Možnosti použití vybraných tuků v závislosti na jejich fyzikálně chemických vlastnostech. Bakalářská práce

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA Ústav technologie potravin Možnosti použití vybraných tuků v závislosti na jejich fyzikálně chemických vlastnostech Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Tomáš Gregor, Ph.D. Vypracovala: Denisa Knotová Brno 2012

2

3 Prohlášení: Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Možnosti použití vybraných tuků v závislosti na jejich fyzikálně chemických vlastnostech vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. V Brně dne podpis

4 Poděkování: Ráda bych poděkovala vedoucímu práce Ing. Tomáši Gregorovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a poskytnutou literaturu pro zpracování bakalářské práce.

5 Jméno: Denisa Knotová Název: Možnosti použití vybraných tuků v závislosti na jejich fyzikálně chemických vlastnostech Abstrakt: Práce je literární rešerší na zadané téma, která je rozdělena do dvou základních částí. V první části je definován pojem lipidy, jejich funkce, klasifikace a složení včetně podrobnějšího zaměření na mastné kyseliny. Dále jsou všeobecně zpracovány fyzikální a chemické vlastnosti tuků a olejů, důležité při jejich praktickém využití. Ve druhé části jsou podrobněji zpracovány vybrané tuky a oleje a jejich praktické využití na základě fyzikálních a chemických vlastností. Jedná se o přírodní tuky a oleje rostlinného i živočišného původu. Z rostlinných olejů a tuků jsou uvedeny řepkový, slunečnicový a olivový olej a kakaové máslo. U kakaového másla je kladen důraz na modifikaci krystalické struktury tuku a její vliv na kvalitu čokoládových výrobků. Z živočišných tuků je uvedeno vepřové sádlo, hovězí lůj a máslo, jejich zpracování a využití. Na závěr je uveden přehled všech vybraných tuků a olejů, jejich praktické využití v potravinářství a možnosti alternativního využití mimo potravinářský sektor. Klíčová slova: lipidy, mastné kyseliny, kakaové máslo, krystalická mřížka Name: Denisa Knotová Title: Possible applications of selected fats depending on their physicochemical properties Abstract: The work is a literary background research on a given topic, which is divided into two parts. In the first part are defined a lipids, their function, classification and composition including a fatty acids. Furthermore, they are generally treated physical and chemical properties of fats and oils, which are important in their practical use. In the second part are processed the selected fats and oils more detailed, and their practical application are introduced on the basis of physical and chemical properties. There are the natural fats and oils of vegetable and animal origin. For vegetable oils and fats are listed canola, sunflower and olive oil and cocoa butter. Emphasis is placed on modifying the crystalline structure of cocoa butter and its effect on the quality of chocolate products. From animal fats are selected lard, beef tallow and butter and is introduced the way of their production and use Finally, the summary of selected fats and oils is shown, their practical use in the food use and the possibility of alternative use out of the food sector. Key words: lipids, fatty acids, cocoa butter, crystalline structure

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY VYMEZENÍ POJMU LIPIDY Funkce lipidů Klasifikace Mastné kyseliny Nasycené mastné kyseliny Nenasycené mastné kyseliny s jednou dvojnou vazbou Nenasycené mastné kyseliny s dvěma a více dvojnými vazbami Alkynové, rozvětvené a cyklické kyseliny Další mastné kyseliny Homolipidy Estery jednosytných alkoholů Estery glycerolu Estery vícesytných alkoholů Ethery glycerolu Heterolipidy Fosfolipidy Glykolipidy Sfingolipidy Sulfolipidy Komplexní lipidy Lipoproteiny Doprovodné látky lipidů FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI TUKŮ A OLEJŮ Konzistence Bod tání Bod tuhnutí Bod varu Viskozita Hustota Index lomu a optická otáčivost Rozpustnost Emulgační schopnost tuků a olejů Barva Vůně a chuť... 26

7 Rheologie tuků Teplota zakouření (kouřový bod) CHEMICKÉ VLASTNOSTI TUKŮ Esterifikační reakce Hydrolýza Hydrogenace (ztužování) Oxidace Žluknutí CHARAKTERISTIKA VYBRANÝCH TUKŮ A OLEJŮ Tuky a oleje rostlinného původu Řepkový olej Slunečnicový olej Olivový olej Kakaové máslo Tuky živočišného původu Vepřové sádlo Hovězí lůj Máslo ZPRACOVÁNÍ SUROVIN PRO ZÍSKÁNÍ TUKŮ A OLEJŮ Zpracování olejnatých surovin Čištění, drcení a klimatizace suroviny Získávání olejů Rafinace olejů Zpracování tukových tkání VYUŽITÍ VYBRANÝCH TUKŮ A OLEJŮ Potravinářské využití vybraných tuků a olejů Ostatní využití vybraných tuků a olejů Kosmetika a farmacie Biopaliva Ostatní průmysl ZÁVĚR SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY... 45

8 1 ÚVOD Tuky a oleje jsou nedílnou součástí našeho života. Přírodní tuky a oleje slouží lidem jako jeden ze základních zdrojů potravy. Obsahují pro organismus nenahraditelné esenciální mastné kyseliny a slouží k transportu vitaminů rozpustných v tucích. Rostlinné oleje jsou obsaženy v celé řadě potravin, jako jsou např. margariny, majonézy, stolní oleje, rybí a jiné konzervy apod. Živočišné tuky najdeme téměř ve všech masných výrobcích a výrobcích z mléka. Využití tuků však nespadá pouze do potravinářské sféry. Tuky a oleje mají velký význam pro chemický průmysl, kde jsou základem pro výrobu mýdel, barev, fermeží, laků a v posledních letech jsou zejména výchozí surovinou pro výrobu biopaliv pro spalovací motory. Nenahraditelný význam má využití tuků ve farmacii, kosmetice a strojním průmyslu. Chemický charakter tuků a olejů byl poprvé studovaný v letech francouzským chemikem Michel-Eugene Chevreul. Zjistil, že hydrolýza tuků a olejů vede k tvorbě mastných kyselin a glycerolu. Tuky a oleje jako estery glycerolu a vyšších mastných kyselin jsou často nazývané jako acylglyceroly nebo triacylglyceroly. V tucích a olejích bylo nalezeno více jak 100 mastných kyselin, dávajíce tak teoreticky možnost existence více jak různých triacylglycerolů. Většina mastných kyselin se však v organismu nachází pouze ve stopových množstvích a pouze přibližně 10 z nich je důležitou součástí triacylglycerolů. (Sedlák, 2007) S rozvojem petrochemického průmyslu byly rostlinné a živočišné tuky nahrazeny ropnými produkty. Tyto produkty měly a mají značně nepříznivý vliv na životní prostředí a lidské zdraví, jejich nespornou výhodou však nadále zůstává jejich nízká cena. V poslední době se ovšem stupňuje tlak na využívání obnovitelných zdrojů s co možná nejmenším dopadem na životní prostředí. Pro tento účel jsou vhodné právě živočišné a rostlinné tuky a oleje. Rostlinné a živočišné tuky různého druhu mají odlišné chemické i fyzikální vlastnosti, díky nimž je možné si pro určitý způsob využití najít ty nejvhodnější. Hlavní roli pro využití tuků a olejů pro potravinářský průmysl a optimální výživu člověka, jakožto součást výchozích surovin pro výrobu potravin, hrají právě fyzikální a chemické vlastnosti. 8

9 2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je zpracovat literární rešerši na téma Možnosti použití vybraných tuků v závislosti na jejich fyzikálně chemických vlastnostech. Pro práci byly vybrány tyto tuky a oleje: řepkový, slunečnicový a olivový olej, kakaové máslo, vepřové sádlo, hovězí lůj a máslo. Pro jednotlivé tuky budou stanoveny možnosti použití v závislosti na jejich fyzikálních a chemických vlastnostech. 9

10 3 SOUČASNÝ STAV ŘEŠENÉ PROBLEMATIKY 3.1 Vymezení pojmu lipidy Termín lipid pochází z řeckého slova lipos = tuk a používá se obecně pro všechny přírodní nepolární sloučeniny, které jsou téměř nebo zcela nerozpustné ve vodě, avšak rozpustné v jiných nepolárních rozpouštědlech (tzv. organických), např. v chloroformu, ethanolu, etheru apod. (Sofrová, 2005) Lipidy patří k významným složkám potravy a ve výživě člověka tvoří jednu z hlavních živin nezbytnou pro zdraví a vývoj organismu. Přesto nepředstavují jednotně definovanou skupinu sloučenin, protože hlavním kritériem zařazení sloučenin do této skupiny bývá jejich hydrofobnost a ne chemické vlastnosti. (Velíšek, 2009) Lipidy se obvykle definují jako přírodní sloučeniny obsahující vázané mastné kyseliny o více než třech atomech uhlíku v molekule. Této definice užívají většinou pracovníci biologicky orientovaní, hlavně lékaři. Jako složka aromatu potravin se však běžně vyskytují ethylestery a estery mastných kyselin s 4-12 atomy uhlíku, které přesto k lipidům neřadíme. Určitá potíž je se zařazením volných mastných kyselin, protože neobsahují vázaný alkoholový zbytek. Přesto se všeobecně považují za lipidy a měly by tvořit jejich samostatnou skupinu. Často se také spolu se svými solemi, které se nazývají mýdla, do samostatné skupiny lipidů zařazují. V potravinách se často nacházejí také sloučeniny mastných kyselin vzniklé průmyslovou činností nebo jinými lidskými aktivitami (např. estery cukrů a cukerných alkoholů s vyššími mastnými kyselinami), které nejsou přírodními látkami, ale přesto se v běžné praxi zařazují k lipidům. Dnes se proto za lipidy považují mastné kyseliny a jejich deriváty odvozené biochemicky a funkčně. (Velíšek, 2009) Většinou se v praxi za lipidy považují také netěkavé lipofilní sloučeniny, které v přírodních i průmyslových produktech doprovázejí vlastní lipidy. Nazývají se proto doprovodné látky lipidů. Jejich chemická struktura je ale odlišná a často ani vázané mastné kyseliny neobsahují. Do této skupiny doprovodných látek lipidů náleží velké množství sloučenin, jako jsou steroidy a karotenoidy. Doprovodnými látkami lipidů jsou dále lipofilní vitaminy, některá barviva, přírodní antioxidanty a další lipofilní sloučeniny. (Velíšek, 2009) 10

11 3.1.1 Funkce lipidů Lipidy jsou součástí biologických membrán, hlavní zásobní formou uhlíku a energie, prekurzory dalších důležitých látek (vitaminů, hormonů, regulačních látek), izolační bariérou vůči teplotnímu, elektrickému nebo jinému fyzikálnímu šoku a v neposlední řadě slouží jako ochranný obal organismů či buněk vůči infekci nebo dehydrataci. (Sofrová, 2005) Klasifikace Z hlediska konzistence: - oleje o vysychavé o polovysychavé o nevysychavé Hranice mezi nimi nemůže být naprosto přesná, takže mnohé druhy olejů, které se pohybují na rozhraní, bývají zahrnovány do obou sousedních skupin. (Bruža, 1951) - tuky - vosky V technologické a potravinářské praxi se ani názvu lipidy běžně neužívá. Rozeznávají se jen výše zmiňovaná tuky, oleje, vosky a dále mastné kyseliny a lecitin, neboť pouze tyto složky mají průmyslový význam. (Velíšek, 2009) Z hlediska chemického složení: - jednoduché lipidy (homolipidy) - složené lipidy (heterolipidy) - komplexní lipidy (Velíšek, 2009) Homolipidy jsou sloučeniny mastných kyselin a alkoholů. Dělí se dále podle struktury vázaného alkoholu. Heterolipidy jsou lipidy, které obsahují kromě mastných kyselin a alkoholů ještě další kovalentně vázané sloučeniny, např. kyselina fosforečná je vázána ve fosfolipidech nebo D-galaktosa v některých glykolipidech. V komplexních lipidech jsou přítomny jak homolipidy, tak heterolipidy, ale kromě kovalentních vazeb jsou některé složky vázány různými fyzikálními vazbami, např. vodíkovými nebo prostřednictvím hydrofobních interakcí. (Velíšek, 2009) 11

12 3.1.3 Mastné kyseliny Mastné kyseliny jsou základní složkou jednoduchých a složených lipidů (i některých odvozených), neboť právě jejich výrazná hydrofobicita je odpovědná za celkový hydrofobní charakter molekuly lipidu. (Sofrová, 2005) Mastné kyseliny jsou nejdůležitější a z hlediska výživy nejvýznamnější složkou lipidů. Podle názvosloví užívaného v organické chemii se jako mastné kyseliny označují karboxylové kyseliny s alifatickým uhlovodíkovým řetězcem, ale tato definice se úplně nekryje s mastnými kyselinami přítomnými v lipidech. Některé mastné kyseliny, podle definice užívané organickými chemiky (např. octová kyselina), nejsou přítomny v přírodních lipidech, i když se mohou vyskytovat v průmyslových tukových výrobcích. Některé mastné kyseliny vázané v lipidech jsou naopak alicyklické nebo dokonce aromatické sloučeniny. (Velíšek, 2009) Název mastná kyselina má původ v jejich hlavním zdroji tuku (tučný-mastný). Chemicky jsou mastné kyseliny mnohouhlíkaté alifatické monokarboxylové kyseliny. Jedná se o poměrně širokou skupinu látek, kterou lze klasifikovat z několika hledisek podle charakteru uhlíkatého řetězce. (Sofrová, 2005) V přírodě, a tedy také v potravinách, se vyskytují v lipidech tyto skupiny mastných kyselin: nasycené mastné kyseliny nenasycené mastné kyseliny s jednou dvojnou vazbou (monoenové) nenasycené mastné kyseliny s několika dvojnými vazbami (polyenové) mastné kyseliny s trojnými vazbami a s různými substituenty (rozvětvené, cyklické, s kyslíkatými, sirnými nebo dusíkatými funkčními skupinami) (Velíšek, 2009) V přírodě se vyskytují v organismech častěji vázané ve formě esterů, volné jen zřídka. Více než polovinu zbytků rostlinných i živočišných mastných kyselin tvoří nenasycené řetězce. (Klouda, 2000) V přírodě se nejčastěji vyskytují mastné kyseliny: s lineárním řetězcem se sudým počtem atomů uhlíku tzv. vyšší mastné kyseliny s C12 - C24 nenasycené jsou obvykle mastné kyseliny C18 - C24 12

13 obsahují-li 2 či více dvojných vazeb, jsou tyto vazby izolované, umístěné víceméně symetricky ve středu molekuly dvojné vazby jsou v konfiguraci cis (Sofrová, 2005) Nasycené mastné kyseliny Nasycené mastné kyseliny jsou běžnou složkou přírodních lipidů. Někdy se jim říká saturované. Běžně obsahují 4 až 38 atomů uhlíku (ale existují i vyšší mastné kyseliny s asi 60 atomy uhlíku), které mají zpravidla lineární, nerozvětvený řetězec, nejčastěji o sudém počtu atomů uhlíku. Ve většině přírodních lipidů tvoří 10-40% z celkového podílu mastných kyselin. Podle počtu atomů uhlíku (délky řetězce) se rozeznávají nasycené (i nenasycené) nižší mastné kyseliny (C4 a C6), mastné kyseliny se středně dlouhým řetězcem (C8 C12), mastné kyseliny s dlouhým řetězcem (C14 C18), velmi dlouhým řetězcem (C20 C26) a ultra dlouhým řetězcem (C28 C38). Přehled důležitých nasycených mastných kyselin je uveden v tabulce 1. (Velíšek, 2009) Tabulka 1. Nasycené mastné kyseliny vyskytující se v lipidech Mastná kyselina butanová hexanová oktanová dekanová dodekanová tetradekanová hexadekanová oktadekanová eikosanová Počet atomů uhlíku Triviální název máselná kapronová kaprylová kaprinová laurová myristová palmitová stearová arachová Nenasycené mastné kyseliny s jednou dvojnou vazbou Nenasycené mastné kyseliny s jednou dvojnou vazbou (nazývají se stručněji monoenové) se liší navzájem počtem atomů uhlíku, polohou dvojné vazby a její prostorovou konfigurací. Nejvýznamnější z nich jsou uvedeny v tabulce 2. (Velíšek, 2009) 13

14 Tabulka 2. Hlavní monoenové mastné kyseliny vyskytující se v lipidech Mastná kyselina dodecenová tetradecenová hexadecenová oktadecenová oktadecenová dokosenová Počet atomů uhlíku Poloha dvojné vazby Isomer cis cis cis cis trans cis Triviální název laurolejová myristolejová palmitolejová olejová elaidová eruková Nenasycené mastné kyseliny s dvěma a více dvojnými vazbami Mastné kyseliny s dvěma dvojnými vazbami jsou velmi důležité ve výživě. Ačkoli teoreticky by jich mohlo být daleko více, než monoenových mastných kyselin, v přírodních lipidech se jich vyskytuje v podstatném množství jen několik. Nejvýznamnější z nich je kyselina linolová, viz. obr. 1. Také počet přirozeně se vyskytujících mastných kyselin se třemi dvojnými vazbami je značně menší než by odpovídalo možnostem isomerie. Nejvýznamnější je kyselina linolenová, viz. obr. 2. Poměrně vzácně se vyskytují také mastné kyseliny se čtyřmi až šesti dvojnými vazbami v molekule. K nejvýznamnějším z nich patří se čtyřmi dvojnými vazbami kyselina arachidonová, s pěti dvojnými vazbami kyselina timnodonová (EPA) a se šesti dvojnými vazbami kyselina cervonová (DHA). Přehled vybraných mastných kyselin s dvěmi a více dvojnými vazbami, vyskytujících se v lipidech uvádí tabulka 3. (Velíšek, 2009) Obrázek 1. kyselina linolová Obrázek 2. kyselina α-linolenová 14

15 Tabulka 3. Dienové, trienové a další mastné kyseliny vyskytující se v lipidech. Mastná kyselina Počet atomů uhlíku Poloha dvojných vazeb Konfigurace dvojné vazby Triviální název dienové oktadekadienová 18 9,12 cis, cis linolová trienové oktadekatrienová oktadekatrienová ,9,12 9,12,15 all-cis all-cis γ-linolenová α-linolenová tetraenové eikosatetraenová 20 5,8,11,14 all-cis arachidonová Alkynové, rozvětvené a cyklické kyseliny Ve srovnání s výše uvedenými typy mastných kyselin jsou tyto kyseliny v potravinářství a ve výživě podstatně méně důležité. Příkladem alkynových kyselin je kyselina stearolová nebo kyselina isanová. Příkladem rozvětvených kyselin jsou např. isokyseliny, kde je methylskupina vázána na předposledním atomu uhlíku (isovalerová kyselina apod.). Další skupinu tvoří cyklické mastné kyseliny s nasyceným nebo nenasyceným tříčlenným, pětičlenným a šestičlenným kruhem. (Velíšek, 2009) Další mastné kyseliny Kyseliny s další kyslíkatou funkční skupinou, jako hydroxykyseliny se v přírodě vyskytují v poměrně velkém počtu, avšak většinou jen jako méně významné mastné kyseliny, např. kyselina ricinolejová. Existují také přírodní mastné kyseliny obsahující v uhlovodíkovém řetězci vázanou síru nebo dusík, např. kyanolipidy. Jako kontaminanty se vyskytují i mastné kyseliny s jedním nebo několika atomy chloru v molekule. (Velíšek, 2009) Určité mastné kyseliny, zejména s větším počtem nenasycených vazeb si některé živočišné druhy včetně člověka nedokáží syntetizovat a tudíž jsou pro ně esenciální složkou potravy. (Sofrová, 2005) Mastné kyseliny výrazně ovlivňují chemické a fyzikálně chemické vlastnosti lipidů, jejichž jsou součástí: nasycené mastné kyseliny vedou k vyšší chemické stabilitě a k vyššímu bodu tání lipidů nenasycené mastné kyseliny snižují chemickou stabilitu a bod tání lipidů 15

16 čím je poloha dvojné vazby blíže ke karboxylové skupině, tím více snižuje chemickou stabilitu a bod tání (Sofrová, 2005) Homolipidy Homolipidy, sestávající jen z mastných kyselin vázaných na alkoholy, se dnes dělí výhradně podle struktury vázaného alkoholu. Tím je v přírodních lipidech většinou glycerol, řidčeji ethery glycerolu nebo hemiacetaly vyšších alifatických aldehydů, glykoly, ale také vyšší jednosytné alifatické alkoholy, alifatické a alicyklické terpenoidní sloučeniny, jako jsou např. xantofyly nebo různé steroidní sloučeniny. (Velíšek, 2009) Estery jednosytných alkoholů Estery mastných kyselin s jednosytnými alkoholy se označují triviálním názvem vosky. Z přírodních sloučenin jsou nejdůležitější estery mastných kyselin s alifatickými alkoholy, které se dříve nazývaly ceridy, a s acyklickými alkoholy, dříve označované jako steridy. (Velíšek, 2009) Termínem vosky se však kromě čistých sloučenin nazývají také různé přírodní produkty živočišného a rostlinného původu, ve kterých jsou sice jednou ze součástí estery mastných kyselin s jednosytnými alkoholy, ale přítomny jsou i další lipofilní sloučeniny, např. vyšší uhlovodíky, volné alkoholy, ketony a mastné kyseliny. Ty se, s výjimkou mastných kyselin, řadí mezi doprovodné látky lipidů. V těchto přírodních směsích mohou být estery mastných kyselin a jednosytných alkoholů dokonce minoritními složkami. Vhodnější by proto bylo nazývat termínem vosky pouze tyto přírodní produkty a nikoli čisté sloučeniny, ale prozatím pro čisté sloučeniny neexistuje vhodný obecný termín, kromě zřídka používaného názvu voskové estery. (Velíšek, 2009) Hlavní význam vosků je ten, že tvoří hydrofobní vrstvu na povrchu organismů, např. u živočichů na pokožce, vlasech, srsti či peří, u rostlin v povrchových vrstvách listů, plodů a dalších nadzemních částí. Uplatňují se hlavně při kontrole transpirace (zabraňují ztrátám vody odpařováním) a v ochraně proti vlivům prostředí, hmyzu a parazitům. Vosky se v organismu odbourávají nesnadno, avšak podobnými mechanismy jako mastné kyseliny s uhlíkatým řetězcem o délce běžné v tucích a olejích. Ve výživě člověka nemají prakticky žádný význam. (Velíšek, 2009) 16

17 Estery glycerolu Estery glycerolu představují potravinářsky nejvýznamnější lipidy. Obvykle se označují podle skupenství názvy tuky nebo oleje, i když by se jako tuky měly označovat jen přírodní produkty obsahující převážně triacylglyceroly a nikoliv individuální sloučeniny. Pokud jsou tuky za teploty okolí kapalné, nazývají se oleje. (Velíšek, 2009) Dříve mělo určitý význam dělení rostlinných olejů podle chování na vzduchu po natření v tenkém filmu. Rozeznávaly se oleje: - nevysychavé - polovysychavé (jodové číslo ) - vysychavé (jodové číslo nad 150) Jodové číslo slouží jako měřítko stupně nenasycenosti. Vyjadřuje se v % adovaného jodu. Mezi uvedenými skupinami nejsou přesné hranice. (Davídek, 1983) STRUKTURA Na molekulu glycerolu se mohou vázat 1 3 mastné kyseliny. Vzniklé estery se pak nazývají mono-, di- a triacylglyceroly. Poměr esterů glycerolu ve slunečnicovém oleji uvádí tabulka 4. Schémata jednoduchého a složeného triacylglycerolu jsou znázorněna na obrázcích 3 a 4. (Velíšek, 2009) Tabulka 4. Složení esterů glycerolu ve slunečnicovém oleji. (Velíšek, 2009) Druh esterů 1-monoacylglyceroly 2-monoacylglyceroly 1,3-diacylglyceroly 1,2-diacylglyceroly triacylglyceroly Obsah v % v oleji 0,2 0,05 0,9 0,1 97,8 O O O CH 2 O C R 1 O CH 2 O C R 1 R 1 C O CH O R 2 C O CH O CH 2 O C R 1 CH 2 O C R 3 Obrázek 3. Jednoduchý triacylglycerol Obrázek 4. Smíšený triacylglycerol Estery glycerolu s nasycenými mastnými kyselinami jsou většinou tuhé, krystalické látky, které jsou polymorfní. Při krystalizaci vznikají nejprve nestálé γ- a α- modifikace, z nich metastabilní β - forma a při vyšší teplotě stabilní β- forma, která má nejvyšší bod tání. Tyto přeměny mají za následek změny konzistence tuhých tuků při skladování. 17

18 Jednotlivé krystalické modifikace se liší uspořádáním molekul triacylglycerolů v krystalech (krystalové mřížce). (Davídek, 1983) Krystaly triacylglycerolů v α- modifikaci obsahující zbytky stejných mastných kyselin mají tendenci tvořit ladičkovou strukturu s řetězci mastných kyselin kolmými ke krystalovým rovinám. Krystaly v β - modifikaci mají ladičkovou strukturu s řetězci mastných kyselin šikmými. Řetězce mastných kyselin v polohách 1 a 3 glycerolu jsou opačné k řetězci kyseliny v poloze 2 a šikmé ke krystalovým rovinám. Krystaly triacylglycerolů v β- modifikaci mají židličkovou strukturu viz obrázek 5. (Velíšek, 2009) Obrázek 5. Ladičková struktura (β -modifikace) a židličková struktura(β-modifikace) triacylglycerolů FUNKCE A VÝSKYT Triacylglyceroly plní funkci zásobárny energie u živočichů. Ta se získává jejich oxidačním odbouráváním. Na uskladnění zásoby energie v podobě tuků se specializují buňky zvané adipocyty tukové buňky. Tyto buňky mohou být téměř celé vyplněny tukem. Adipocyty vytvářejí tukovou tkáň. (Klouda, 2000) V potravě se tuky vyskytují téměř výhradně jako triacylglyceroly. Mohou však obsahovat 1-10% parciálních esterů glycerolu, menší množství fosfolipidů a asi 1% doprovodných látek. Člověk tuky přijímá hlavně požíváním rostlinných pletiv a rezervních pletiv tkání živočichů, v nichž jsou uloženy. Podle původu se proto dělí na rostlinné, živočišné a jiné. (Velíšek, 2009) 18

19 SLOŽENÍ V acylglycerolech bývá zastoupena řada mastných kyselin. Až na výjimky (např. ricinový olej) se kvalitativní zastoupení kyselin v olejích příliš neliší. Kvantitativní obsah kyselin má větší vypovídací schopnost, protože je pro řadu olejů specifický. Přesto ani tyto údaje nelze přeceňovat, neboť v řadě případů dochází k odchylkám v důsledku pohlaví, věku, místa odběru (živočišné tuky) nebo zralosti semen, růstových podmínek apod. (rostlinné oleje). (Anonym 1, 2008) Rozvoj biochemických a analytických metod umožnil v posledních letech studovat rozdělení kyselin v triacylglycerolech různých tuků. Byla postupně navržena 4 pravidla rozložení mastných kyselin v acylglycerolech: (Anonym 1, 2008) 1) pravidlo nahodilého rozdělení: Mastné kyseliny mají tendenci rozdělovat se mezi triacylglyceroly nahodile. Postupem doby (další experimentální data) byla teorie opuštěna. (Anonym 1, 2008) 2) pravidlo pravidelného rozdělení: Na základě analýzy celé řady olejů bylo zjištěno, že mastné kyseliny mají snahu být rozděleny co nejpravidelněji ve všech triacylglycerolech. Pravidlo platí u lipidů ze semen, u živočišných lipidů je řada vážných odchylek. (Anonym 1, 2008) 3) pravidlo částečného nahodilého rozložení: V podstatě kompromis mezi dvěma výše uvedenými pravidly. Podle tohoto pravidla se triacylglyceroly s jednou kyselinou (jednoduché triacylglyceroly) vyskytují mnohem častěji než podle pravidla pravidelného rozdělení a méně často než by mělo být pro pravidlo nahodilého rozdělení. (Anonym 1, 2008) 4) pravidlo omezeného nahodilého rozložení: V přírodních olejích existují 4 typy triacylglycerolů: SSS, SSU, SUU, UUU, kde S znamená nasycenou a U nenasycenou kyselinu. Mastné kyseliny jsou nahodile rozděleny mezi tyto 4 typy triacylglycerolů, při čemž se různé nasycené nebo nenasycené kyseliny mohou mezi sebou vzájemně zastupovat. Všechny typy triacylglycerolů se vyskytují najednou jenom tehdy, mohou-li triacylglyceroly typu SSS zůstat v kapalném stavu. (Anonym 1, 2008) Podle současných názorů není rozdělení mastných kyselin v acylglycerolech náhodné a blíží se podmínkám pravidla omezeného nahodilého rozložení. Rozhodující je specifická aktivita příslušných lipolytických enzymů. U rostlinných olejů je poloha 2 nejčastěji obsazena kyselinou linolovou, v polohách 1 a 3 jsou nasycené nebo anomální kyseliny (např. kyselina eruková v řepkovém oleji). Podobně i nenasycené 19

20 kyseliny olejová a linolenová jsou v poloze 1 a 3, v poloze 2 se objevují pouze v případě, že není obsazena kyselinou linolovou. (Anonym 1, 2008) V živočišných tucích je problematičtější nalézt pravidla pro obsazování pozic v triacylglycerolech. Tak např. v sádle lze nalézt kyselinu linolovou především v poloze 3, zatímco poloha 2 je obsazena kyselinou olejovou (nejvíce), popřípadě kyselinou palmitovou a zřídka kyselinou stearovou (zejména u nasycených triacylglycerolů). V mléčném tuku je kyselina máselná výhradně v poloze 3, vyšší mastné kyseliny (C18) v poloze 1 a kyseliny s kratším řetězcem v poloze 2. (Anonym 1, 2008) Obsah monoacyl a diacylglycerolů v tucích je nízký. Pokud se vyskytují v běžném tuku, je to známka jeho částečného rozkladu (nejčastěji enzymatického) a nebo nesprávné (nešetrné) technologie při jeho rafinaci. V obou případech je zvýšené i číslo kyselosti. V ostatních lipidech, podle povahy, jich může být více. Takové lipidy se vyznačují menšími nebo většími emulgačními účinky. (Anonym 1, 2008) Estery vícesytných alkoholů Do této skupiny patří průmyslově vyrobené látky. Estery jedné nebo dvou molekul mastných kyselin se sorbitolem nebo sacharosou se používají jako zdravotně neškodné tukové emulgátory. Estery sacharosy s 5-8 molekulami mastných kyselin se používají jako tukové náhrady, jejichž výhodou je to, že mají fyzikální vlastnosti tuků a budí podobný senzorický dojem při konzumu, ale jsou v lidském organismu nevyužitelné a nedodávají tedy tělu energii. (Velíšek, 2009) Ethery glycerolu Ethery glycerolu se vyskytují v živočišných a rostlinných lipidech v množství, které běžně nepřesahuje 1%. Ve větším množství se nacházejí v mikrobiálních lipidech a v lipidech některých mořských živočichů, např. žraloků a rejnoků. V jaterních olejích některých druhů těchto živočichů, v závislosti na ročním období, mohou ethery glycerolu tvořit 10-80% nezmýdelnitelného podílu. Triviální názvy jsou odvozeny od názvů živočichů, z jejichž tuků byly prvně izolovány. Lipasami se nehydrolyzují. V přírodě se glycerylethery nacházejí převážně jako estery s vyššími mastnými kyselinami. (Velíšek, 2009) 20

21 3.1.5 Heterolipidy Jedná se o estery mastných kyselin s alkoholem, které obsahují navíc ještě další složky, podle nichž se dále rozdělují na: - fosfolipidy - glykolipidy - sfingolipidy - sulfolipidy Fosfolipidy Fosfolipidy jsou nejhojnější zástupci složených lipidů v přírodě, kde se nacházejí především jako komponenty biologických membrán všech typů. Nejjednodušším fosfolipidem a prekurzorem ostatních fosfolipidů je kyselina fosfatidová, viz obrázek 6. (Sofrová, 2005) 21 O O CH 2 OC R 2 R 1 CO OCH O CH 2 OPOH O - Obrázek 6. Kyselina fosfatidová V přírodních fosfolipidech je zpravidla v poloze 2 glycerolu vázána mastná kyselina nenasycená, v poloze 1 mastná kyselina nasycená. Molekula fosfolipidů vykazuje zcela jasně dvě odlišné oblasti: nepolární, hydrofobní oblast reprezentovanou mastnou kyselinou a polární, hydrofilní oblast, reprezentovanou glycerolem, kyselinou fosforečnou a příslušnou funkční skupinou. Tomuto duálnímu charakteru molekuly se říká amfipatie. Lipidy jsou amfipatické sloučeniny. Amfipatický charakter molekul samotných acylglycerolů je velmi nevýrazný, hlavní příspěvek pochází od funkční skupiny, z nichž některé mohou při fyziologickém ph nést elektrický náboj, což hraje velmi významnou roli při plnění biologické funkce fosfolipidů v biologických membránách. (Sofrová, 2005) Glykolipidy Glykolipidy jsou deriváty mastných kyselin, které obsahují vázané cukry. Pokud obsahují také vázaný glycerol, nazývají se glyceroglykolipidy, obsahují-li vázané

22 sfingosiny, nazývají se sfingoglykolipidy viz. níže. Nejčastějším vázaným cukrem je D-galaktosa, řidčeji také D-glukosa nebo D-fruktosa, ale i jiné cukry. Provázejí fosfolipidy jako součásti buněčných struktur a rovněž bývají vázány v lipoproteinech. (Velíšek, 2009) Sfingolipidy Sfingolipidy nejsou odvozeny od glycerolu a nejsou potravinářsky příliš významné. Zahrnují amidy mastných kyselin odvozené od dusíkatých alkoholů sfingosidů. Sfingolipidy se dále dělí na sfingohomolipidy (N-acylsfingosiny neboli ceramidy) a sfingoheterolipidy (sfingofosfolipidy a sfyngoglykolipidy). Společně s fosfolipidy a glykolipidy jsou sfingolipidy strukturními lipidy biologických membrán. (Velíšek, 2009) Sfingofosfolipidy Neboli sfingomyeliny jsou nejhojnějšími sfingolipdy. Jsou na ně bohaté membrány obklopující části nervových buněk. (Klouda, 2000) Sfingoglykolipidy Jednodušší podskupinu sfingoglykolipidů tvoří cerebrosidy. Jsou to ceramidy, jejichž polární skupina obsahuje zbytek jednoduchého sacharidu a neobsahují fosfatovou skupinu. Nejhojnější složkou nervových membrán jsou galaktocerebrosidy. V membránách jiných tkání se objevují glukocerebrosidy. (Klouda, 2000) Složitější skupinu sfingoglykolipidů tvoří gangliosidy. Jsou to ceramidoligosacharidy, mající ve svých cukerných skupinách alespoň jeden zbytek sialové kyseliny. Gangliosidy jsou složkami povrchových buněčných membrán a tvoří 6% mozkových lipidů. Cukerné složky gangliosidů tvoří receptory na povrchu buněčné membrány pro určité hormony hypofýzy. Jsou rovněž receptory pro bakteriální bílkovinné toxiny, např. toxin cholery. (Klouda, 2000) Sulfolipidy Některé heterolipidy také obsahují vázanou kyselinu sírovou, např. jsou to sulfoglykosylsfyngolipidy, dříve nazývané sulfatidy. V některých lipidech bývá síra vázána také jako kyselina sulfonová. Také tyto látky provázejí fosfolipidy a jsou součástí některých komplexních lipidů. (Velíšek, 2009) 22

23 3.1.6 Komplexní lipidy Komplexní lipidy obsahují vedle kovalentně vázaných mastných kyselin i další složky vázané vedlejšími nebo fyzikálními vazbami. Mají většinou velkou molekulu a snadno se štěpí na lipidový a nelipidový podíl, obvykle již mírnými fyzikálními zásahy (např. vysušením nebo extrakcí alkoholem). (Davídek, 1983) Lipoproteiny Lipoproteiny jsou proteiny kovalentně vázané na lipidy. Plazmové lipoproteiny jsou kulovité částice, které v sobě uzavírají jádro složené z triacylglycerolů a esterů cholesterolu. Úkolem plazmových lipoproteinů je transport triacylglycerolů a cholesterolu v organismu. Chylomikrony transportují triacylglyceroly a cholesterol z trávícího traktu do tkání a VLDL, IDL, a LDL cholesterol z jater do tkání. HDL cholesterol přenášejí z tkání do jater. Špatná funkce lipoproteinů může mít za následek aterosklerózu. Při ní se ukládají lipidy, hlavně tedy cholesterol, na vnitřní stranu tepen a způsobují tzv. kornatění. Tepny mají zdrsněný povrch, umožňující hromadění krevních sraženin, které mohou způsobit zástavu krevního toku (infarkt). (Klouda, 2000) Doprovodné látky lipidů Potravinové suroviny a výrobky obsahují kromě lipidů ještě další lipofilní látky, někdy nazývané lipoidy, které přecházejí při izolaci lipidů z materiálu do lipidové frakce vzhledem ke své nízké polaritě. Nazývají se proto doprovodné látky lipidů, ačkoliv to nutně neznamená, že by v původním materiálu musely doprovázet lipidy nebo s nimi nějak funkčně souviset. Mezi doprovodné látky lipidů patří zejména vyšší uhlovodíky, vyšší primární a sekundární alkoholy, ketony, diketony, různé steroidy, lipofilní vitaminy, lipofilní barviva, antioxidanty a další sloučeniny specifické pro některé materiály. Polycyklické aromatické uhlovodíky a kondenzované aromatické heterocykly, vznikající v potravinách při záhřevu nebo pocházející z vnějších zdrojů, se k doprovodným látkám lipidů neřadí, neboť se jedná o kontaminanty. (Velíšek, 2009) 23

24 3.2 Fyzikální vlastnosti tuků a olejů Konzistence Konzistence je závislá na množství tekutých (tj. nenasycených) a pevných (tj. nasycených) mastných kyselin obsažených v tucích a olejích. Záleží však také na způsobu, jakým jsou mastné kyseliny v glyceridech rozděleny. Docela jinou konzistenci budou mít tuky vzniklé smíšením čistých glyceridů kyseliny olejové a čistých glyceridů obsahujících nasycené mastné kyseliny, než tuky vzniklé výlučně ze smíšených triglyceridů týchž mastných kyselin a ve stejném procentním zastoupení. Konzistenci tuků a olejů ovlivňuje i to, že např. při ztužování se mění kyselina olejová na isoolejovou, která sice není kyselinou nasycenou, ale je tuhá a tudíž dává tuto vlastnost i tuku. (Jančík, 1952) Bod tání Přirozené tuky a oleje nemají ostrý bod tání a přechod ze skupenství tuhého do kapalného nenastává náhle, ale v rozmezí několika stupňů. Tuhé tuky nejprve změknou, pak zkapalní a nakonec se úplně vyjasní. Stadium vyjasnění, které můžeme nejpřesněji zachytit, pokládáme za bod tání. Čím je tuk více homogenní, tím je při bodu tání přechod ostřejší. (Jančík, 1952) Bod tuhnutí Bod tuhnutí tuků nesouhlasí s bodem tání a leží hlouběji pod ním. Tuky a oleje tuhnou, jako ostatně i směsi jiné, pozvolna, nikoliv najednou. Bod tuhnutí je mnohem ostřejší než bod tání, neboť při pozvolném ochlazování uvolněné latentní teplo udržuje po delší dobu konstantní (stálou) teplotu a v okamžiku této tepelné prodlevy se pak určí bod tuhnutí. Bod tuhnutí mastných kyselin se nazývá titr mastných kyselin a jelikož jsou vlastnosti tuků a olejů závislé na druhu mastných kyselin, provádí se stanovení tohoto titru mastných kyselin v praxi velmi často. (Jančík, 1952) Bod varu Body varu mastných kyselin rostou se stoupajícím počtem uhlíků v molekule. Většinu kyselin přítomných v tucích a olejích nelze destilovat za atmosférického tlaku, protože jejich body varů jsou již tak vysoké, že dochází k jejich rozkladu. Proto je nutné pracovat za sníženého tlaku. Body varů jsou pro jednotlivé kyseliny tabelovány. Na 24

25 rozdíl od bodu tání přítomnost dvojné vazby prakticky bod varu neovlivňuje. (Anonym 2, 2008) Viskozita Viskozita tuků je závislá, stejně jako hodnoty bodu tání a tuhnutí, na chemickém složení olejů a tuků. Obecně řečeno, viskozita tuků stoupá s rostoucí molekulovou vahou jejich mastných kyselin, a naopak klesá s větším obsahem nenasycených mastných kyselin. Stanovení viskozity má význam tehdy, pokud se tyto tuky používají k mazání strojů (např. ricinový olej). (Jančík, 1952) Hustota Hustota čistých tuků olejů kolísá při 20 C v rozmezí 0,907 až 0,970 g/cm 3. Největší hustotu vykazuje olej krotonový a ricinový. Hustota tuků se velmi mění během skladování, zvláště, pokud má přístup vzduch. Jejich rozkladem se zvyšuje obsah mastných kyselin, čímž hustota klesá, protože mastné kyseliny mají nižší hustotu než triglyceridy; naopak sycením nenasycených mastných kyselin v triglyceridech hustota stoupá. (Jančík, 1952) Index lomu a optická otáčivost Index lomu a optická otáčivost tuků je schopnost různým způsobem lomit nebo otáčet světelný paprsek procházející jejich vrstvou. Této vlastnosti lze použít při rozpoznávání jednotlivých druhů olejů a tuků. Index lomu se měří pomocí refraktometru a optická otáčivost pomocí polarimetru. Oleje s vyšším obsahem nenasycených mastných kyselin mají vyšší index lomu a vyšší jodové číslo. (Jančík, 1952) Rozpustnost Všechny tuky a oleje jsou nerozpustné ve vodě, rozpouštějí se však v organických rozpouštědlech (např. ether, benzin). Rozpustnost tuků a olejů v rozpouštědlech se zvyšuje se stoupáním obsahu mastných kyselin a zvyšováním teploty rozpouštědla. (Jančík, 1952) Emulgační schopnost tuků a olejů Tuky a oleje mají tu vlastnost, že se dovedou ve vodě nebo ve vodných roztocích některých solí velmi jemně rozptýlit. Této vlastnosti říkáme emulgační schopnost. Tendence tuků a olejů tvořit emulzi je různá. Největší sklon k tvorbě emulze má olej 25

26 lněný, podzemnicový a olivový, naproti tomu olej ricinový nevykazuje téměř žádnou emulgační schopnost. (Jančík, 1952) Barva Surové tuky, tak jak je získáme průmyslově lisováním nebo extrakcí, mají velmi kolísavé zabarvení i u jednoho a téhož druhu, je totiž závislé na druhu půdy, podnebí, způsobu zpracování atd. Veškeré rostlinné tuky a oleje, které byly extrahovány sirouhlíkem, bývají tmavozelené až zelenohnědé. Rafinací a ztužováním se barva tuků a olejů značně pozměňuje. (Jančík, 1952) Vůně a chuť Vůně tuků a olejů je velmi rozličná a pro každý druh tuku charakteristická. Vůně u tuků a olejů získaných z čerstvých surovin je vcelku příjemná (např. kakaové máslo, kokosový olej, olivový olej), nepříjemnou vůni však vykazují tuky a oleje získané extrakcí. V tomto případě však nejde o vůni původní, ale o vůni získanou pracovním postupem. Vzhledem k tomu, že tuky a oleje přijímají velmi lehce cizí vůně a pachutě, je nutno je skladovat tak, aby se nedostaly do styku s látkami, které by mohly jejich vůni porušit. Schopnost přijímat cizí vůně je zvláště podporována vyššími teplotami. (Jančík, 1952) Právě tak jako vůně, je i chuť charakteristická pro některé druhy tuků a olejů. Tato chuť je způsobována celou řadou průvodních látek, jako jsou např. uhlovodíky, alkoholy, steroly, fosfolipidy a případné rozkladné produkty, kterými jsou mastné kyseliny. (Jančík, 1952) Rheologie tuků Přírodní tuky a oleje jsou komplexní směsí různých triacylglycerolů. Proto nemají definovaný bod tání. Při zahřívání je tání kontinuální a začíná táním frakcí s nejnižším bodem tání a končí dosažením teploty tání triacylglycerolů s nejvyšším bodem tání. Čím více je směs diverzifikovaná, tím je větší rozpětí tání a tím méně ostrý je bod tání. Je-li tento interval menší než 5 C, je tuk považován za neplastický, je-li rozpětí vyšší, hovoří se o tuku plastickém. Řadu přírodních tuků lze zařadit mezi plastické tuky. (Anonym 2, 2008) 26

27 Tabulka 5. Vybrané vlastnosti tuků a olejů. (Žáček, 1994) Hustota Index lomu Teplota Mastné kyseliny Optická refrakto- Jodové nasy- nenasy- otáčovist Druh tání tuhnutí g/cm 3 ºC n p ºC metrické číslo cené cené ve 200mm ºC ºC dílky % % trubici 0, , Hovězí lůj 0,952 1,459 Vepřové sádlo 0,934-0, ,459-1, Kravské máslo 0,930-0, ,454-1, Kakaové máslo 0,990-0, ,454-1, ,07 Olivový olej 0,915-0, ,466-1, až ,07 až +0,21 Slunečnicový 0, , až olej 0,926 1, Řepkový olej 0,913-0, ,472-1, až ,04 až +0, Teplota zakouření (kouřový bod) Teplota zakouření je nejnižší teplota, kdy již dochází k pyrolýze tuku a nad zahřívaným tukem se začíná tvořit dým degradačních produktů. Kouřový bod závisí na obsahu volných mastných kyselin. (Steinhauser, 1995) Štiplavost kouře způsobuje akrolein, systematický název prop-2-enal. Jedná se o nejjednodušší nenasycený aldehyd. Vzniká zahříváním glycerolu obsaženého v tucích. Akrolein je hlavně užíván jako pesticid k regulaci rostlin, řas, měkkýšů, hub, hlodavců a mikroorganismů. Byl využíván jako součást bojových plynů. Má prokázány karcinogenní účinky. Způsobuje přirozené hořknutí vína. (Velecká, 2007) 27

28 Tabulka 6. Kouřové body vybraných tuků a olejů. (Chu, 2004) Druh oleje nebo tuku Kouřový bod Nerafinovaný slunečnicový olej 160ºC Rafinovaný slunečnicový olej 232ºC Extra panenský olivový olej ºC dle kvality a množství nečistot Panenský olivový olej 216ºC Olivový olej výlisky 238ºC Nerafinovaný řepkový olej 107ºC Rafinovaný řepkový olej 245ºC Vepřové sádlo 182ºC Máslo 177ºC 3.3 Chemické vlastnosti tuků Chemické vlastnosti tuků jsou dány několika typy reakcí. Významné jsou zejména reakce: - esterifikační reakce - hydrolýza - hydrogenace - oxidace - žluknutí Esterifikační reakce Mastné kyseliny tvoří s alkoholy estery. Kyseliny s rozvětveným řetězcem reagují pomaleji než normální kyseliny. Reakční rychlost klesá s rostoucím počtem atomů uhlíku v molekule. Dvojná vazba má vliv, jen pokud se vyskytuje v blízkosti karboxylové skupiny. (Davídek, 1983) Esterifikační reakce jsou katalyzovány enzymy lipasami nebo chemickými činidly, především kyselinami nebo alkáliemi. Esterifikace glycerolu mastnými kyselinami probíhá postupně přes monoacylglyceroly a diacylglyceroly na triacylglycerol. (Davídek, 1983) V chemii lipidů hrají důležitou roli interesterifikační reakce: - alkoholýza (výměna alkoholické složky esteru) - acidolýza (výměna kyselinové složky esteru) - výměna kyselé nebo alkoholické složky mezi dvěma molekulami esterů 28

29 Esterová výměna mastných kyselin vázaných v triacylglycerolech je reakce, která značně ovlivní vlastnosti produktu (např. bod tání kakaového másla stoupne asi o 20 C). V přírodních tucích a olejích je zastoupení mastných kyselin v jednotlivých molekulách triacylglycerolu specifické, kdežto při esterové výměně se stane nahodilýmtento proces se nazývá randomizace. (Davídek, 1983) Hydrolýza Hydrolýza je opakem esterifikace. Při reakci molekuly triacylglycerolu přijímají molekulu vody, odštěpí se mastná kyselina a postupně vzniká až volný glycerol. Reakce probíhá za vysoké teploty a pod tlakem. Enzymově probíhá hydrolýza za teploty místnosti, ale některé lipázy působí selektivně jen na určité esterové vazby. Působením alkalických hydroxidů vznikají mýdla soli mastných kyselin. Tato reakce se nazývá zmýdelňování. (Pelikán, 1999) Hydrogenace (ztužování) Cílem hydrogenace tuků a olejů je výroba tuhých tuků z kapalných olejů, hydrogenací silně nenasycených olejů lze také zvýšit odolnost proti zhoršení organoleptických vlastností při skladování nebo záhřevu. (Davídek, 1983) Jedná se o dosud nejrozšířenější technologii, kdy dvojné vazby mastných kyselin jsou částečně syceny vodíkem za přítomnosti hydrogenačního katalyzátoru (zpravidla na bázi niklu). (Čepička, 1995) Z hlediska stupně konverze dvojných vazeb nenasycených mastných kyselin na nasycené mastné kyseliny se rozlišuje: Parciální katalytická hydrogenace - tuky vhodné konzistence pro emulgované a pokrmové tuky se získávaly při stupních konverze 30-40%. Parciálně ztužené strukturní tuky obsahovaly 50-60% trans-izomerů mastných kyselin. Dnes se jedná o historickou technologii. (Kadlec, 2009) Totální hydrogenace - stupeň konverze dvojných vazeb na jednoduché je cca 99%. Získají se tak plně ztužené tuky o vysokém bodu tání (65-75 C) obsahující pouze nasycené mastné kyseliny (obsah zbytkových monoenových mastných kyselin je cca 1-1,5%, tj. reziduální obsah trans-kyselin je 0,7-1,0%). Jedná se o suroviny pro přeesterifikaci triacylglycerolů. (Kadlec, 2009) 29

30 Vlastní ztužování se provádí v reaktoru při teplotě C do požadovaného bodu tání nebo jodového čísla, obvykle 2-6h. Katalyzátor se pak odfiltruje na kalolisu. (Pelikán, 2001) Oxidace Tuky a oleje se na vzduchu samovolně oxidují. Tato reakce se nazývá autooxidace. Jde o řetězovou reakci, při níž se nejprve odtržením atomu vodíku z molekuly tuku vytvoří volný radikál, který reaguje s kyslíkem a po další reakci s atomem vodíku přejde v hydroperoxid, který je nestálý. Hydroperoxidy se často štěpí na aldehydy, které jsou hlavními nositeli žluklosti tuků (viz 2.3.5). Aldehydy se dále oxidují na peroxykyseliny a ty s další molekulou tvoří těkavé mastné kyseliny. Autooxidace je katalyzována sloučeninami těžkých kovů a naopak zpomalována antioxidanty (např. tokoferoly). Rychlost okysličování roste s počtem dvojných vazeb. (Pelikán, 1999) Žluknutí Soubor reakcí, které vedou ke zhoršení organoleptických vlastností tuků a potravin obsahujících lipidy, se nazývá žluknutí. Podle své povahy existuje žluknutí několika typů: - žluknutí hydrolytické - žluknutí oxidační - žluknutí ketonické - reverze Hydrolytické žluknutí může být zcela chemického rázu, obvyklejší je však hydrolýza katalyzovaná enzymy, především lipasami a fosfolipasami. Enzymová hydrolýza probíhá při skladovacích teplotách, pokud je přítomno dostatečné množství vody. Žluknutí se projevuje hořknutím, u kokosového tuku, kde se uvolňují nižší nasycené kyseliny, typickou mýdlovitou chutí. Na hydrolytickém žluknutí se aktivně podílejí také mikroorganismy, především plísně. (Davídek, 1983) Žluknutí oxidační je způsobováno produkty oxidace tuků a olejů. Primární produkty autooxidace se neprojevují změnou organoleptických vlastností, ale jejich rozkladem vznikají těkavé produkty, hlavně aldehydy, které jsou nositeli žluklé chuti. Aldehydy ovšem za přítomnosti bílkovin a jiných nelipidových složek snadno přecházejí v jiné senzoricky aktivní látky. Některé aldehydy vznikající oxidací působí příznivě, např. jsou nositeli typické vůně okurek nebo vlašských ořechů. (Davídek, 1983) 30

31 Ketonické žluknutí je typické pro mléčné tuky nebo kokosový tuk. Jeho příčinou je činnost mikroorganismů, jež přeměňují nižší mastné kyseliny na 2-alkanony a ty pak dodávají tuku charakteristickou květinovou vůni. (Davídek, 1983) Vzniklá květinová vůně není sama o sobě nepříjemná, např. v plísňových sýrech je dokonce žádoucí, ale pro jedlé tuky je netypická. (Velíšek, 2009) Chuťová reverze je typ žluknutí charakteristický pro sójový olej. Je způsobena enzymem lipoxygenasou, který se zvláště vyskytuje např. v semenech rostlin motýlokvětých. Při zpracování semen na olej vznikají působením lipoxygenasy hydroperoxidy esenciálních mastných kyselin. (Davídek, 1983) Nositeli pachu po trávě a fazolích označovaného jako chuťová reverze jsou různé sloučeniny vznikající rozkladem hydroperoxidů, mj. také různé deriváty furanu. Olej, u kterého se tato vada projevila, lze pachu zbavit rafinací, ale vada se po určité době znovu objeví. (Velíšek, 2009) 3.4 Charakteristika vybraných tuků a olejů Tuky a oleje rostlinného původu Jedlé oleje jsou téměř vždy výhradně rostlinného původu. S výjimkou panenského olivového oleje se všechny jedlé oleje podrobují rafinačnímu procesu. Podle použití se dělí na jedlé oleje salátové, nazývané též stolní, oleje na smažení, pečení a restování, oleje na výrobu majonézy a oleje pro konzervárenský průmysl. (Pelikán, 1999) Hlavními surovinami pro výrobu jedlých olejů je olej podzemnicový, slunečnicový, sójový, bavlníkový, řepkový, olej z kukuřičných klíčků a v oblastech produkce oliv olej olivový. (Pelikán, 1999) Salátový olej, který se používá k výrobě salátů a studených pokrmů, musí mít nejen příjemnou chuť a vůni, ale i barvu a dokonalou čirost. Získává se z nejkvalitnějších surovin, tj. olej slunečnicový, sójový a řepkový bez kyseliny erukové. Tyto oleje jsou největším zdrojem esenciálních mastných kyselin. Vedle nich se hojně používá olej podzemnicový, bavlníkový a olivový, které mají zvýšenou tepelnou stabilitu a nepění a jsou proto vhodné jako oleje na smažení. (Pelikán, 1999) Řepkový olej Řepkový olej se u nás začal používat v potravinářství až po druhé světové válce. Tento klasický řepkový olej obsahoval 45-51% kyseliny erukové, která se stala terčem kritiky ze strany zdravotníků. Z těchto důvodů byly v letech u nás 31

32 zavedeny do velkoplošné praxe tzv. bezerukové řepky a v letech tzv. dvounulové řepky. Tyto nově vyšlechtěné odrůdy bezerukových řepek poskytují oleje, které se řadí do skupiny nutričně významných olejů, které poskytují základní zdroj esenciálních mastných kyselin pro výživu člověka. (Hosnedl, 1998) V potravinářském průmyslu se řepkový olej používá do některých margarinových násad a 100% tuků, jako základní komponent pro výrobu všech druhů majonéz, při výrobě konzerv a celé řady potravinářských výrobků. Velice významné uplatnění nachází řepkový olej v hydrogenované podobě, jako tzv. ztužený řepkový tuk, který tvoří cca 40 45% z celkového množství zpracovávaného řepkového oleje. (Hosnedl, 1998) Řepkový olej se skvěle hodí ke smažení, pečení, dušení a marinování. Kvůli svému vysokému podílu jednoduchých nenasycených mastných kyselin je také ideální k fritování a delšímu smažení. Díky své neutrální chuti zvýrazňuje aroma ostatních přísad. Tento olej se stále častěji používá ve studené kuchyni do omáček, salátových zálivek nebo k nakládání zeleniny. (Iburg, 2004) Rostoucí tlak na ochranu životního prostředí vyústil k zavedení výroby maziv na bázi řepkového oleje. Hlavní předností těchto bioolejů je velmi dobrá biologická rozložitelnost. Postupně nahrazují v technicky zdůvodněných oblastech tradiční ropná maziva. V ČR se vyrábějí biooleje pro mazání řetězů motorových pil, pro hydraulické systémy, ztrátové mazání stacionárních pil, mazání podvozků železničních vozidel, výhybek v kolejové dopravě, pro užití v potravinářském průmyslu apod. (Hosnedl, 1998) Metylestery mastných kyselin řepkového oleje (tzv. čistá bionafta) jsou alternativním palivem do vznětových motorů, které není třeba konstrukčně upravovat. (Hosnedl, 1998) Slunečnicový olej Slunečnice je po řepce naší nejvýznamnější olejnatou plodinou. Její význam spočívá především v poskytování velmi kvalitního, dieteticky hodnotného oleje příjemné chuti, s velmi příznivým složením z hlediska lidské výživy. Značnou výživnou hodnotu má především pro vysoký obsah kyseliny linolové (až 70%) a pro přítomnost karotenoidů. Pro srovnání, řepkový olej obsahuje asi 25% a sójový 45-50% kyseliny linolové, která má pro lidský organismus antikarcinogenní účinky a snižuje hladinu cholesterolu v krvi. (Hosnedl, 1998) 32