Реферат: Выделение жирных кислот из растительных масел

     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-b-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 b-гидроксикислоты с длинной алифатической цепью в a-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 lipoferus	Sporobolomyces roseus
фосфолипиды	2,2	4,3	3,3
стерины	2,5	5,3	3,7
моно- и диацилглицерины	4,6	5,7	4,8
св. жирные     кислоты	16,4	2,6	10,1
триацилглицерины	71,4	78,1	72,2
стерин. эфиры, воска	1,2	1,7	2,1

     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	молекулярная масса	температура плавления	температура кипения	плотность
растит. масло (саломас)		878 (890)			0,92
гидроксид калия	КОН	56
этиловый спирт	С2Н5ОН	46,07	117,3	78,37	0,7893

     Таблица 3.2. Количества исходных веществ.

Название	уравнение		методика
	моль	г	г	мл	г\моль
растит. масло (саломас)		878 (890)	10(2)		(0,0023)
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