 Απλά Μικτά τριγλυκερίδια

12 Κατανομή των οξέων 12 α) Θεωρία ομοιόμορφης κατανομής (even distribution) π.χ. S 33% μόνο ΧΧΧ και SXX, 33% S 66% μόνο SXX και SSX β) Θεωρία τυχαίας κατανομής (random distribution) %XYZ = [mol % X] [mol % Y] [mol % Z] 10-4 (n 3 τριγλυκερίδια) γ) Θεωρία μερικής τυχαίας κατανομής (1,3 random, 2-random distribution) %XYZ = [mol % X] at1,3 [mol % Y] at2 [mol % Z] at1, (n 3 τριγλυκερίδια) Προσδιορισμός: Υδρόλυση με παγκρεατική λιπάση Αεριοχρωματογραφική ανάλυση (1,3) Για θέση 2 μετά από σαπωνοποίηση Στα φυτικά λιπαρά, κορεσμένα λιπαρά οξέα προτιμούν θέση 1

13 Κατανομή λιπαρών οξέων σε τριγλυκερίδια για φυσικά λίπη 13 Πηγή Θέση 4:0 6:0 8:0 10:0 12:0 14:0 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 20:0 20:1 22:0 24:0 Γάλα αγελάδος Καρύδα Βούτυρο κακάο Αραβόσιτος , , , , Σόγια Ελιά , ,

14 Κατανομή λιπαρών οξέων σε τριγλυκερίδια για φυσικά λίπη 14 Πηγή Θέση 4:0 6:0 8:0 10:0 12:0 14:0 16:0 18:0 18:1 18:2 18:3 20:0 20:1 22:0 24: , Βοδινό Φυστίκι Χοιρινό

15 Πολυμορφισμός 15 Διαφοροποίηση στην κρυσταλλική δομή. Επηρεάζεται από καθαρότητα, θερμοκρασία, ρυθμό ψύξης, παρουσία πυρήνων κρυστάλλωσης, διαλύτες, κατανομή λιπ. οξέων, ακορεστότητα. Πολυμορφικές δομές : α, β, β Εξαγωνικό, ορθορομβικό, τρικλινές α, β, β Πυκνότητα, Σ.Τ. β : σταθερότερη : συσσωματώματα κρυστάλλων 25μ β : βελονοειδείς κρύσταλλοι 1μ β σταθερή σε φοινικέλαιο, λιπαρά γάλακτος, κραμβέλειο, βόειο λίπος. Βούτυρο κακάο : α-2, β -2, β-3 VI. Ωρίμανση στους 32 C.

16 Κρυσταλλική δομή του ολεϊκού οξέος 16

17 Characteristics of the Polymorphic Forms of Monoacid Triacylglycerols 17 Characteristic α Form β Form β Form Chain packing Hexagonal Orthorhombic Triclinic Short spacing 4.2 Å 3.8 and 4.2 Å 4.6 Å Characteristic infrared spectrum Single band at Doublet at cm -1 and 719 cm -1 Single band at 717 cm -1 Density Least dense Intermediate Most dense Melting point Lowest Medium Highest

18 Heat content (H) melting curves of stable (β) and unstable (α) polymorphic 18

19 19 SFI = (ab)/(ac) SFI : Δείκτης στερεού - υγρού Διαστελλόμετρο (dilatometer) Θερμιδόμετρο NMR

20 Σημείο τήξης: εξαρτάται από τη μέθοδο μήκος αλυσίδας, κορεστότητα closed capillary slipping point T1 T2 Δείκτης διάθλασης: =n + (T -T )k,k = Ιξώδες nd D 2 1 n D = σε 100 μέρη = Αριθμοί βουτυροδιαθλασίμετρου 1% οξύτητα αρ.βουτ. 40 (Δ nd 0,03) 20 Θόλωμα (δοκιμή ψύχους) Απορροφήσεις στο UV (προσδιορισμός πολυακόρεστων ή βαθμού οξείδωσης) Σημεία καπνού, ανάφλεξης και καύσης ( χαμηλού MW) για οξύτητα ή π.οξείδωσης Πυκνότητα: 25 C για έλαια, 40 C για λίπη Έλαια: 0,913 0,93 1% οξύτητα d 0,0002

21 Χημικές Ιδιότητες 21 Υδρόλυση Η 2 Ο ( , 20-30at), α.οξέα, κ.αλκάλια, λιπολυτικά ένζυμα Αριθμός σαπωνοποίησης (mg ΚΟΗ για πλήρη σαπωνοποίηση 1g) Μ.Ο. 190 Για μικρό MW

22 Αντιδράσεις προσθήκης - διάσπασης Στις θέσεις διπλών δεσμών ακόρεστων λιπαρών οξέων Υδρογόνωση, αλογόνωση, πολυμερισμός με θέρμανση, οξείδωση, αυτοξείδωση Αριθμός ιωδίου (g Ι σε 100g λιπαρής ουσίας) α) Μη ξηραινόμενα Α.Ι.: β) Ημιξηραινόμενα Α.Ι.: γ) Ξηραινόμενα Α.Ι. > 150 Οξύτητα (αριθμός οξύτητας:αο, ελεύθερα λιπαρά οξέα:ελο%) Εκφράζεται σε ελαϊκό οξύ Αριθμός ακετυλίων (mg ΚΟΗ για εξουδετέρωση 1g ακετυλιωθέντος λίπους) Μέτρο ελευθέρων υδροξυλίων (μονο-, δι-γλυκερίδια, ελ. αλκοόλες) 22

23 Αλλοιώσεις λιπαρών 23 Παράγοντες: Τ, Ο 2, υγρασία, καταλύτες, φως, ένζυμα Ταγγισμός / Rancidity Υδρόλυτική διάσπαση C 3 H 5 (OCOR) 3 + 3H 2 O C 3 H 5 (OH) 3 + 3HOOCR Καταλύεται από οξέα, αλκαλικές ενώσεις (Ca, Mg, Zn) και λιπάσες ΑΟ. max 3%. Διόρθωση με εξουδετέρωση ( + ΝaOH)

24 Οξειδωτικός ταγγισμός (Αυτοξείδωση) 24 Ρυθμός d[o 2] = - dt = Ka[ RH ][ ROOH] 1 + λ[ RH ]/ P O 2 Έναρξη (ωρίμανση) Παράγοντες έναρξης k 1 ελεύθερη ρίζα (R, ROO ) (ενέργεια, Fe, Cu) k 2 Διάδοση R + Ο 2 ROO k 3 ROO + RH ROOH + R k 4 Τερματισμός R + R R-R k 5 ROO + R ROOR k 6 ROO + ROO ROOR + O 2

25 25 P O2 υψηλή : Ρυθμός k1 1/2 = k3( ) [ ROOH][ RH ] k 6 k1 1/2 P O2 χαμηλή : Ρυθμός = k2( ) [ ROOH][ O2] k 4 ΡΥΘΜΟΣ Οξείδωσης: Ελαϊκό - Λινελαϊκό - Λινολενικό

26 Σταθεροποίηση ελευθέρων ριζών Σχηματισμός υδρουπεροξειδίων Λινελαϊκό οξύ 26 Υδρουπεροξείδια διάσπαση οξείδωση αλδεϋδες, κετόνες, εστέρες, υδρογονάνθρακες, πολυμερή Επίσης: Ενζυμική οξέίδωση (λιποξειδάσες) πρόβλημα στα κατεψυγμένα

27 Μέθοδοι μέτρησης οξειδωτικού ταγγισμού 27 α) Κατανάλωση Ο 2 β) Αριθμός υπεροξειδίων (ROOH I 2 ) meq O 2 /kg λίπους max 10 γ) Αριθμός ανισιδίνης (ανισιδίνη + 2-αλκενάλες κίτρινο χρώμα) δ) Δοκιμή θειοβαρβιτουρικού οξέος (αριθμός ΤΒΑ) ε) Δοκιμή Kreis Ρεσορκινόλη + 2,3 εποξυπροπανάλη στ) Απορρόφηση στο UV (234 nm και 268 nm) ki

28 Ανάσχεση οξείδωσης Παράγοντες 28 α) Αποκλεισμός Ο 2 β) α w, T γ) Μείωση ακορεστότητας δ) Αντιοξειδωτικά

29 Αντιοξειδωτικά 29 Α) Φαινολικές ουσίες. Δεσμευτές ελευθέρων ριζών Τοκοφερόλες. Γαλλικό προπύλιο. Βουτυλιωμένη υδροξυανισόλη (ΒΗΑ), βουτυλιωμένη υδρόξυτονόλη (ΒΗΤ), βουτυλιωμένηξ υδρόξυτολουόλη (TBHQ) BHA BHT

30 30 Β) Συμπλοκοποιητές EDTA, κιτρικό οξύ Γ) Συνεργιστικά Ασκορβικό οξύ, παλμιτικό ασκορβύλιο (ascorbyl palmitate), κιτρικό οξύ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ Δυσάρεστη οσμή οφειλόμενη σε περιορισμένη οξείδωση (λινελαϊκού ή >) προς καρβονυλικές ενώσεις. Σογιέλαιο, ιχθυέλαια.

31 ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΑ 3,2 % σογιέλαιο, κρόκος 8-10 %, συκώτι 1-5 %, μυελός οστών 6,3-10,8 %. Φωσφογλυκερίδια -Λεκιθίνες -Κεφαλίνες 31 -Λιποσιτόλες α-λεκιθίνη α-κεφαλίνη Φωσφογλυκερο-ακετόλες και φωσφινοσιτοειδή φωσφογλυκερο-ακετόλη φωσφινοσιτοειδές

32 32 Απομακρύνονται με την αποκομμίωση. Χρήση σαν γαλακτωματοποιητές «λεκιθίνες»=λεκιθίνη + κεφαλίνη ΣΦΙΓΓΟΛΙΠΙΔΙΑ Σφιγγομυελίνες που δεν περιέχουν γλυκερίνη, αλλά την αμινοαλκοόλη σφιγγοσίνη (εγκέφαλο) σφιγγοσίνη σφιγγομυελίνη

33 Λιποχρωστικές: Χρωστικές ουσίες στις οποίες οφείλεται ο χρωματισμός των λιπών και ελαίων - Λυκοπένιο - Καροτένια - Ξανθοφίλη - Κροκετίνη 33 Λιποχρωστικές: - Στερόλες

34 Εξευγενισμός 34 Το σύνολο των διεργασιών με τις οποίες ένα ακατέργαστο λίπος ή έλαιο γίνεται εδώδιμο. Καθίζηση και αποκομμίωση Εξουδετέρωση Αποχρωματισμός Απόσμηση Απομαργαρίνωση (winterization)