Lecitíny - biológia
Lecitíny (Nemecky: lezitín, grécky: λέκιθος lekithos = Vaječný žĺtok) je klasický názov pre skupinu chemických zlúčenín, tzv Fosfatidylcholíny. Ide o fosfolipidy, ktoré sú tvorené mastnými kyselinami, glycerínom, kyselinou fosforečnou a cholínom. Lecitíny sú zložky bunkovej membrány živočíšneho a rastlinného života. Sú sprievodnými látkami v tukoch a olejoch a sú obzvlášť bohaté na vaječné žĺtky a bunky rastlinných semien.
Lecitíny umožňujú emulgáciu (miešanie) tukov a vody, a sú preto dôležitými prírodnými povrchovo aktívnymi látkami (emulgátory) pre potraviny a krmivá. V EÚ sú lecitíny schválené ako potravinárske prídavné látky (E 322) do potravín všeobecne (vrátane „ekologických“ výrobkov) s obmedzeniami maximálneho množstva iba pre detskú výživu. V zoznamoch zložiek sú zobrazené ako Lecitín, Sójový lecitín alebo len tak E 322 uvedené. V medicíne a kozmetike sa používajú aj ako účinné látky, v dietetike ako doplnky výživy.
Technicky získané lecitínové výrobky, ako sú extrakty zo sójových bôbov alebo vajec, v závislosti od ich zdrojov obsahujú nielen lecitíny, ale aj ďalšie fosfolipidy, ako aj sfingomyelíny a glykolipidy. Tieto skupiny látok majú tiež podobné fyzikálne vlastnosti a sú emulgátormi. Podľa smernice EÚ musí byť podiel polárnych lipidov (nerozpustných v acetóne) v lecitínových výrobkoch minimálne 60%.
Objav a prieskum
V roku 1811 francúzsky lekárnik Louis-Nicolas Vauquelin po prvýkrát informoval o prípravkoch obsahujúcich tuky vyrobených z mozgovej hmoty, ktoré obsahovali organicky viazaný fosfor a ktoré chemik Hensing našiel už v roku 1719.
Nicolas-Theodore Gobley izoloval z vaječného žĺtka v rokoch 1846/1847 lepkavú oranžovo sfarbenú látku, ktorá obsahovala kyselinu olejovú, kyselinu margarínovú, glycerolfosforečnú kyselinu a dusíkatú organickú bázu. V rokoch 1847–1858 našiel porovnateľné látky v mozgovej hmote, vo vajciach kapra, v krvi, žlči a v ďalších orgánoch. V roku 1850 pomenoval svoj objav lecitín podľa gréckeho slova lekithos (Žĺtok).
Felix Hoppe-Seyler, zakladateľ biochémie a molekulárnej biológie, našiel v roku 1867 v semenách rastlín organicky viazaný fosfor. V roku 1899 izolovali chemici E. Schulze a E. Steiger fosfolipidy zo semien rastlín, ktoré tiež nazývali lecitín. Podľa ich zistení mali sójové bôby a vlčí bôb najvyšší obsah lecitínu 1,5 - 2,5% v semenách rastlín, ktoré skúmali.
Vedci Diakonow a Adolph Strecker (1822–1871) izolovali lecitín, napr. B. z vaječného žĺtka, vo vyššej čistote a bolo zistené, že dusíkatou časťou lecitínu bol cholín.
Johannes Ludwig Wilhelm Thudichum (1829–1901), zakladateľ mozgovej chémie, našiel analogické spojenie a pomenoval ho cefalín podľa gréckeho slova cefalos (Hlava) a dokázal separovať sfingomyelín.
Od začiatku roku 1900 do konca 30. rokov 20. storočia nie je možné zaznamenať výrazný pokrok v oblasti znalostí o fosfolipidoch. Ernst Klenk (1896–1971) a Sakat našli v roku 1939 inozitol a kyselinu inozitolfosforečnú v sójovom lecitíne. V roku 1944 americký chemik Jon Pangborn extrahoval kardiolipín z lipidu hovädzieho srdcového svalu a v roku 1958 Carter a jeho kolegovia opísali komplexné fytoglykolipidy, ktoré sa nachádzajú iba v rastlinných fosfolipidových zmesiach.
Keď spoločnosť Hansamühle Hamburg, dnes ADM Ölmühle Hamburg AG, zaviedla v roku 1925 proces extrakcie Bollmann, bolo možné lecitín ekonomicky izolovať zo surového rastlinného oleja. Začala sa priemyselná výroba. Hlavným zdrojom lecitínu bol sójový olej. Lecitín z vaječného žĺtka má v špeciálnych aplikáciách, napr. B. vo farmácii a kozmetike, je naďalej dôležitá.
Jedným z prvých výskumných pracovníkov v oblasti lecitínu bol okolo roku 1925 Bruno Rewald, ktorý bol jedným z prvých technológov lecitínu, ktorí odporúčali lecitín ako emulgátor a dispergátor.
Hamburg sa stal východiskovým bodom a centrom priemyselného spracovania sóje a lecitínu. Američan Josef Eichberg ako prvý uznal v roku 1930 pre USA hodnotu lecitínov a uviedol na trh Hansamühleov „Hamburger Lecithin“. Od roku 1935 sa lecitín v dobrej kvalite vyrábal aj v Amerike. Túto univerzálnu látku prevzali spoločnosti Pillsbury a Central Soya (obe USA).
Od roku 1948 sa Lucas Meyer v Hamburgu venoval aplikačnej technológii a predaju lecitínov. Spolu s Rüdigerom Ziegelitzom a Volkmarom Wywiolom, ktorí od roku 1953 podporovali marketing a ďalší vývoj lecitínu, sa dosiahol globálny prielom pre lecitín ako pomocnú a aktívnu zložku. Rôznorodosť použitia lecitínov v potravinárskom, krmivárskom a technologickom priemysle dávajú široký základ.
V dietetickej aplikácii lekár Dr. Spoločnosť Buer bola priekopníkom práce a v roku 1935 uviedla na trh jeden z prvých lecitínových prípravkov na trhu s produktom „Buer-Lecithin“. H. Eickermann, A. Nattermann & Cie (dnes skupina Sanofi-Aventis) sa sústredili na účinnú látku fosfatidylcholín a vyvinuli množstvo dôležitých farmaceutických prípravkov, ktoré sú dodnes k dispozícii.
DR. Herbert Rebmann vyvinul špeciality z fosfolipidu z vaječného žĺtka ako vysoko kvalitné farmaceutické emulgátory pre roztoky výživných tukov.
Výskum a aplikačné technológie ešte zďaleka nekončia. Napríklad lecitíny z morských rias, použitie lipozómov v potravinárskom priemysle a fosfolipidy v akvakultúre sú v súčasnosti stredobodom vedy.
Výskyt a dostupnosť
Výskyt
Polárne lipidy, najmä fosfolipidy, sú dôležitými štruktúrnymi zložkami biologických membrán a vyskytujú sa u všetkých živých bytostí (ľudí, zvierat, rastlín a rias) a v mnohých mikroorganizmoch. Najvyššie koncentrácie lecitínu sa nachádzajú v pečeni a mozgu, v pľúcach a srdci a vo svalovom tkanive. Fosfolipidy sú prítomné aj v niektorých telesných tekutinách - najmä v krvnej plazme stavovcov.
Dostupnosť
V súčasnosti sa ročne vyprodukuje okolo 180 000 ton lecitínu, hlavne zo sójových bôbov (obsah lecitínu 2%), ktoré sa zberajú v USA, Brazílii a Argentíne. Ostatní producenti sóje, ako napríklad Čína, India, Paraguaj a Kanada, majú v súčasnosti pre globálnu výrobu lecitínu malý význam. Pestovanie sóje v Európe je okrajové. Viac ako 70% celosvetovej úrody sóje pochádza z geneticky modifikovaných rastlín sóje (od roku 2011). [1] Okrem sóje sa ako zdroj surovín počíta aj repka a slnečnica, aj keď v menšej miere. Vaječný žĺtok so svojím vysokým podielom lecitínu (asi 10%) môže len ťažko zásobovať trh kvôli svojej obmedzenej dostupnosti. Relatívne nízke množstvá sa používajú hlavne vo farmácii, medicíne a kozmetike.
Účinky lecitínu v tele
Okrem svojich štruktúrotvorných vlastností je lecitínom priradených mnoho funkčných úloh. Aktívne sa podieľajú na anabolickom metabolizme lipidov (syntéza a distribúcia lipidov) a katabolickom metabolizme lipidov (štiepenie a premena lipidov).
- Bunková membrána takmer všetkých buniek pozostáva z lipidovej dvojvrstvy. Lecitín je nevyhnutný pre tvorbu biomembrány a častí bunkových organel. Najmä mitochondrie sú pri syntéze závislé od zložiek lecitínu s glykoproteínmi asociovanými v molekulárnej štruktúre.
- Pretože tuky nie sú rozpustné vo vode, sú potrebné rôzne telu špecifické kroky na trávenie tuku, aby bolo možné vykonať trávenie, ktoré začína odbúravaním tukových kvapôčok (micely).
- Export mastných kyselín z pečene je obzvlášť dôležitý pre hospodárske zvieratá.
Kurčatá prijímajú potravu predovšetkým škrobom, z ktorého musí pečeň syntetizovať tuky na tvorbu vajec; Lecitín je tu nevyhnutný na export tukov, ktoré sa tvoria z pečene (lipoproteíny s veľmi nízkou hustotou, VLDL), inak existuje riziko, že sa u zvieraťa vyvinie tukové ochorenie pečene. Toto nebezpečenstvo u kráv existuje tiež čiastočne, ale je to výsledok iného procesu: krátko po narodení teliat začína veľmi energeticky náročná výroba mlieka. Za týmto účelom sa mobilizujú zásoby telesného tuku, ktoré sa najskôr transportujú do pečene a odtiaľ zase ako VLDL do krvi. Pokiaľ je v tejto chvíli nedostatočný prísun aminokyselín do kravy (najmä: lyzín a metionín), môže sa tuk ukladať aj do pečene, čo môže v konečnom dôsledku viesť k útlmu úžitkovosti. Výskum v tejto oblasti stále pokračuje.
Chemická štruktúra a vlastnosti
Lecitíny (Fosfatidylcholíny) sú rozsiahlou skupinou zlúčenín, ktoré patria do materskej skupiny fosfoglyceridov. Fosfoglyceridy sú zlúčeniny, ktoré tvoria ester dikarboxylovej kyseliny s glycerínom a dvoma mastnými kyselinami. Táto časť fosfoglyceridov zodpovedá štruktúre bežných tukov. Tretia OH skupina glycerolu však tvorí ester kyseliny difosforečnej s fosfátovým iónom; na jednej strane s glycerínom a na druhej strane s ďalšou nešpecifikovanou funkčnou skupinou X. V prípade lecitínov je skupinou X cholín. Cholín je kvartérna amóniová zlúčenina, má teda kladný náboj a je katiónom. Fosfátová skupina je prítomná ako anión v širokom rozmedzí pH, takže má negatívny náboj. Môžete teda lecitíny ako zwitterióny alebo. Vnútorné soli uchopiť. Lecitíny nemajú charakteristickú teplotu topenia, pretože tieto zlúčeniny majú odlišné zloženie mastných kyselín. Nenasýtené mastné kyseliny, ako je kyselina olejová alebo kyselina linolénová, sú v lecitínoch celkom bežné.
Štruktúra týchto zlúčenín vedie k vlastnosti, že pôsobia ako povrchovo aktívne látky: časť molekuly ich má polárny (hydrofilné), ďalšia časť prvá nepolárny (hydrofóbna) vlastnosť. Sú teda amfifilné, môžu znižovať medzipovrchové napätie medzi rôznymi látkami (fázami) a pôsobiť ako emulgátory alebo dispergátory. Umožňujú preto miešanie skutočne nemiešateľných kvapalín, ako je olej a voda, a suspenzia častíc vo vodnej fáze.
Podobne môžu lecitíny vytvárať lipozómy, ktoré slúžia ako modely vývoja buniek a môžu v medicíne pomôcť ako pomocné látky pre transport účinných látok. Lecitíny sú tiež schopné tvoriť lamelárne kvapalno-kryštalické fázy, čo je zvlášť zaujímavé pre kozmetické použitie.
Ostatné fosfolipidy
Lecitíny, ktoré sa získavajú z prírodných zdrojov, obsahujú ďalšie fosfoglyceridy, napríklad lecitíny Fosfatidyletanolamín s etanolamínom, Fosfatidylserín so serínom a Fosfatidylinozitol s inozitolom ako polárnou skupinou X. Existujú tiež sfingomyelíny a glykolipidy, posledné uvedené nie sú fosfolipidy. Tieto skupiny zlúčenín tiež vykazujú podobné fyzikálne vlastnosti a pôsobia ako povrchovo aktívne látky. Prírodné zdroje pre lecitíny sú napr. B. Vajcia a sója. V tabuľke je uvedené približné zloženie kuracieho vajca a sójového lecitínu.
| Priezvisko | polárna funkčná skupina | Vaječný lecitín | Sójový lecitín |
| Fosfatidylcholín | Cholín | 73 | 30 |
| Fosfatidyletanolamín | Etanolamín | 15 | 22 |
| Fosfatidylserín | Serín | - | 3-4 |
| Fosfatidylinozitol | Inozitol | 1 | 18 |
| Sfingocholín | Cholín | 2-3 | - |
| Glykolipidy | Monosacharidy Oligosacharidy | - | 13 |
Fyzikálne vlastnosti
Lecitíny sú hygroskopické. Po vystavení vzduchu vytvárajú lepkavé voskovité hmoty. Ak sa lecitíny dlho zahrievajú na viac ako 70 ° C, stávajú sa tmavohnedými až čiernymi. V zásade sú lecitíny, príbuzné fosfolipidy a ich modifikované deriváty rozpustné v tukoch a olejoch a dispergovateľné vo vode. Lecitíny sú ľahko rozpustné v organických rozpúšťadlách, ako je chloroform alebo hexán. Naproti tomu sú nerozpustné v acetóne. Rozpustnosť v etanole závisí od dĺžky reťazca a stupňa nasýtenia mastných kyselín. Pri nízkom stupni nasýtenia klesá rozpustnosť fosfatidylcholínu v etanole. Fosfatidyletanolamín a fosfatidylinozitol sú slabo alebo nerozpustné v etanole.
Lecitíny by mali byť tesne uzavreté, chránené pred svetlom a nemali by sa uchovávať pri teplote do 15 ° C. Pretože má tendenciu oxidovať pomocou molekulárneho kyslíka (autooxidácia), môžu sa na stabilizáciu pridať antioxidanty.
Extrakcia sójového lecitínu
Surovina: sója
Sójové bôby v hlavných producentských krajinách sú dostatočne dostupné ako obnoviteľná surovina (úroda v roku 2005: 214 miliónov t). Zrelá a starostlivo skladovaná fazuľa má veľký význam pre dobrú kvalitu lecitínu. Fazuľa musí byť najskôr očistená, nalámaná a stočená do vločiek.
Surovina: surový sójový olej
Doštičky (2 až 5 mm) sa extrahujú v extrakčnom systéme v protiprúde hexánom. Výsledná zmes (rôzne zmesi) sa destiluje a odparí a nakoniec sa rozpúšťadlo odparí vo vákuu pridaním priamej pary.
Výsledná ropa je východiskovým produktom pre sójový lecitín. Parením olejnatých semien pred extrakciou sa môže obsah lecitínu v surovom oleji zvýšiť o 50–100%. Podiel nehydratovateľných fosfolipidov v odmasťovanom oleji potom klesá.
Výsledok: lecitín
Surová ropa, ktorá obsahuje asi 2% lecitínu ako sprievodnej látky, sa zahreje na 70 - 90 ° C v zdrojovej nádobe a intenzívne sa zmieša s 1 - 4% vody. Lecitín napučiava, vypadáva ako želatínová hmota a je oddelený od surovej ropy vysokorýchlostnými špeciálnymi odlučovačmi. Voda sa z tohto lecitínového mokrého kalu - s približne 12% olejom, 33% fosfolipidmi a 55% vodou - odstráni v tenkovrstvovej odparke. Výsledkom je surový lecitín, ktorý obsahuje 60–70% polárnych lipidov a 27–37% sójového oleja. Obsah vody je teraz iba 0,5–1,5%.
Hlavnými zložkami surových lecitínov získaných degumáciou sú: fosfolipidy (tiež známe ako fosfatidy), triglyceridy, glykolipidy a sacharidy. Vedľajšie zložky: steroly, voľné mastné kyseliny, farbivá a množstvo ďalších zlúčenín.
Okrem odmasťovania pomocou procesu napučiavania vodou sa vykonáva aj odmasťovanie pomocou kyselín (superodmasťovanie) a odmasťovanie pomocou enzýmu fosfolipázy A2. Vyzrážajú sa najmä takzvané nehydratovateľné fosfolipidy, ktoré sú inak nemožné alebo ťažko detegovateľné.
Čistý lecitín - frakcie - modifikácie
Lecitín sa môže v pôvodnej podobe použiť na mnoho aplikácií. V mnohých prípadoch má však zmysel odolejovať, frakcionovať alebo upraviť natívny (pôvodný) lecitín, aby sa získali špeciálne lecitíny pre špeciálne aplikácie:
charakteristiky
Surové rastlinné lecitíny sú hnedé až žltkasté látky s plastickou a tekutou konzistenciou. Farba závisí od pôvodu semien, podmienok zberu a skladovania, ako aj od metód a systémov spracovania. Konzistencia je určená obsahom oleja, množstvom voľných mastných kyselín a obsahom vlhkosti. Odolejované lecitíny sú práškové alebo granulované. Dobre vyčistené (rafinované) lecitíny majú charakteristickú (jemnú) až neutrálnu vôňu a chuť. V zásade sú lecitíny, ich modifikované deriváty a frakcionované fosfolipidy rozpustné v olejoch a tukoch.
Použitie lecitínu
Používanie lecitínu pri výrobe potravín a krmív, vo farmácii a medicíne, ako aj v kozmetických výrobkoch a v nepotravinárskom priemysle je rôzne. Niektoré možné použitia sú uvedené nižšie.