Лецитини - Биология

Лецитини (Немски: лезитин, гръцки: λέκιθος лекитос = Яйчен жълтък) е класическото наименование на група химични съединения, т.нар Фосфатидилхолини. Това са фосфолипиди, които са изградени от мастни киселини, глицерин, фосфорна киселина и холин. Лецитините са компоненти на клетъчната мембрана на животинския и растителен живот. Те са придружаващи вещества в мазнините и маслата и са особено богати на яйчни жълтъци и клетки на зеленчукови семена.

Лецитините позволяват емулгирането (смесването) на мазнини и вода и следователно са важни естествени повърхностноактивни вещества (емулгатори) за храни и фуражи. Лецитините са одобрени в ЕС като хранителна добавка (E 322) за храни като цяло (също „органични“ продукти) с максимални ограничения за количество само за бебешка храна. В списъците на съставките те са показани като Лецитин, Соев лецитин или просто Е 322 изброени. В медицината и козметиката те се използват и като активни съставки, в диетологията като хранителни добавки.

Технически получените лецитинови продукти като екстракти от соя или яйца, в зависимост от техните източници, съдържат не само лецитини, но и други фосфолипиди, както и сфингомиелини и гликолипиди. Тези групи вещества също имат сходни физични свойства и са емулгатори. Съгласно директива на ЕС делът на полярните липиди (неразтворими в ацетон) в лецитиновите продукти трябва да бъде най-малко 60%.

Откриване и проучване

През 1811 г. френският фармацевт Луи-Никола Вокелин за първи път докладва за препарати, съдържащи мазнини, направени от мозъчно вещество, съдържащи органично свързан фосфор и открити от химика Хенсинг още през 1719 г.

Никола-Теодор Гобли изолира лепкаво оранжево вещество от яйчния жълтък през 1846/1847 г., което съдържа олеинова киселина, маргаринова киселина, глицерол фосфорна киселина и азотна органична основа. През 1847–1858 г. той открива подобни вещества в мозъчната материя, шаранските яйца, кръвта, жлъчката и други органи. През 1850 г. той нарече откритието си лецитин по гръцката дума лекитос (Яйчен жълтък).

Феликс Хопе-Сейлер, основателят на биохимията и молекулярната биология, открива органично свързан фосфор в семената на растенията през 1867 година. През 1899 г. химиците Е. Шулце и Е. Щайгер изолират фосфолипиди от растителни семена, които те също наричат лецитин. Според техните открития соята и лупинът са имали най-високо съдържание на лецитин от 1,5–2,5% от семената на растенията, които са изследвали.

Изследователите Diakonow и Adolph Strecker (1822–1871) изолират лецитин, напр. Б. от яйчен жълтък, с по-голяма чистота и признава, че съдържащата азот част от лецитина е холин.

Йоханес Лудвиг Вилхелм Тудихум (1829–1901), основателят на мозъчната химия, откри аналогична връзка и го нарече цефалин на гръцката дума цефалос (Глава) и успя да отдели сфингомиелина.

От началото на 1900 г. до края на 30-те години не може да се види значителен напредък в познаването на фосфолипидите. Ернст Кленк (1896–1971) и Сакат откриват инозитол и инозитолфосфорна киселина в соевия лецитин през 1939 г. През 1944 г. американският химик Джон Пангборн извлича кардиолипин от липидите на говеждия сърдечен мускул, а през 1958 г. Картър и колегите му описват сложните фитогликолипиди, които се срещат само в растителни фосфолипидни смеси.

Когато Hansamühle Hamburg, днес ADM Ölmühle Hamburg AG, въвежда процеса на екстракция на Bollmann през 1925 г., лецитинът може да бъде изолиран икономически от сурово растително масло. Започна индустриалното производство. Основният източник на лецитин беше соевото масло. Лецитинът от яйчен жълтък има в специални приложения, напр. Б. във фармацията и козметиката продължава да бъде важен.

Един от първите изследователи на приложения за лецитин е Бруно Ревалд около 1925 г., който е един от първите лецитинови технолози, които препоръчват лецитина като емулгатор и диспергатор.

Хамбург става изходна точка и център за промишлена преработка на соя и лецитин. Американецът Йозеф Айхберг е първият, който признава стойността на лецитините за САЩ през 1930 г. и предлага на пазара „Hamburger Lecithin“ на Hansamühle. От 1935 г. лецитинът също се произвежда в Америка с добро качество. Компаниите Pillsbury и Central Soya (и двете САЩ) поеха това многостранно вещество.

От 1948 г. Лукас Майер, Хамбург, се посвещава на технологията на приложение и продажбата на лецитини. С Rüdiger Ziegelitz и Volkmar Wywiol, които насърчават маркетинга и по-нататъшното развитие на лецитина от 1953 г., е постигнат глобалният пробив за лецитина като спомагателна и активна съставка. Те поставят широкото разнообразие от употреби на лецитини в секторите на храните, фуражите и технологиите.

В диетичното приложение лекарят д-р. Buer е пионер в работата и пуска един от първите лецитинови препарати на пазара през 1935 г. с продукта „Buer-Lecithin“. H. Eickermann, A. Nattermann & Cie (днес Групата на Sanofi-Aventis), се концентрира върху активното вещество фосфатидилхолин и разработва редица важни фармацевтични препарати, които се предлагат и днес.

Д-р Херберт Ребман разработи фосфолипидни специалитети от яйчния жълтък като висококачествени фармацевтични емулгатори за хранителни разтвори на мазнини.

Технологиите за изследвания и приложения далеч не са приключили. Например, лецитините от морски водорасли, използването на липозоми в хранителната промишленост и фосфолипидите в аквакултурите в момента са във фокуса на науката.

Поява и наличност

Поява

Полярните липиди, особено фосфолипидите, са важни структурни компоненти на биологичните мембрани и се срещат във всички живи същества (хора, животни, растения и водорасли) и в много микроорганизми. Най-високите концентрации на лецитин се откриват в черния дроб и мозъка, в белите дробове и сърцето и в мускулната тъкан. Фосфолипидите също присъстват в някои телесни течности - особено в кръвната плазма на гръбначните животни.

Наличност

В момента годишно се произвеждат около 180 000 тона лецитин, главно от соя (2% съдържание на лецитин), които се събират в САЩ, Бразилия и Аржентина. Понастоящем други производители на соя, като Китай, Индия, Парагвай и Канада, са малко важни за световното производство на лецитин. Отглеждането на соя в Европа е незначително. Повече от 70% от реколтата от соя в света идва от генетично модифицирани соеви растения (към 2011 г.). [1] Освен соята, рапицата и слънчогледът се броят като източници на суровини, макар и в по-малка степен. Яйчният жълтък с високия си дял лецитин (около 10%) трудно може да осигури пазара поради ограничената му наличност. Относително ниските количества се използват главно във фармацията, медицината и козметиката.

Ефекти на лецитина в организма

В допълнение към техните структурообразуващи свойства, на лецитините се възлагат множество функционални задачи. Те участват активно както в анаболен липиден метаболизъм (синтез и разпределение на липидите), така и в катаболен липиден метаболизъм (разграждане и превръщане на липиди).

Клетъчната мембрана на почти всички клетки се състои от липиден двуслой. Лецитинът е от съществено значение за образуването на биомембраната и частите от клетъчните органели. По-специално, митохондриите са зависими от компонентите на лецитина за техния синтез с гликопротеините, свързани в молекулярната структура.
Тъй като мазнините не са водоразтворими, са необходими различни специфични за тялото стъпки за усвояването на мазнините, за да може да се извърши храносмилането, което започва с разграждането на мастните капчици (мицели).
Износът на мастни киселини от черния дроб е особено важен за селскостопанските животни.

Пилетата поглъщат предимно нишесте с диетата си, от което черният дроб трябва да синтезира мазнини за образуване на яйца; Лецитинът е необходим тук, за да изнася мазнините, които се образуват от черния дроб (липопротеини с много ниска плътност, VLDL), в противен случай съществува риск животното да развие мастна чернодробна болест. При кравите тази опасност също съществува отчасти, но това е резултат от различен процес: малко след раждането на телето започва много енергоемкото производство на мляко. За тази цел се мобилизират резервите от телесни мазнини, които първо се транспортират до черния дроб, а оттам на свой ред като VLDL в кръвта. Ако към този момент кравите не са достатъчно снабдени с аминокиселини (по-специално: лизин и метионин), мазнините също могат да се съхраняват в черния дроб, което в крайна сметка може да доведе до депресия в работата. Изследванията в тази област продължават.

Химическа структура и свойства

Лецитини (Фосфатидилхолините) са широко разпространена група съединения, които принадлежат към основната група фосфоглицериди. Фосфоглицеридите са съединения, които образуват естер на дикарбоксилна киселина с глицерин и две мастни киселини. Тази част от фосфоглицеридите съответства на структурата на обикновените мазнини. Третата OH група на глицерола обаче образува естер на дифосфорна киселина с фосфатен йон; от една страна с глицерин, а от друга с друга, неуточнена функционална група X. В случая с лецитините, групата X е холин. Холинът е кватернерно амониево съединение, така че има положителен заряд и е катион. Фосфатната група присъства като анион в широк диапазон на рН, така че има отрицателен заряд. Така че можете да лецитини като цвиттериони или. Вътрешни соли хванете. Лецитините нямат характерна точка на топене, тъй като съединенията имат различен състав на мастните киселини. Ненаситените мастни киселини като олеинова киселина или линоленова киселина са доста често срещани в лецитините.

Структурата на тези съединения води до свойството да действат като повърхностноактивно вещество: част от молекулата има такова полярна (хидрофилен), друга част първа аполарен (хидрофобно) свойство. По този начин те са амфифилни, могат да намалят междуфазното напрежение между голямо разнообразие от вещества (фази) и да действат като емулгатори или диспергатори. Следователно те позволяват смесването на действително несмесими течности като масло и вода и суспендирането на частици във водна фаза.

По същия начин лецитините могат да образуват липозоми, които служат като модел за развитието на клетките и могат да помогнат в медицината като транспортно средство за активни вещества. Лецитините също могат да образуват ламеларни течно-кристални фази, което е от особен интерес за козметичната употреба.

Други фосфолипиди

Лецитините, които се получават от естествени източници, съдържат други фосфоглицериди като лецитини Фосфатидилетаноламин с етаноламин, Фосфатидилсерин със серин и Фосфатидилинозитол с инозитол като полярна група X. Съществуват и сфингомиелини и гликолипиди, като последните не са фосфолипиди. Тези групи съединения също показват сходни физични свойства и действат като повърхностноактивни вещества. Естествените източници на лецитини са напр. Б. Яйца и соя. Таблицата показва приблизителния състав на пилешко яйце и соев лецитин.

състав (в 2]

Фамилия	полярна функционална група	Яйце лецитин	Соев лецитин
Фосфатидилхолин	Холин	73	30-ти
Фосфатидилетаноламин	Етаноламин	15-ти	22-ри
Фосфатидилсерин	Серин	-	3-4
Фосфатидилинозитол	Инозитол	1	18-ти
Сфингохолин	Холин	2-3	-
Гликолипиди	Монозахариди Олигозахариди	-	13

Физически свойства

Лецитините са хигроскопични. Във въздуха образуват лепкави, восъчни маси. Ако лецитините се нагряват до над 70 ° C за по-дълъг период, те стават тъмнокафяви до черни. По принцип лецитините, свързаните с тях фосфолипиди и техните модифицирани производни са разтворими в мазнини и масла и диспергируеми във вода. Лецитините са лесно разтворими в органични разтворители като хлороформ или хексан. За разлика от тях те са неразтворими в ацетон. Разтворимостта в етанол зависи от дължината на веригата и степента на насищане на мастните киселини. При ниска степен на насищане разтворимостта на фосфатидилхолин в етанол намалява. Фосфатидилетаноламинът и фосфатидилинозитолът са слабо или неразтворими в етанол.

Лецитините трябва да бъдат плътно затворени, защитени от светлина и да не се съхраняват над 15 ° C. Тъй като има тенденция да се окислява с молекулярен кислород (автоокисление), антиоксиданти могат да бъдат добавени за стабилизиране.

Екстракция на соев лецитин

Суровина: соя

Соята в основните страни производители е достатъчно достъпна като възобновяема суровина (реколта 2005: 214 милиона тона). Отлежалият и внимателно съхраняван фасул е от голямо значение за добрите качества на лецитина. Зърната първо трябва да се почистят, начупят и овалят на люспи.

Суровина: сурово соево масло

Тромбоцитите (2-5 mm) се екстрахират в екстракционна система в противотока с хексан. Получената смес (мицела) се дестилира и изпарява и накрая се освобождава от разтворителя във вакуум чрез добавяне на директна пара.

Полученият суров нефт е изходният продукт за соев лецитин. Чрез запарване на маслодайните семена преди екстракция съдържанието на лецитин в суровия нефт може да се увеличи с 50–100%. Тогава делът на нехидратиращите се фосфолипиди в обезмасленото масло пада.

Резултат: лецитин

Суровият нефт, който съдържа около 2% лецитин като съпътстващо вещество, се нагрява до 70–90 ° C в контейнер за източник и интензивно се смесва с 1–4% вода. Лецитинът набъбва, утаява се под формата на желатинова маса и се отделя от суровия нефт с високоскоростни специални сепаратори. Водата се отстранява от тази лецитинова влажна утайка - с около 12% масло, 33% фосфолипиди и 55% вода - в тънкослоен изпарител. Резултатът е суров лецитин, който съдържа 60–70% полярни липиди и 27–37% соево масло. Съдържанието на вода сега е само 0,5–1,5%.

Основните компоненти на суровите лецитини, получени чрез дегумиране, са: фосфолипиди (известни също като фосфатиди), триглицериди, гликолипиди и въглехидрати. Незначителни съставки: стерини, свободни мастни киселини, оцветители и редица други съединения.

В допълнение към дегумирането с помощта на процеса на набъбване с вода, има дегумиране с киселини (супер дегумиране) и процес на дегумиране с ензима фосфолипаза А2. По-специално се утаяват и така наречените нехидратируеми фосфолипиди, които иначе са невъзможни или трудни за откриване.

Чист лецитин - фракции - модификации

Лецитинът може да се използва в оригиналната си форма за много приложения. В много случаи обаче има смисъл да се обезмаслява, фракционира или модифицира естествен (оригинален) лецитин, за да се получат специфични лецитини за специални приложения:

характеристики

Суровите растителни лецитини са кафяви до жълтеникави вещества с пластмасова и течна консистенция. Цветът зависи от произхода на семената, условията на реколта и съхранение и методите и оборудването за обработка. Консистенцията се определя от съдържанието на масло, количеството свободни мастни киселини и съдържанието на влага. Обезмаслените лецитини са прахообразни или гранулирани. Добре почистените (рафинирани) лецитини имат характерна (подобна на боб) до неутрална миризма и вкус. По принцип лецитините, техните модифицирани производни и фракционираните фосфолипиди са разтворими в масла и мазнини.

Употреба на лецитин

Употребата на лецитин в производството на храни и фуражи, във фармацията и медицината, както и в козметичните продукти и в нехранителния сектор е разнообразна. Някои възможни приложения са показани по-долу.