Írta: Márkus Jenô
A kémia és vívmányai, II. rész, Kir. Magy. Természettudományi Társulat, Budapest, 1940.
A zsírok és zsírszerû anyagok (olajok) annyira elterjedtek a növényvilágban, hogyha csekély mennyiségben is, de majdnem minden növényi alkatrészben feltalálhatók. A növények egyes részei és pedig leggyakrabban a magvak, súlyuknak mintegy felét kitevô magas zsírtartalommal bírhatnak. Az állatvilágban a növényvilághoz hasonlóan szintén igen elterjedtek az olaj- és zsírféleségek. Sokszor vastag rétegekben, laza sejtek közé ágyazva, vagy bôr alá rétegezve, mint "szalonna", a hasüregben, mint "háj", a szárcsontokban és koponyaüregben, mint "velô" vannak felhalmozva. Egyes rovarok, pl. a méhek testükbôl nagy mennyiségû zsírt (viaszt) választanak ki. A tengerekben élô állatok, nevezetesen a bálnák és rozmárfajták teste különösen zsírdús. Az elôfordulásnak megfelelôen a növényi zsíroknál a magokat és a terméseket, míg az állatoknál a zsírszöveteket, melyek a zsírt magukba foglalják (szalonna, háj, csontzsír, velô), dolgozzák fel zsírkinyerés céljaira.
Bármily sokfélék is a zsírok és olajok keletkezésük szerint, vegyileg mégis nagyon hasonlók egymáshoz; csak a cetvelônél és a viasznál találunk nagyobb összetételbeli eltéréseket. Utóbbiaktól eltekintve mondhatjuk, hogy minden zsír és olaj fôtömegét háromféle zsír keveréke (nem vegyülete!) képezi, melyeket sztearin, palmitin, illetôleg olein névvel jelölünk. A különbözô eredetû zsírok és olajok ezeket a fôalkatrészeket változó arányban tartalmazzák. Ezenfelül minden zsírnak és olajnak egyéb alkatrészei is vannak, melyektôl azok jellegzetes tulajdonságai származnak. Utóbbiakról alább részletesen szólunk. Egyelôre ismerkedjünk meg az említett "vezér-alkatrészekkel".
A sztearin, a palmitin és az olein egyaránt egységes,
tisztán is könnyen elôállítható
vegyület. Mindeniknek közös alkatrésze a glicerin,
melynek 1 molekulája sztearin esetén 3 molekula sztearinsavval,
palmitin esetében
ugyanannyi palmitinsavval, végül az olein esetében
ugyanannyi olajsavval (oleinsavval) van vegyülve. A dolog ugyanis
úgy áll, hogy a glicerin (C3H8O3)
háromértékû alkohol, vagyis olyan anyag, mely
három hidroxil (OH) csoportot tartalmaz. Utóbbiak útján
a glicerin 11 molekulája az említett savak 33 molekuláját
képes lekötni ú. n. glicerinészter alakjában:
Ezt a zsírszintézist gyakorlati úton is megvalósíthatjuk, ha glicerin és sztearinsav kellô arányú keverékét mindkét végén beforrasztott üvegcsôben 180 Co-ra hevítjük fel. A vegyi folyamat befejeztével a csô tartalma sztearinsavas glicerinné, vagyis sztearinná (trisztearinná) alakul át.
Ha valamely zsírt, pl. a most említett sztearint, lúgokkal, pl. nátronlúggal (NaOH), oltott mésszel [Ca(OH)2], vagy egyes fémoxidokkal, pl. ólomoxiddal (PbO) melegítjük, akkor a fordított folyamat, nevezetesen a zsír bomlása következik be. A glicerin és a zsírsav tehát szétválik, de a felszabaduló zsírsav (pl. sztearinsav) nyomban sóvá alakul az alkalmazott bázis fémjével. Az utóbbi fémvegyületeket szappanoknak mondjuk. A mindennapi életben használt szappanok nátronszappanok, vagyis bennük a zsírsavak nátriumsói, és pedig elsôsorban a sztearinsavas, palmitinsavas és olajsavas nátrium játsszák a fôszerepet. A nátronlúggal való elszappanosítás vegyfolyamatát tehát sztearin esetében így lehet feltüntetni:
A zsírok megbontása, vagyis elszappanosítása nemcsak lúgok segítségével történhetik, hanem más módon is. Így erôs savak, pl. kénsav is bontja azokat. Magas nyomáson és hômérsékleten pedig magával a vízzel is felbonthatjuk a zsírokat glicerinre és zsírsavakra. Azonkívül egyes magvakban található fermentumok is hasonló zsírbontó hatást idéznek elô.
Ismételve kiemeljük, hogy a zsírok fôtömege változó arányú elegye a sztearin-, palmitin-, illetôleg olajsav glicerinnel alkotott vegyületének (glicerinészterének). Vannak azonban olyan zsírnemû anyagok is, melyekben glicerin helyett más alkoholok vannak jelen. A méhviasz pl. szabad cerotinsav mellett palmitinsavas miricilésztert, a kínai viasz pedig cerotinsavat és cerilésztert tartalmaz. A cetvelô folyékony része "trigliceridekbôl" áll, míg a szilárd rész az egyvegyértékû cetilalkohol palmitinsavas észtere, hasonlóan a méhviasz és a kínai viasz összetételéhez.
A sztearin-, palmitin- és olajsav glicerinészterein kívül a zsírokban és olajokban kisebb mennyiségben, legtöbbször ugyancsak glicerinészter alakjában másféle zsírsavakat is találunk, melyek a különféle zsírok jellegzetes tulajdonságait adják meg. Ezek közül külön kiemeljük korábban a palmitinsavval és sztearinsavval együttesen már említett vajsavat, kapronsavat, kaprilsavat, kaprinsavat, laurinsavat, mirisztinsavat, nemkülönben a telítetlen savak közül az olajsav közeli rokonát, a tiglinsavat (C18H35COOH) és az ugyancsak telítetlen lininsavat, taritinsavat, illetôleg oleomargarinsavat (utóbbiak tapasztalati képlete egyforma: C17H31COOH), végül a linolsavat és a linolénsavat (C17H29COOH) stb.
A zsírok és olajok fôalkatrészei közül a keményebb zsírokban (pl. disznózsírban és még inkább a faggyúban) inkább a sztearinsavas és palmitinsavas glicerinészter, a folyékony zsírokban vagyis olajokban fôként az olajsavas glicerinészter dominál.
Ismert káros tulajdonsága a zsíroknak és olajoknak, hogy a levegôn rövidebbhosszabb idô alatt megavasodnak, amikor is csípôs ízt és kellemetlen szagot kapnak. E változás alatt a zsírok kémhatása savanyúvá válik. Az avasodás nem minden zsírnál és olajnál következik be egyenlô mértékben és egyenlô idô alatt. Jórészben függ ez a zsír tisztaságától, a környezet nedvességétôl, többé-kevésbbé a hômérséklettôl és a fényhatásoktól. Az avasodás kérdése még nincs kellôkép tisztázva. A DuclauxGeitel-féle vizsgálatok szerint a zsírok avasodása enzimes hatás, mely az oxidációval kapcsolatosan elôálló hidrolitos bomlás következménye. A megfigyelések szerint elsôsorban azok a zsírok hajlamosak avasodásra, melyek könnyebben szappanosíthatók el. Az avasodás alkalmával a víz és az oxigén hatása alatt keletkezô zsírsavak, továbbá aldehid- és ketonszerû termékek okozzák a szagot. Elôsegíti az oxidációt a zsírban jelenlévô nitrogén- és kéntartalmú anyagok baktériumos bomlása is. A világosságtól védett és száraz környezetben, lehetôleg sötétben tartott zsírok és olajok hosszabb ideig ellen tudnak állni az avasodásnak, fôként, ha a levegôtôl teljesen elzárható edénybem tartjuk azokat.
A zsírok kinyerése történhetik: 1. kiolvasztással, 2. préseléssel, 3. extrahálással. E mûveletekhez rendszerint a tisztítás és finomítás (raffinálás) is kapcsolódik.
Az állati testben a zsírt rostszálak veszik körül, melyekbôl kiolvasztással nyerhetjük ki a tiszta zsírt. Elôzôleg azonban a nyersanyagot mechanikai megmunkálásnak kell alávetnünk, mi a faggyú alapos feldarabolásából áll. Célja, hogy lehetôleg minél több rostszövetet felnyissunk és szétszakítsunk. Ilymódon sokkal alacsonyab hômérséklet is elég a faggyú kiömlesztésére. Lehet a sejteket préseléssel is szétroncsolni és csak ezt követi az úgynevezett "kieresztés".
A felaprózott faggyú kieresztését többféle eljárással végezhetjük aszerint, hogy csak a zsiradékot akarjuk-e a rostoktól elkülöníteni, vagy a kieresztést egyidejûleg a zsírok tisztításával is össze akarjuk kötni. A faggyút vagy szárazon, közvetlen tüzelésû üstökben, vagy nedvesen (vízgôzzel) olvaszthatjuk. Mivel az elsô esetben a zsír könnyen bomlást szenvedhet, mi úgy a színére, mint az ízére káros lehet, célszerûbben vízgôzzel történik a faggyú kiolvasztása. Az ipari faggyút gôzfûtéssel ellátott kazánokban olvasztják, a tisztátlanságtól megszûrik és formába öntik, ahol megdermed. Ez a faggyú már elég tiszta közönséges szappan és sztearingyertya készítésére. Egyszeri olvasztással és szûréssel azonban csak másodrendû faggyút nyerhetünk, mert a megolvasztott faggyúban a rostos, lebegô részek még szennyezik az anyagot. Ezért a faggyút víz hozzáadással újból megolvasztják, esetleg konyhasó tartalmú vízzel fôzik és fehérítik. Fehérítésre barnakövet és kénsavat használnak. Hogy a faggyú olvadáspontját emeljék, préselésnek vetik alá, mivel az alacsonyabb olvadáspontú alkatrészeket eltávolítják. Ezt "faggyú olaj" néven értékesítik. A faggyú nemesítésére még további tisztítást is végeznek.
Olajtartalmú magvakból és termésekbôl az olajat préseléssel, vagy kivonással vesszük ki; az olajtartalmú magvak különbözô mennyiségben tartalmazzák az olajat, így a lenmagvak 37%, a mákmagvak 41%, a pamutmagvak 30%, a földidió (arachis) magvak pedig átlag 41% neutrális olajat tartalmaznak. Feldolgozásra a felaprított magvak elômelegítôbe kerülnek, ahonnan hidraulikus présekben elôször 50 atm. nyomáson sajtolják, amikor a legfinomabb étolajat (Jungfernöl) nyerik. A nyomást azután növelik (300350 atm.), amikor a szûrôvásznakban olajpogácsa marad vissza, mintegy 47% olajtartalommal. Ezt a magasabb nyomáson kipréselt olajat használja fel az ipar százféle vonatkozásban, míg az olajpogácsákat állathízlalásra és tejelô állatok etetésére értékesítik.
A kivonatoló (extrakciós) eljárás a magvakban lévô olajak benzinben, éterben, benzolban, szénkénegben vagy széntetrakloridban (tetra) való könnyû oldhatóságán alapszik. Erre a célra a gyakorlatban rendkívül sokféle és változatos extrakciós berendezések szolgálnak. Az extrahálással kinyert olaj festéket és egyéb idegen anyagokat is tartalmaz, melyektôl külön eljárásokkal, mosással és szûréssel tisztítják meg.
A préseléssel nyert olaj ugyancsak sokféle tisztátalansággal kerül ki a présbôl, s így ha az olaj rendeltetése megkívánja ezt is meg kell tisztítani. A lebegô alkatrészek állás közben üledék alakjában a fenékre rakódnak le. A még visszamaradó nyálkás anyagokat vagy erjesztéssel, vagy szûréssel különítik el a tiszta olajtól. Az égetésre szánt olajokat az elgyantásodást okozó részektôl kell megtisztítani. A száradó olajokat 90100 Co-ra szokták felmelegíteni, hogy a nyálkaanyagok kiváljanak az olajból. További tisztítás abból áll, hogy mechanikai, vagy ha kell kémiai eljárásokkal derítik az anyagot. Mechanikailag az olajat csontszénnel, száraz agyagfölddel, Fuller- vagy Florida-földdel, esetleg kovafölddel keverve tisztítják, míg a kémiai úton való derítésre savat, lúgot, redukáló, illetôleg oxidáló anyagokat, leginkább kénsavat, alkáliákat, ritkábban hipokloritokat, ózont, vagy káliumbikromátot használnak. Sok esetben az olajban oldott állapotban lévô szilárd zsírokat hûtéssel távolítják el, amikor a visszamaradó olajat "fagyálló olaj" elnevezéssel hozzák forgalomba. Ezt a mûveletet "demargarizáció"-nak nevezik.
Étkezésre szolgáló olajok és zsírok kinyerése és elôkészítése természetesen különös eljárásokat, gondos munkálatokat igényel, mert ezeknek az olajoknak a higiénia követelményeinek is eleget kell tenni. Itt említjük meg, hogy a legáltalánosabban használt étolaj a hideg, vagy csak a gyengén melegpréselésû olivaolaj, melynek savmentesnek és szagtalannak kell lenni. Étolajul azonban jól felhasználható a szezámolaj, nemkülönben a tökmagolaj, a napraforgóolaj és a kendermagolaj is.
A mesterséges ételzsírok közül külföldön nagy szerepet játszik a mûvaj vagy más néven margarin, mirôl röviden a következôket tartjuk érdemesnek feljegyezni:
Margarin gyártására marhafaggyút szokás
használni, melybôl sajtolással mindenekelôtt
oleomargarint készítenek. Oleomargarin alatt a faggyúnak
3032 Co között még folyékony részét
értjük. A présbôl kifolyó oleomargarin
megdermedés után fehér, legfeljebb gyengén
sárgás tömeget alkot, mi ételek készítésére
közvetlenül is felhasználható. Hogy ebbôl
vajszerû tömeget nyerjünk, még további eljárásnak
kell alávetni, melyet vajasításnak neveznek.
Ez lényegileg abban áll, hogy az oleomargarint tejjel dolgozzák
el, miközben a vajszerû állomány biztosítására
más zsírokat (szezámolajat, kókuszolajat, gyapotmagolajat
stb.) is adnak hozzá. Jóminôségû margarinvaj
pl. a következô anyagokból készül:
| Nyári készítmény | Téli készítmény | |||
| Teljes tej | 500 | l | 500 | l |
| Oleomargarin | 500 | kg | 500 | kg |
| Faggyú | 25 | kg | | |
| Szezámolaj | 50 | kg | 70 | kg |
| Dán vajfesték | 0,40 | kg | 0,40 | kg |
A zsírok és olajok technikai feldolgozásának legôsibb módja az, hogy belôlük szappant fôzünk. A képzôdô nátronszappan nem egyéb, mint a zsírokban foglalt zsírsavak nátriumsójának keveréke. Az egyidejûleg felszabaduló glicerin a házi szappanfôzésnél veszendôbe megy.
A modern gyári eljárások célja az, hogy egyrészt a glicerint is kinyerhessük, másrészt módunk legyen a gyertyagyártás céljaira szolgáló értékesebb kemény zsírsavak különválasztására. Magát az elszappanosítást a nátronlúgnál olcsóbb oltott mésszel, vagyis kalciumhidroxiddal [Ca(OH)2] végzik. A kapott mészszappan (a zsírsavak kalciumsója) vízben oldhatatlan, és a vizes oldatból a glicerin kiválasztható. A mészszappant kénsavval elbontva vízben oldhatatlan gipsz (CaSO4) mellett szabad állapotban kapjuk a zsírsavakat. Lehet a zsírokat kénsavval is felbontani, mikor zsírsavakon kívül átmenetileg kénsavglicerin keletkezik, mely vízfelvétel közben kénsavra és glicerinre bomlik. Elônyösebb a magasnyomású vízgôz zsírbontó hatását igénybe venni: A 610 atm. nyomású vízgôz aránylag kevés (13%) mész, magnézia vagy cinkoxid jelenlétében ugyancsak zsírsavakra és glicerinre bontja szét a zsírokat. Még gazdaságosabb Krebnitz módszere. Ennek lényege az, hogy a 100 Co-ra felmelegített zsírokat egyenértékû mésztejjel keverik. A keletkezô, vízben oldhatatlan mészszappanból a glicerint vízzel kimossák, majd a mészszappant szóda-, vagy hamuzsíroldattal felfôzik, mikor vízben oldhatatlan szénsavas mész mellett szép világos színû, vízben oldódó káli- vagy nátronszappan keletkezik.
A kénsavas zsírbontás helyébe ma a Twitschel-féle zsírbontó eljárás lépett. Ennél az eljárásnál kénsav helyett szulfoolajsavat és naftalint használnak oly módon, hogy elôbb a zsírokból vagy olajokból a fehérje- és nyálkaanyagokat eltávolítják, kénsavval kimossák és kádakban 0,33% szulfoolajsavat és naftalint kevernek a zsírtömegbe, melyet még 50%-ig vízzel hígítanak. Gôzzel felfôzik, mikor 24 óra mulva a zsíroknak mintegy 85%-a már elbomlik. Alul a glicerines víz gyûlik össze, melyet lacsapolnak, majd friss vízzel újra felfôzik a zsírtömeget. Ha kell, még egy kevés kénsavat kevernek hozzá, amikor a zsíroknak 9192%-a átalakul zsírsavvá és glicerinné. Egynapi állás után a kénsavat báriumkarbonáttal eltávolítják, a zsírsavakat pedig a még glicerintartalmú vízrôl leszívatják.
A sokféle zsírbontó eljárás között tekintélyes szerepet visz még a fermentatív zsírbontás, melyet Connstein, Hoyer éS Wartenburg dolgozott ki gyakorlati felhasználás céljára. Lényege ennek az eljárásnak az, hogy a zsírokhoz ricinusmag-kivonatot kevernek, melyet 0,2% mangánszulfáttal hatásosabbá tesznek; egy-két nap mulva 4050 Co-on mintegy 9095%-ra elbomlik a zsiradék. Hasonló kivonatot lehet készíteni földi dió magjából is.
A fentebb ismertetett eljárásokkal a nálunk termô olajos magvakból és állati termékekbôl elsôsorban sztearinsav, palmitinsav és olajsav keverékét nyerjük. Mivel ezek a keverékek többé-kevésbbé lágyak és így a gyertyagyártás céljaira nem alkalmasak, az egyes zsírsavakat el szokták különíteni egymástól. Ez megfelelô hômérsékleten történô préseléssel lehetséges, minek az a célja, hogy a magasabb olvadáspontú zsírsavakat elválasszák az alacsonyabb olvadáspontúaktól. A magasabb olvadásponttal bíró sztearinsavat a gyertyagyártó ipar dolgozza fel, míg a folyékony részt, az olajokat, a szappangyártó ipar keresi.
Mivel a folyékony olajsav kisebb értéket képvisel, mint a szilárd sztearinsav, régóta fáradoznak azon, hogy a folyékony olajsavat megszilárdítsák, és így értékesebb, gyertyagyártásra is alkalmas sztearinsavvá alakítsák. Ezt a feladatot Sabatier és Sendersens sikeresen megoldotta. Kimutatták, hogy finoman eloszlott nikkel-katalizátor jelenlétében 180 Co-on az olajsav az elemi hidrogénnel sztearinsavvá alakul. Utóbb a nikkel-katalizátorok helyét kolloid palládium, nikkeloxid és különbözô nehéz fémsók foglalták el, sôt újabban a nehéz fémeket és különbözô fémsók keverékét is használják katalizátorul. Ily módon a zsírok keményítése (hidrogénezése) annyira tökéletesedett, hogy nemcsak a zsírsavakat, hanem a neutrális zsírokat is képesek vagyunk közvetlenül megkeményíteni. Erre a célra a halolajak és halzsírok a legalkalmasabbak. A linolit néven forgalomban lévô anyagok keményített halzsírok.