Reazioni chimiche di grassi e oli
Grassi e oli possono partecipare a una varietà di reazioni chimiche – per esempio, poiché i trigliceridi sono esteri, possono essere idrolizzati in presenza di un acido, una base, o enzimi specifici noti come lipasi. L’idrolisi dei grassi e degli oli in presenza di una base è usata per fare il sapone ed è chiamata saponificazione. Oggi la maggior parte dei saponi sono preparati attraverso l’idrolisi dei trigliceridi (spesso dal sego, dall’olio di cocco o da entrambi) usando acqua ad alta pressione e temperatura. Il carbonato di sodio o l’idrossido di sodio vengono poi utilizzati per convertire gli acidi grassi nei loro sali di sodio (molecole di sapone):
Guardando più da vicino: Saponi
Il sapone ordinario è una miscela di sali di sodio di vari acidi grassi, prodotta in una delle più antiche sintesi organiche praticate dall’uomo (seconda solo alla fermentazione degli zuccheri per produrre alcol etilico). Sia i Fenici (600 a.C.) che i Romani producevano sapone da grasso animale e cenere di legno. Anche così, la produzione diffusa di sapone non iniziò fino al 1700. Il sapone era tradizionalmente fatto trattando il lardo o il sego fuso con un leggero eccesso di alcali in grandi vasche aperte. La miscela veniva riscaldata e il vapore veniva fatto gorgogliare attraverso di essa. Dopo aver completato la saponificazione, il sapone veniva precipitato dalla miscela con l’aggiunta di cloruro di sodio (NaCl), rimosso per filtrazione e lavato più volte con acqua. È stato poi sciolto in acqua e riprecipitato con l’aggiunta di altro NaCl. Il glicerolo prodotto nella reazione veniva anche recuperato dalle soluzioni acquose di lavaggio.
Pumice o sabbia vengono aggiunte per produrre sapone da pulire, mentre ingredienti come profumi o coloranti vengono aggiunti per produrre saponi profumati e colorati. Soffiando l’aria attraverso il sapone fuso si produce un sapone galleggiante. I saponi morbidi, fatti con sali di potassio, sono più costosi ma producono una schiuma più fine e sono più solubili. Sono usati in saponi liquidi, shampoo e creme da barba.
Lo sporco e la sporcizia di solito aderiscono alla pelle, ai vestiti e ad altre superfici combinandosi con oli per il corpo, grassi da cucina, grassi lubrificanti e sostanze simili che agiscono come colle. Poiché queste sostanze non sono miscibili in acqua, il solo lavaggio con acqua fa poco per rimuoverle. Il sapone le rimuove, tuttavia, perché le molecole di sapone hanno una doppia natura. Un’estremità, chiamata testa, porta una carica ionica (un anione carbossilato) e quindi si dissolve in acqua; l’altra estremità, la coda, ha una struttura idrocarburica e si dissolve negli oli. Le code idrocarburiche si dissolvono nel terreno; le teste ioniche rimangono nella fase acquosa, e il sapone rompe l’olio in minuscole goccioline racchiuse nel sapone chiamate micelle, che si disperdono nella soluzione. Le goccioline si respingono a vicenda a causa delle loro superfici cariche e non si coalizzano. Con l’olio che non “incolla” più lo sporco alla superficie sporca (pelle, panno, piatto), lo sporco racchiuso nel sapone può essere facilmente sciacquato via.
I doppi legami nei grassi e negli oli possono subire idrogenazione e anche ossidazione. L’idrogenazione degli oli vegetali per produrre grassi semisolidi è un processo importante nell’industria alimentare. Chimicamente, è essenzialmente identico alla reazione di idrogenazione catalitica descritta per gli alcheni.
Nei processi commerciali, il numero di doppi legami che vengono idrogenati è attentamente controllato per produrre grassi con la consistenza desiderata (morbidi e flessibili). Oli vegetali economici e abbondanti (canola, mais, soia) sono così trasformati in margarina e grassi da cucina. Nella preparazione della margarina, per esempio, gli oli parzialmente idrogenati vengono mescolati con acqua, sale e latte secco non grasso, insieme ad agenti aromatizzanti, coloranti e vitamine A e D, che vengono aggiunti per approssimare l’aspetto, il gusto e la nutrizione del burro. (Nella maggior parte del burro di arachidi commerciale, l’olio di arachidi è stato parzialmente idrogenato per evitare che si separi. I consumatori potrebbero diminuire la quantità di grassi saturi nella loro dieta usando gli oli originali non lavorati sui loro cibi, ma la maggior parte delle persone preferisce spalmare la margarina sul loro toast piuttosto che versarci sopra dell’olio.
Molte persone sono passate dal burro alla margarina o all’accorciamento vegetale per la preoccupazione che i grassi saturi animali possano aumentare i livelli di colesterolo nel sangue e causare l’intasamento delle arterie. Tuttavia, durante l’idrogenazione degli oli vegetali, avviene una reazione di isomerizzazione che produce gli acidi grassi trans menzionati nel saggio di apertura. Tuttavia, gli studi hanno dimostrato che gli acidi grassi trans aumentano anche i livelli di colesterolo e aumentano l’incidenza delle malattie cardiache. Gli acidi grassi trans non hanno la piega nelle loro strutture, che si verifica negli acidi grassi cis e quindi si impacchettano strettamente insieme allo stesso modo degli acidi grassi saturi. Ai consumatori viene ora consigliato di usare oli polinsaturi e margarina morbida o liquida e di ridurre il loro consumo totale di grassi a meno del 30% del loro apporto calorico totale ogni giorno.
Grassi e oli che sono in contatto con l’aria umida a temperatura ambiente alla fine subiscono reazioni di ossidazione e idrolisi che li fanno diventare rancidi, acquisendo un caratteristico odore sgradevole. Una causa dell’odore è il rilascio di acidi grassi volatili per idrolisi dei legami esteri. Il burro, per esempio, rilascia acidi butirrici, caprilici e caprici maleodoranti. I microorganismi presenti nell’aria forniscono lipasi che catalizzano questo processo. L’irrancidimento idrolitico può essere facilmente prevenuto coprendo il grasso o l’olio e tenendolo in frigorifero.
Un’altra causa di composti volatili e odorosi è l’ossidazione dei componenti insaturi degli acidi grassi, in particolare l’unità strutturale facilmente ossidabile
in acidi grassi polinsaturi, come gli acidi linoleico e linolenico. Un prodotto particolarmente offensivo, formato dalla scissione ossidativa di entrambi i doppi legami in questa unità, è un composto chiamato malonaldeide.
L’irrancidimento è una delle principali preoccupazioni dell’industria alimentare, motivo per cui i chimici alimentari sono sempre alla ricerca di nuovi e migliori antiossidanti, sostanze aggiunte in quantità molto piccole (0,001%-0,01%) per prevenire l’ossidazione e quindi sopprimere l’irrancidimento. Gli antiossidanti sono composti la cui affinità per l’ossigeno è maggiore di quella dei lipidi nell’alimento; quindi funzionano impoverendo preferenzialmente la fornitura di ossigeno assorbita nel prodotto. Poiché la vitamina E ha proprietà antiossidanti, aiuta a ridurre i danni ai lipidi nel corpo, in particolare agli acidi grassi insaturi che si trovano nei lipidi della membrana cellulare.