Tại sao lipid có tính kị nước

Trong các chất dinh dưỡng, chất béo được nói đến nhiều, và có vẻ như tiêu cực hơn là tích cực.

Trong bài viết này, Nonglam Food sẽ giúp bạn hiểu hơn về công dụng hay những ảnh hưởng của chất béo, khi nào tích cực, khi nào tiêu cực đến sức khỏe. Trước hết chúng ta cần tìm hiểu thông tin nền tảng về chất béo.

Qua đây, chúng ta sẽ hiểu được:

1. Chất béo là gì?
2. Có các loại nào? Phân biệt giữa chất béo no và chất béo không no, chất béo trung tính và chất béo phân cực, mỡ và dầu, chất béo xà phòng hóa được và chất béo không xà phòng hóa được.

Chất béo là tên chung của nhóm hợp chất có hàm lượng năng lượng cao, không tan trong nước. 

1. Chất béo trung tính và chất béo phân cực

Một phân tử glycerol có mạch 3 nguyên tố carbon, liên kết với 3 gốc OH gọi là gốc hydroxyl. Một phân tử Acid béo có mạch carbon và ở một đầu có gốc -COOH gọi là gốc carboxyl.

Khi gốc hydroxyl của glycerol tham gia phản ứng ester hóa với gốc carboxyl của acid béo, sẽ mất đi một phân tử nước, tạo ra được một phân tử gọi là MONOglyceride (Mono có nghĩa là 1, lúc này là 1 acid béo ester hóa với phân tử glycerol). Khi có hai acid béo ester hóa vào hai gốc OH thì gọi là diglyceride (di là 2). Khi có ba acid béo ester hóa với cả ba gốc OH thì gọi là triglyceride, hay còn gọi là triacylglycerol. Đây là cấu trúc căn bản của Chất béo Trung tính.

Tại sao gọi là trung tính? Vì phân tử của triglyceride không phân cực, cả phân tử đều kỵ nước, tức là ghét nước hoặc không ưa nước do nước là dung môi có tính phân cực. Cho nên, triglyceride không tan trong nước. Khi chúng ta cho dầu vào nước sẽ thấy tách thành hai lớp. Ngược lại, khi chúng ta cho cồn vào nước thì hòa tan lẫn nhau chứ không tách vì cồn ưa nước và tan lẫn với nước.

Khi gốc OH thứ 3 của glycerol không ester hóa với acid béo, mà gắn với một gốc phốt phát (gốc – PO4) rồi sau đó liên kết với một nhóm đặc hiệu khác tạm đặt tên là X. Nhóm chất béo như thế này gọi là phốt pho lipids (phospholipids), vì phân tử các chất béo này có chứa nguyên tố phốt pho P.

Có 5 loại phốt pho lipids khác nhau, đặt tên theo nhóm gắn X là gì. Cụ thể ta có 5 phốt pho lipids là

• phosphatidylcholine (PC)
• phosphatidylethanolamine (PE)
• phosphatidylinositol (PI)
• Phosphatidylserine (PS)
• Và cuối cùng là phosphatidic acid (PA), khi X đơn giản là một nguyên tố hydro (ký hiệu H)

Có một nhóm chất béo phân cực khác còn hiếm hơn phốt pho lipid đó là sphingolipids. Một sự thật là nếu một chất gì càng hiếm càng ít trong thực phẩm, thì cơ thể chúng ta càng dễ bị thiếu.

Sphingolipid có cấu trúc nền từ sphingosine. sphingosine có gốc amino, ký hiệu -NH2. Khi gốc -NH2 ester hóa với một acid béo thì tạo ra hợp chất gọi là ceramide. Phái nữ dùng kem dưỡng gia nhiều có thể nghe quen nhiều về ceramide. Gốc OH còn lại của ceramide có thể gắn với gốc phốt phát rồi nhóm phụ như trong trường hợp của phốt pho lipids, hoặc có thể gắn với các gốc đường để tạo ra các chất béo phân cực phức tạp khác. Các sphigolipids hiếm này có ở trong sữa và trong não. Một điền nữa là chất này trong sữa mẹ có nhiều hơn sữa bò.

Đến đây chắc có người sẽ thắc mắt tại sao gọi là chất béo phân cực?

Phân tử của nhóm này có thể chia cơ bản thành một đầu ưa nước, một đuôi kị nước. Chúng ta cần ghi nhớ là chất béo trung tính thì cả phẩn tử kị nước hoàn toàn.

Vậy khi cho chất béo phân cực vào nước thì sao? Đầu ưa nước thích tương tác với nước, trong khi phần đuôi kị nước thì tìm cách tránh nước, giảm tương tác với nước. Cụ thể khi cho vào nước, chất béo phân cực sẽ dồn về bề mặt khi đó đuôi kị nước chổng lên trên không khí, đầu ưa nước thì tan trong nước. Nếu bề mặt không còn không gian, thì chúng dồn lại tạo thành các mixen hình cầu, dấu các đuôi kị nước bên trong và đầu ưa nước quay ra ngoài tương tác với nước.

Nếu bên trên nước không phải là không khí mà là lớp dầu thì các phân tử chất béo phân cực cũng sẽ định hướng như vậy, đuôi kị nước quay lên tan trong dầu. Vì kị nước tức là ưa dầu béo.

• Trong nguyên liệu thực phẩm thực vật và động vật chúng ta ăn vào, hay trong cơ thể chúng ta, chất béo phân cực được phân bố tại những bề mặt tương giao phân cách như vậy, giữa một bên là môi trường nước một bên là môi trường béo.
• Vì chỉ phân bố ở những lớp tương giao nên thực tế thì ta không cần nhiều chất béo phân cực, trong thực phẩm ăn vào thì chất béo phân cực cũng có rất ít so với chất béo trung tính.
• Nhìn chung trong các loại thực phẩm thì 98 – 99% chất béo là trung tính, trên dưới 1% chất béo là phân cực. Chất béo phân cực có vai trò cấu trúc sinh học, vì tạo lớp màng đôi của màng tế bào – và cơ thể chúng ta được xây dựng từ các tết bào. Trong cơ thể con người hay động vật, có một cơ quan mà tỷ lệ giữa béo trung tính và béo phân cực khác biệt hoàn toàn. Đó là não. Nếu không tính nước vào thì chất béo chiếm đến 60% của não. Điều đặc biệt ở đây là hầu hết chất béo trong não là chất béo phân cực gồm cả phốt pho lipid sphingolipids chứ không phải chất béo trung tính. Điều này thì không giống các cơ quan khác, hay trong thực phẩm nói chung khi mà chỉ có tỷ lệ rất nhỏ chất béo là phân cực. Đây cũng là lý do vì sao trong bài này có nhiều thông tin và nhấn mạnh về chất béo phân cực trong khi rất ít người nói đến.

2. Chất béo no và chất béo không no

• Chất béo no còn gọi là chất béo bão hòa.
• Chất béo không no là chất béo không bão hòa. 

No hay không no thì liên quan đến phần acid béo của chất béo, vì khung glycerol là giống nhau rồi.

Nguyên tố carbon có hóa trị 4 và khi ở trong một hợp chất thì xung quanh nguyên tố này phải có 4 liên kết.

Khi giữa hai carbon gần nhau thiếu hai nguyên tố hydro H, thì giữa hai C này phải có liên kết đôi hay nối đôi để đủ 4 liên kết. Như vậy hai nguyên tố C gần nhau này không được bão hòa với hydro. Acid béo này khi đó gọi là acid béo không bão hòa hoặc không no. Chất béo chứa acid béo có nối đôi gọi là chất béo không no.

Tóm lại:

• No hay bão hòa tiếng Anh gọi là saturated, là chất béo không có nối đôi
• Không no hay không bão hòa gọi là Unsaturated, là chất béo có nối đôi
• Khi chỉ có một nối đôi gọi là không bão hòa đơn, MONOunsaturated
• Khi có nhiều nối đôi thì gọi là không bão hòa đa, POLYunsaturated

3. Mỡ và dầu

Mỡ thì có mỡ trâu, mỡ bò, mỡ gà …

Dầu có dầu đậu nành, dầu đậu phộng, đầu mè, dầu cá …

Như vậy, mỡ và dầu khác nhau như thế nào?

Mỡ hay dầu đều có bản chất như nhau, đều là chất béo TRUNG TÍNH, là triglyceride, chứa một glycerol và 3 acid béo (Hình 1). Điểm khác là: Mỡ thì ở dạng RẮN ở nhiệt độ phòng, trong khi DẦU thì ở dạng LỎNG.

Câu hỏi đặt ra là: Cùng bản chất phân tử như vậy thì tại sao mỡ thì rắn dầu lại lỏng? Bởi vì chúng có điểm nóng chảy khác nhau. Khi chúng ta gia nhiệt một vật chất nào đó, tăng đến nhiệt độ nào đó thì vật chất này chảy từ rắn thành lòng. Điểm nhiệt độ này gọi là điểm nóng chảy.

• Mỡ có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiệt độ phòng, nên khi để ở nhiệt độ phòng nó không chảy ra, nên ở thể rắn. Khi chiên, rán gia nhiệt cao nữa thì mỡ rắn sẽ chảy ra thành lỏng.
• Trong khi đó, dầu là chất béo có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiệt độ phòng, tức khi để ở nhiệt độ thường nó đã chảy ra thành lỏng rồi. Hạ nhiệt độ thấp xuống dưới điểm nóng chảy thì mới rắn hay cứng lại.

Vậy thì yếu tố gì gây ra sự khác nhau về nhiệt độ nóng chảy. Chính là do sự khác nhau của các acid béo vì phần glycerol là giống nhau. Cụ thể, điểm nóng chảy của chất béo phụ thuộc như sau:

• Nếu acid béo có nối đôi, mạch carbon bị gấp khúc nên các phân tử khó sắp xếp trật tự với nhau, nên dễ nóng chảy tức nhiệt độ nóng chảy thấp hơn. Càng nhiều nối đôi thì điểm nóng chảy càng thấp. Tức là chất béo không no thì lỏng hơn, chất béo no thì rắng hơn.
• Độ dài mạch carbon càng ngắn thì điểm nóng chảy càng thấp 
• Điểm nóng chảy còn phụ thuộc vào vị trí nối đôi trên mạch carbon
• Phụ thuộc sự phân bố của các acid béo trên 3 vị trí OH của glycerol
• Và phụ thuộc cấu hình nối đôi là TRANs hay CIS. Trans có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều so với CIS. Chỗ này lại xuất hiện khái niệm chất béo TRANs, chúng ta sẽ tìm hiểu trong các bài viết khác.

Tại sao điểm nóng chảy của chất béo là CỰC KỲ QUAN TRỌNG?

• Vì nó quyết định tính ứng dụng của chất béo. Ví dụ trong những thực phẩm cần vị béo mà phải cứng giòn, cầm không dính tay, như mì gói, bánh bích quy thì người ta dùng béo no, béo cứng. Trong khi cần vị béo mà mềm, lỏng như trong sốt trộn salad hay mỹ phẩm thì cần béo không no (không bão hòa).
• Thứ hai, vì nó ảnh hưởng độ bền của chất béo, tức chất béo đó có dễ bị ôi hóa, hư hỏng hay không. Chất béo lỏng thường không bão hòa, nên kém bền, dễ bị ôi và khó bảo quản hơn. Quan sát chung về dinh dưỡng thì ta thấy rằng dưỡng chất nào tốt hơn thường khó bảo quản hơn hay dễ hư hỏng mất mát hơn.
• Và quan trọng hơn nữa là nó ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng. Chất béo rắn hay chất béo no sử dụng vượt mức làm tăng nguy cơ về bệnh tim mạch bao gồm đột quỵ. Chúng ta sẽ tìm hiểu về Topic này sâu hơn trong clip nào đó tiếp theo. 

4. Chất béo xà phòng hóa được và chất béo có thể xà phòng hóa được

Chất béo có thể xà phòng hóa, gọi là saponifiable lipids.

Những chất béo này có một hoặc nhiều gốc ester do liên kết của gốc carboxyl -COOH của acid béo và hydroxyl -OH của glycerol như phần đầu trình bày. Liên kết ester này có thể bị thủy phân tức tách ra dưới tác động của hóa chất bazơ hoặc acid, hoặc dưới tác động của enzyme. Nhóm này bao gồm chất béo trung tính, chất béo phân cực mà ta nói ở trên, và cũng bao gồm chất sáp.

Chất béo không thể xà phòng hóa, gọi là nonsaponifiable lipids

Đây là các chất béo không thể bị thủy phân như phản ứng ở trên. Nhóm này bao gồm các chất tan trong béo, như cholesterol trong động vật, sterol trong thực vật, các vitamin tan trong béo như vitamin A, D, E, và K.

Kết luận:

• Chất béo là nhóm hợp chất đa dạng, tên gọi chung tiếng Anh là lipids.
• Hầu hết chất béo, tức dầu và mỡ mà chúng ta ăn vào là triglyceride tức chất béo trung tính.
• Chất béo phân cực có mặt rất ít, không được nói đến nhiều nhưng không có nghĩa là không quan trọng. Chúng ta dễ bị thiếu và chúng có vai trò tạo cấu trúc sinh học cũng như là thành phần quan trọng nhất của não.
• Chất béo bão hòa hay chất béo no là chất béo không có nối đôi trong mạch carbon của acid béo, ngược lại chất béo không bảo hòa thì có nối đôi.
• Càng nhiều nối đôi thì nhiệt độ nóng chảy càng thấp.
• Chất béo không bão hòa phù hợp cho sức khỏe hơn chất béo bão hòa. Lạm dụng chất béo bão hòa tăng nguy cơ bệnh tim mạch
• Mỡ hay dầu đều là chất béo, có cùng bản chất phân tử, khác nhau là chúng rắn hay là lỏng ở nhiệt độ phòng. Mỡ hay dầu không chỉ ảnh hưởng đến tính ứng dụng, hay tính bền khi bảo quản, mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe nếu việc đưa vào cơ thể thiếu cân bằng.

Một số topics tiếp theo cũa lĩnh vực này mà chúng ta có thể tìm hiểu trong các bài tiếp theo của Nonglam Food là

1. Chất béo trans là gì
2. Acid béo thiết yếu là gì?
3. Vai trò và ảnh hưởng của chất béo lên sức khỏe, cụ thể là các bệnh về tim mạch
4. Dầu ăn tinh luyện mà chúng ta dùng nấu ăn hằng ngày được sản xuất thế nào? Tại sao dầu tinh luyện mất đi chất béo phân cực hay một số dưỡng chất giá trị khác