Fat ni kitu chenye mchango mkubwa katika afya ya binadamu. Miili yetu hutegemea mafuta ili kupata nishati, kwa ajili ya ukuaji wa ubongo, kwa ajili ya utendaji kazi wa neva, kwa ajili ya kujikinga na baridi, kwa ajili aya kulinda na kujenga seli, na kwa ajoili ya kutunza afya ya nywele na ngozi. Dietary fat ni muhimu vile vile katika kufonza vitamini fulani na kwa ajili ya kutengeneza homoni.
Fat ni kitu cho chote kinachotokana na mimea au wanyama ambacho si fukivu (nonvolatile), kisichoyeyuka katika maji, na ambacho ni oily au greasy kikiguswa. Fats kwa kawida huwa kitu kigumu (solid) kwenye hali ya joto la kawaida, kama 25C (77F), lakini huanza kuyeyuka joto lilkizidi hapa. Kikemikali, fats zinafanana na animal na vegetable oils, ambazo zina glycerides, ambazo ni esters zinazotokana na reaction ya molekuli tatu za fatty acids na molekuli moja ya glycerol.
Pamoja na oils, fats ni moja ya makundi makuu matatu ya chakula, makundi mengine yakiwa protini na kabohaidreti. Karibu seli zote huwa na makundi haya matatu. Fat mara nyingine huitwa hifadhi asilia ya nishatikwa sababu uzito kwa uzito, fat huwa na nishati karibu zaidi ya mara mbili ya ile iliyomo katika kabohaidreti au protini. Huenda ni kwa sababu ya kuwa ni hifadhi kubwa ya nishati, fat huonekana katika viungo vya uzazi vya mimea, kama punje za poleni na mbegu. Ni fat ambayo binadamu huvuna kutoka kwenye mimeaili waitumie kama chakula au katika viwanda. Kiwango cha fat katika mimea ambayo haizaliani ni kidogo hivi kwamba si rahisi kuvunwa.
Zaidi ya asilimia 90 ya fat inayovunwa katika dunia hutokana na spishi kama 20 ya mimea na wanyama. Fat iliyo nyingi katika hii ikivunwa hutumika kama chakula cha binadamu. Kwa hiyo, teknolojia ya fat ipo zaidi katika kuchuja na kutengeneza fats kuwa kwenye maumbo yanayokubalika na watu wa desturi mbalimbali.
Matumizi Ya Fats
Binadamu ametumia fat asilia kwa ajili ya chakula na shughuli nyingine toka zamani sana. Wamisri, kwa mfano, walitumia mafuta ya mzeituni kama mafuta ya kulainisha waliposukuma vifaa vizito vya ujenzi. Pia walitengeneza axle greases kutokana na fat na ndimu, wakichanganya na vitu vingine, miaka yapata 1400BCE. Homer anataja oil kama kitu cha kusaidia katika ufumaji, na Pliny anazungumzia hard na soft soaps. Mishumaa na taa za oil au tallow zimetumika kwa maelfu ya miaka.
Matumizi ya kibiashara ya fats yameongezeka kutokana na kukua kwa uelewa wa tabia za kikemikali za fats. C.W. Scheele, mkemia wa Sweden, aligundua mwaka 1779 kuwa glycerol iliweza kupatikana kutokana na mafuta ya mzeituni kwa kuipasha moto pamoja na lithage (lead monoxide), lakini ilikuwa hadi 1815 ndipo mkemia wa Ufaransa Michel-Eugene Chevreul (1786-1889) alipobainisha tabia za kikemikali za fats na oils. Miaka michache baadaye liquid acids ziliweza kutenganishwa kutoka kwenye solid acids. Margarine iligunduliwa na mkemia wa Ufaransa Hippolyte Mege-Mouries, ambaye katika mwaka 1869 alipata zawadi iliyotolewa na Napoleon III kwa kupata mbadala sahihi wa siagi. Hydrogenation hii ya sasa ina historia kutoka tafiti za mwishoni kwa karne ya 19 zilizoanzisha vegetable-oil-shortening industry na matumizi kadhaa ya viwandani.
Baada ya vita ya kuu ya kwanza ya dunia, organic chemistry ilijiongezea elimu kubwa kwanza ya fatty-acid compositions na kisha glyceride compositions.
Kazi Za Fats Katika Mimea Na Wanyama
Kuwemo kwa fat katika tishu za mimea na wanyama kote ulimwenguni kunaashiria umuhimu wa fat katika maumbile ya mimea na wanyama zaidi ya kazi ya kutoa nishati kwenye seli. Katika wanyama kazi iliyo bayana ya fat ni kuwa hifadhi ya chakula ili kutoa nishati (kupitia enzymatic oxidation-yaani kuungana na oksijeni kunakosadiwa na enzymes). Kuhifadhiwa kwa fat katika mbegu za mimea kunaweza kuelezewa kwa msingi wa hifadhi ya chakula kwa ajili ya embryo. Si rahisi, hata hivyo, kueleza kwa nini kuna kiasi kikubwa cha fat katika matunda kama ya mzeituni, avocado, na miti ya jamii ya michikichi; kwani kiasi kikubwa cha fat hizi hupotea au huharibika kabla ya mbegu kuota. Fats hufanya kazi nyingine za thamani katika mimea na wanyama. Hifadhi za fat za chini ya ngozi huwakinga wanyama waishio kwenye maji ya baridi au hali ya hewa ya baridi dhidi ya baridi-kwa mfano, nyangumi, dubu na sili wa bahari wenye pembe.
Wanyama wengi wanahitaji angalau fat moja yenye essential fatty acids (linoleic, arachidonic, na kiasi kidogo linolenic) ili kuzuia dalili za kwenye maumbile za ukosefu wa essential-fatty-acid zinzojionyesha kama vidonda juu ya ngozi, magamba kwenye ngozi, nywele kushindwa kukua vizuri, na ukuaji mdogo. Essential fatty acids hizi ni lazima zipatikane katika chakula kwa sababu haziwezi kutengenezwa na mwili.
Prostaglandins zilizogunduliwa na Mshindi wa Nobel U.S. von Euler wa Sweden, ni vitu vinavyofanan na homoni vinavyotokana na arachidonic acid. Fatty acids hizi zinazofanya kazi kibayolojia, amabzo zinapatikana kwa kiasi kidogo kwenye tishu za wanyama, zainahusika katika kujikamua kwa misuli laini, shughuli za enzymes katika lipid metabolism, utendaji kazi wa central nervous system, udhibiti wa mapigo ya moyo na blood pressure, utendaji wa steroid hormones, ukusanyaji wa fat katika adipose tissue, na shughuli nyingine zilizo muhimu.
Utengenezaji Na Uvunjwaji Wa Fat Katika Viumbehai
Utenegenezaji wa fat katika mbegu na matunda hutokea katika hatua ya mwisho wakati wa kuiva au kukomaa. Sukari na starch huchukua nafasi kubwa katika matunda, mbegu, na maji ya kwenye mti au jani kabla ya kufikia hatua ya kukomaa au kuiva. Vitu hivi hubadilishwa na enzymes wakati wa hatua za kukomaa na kuwa fatty acids na glycerol, ambavyo baadaye hutengeneza glycerides. Uchunguzi kwa kutumia teknolojia ya radioactive-tracer ulithibitisha utengenezaji wa fat kutokana na kabohaidreti katika mimea na wanyama.
Utumiaji wa hifadhi za fat katika embryo za mimea haujaeleweka vizuri, lakini inafahamika kuwa katika embryo zinazoota glycerides huvunjwa na kuwa glycerol na fatty acids (glycerides are hydrolyzed—that is, decomposed to glycerol and fatty acids)- kupitia lipolytic (fat-splitting) enzymes. Glycerol na fatty acids hizi vinaweza kuwa oxidized na kuleta metabolic products za muda mfupi ambazo zinaweza kuwa oxidezed tena na kuleta carbon dioxide na maji au kubadilishwa na kuwa kabohaidreti ambayo inaweza kuendelea kwenye hatua nyingine za carbohydrate metabolism.
Katika mifumo ya mmeng’enyo wa chakula ya wanyama, fat ya ndani ya chakula huchanganyika na mchanganyiko wa kusaidia mmeng’enyo unaotolewa na tumbo wenye lipase, enzyme inayofanya hydrolysis ya kisi kidogo cha glycerides. Glycerol, kiasi kidogo cha glycerol esters, fatty acids, na kiasi cha glycerides kisha hufyonzwa na utumbo na angalau kiasi fulani kuungana na kutengeneza glycerides na phospholipids. Fat katika umbo la matone madogo sana, husafirishwa na damu hadi sehemu itakayotumika au kuhifadhiwa.
Fat inayotumika au kuhifadhiwa ndani ya tishu za wanyama hutokana an vyanzo viwili-enzymatic synthesis au mlo.
Muundo Wa Kikemikali Wa Fats
Pamoja na kuwa katika fats asilia glycerides (glyceride ni ester ambayo huundwa na glycerol na fatty acids) huwa ndiyo nyingi zaidi, kuna lipids nyingine kwa viwango vidogo. Mafuta yatokanayo na mahindi (Corn oil), kwa mfano, yanaweza kuwa na glycerides pamoja na phospholipids, glycolpids, phosphoinositides (phospholipids zenye inositol), isomers nyingi za sitosterol na stigmasterol(plant steroids), tocopherols (vitamini E) kadhaa, vitamini A, waxes, unasaturated hydrocarbons kama squalene, na kiasi kikubwa cha michanganyiko ya carotenoids na chlorophyll na vitu vingine.
Fatty acids hufikia asilimia 94 hadi 96 ya uzito wote wa fats na oils mbalimbali. Kwa sababu ya kuwa na uzito mkubwa zaidi katika molekuli za glycerides na kwa kuwa huwa ndiyo sehemu ya molekuli yenye uhai zaidi kikemikali, fatty acids huwa ndizo zinazotoa sifa za kimaumbile na kikemikali za glycerides. Fats zinatofautiana sana, nyingine zina kidogo cha fatty acids, wakati upanda wa pili, kwa mfano, zaidi ya fatty acids tofauti 100 zimatambuliwa katika butterfat, ingawa nyingi zimeonekana kwa kiasi kidogo sana. Oils na fats nyingi huundwa na fatty acids yapata kama dazani hivi. tunapotazama miundo ya glycerides yafaa kujua tofauti kati ya saturated acids (asidi zenye single bonds baina ya atomu za kaboni, kama palmitic au stearic), zenye melting temperatures za juu sana, na unsaturated acids (asidi zenye pea moja au zaidi ya atomu za kaboni zilizoungwa kwa double bonds, kama oleic au linoleic), zenye low melting na zilizo hai zaidi kikemikali.
Monoglycerides na diglycerides ni partial esters za glycerol na zina fatty-acid radicals moja au mbili. Ni nadra sana kupatoikana kiasili, mara nyingi ni mazao ya partial hydrolysis ya triglycerides. Zinaweza kutengenezwa kirahisi na hutumika katika utengenezaji wa coatings na resin
Tabia Za Kimaumbile Na Kikemikali
Fats (na oils) zinaweza kugawanywa kama animal na vegetable fat kulingana na sehemu ilikopatikana. Vile vile fats zinaweza kugawanywa kwa viwango vya unsaturation kwa kutumia kipimo cha uwezo wao wa kufyonza iodine kwenye double bonds. Kipimo hiki cha unsaturation mwisho wa siku ndicho kinachotumika kuchagua matumizi ya fat.
Liquid fat (yaani, vegetable na marine oils) ndizo zenye kipimo kikubwa cha unsaturation, wakati solid fats (vegetable na animal fats) zina kipimo kikubwa cha saturation. Solid vegetable fats zenye melting points kati ya 20C na 35C hupatikana mara nyingi katika kiini cha mbegu ya ngano (kernels) na mbegu za matunda yapatikanayo kwenye nchi za tropiki. Zina viwango vidogo vya iodine na zina glycerides zenye asilimia kubwa za saturated acids kama lauric, myristic, na palmitic. Fats kutoka kwenye matunda mengi ya miti ya jamii ya michikichi, hasa nazi na babassu oils, huwa na kiasi kikubwa cha lauric acid iliyochanganywa. Fats nyingi za wanayama ni solid kwenye joto la kawaida.
Fats haziyeyuki katika maji na, isipokuwa kwa castor oil, haziyeyukikatika alcohol ya baridi na kuyeyuka kwa kiasi kidogo kwenye alcohol ya moto. Huyeyuka katika ether, carbon disulfide, chloroform, carbon tetrachloride, petroleum benzin, na benzene. Fats hazina melting points wala solidifying points zinazoeleweka kwa sababu huwa ni michanganyiko ya aina nyingi mno ya glycerides, kila moja ikiwa na melting point tofauti.
Fats zinakuwa hydrolyzed kirahisi sana. Tabia hii hutumika katika kutengeneza sabuni na katika kuandaa fatty acids katika viwanda. Fats zinaweza kuwa hydrolyzed kwa kutumia maji pekee kukiwa na msukumo mkubwa (under high pressure) au kwa maji kwenye mazingira ya msukumo mdogo kukiwepo caustic alkali, alkaline-earth metal hydoxides, au basic metallic oxides zikiwa catalysts. Free fatty acids na glycerol hutengenezwa.
Lipid
Lipid ni moja katika kundi kubwa la organic compounds linalijumuisha fats, oils, homoni, baadhi ya membranes, vinavyowekwa katika kundi moja kwa sababu haviingiliani na maji. Aina moja ya lipids, triglycerides,hutunzwa kama fat ndani ya adipose cells, ambapo hufanya kazi ya hifadhi ya nishati katika viumbe na kusaidia kutunza joto. Baadhi ya lipids kama steroid hormones hufanya kazi ya kutuma taarifa za kikemikali kati ya seli, tishu, na viungo, na nyingine husambaza 5taarifa ndani ya seli moja. Utando (membrane) wa seli na maumbile madogo ndani ya seli ni mwembamba sana unaojengwa na matabaka mawili ya molekuli za phospholipid.. Utando hufanya kazi ya kutenganisha seli kutoka kwenye mazingira na kukusanya pamoja maumbile madogo yaliyomo ndani ya seli yenye kazi maalumu. Kazi hii ya ukusanyaji huu ni ya muhimu mno hivi kwamba utando wa seli, na lipids zinazojenga utando huo, lazima viwe vitu muhimu kwa mwanzo wa maisha.
Maji ni kitu kinachowezesha kuwepo kwa maisha-hivi kwamba karibu vitu vyote vinavyojenga molekuli ya seli hai, bila kujali kuwa ni vya mimea, wanyama au viumbe wadogo wasioonekana kwa macho, huyeyuka katika maji. Molekuli kama za protini, nucleic acids, na kabohaidreti hupenda maji na huitwa hydrophilic (“water-loving”). Lipids, kwa upande mwingine, hazipendi maji hydophobic (“water-fearing”). Baadhi ya lipids ni amphipathic-sehemu moja ya maumbo yaoni hydrophilic na sehemu nyingine, na kwa kawaida hii ni sehemu kubwa zaidi, ni hydrophobic. Amphipathic lipids zina tabia ya kipekee ndani ya maji: hutengeneza mara moja mikusanyiko ya molekuli zilizojipanga kwa mpango, hydrophilic zikiwa nje, zikigusana na maji, hydrophobic zikiwa ndani, zikiwa zimekingwa kutokana na maji. Tabia hii ndiyo ufunguo wa kuzifanya kuwa ndivyo viungo muhimu vya utando wa seli na viumbe wengine wadogo. Lipids hugawanywa katika makundi makuu machache: fatty acids, derivatives za fatty acids, cholesterol na derivatives zake, na lipoproteins. Lipids hufanya kazi nyingi kama molekuli za kuhifadhi nishati, kupitisha taarifa za kikemikali, na kama viungo katika maumbile ya seli.
Fatty Acids
Fatty acids ni mara chache sana kuonekana kama molekuli huru katika mazingira lakini huonekana zikiwa zimeungana na mFattyolekuli za lipids nyingi kama za fats na phospholipids (viungo vikuu vya utando wa seli).
Neno saturated lina maana idadi kubwa kabisa inayowezekana ya atomu za hydrogen zimeungana na kila kaboni katika molekuli.
Unsaturated fatty acids zina carbon-carbon double bonds moja au zaidi. Neno unsaturated linamaanisha idadi ya atomu za hydrogenzilizoungwa kwenye kila kaboni katika molekuli haijafikikia kiwango chake cha juu kabisa kinachowezekana. Idadi ya double bonds huainisnishwa kwenye jina-monounsaturated kwa ajili ya molekuli zenye double bond moja au polyunsaturated kwa ajili ya molekuli zenye double bonds mbili au zaidi. Oleic acid ni mfano wa monounsaturated fatty acid.
Fatty acids zenye carbon-carbon double bond zaidi ya moja (polyunsaturated fatty acids) hupatikana kwa kiasi kidogo sana. Jedwali hapo chini linaonyesha polyunsaturated fatty acids za kawaida, linoleic na arachidonic ‘, pamoja na nyingine chache hupatikana kwa kiasi kidogo. Arachidonic acid ina umuhimu kwa sababu ndiyo ndiyo familia ya molekuli inayotangulia, ziitwazo eicosanoids, inayojumuisha prostaglandins, thromoxanes, na leukotrienes. Wanyama hawawezi kutengeneza fatty acids muhimu mbili, linoleic acid (omega-6 fatty acid) na alpha-linoleic acid (omega-3 fatty acid), ambazo hutangulia (precursors) katika utengenezaji wa eicosanoids kwa hiyo ni lazima zipatikane kutoka kwenye chakula kinachotokana na mimea.
Trans polyunsaturated acids, pamoja na kwamba hazitengenezwi na wanyama, hutengenezwa na viumbe wadogo wasioonekana kwa macho ndani ya matumbo ya ruminant animals kama ng’ombe na mbuzi, hutengenezwa vile vile viwandani kwa partial hydrogenation ya fats na oils katika utengenezaji wa margarine. Kuna ushahidi kuwa kula trans fats kuna madhara kwenye shughuli za kimetaboliki za mwili.
