8 Θ ΕΡΓΑΣΘΡΙΑΚΘ ΑΚΘΘ ΣΜΘΜΑ ΔΙΑΣΡΟΦΘ ΚΑΙ ΔΙΑΙΣΟΛΟΓΙΑ ΚΑΡΔΙΣΑ ΑΠΩΝΟΠΟΙΘΘ ΚΩΝΣΑΝΣΙΝΑ ΣΟΠΟΤΡΙΔΟΤ-ΜΑΡΙΑ ΠΑΠΑΔΟΠΟΤΛΟΤ- ΘΕΟΔΩΡΟ ΚΩΝΣΑΝΣΙΝΙΔΘ 2012
ΑΠΩΝΟΠΟΙΘΘ ΘΕΩΡΗΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Σα λιπαρά οξζα (RCOOH) που προζρχονται από ηωικά λίπθ ι φυτικά ζλαια περιζχουν ςυνικωσ μια μακριά αλυςίδα με άρτιο αρικμό ατόμων άνκρακα (R) και ζνα καρβοξυτελικό άκρο (COOH). Σα ηωικά λίπθ και τα φυτικά ζλαια είναι τριγλυκερίδια, δθλαδι τριεςτζρεσ τθσ γλυκερόλθσ ι γλυκερίνθσ με τρία λιπαρά ξζα. Γλυκερίνη Τριεστέρας γλυκερίνης Σο παλμιτικό (C16,) και το ςτεατικό (C18) είναι τα πιο διαδεδομζνα κορεςμζνα λιπαρά οξζα. Σο ελαϊκό (C18) που είναι μονοακόρεςτο και το λινελαϊκό (C18) που είναι πολυακόρεςτο είναι τα πλζον διαδεδομζνα ακόρεςτα λιπαρά οξζα:
Σο ελαιόλαδο περιζχει 1% μυριςτικό (C14), 5% παλμιτικό (C16) και 5% ςτεατικό οξφ (C18), ενϊ από τθν κατθγορία των ακόρεςτων περιζχει 80% ελαϊκό (C18) και 7% λινελαϊκό οξφ (C18). Σα άλατα των λιπαρϊν οξζων που ζχουν μακριζσ αλυςίδεσ ονομάηονται ςάπωνεσ. Σα άλατα με νάτριο (ςκλθροί ςάπωνεσ) και κάλιο (μαλακοί ςάπωνεσ) είναι μάλλον διαλυτά ςτο νερό, ενϊ με τα άλλα μεταλλικά ιόντα όπωσ αςβζςτιο ι μαγνιςιο, είναι δυςδιάλυτα. Ζτςι, τα ςαποφνια είναι ακατάλλθλα για πλφςιμο ςε ςκλθρό νερό, λόγω των αλάτων CaCl 2 και MgSO 4 που περιζχονται ςε αυτό. Οι ςάπωνεσ παραςκευάηονται με 2 τρόπουσ: 1) Ηωϊκά λίπθ ι φυτικά ζλαια υδρολφονται με υπζρκερμουσ υδρατμοφσ και διαςπϊνται ςε γλυκερίνθ και ςε ελεφκερα λιπαρά οξζα. Μετά τθν απομάκρυνςθ τθσ γλυκερίνθσ, προςτίκεται ςτα οξζα θ απαραίτθτθ ποςότθτα βάςθσ: 2) Λίπθ ι ζλαια βράηονται επί 3-4 ϊρεσ με διάλυμα ΝαΟΘ ι ΚΟΘ. Θ αντίδραςθ τθσ ςαπωνοποίηςησ (αλκαλικήσ υδρόλυςησ), δίνεται παρακάτω:
τθ ςυνζχεια προςτίκεται κορεςμζνο διάλυμα NaCl, οπότε το ςαποφνι που βρίςκεται ςτο μίγμα, γίνεται πιο δυςδιάλυτο και αποχωρίηεται από το υπόλοιπο διάλυμα (φάςθ εξαλάτωςθσ). Σο καρβοξυλικό ιόν των ςαπουνιϊν είναι αμφίφιλο, δθλαδι ςωματίδιο που διακζτει ζνα πολικό άκρο (που φζρει το καρβοξυλικό ανιόν και είναι υδρόφιλο) και ζνα μθ πολικό (τθ μακριά ανκρακικι αλυςίδα που είναι υδρόφοβθ). Όταν όμωσ θ ςυγκζντρωςι του υπερβεί μία κρίςιμθ τιμι (ςυνικωσ 10-4 10-2 Μ) οι επιμικεισ ανκρακικζσ αλυςίδεσ ςυςςωματϊνονται, ςχθματίηοντασ μια υδρόφοβθ ςφαίρα, ενϊ τα ιοντικά άκρα που βρίςκονται ςτθν επιφάνεια του ςυςςωματϊματοσ τείνουν προσ τα μόρια του νεροφ. Θ δομι που προκφπτει, μαηί με τα αντικζτωσ φορτιςμζνα ιόντα Να + που βρίςκονται ςτθν περιφζρειά τθσ λόγω δυνάμεων Coulomb, ονομάηεται μικφλλιo. Θ αφξθςθ τθσ ςυγκζντρωςθσ του ςαπουνιοφ προκαλεί δφο επακόλουκα: 1)Αυξάνεται θ ιοντικι ιςχφσ του διαλφματοσ και ζτςι μειϊνεται θ άπωςθ των άκρων που φζρουν το καρβοξυλικό ανιόν. Αυτό ςυμβαίνει λόγω τθσ παρουςίασ περιςςότερων ιόντων Να + και 2)Ο παραπζρα εντοπιςμόσ του αρνθτικοφ φορτίου του καρβοξυλικοφ ιόντοσ ςτο ζνα άκρο, λόγω τθσ ζλξθσ των περιςςοτζρων πλζον ιόντων Να +, αυξάνει τον μθ πολικό χαρακτιρα τθσ ανκρακικισ ουράσ, όπωσ και τον υδρόφοβο χαρακτιρα τθσ. Ζτςι, θ προςκικθ ΝαCl προκαλεί εξαλάτωςθ, διότι μετατοπίηει ακόμα περιςςότερο τθν ιςορροπία ςχθματιςμοφ του μικυλλίου προσ τα δεξιά αφοφ ενιςχφει τα προαναφερκζντα δφο φαινόμενα. Επιπλζον θ εφυδάτωςθ των ιόντων Να + και Cl - μειϊνει τα διακζςιμα για αλλθλεπίδραςθ μόρια νεροφ και τα απομακρφνει από τθν περιοχι του μικυλλίου. το πείραμα που κα κάνουμε, κα εφαρμόςουμε τθ δεφτερθ μζκοδο τθσ ςαπωνοποίθςθσ, χρθςιμοποιϊντασ ελαιόλαδο ι πυρθνζλαιο και ΝαΟΘ. Θα κάνουμε κάποιεσ αλλαγζσ για να αποφφγουμε τθ μεγάλθ διάρκεια του βραςμοφ θ οποία απαιτείται αφοφ το λάδι δεν διαλφεται ςτο νερό που περιζχει το ΝαΟΘ. Γιϋαυτό κα προςκζςουμε αικανόλθ θ οποία λειτουργεί ωσ κοινόσ διαλφτθσ του λαδιοφ και τθσ βάςθσ, ϊςτε να ζρκουν ςε επαφι μεταξφ τουσ και να γίνει θ αντίδραςθ.
Σο πυρθνζλαιο περιζχει περιςςότερα ελεφκερα λιπαρά οξζα από το ελαιόλαδο. 'Ετςι, μπορεί να είναι κατϊτερο ςε διατοφικι αξία από το ελαιόλαδο, αλλά ςαπωνοποιείται πιο εφκολα και γριγορα. Θ περιεκτικότθτα του ελαίου ςε ςυγκεκριμζνα λιπαρά οξζα κακορίηει τισ ιδιότθτεσ του ςαπουνιοφ που κα προκφψει από το ζλαιο. Οριςμζνεσ από τισ ιδιότθτεσ αυτζσ είναι θ δθμιουργία αφροφ, θ ςκλθρότθτα, θ κακαριςτικι ιςχφσ και θ ςυγκράτθςθ υγραςίασ από το ςαποφνι. Σα διάφορα ζλαια που χρθςιμοποιοφνται για παραγωγι ςαπουνιϊν περιζχουν διαφορετικά λιπαρά οξζα και επομζνωσ τα ςαποφνια που δίνουν ζχουν διαφορετικζσ ιδιότθτεσ. Θ απόδοςθ τθσ παραγωγισ ςαπουνιοφ ορίηεται ωσ εξισ: % απόδοςθ=m 2 /m 1 X 100, όπου m 1 θ μάηα του αρχικοφ φυτικοφ ελαίου ι ηωικοφ λίπουσ και m 2 θ μάηα του παραγόμενου ςαπουνιοφ. ΠΕΙΡΑΜΑΣΙΚΟ ΜΕΡΟ Τλικά: Ποτιρι ηζςεωσ των 50ml. Πιπζτεσ Pasteur. Γυάλινθ ράβδοσ Τδροβολείσ με απιονιςμζνο νερό. Όργανα: Ηυγόσ, γκαηάκι. Αντιδραςτήρια: ελαιόλαδο, πυρθνζλαιο, αικυλικι αλκοόλθ, διάλυμα NaOH 50% w/v, κορεςμζνο διάλυμα NaCl, διάλυμα CaCl 2 1Μ. Πειραματική διαδικαςία
Α. Παίρνουμε ζνα ποτιρι ηζςεωσ των 50ml και ρίχνουμε ςε αυτό 3ml λάδι. Οι μιςζσ ομάδεσ χρθςιμοποιοφν ελαιόλαδο και οι υπόλοιπεσ πυρθνζλαιο. Β. Προςκζτουμε ςτο ποτιρι ηζςεωσ 3ml αικανόλθσ και 1,5ml διαλφματοσ ΝαΟΘ 50% w/v. Προςοχή: το διάλυμα ΝαΟΗ προκαλεί ςοβαρά εγκαφματα, ενώ η αιθανόλη είναι ιδιαίτερα εφφλεκτη. Γ. ε γκαηάκι με ειδικό πλζγμα κάτω από τον απαγωγό, φορϊντασ γάντια και προςτατευτικά γυαλιά, κερμαίνουμε το περιεχόμενο του ποτθριοφ ηζςεωσ (μζτρια κζρμανςθ) ανακινϊντασ απαλά με μια γυάλινθ ράβδο μζχρι να ςχθματιςτεί μια λεία παχφρευςτθ μάηα. Μετροφμε το χρόνο που κα χρειαςτεί για να ςχθματιςτεί θ παχφρευςτθ μάηα και ςυγκρίνουμε τθ διαφορά του χρόνου που απαιτεί το ελαιόλαδο με τον χρόνο που απαιτεί το πυρθνζλαιο. Δεν αφήνουμε το δείγμα να φτάςει ςτο ςημείο βραςμοφ. Ουςιαςτικά θ αντίδραςθ ςταματά όταν οι ατμοί δεν ζχουν οςμι αικανόλθσ, αλλά δεν ειςπνζουμε! Δ. Αφινουμε το ποτιρι ηζςεωσ να κρυϊςει ςε κερμοκραςία δωματίου. Ε. Πλθρϊνουμε μζχρι επάνω το ποτιρι ηζςεωσ με κορεςμζνο διάλυμα ΝαCl και αναδεφουμε γριγορα με τθ ράβδο. το ςτάδιο αυτό (εξαλάτωςθ) το ςαποφνι ωσ ελαφρφτερο κα ζρκει ςτθν επιφάνεια. Σ. Απορρίπτουμε τθν υγρι φάςθ και πραγματοποιοφμε διικθςθ του παραγόμενου ςαπουνιοφ με τθ βοικεια διθκθτικοφ χαρτιοφ και χωνιοφ. ε αυτό το ςτάδιο αφινουμε το ςαποφνι να ξθρανκεί για περίπου 2 μζρεσ, ζπειτα μετράμε τθ μάηα του και υπολογίηουμε τθν απόδοςθ ςαπωνοποίθςθσ. Η. Για να ελζγξουμε αν παράχκθκε καλό ςαποφνι, τοποκετοφμε λίγο από το διθκθμζνο δείγμα ςε δοκιμαςτικό ςωλινα ο οποίοσ περιζχει απεςταγμζνο νερό, αναδεφουμε και παρατθροφμε τθ δθμιουργία αφροφ. Θ. Για να διαπιςτϊςουμε τθ ςυμπεριφορά του ςαπουνιοφ ςτο ςκλθρό νερό, ςτο υδατικό διάλυμα ςαπουνιοφ του προθγοφμενου ςταδίου τοποκετοφμε 4-5 ςταγόνεσ διαλφματοσ CaCl 2 1Μ, αναδεφουμε και ελζγχουμε τθ διαλυτότθτα των ςχθματιςκζντων ιηθμάτων.