SÁP (SINH HỌC): CẤU TRÚC, ĐẶC TÍNH, CHỨC NĂNG, LOẠI - SINH HỌC - 2026

Một sáp là một loại vật liệu kỵ nước tạo thành từ các axit béo chuỗi dài và rượu (este của axit béo chuỗi dài và rượu). Chúng có nhiều chức năng trong tự nhiên, vì chúng được tạo ra tự nhiên bởi nhiều loài động thực vật.

Từ “wax” (từ sáp trong tiếng Anh) bắt nguồn từ từ “wax” trong tiếng Latinh, dùng để chỉ chất do ong sản xuất và được sử dụng để chế tạo lược của chúng. Thuật ngữ này trong tiếng Anh được sử dụng với hàm ý tương tự, vì nó bắt nguồn từ từ Anglo-Saxon “wearx” cũng được sử dụng để mô tả sáp ong (trong tiếng Anh là sáp ong).

Một tổ ong (Hình ảnh của Pexels tại www.pixabay.com)

Khi tính đến những điều trên, người ta hiểu rằng định nghĩa "sáp" bao gồm một tập hợp các chất có chung một số đặc điểm nhưng không nhất thiết phải có cùng tính chất hóa học và / hoặc vật lý.

Tuy nhiên, bất kể đặc điểm hóa học của chúng như thế nào, sáp là những chất rất kỵ nước phục vụ các mục đích khác nhau tùy thuộc vào sinh vật tạo ra chúng. Một số lượng lớn các sinh vật sử dụng chúng như chất dự trữ năng lượng chính, trong khi những người khác sử dụng chúng như chất bảo vệ bề mặt của chúng.

Mặc dù chúng cũng phổ biến ở thực vật và động vật, nhưng sáp thực vật là chất được mô tả với cường độ mạnh nhất (và một số loài động vật nhất định), vì chúng có tầm quan trọng sinh học đối với những sinh vật này và cũng là công nghiệp theo quan điểm nhân học.

Cấu trúc của sáp

Sáp đã được định nghĩa một cách cổ điển là các este rượu của axit béo chuỗi dài, được đặc trưng bởi độ dài từ 24-30 nguyên tử carbon, liên kết với rượu chính có 16-36 nguyên tử carbon (tương tự, chúng có thể liên kết với rượu từ nhóm steroid).

Chúng được hình thành bởi các phản ứng liên quan đến "sự kết hợp" của rượu và axit béo, ít nhiều như sau:

CH3 (CH2) nCH2OH (rượu) + CH3 (CH2) nCOOH (axit béo) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (este sáp) + H2O (nước)

Bản chất của các thành phần béo của sáp có thể rất khác nhau, và có thể được tìm thấy trong các axit béo này, rượu chính và rượu phụ, hydrocacbon, este sterol, andehit béo, xeton, diketon, triacylglycerol, triterpen và sterol, trong số những loại khác.

Theo cách tương tự, cả chiều dài chuỗi và mức độ bão hòa và phân nhánh của các axit béo và các thành phần béo khác của sáp đều phụ thuộc vào nguồn gốc của chúng.

Biết được điều này, người ta đã chứng minh rằng những loại sáp được tạo ra từ thực vật là khác nhau và những loại sáp được tạo ra bởi động vật biển và động vật trên cạn chẳng hạn.

Thuộc tính sáp

Sáp có các đặc tính hóa lý khác nhau có thể được tóm tắt trong một danh sách nhỏ:

- Kết cấu của nó có thể thay đổi từ mềm và dễ quản lý đến cứng (nhựa) hoặc "có thể vỡ" ở 20 ° C

- Nhìn chung chúng có độ nhớt rất thấp

- Chúng rất khó tan trong nước nhưng lại có trong dung môi hữu cơ, mặc dù quá trình này phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ

Chức năng

Sáp thực hiện nhiều chức năng cả trong giới động vật và giới thực vật, vì chúng là những chất cực kỳ phổ biến trong tự nhiên.

Ở động vật

Sáp đại diện cho hợp chất dự trữ năng lượng chính cho các vi sinh vật nổi tạo thành sinh vật phù du.

Vì vậy, sáp đồng thời là một trong những nguồn trao đổi chất chính ở cơ sở chuỗi thức ăn của động vật biển.

Động vật có các tuyến da đặc biệt tiết ra sáp để bảo vệ da và lông, giúp chúng linh hoạt hơn, có cấu trúc bôi trơn và chống thấm nước.

Chim có một tuyến được gọi là tuyến “uropygeal”, liên tục tiết ra sáp, đó là lý do tại sao nó có nhiệm vụ giữ cho lông “không thấm nước”.

Trong thực vật

Chức năng chính của sáp trong sinh vật thực vật là bảo vệ các mô.

Một ví dụ điển hình về điều này là lớp sáp phủ trên phiến lá của nhiều loại cây, giúp giảm sự mất nước do nhiệt do ánh sáng mặt trời gây ra.

Một ví dụ khác có thể kể đến là lớp phủ sáp mà nhiều hạt có trong áo, giúp hạt tránh bị mất nước trong quá trình bảo quản.

Những loại sáp này thường được nhúng giữa các polyme cutin và suberin, tạo thành một lớp vô định hình trên bề mặt bên ngoài của cây. Nhiều loài thực vật có một lớp tinh thể sáp dạng thấu kính phủ lên lớp biểu bì và làm cho chúng có vẻ ngoài hơi xám hoặc đục.

Sáp không chỉ ngăn mất nước mà còn có thể giúp cây ngăn ngừa một số mầm bệnh do nấm hoặc vi khuẩn gây ra, và đóng một vai trò cơ bản trong tương tác giữa thực vật và côn trùng, ngoài việc ngăn ngừa thiệt hại do bức xạ tia cực tím gây ra.

Trong ngành công nghiệp

Sáp có nguồn gốc sinh học cũng rất hữu ích theo quan điểm công nghiệp, vì chúng được sử dụng trong sản xuất thuốc, mỹ phẩm, v.v.

Các loại kem dưỡng ẩm thường được sử dụng để dưỡng ẩm cho da, cũng như chất đánh bóng và một số loại thuốc mỡ, được tạo thành từ hỗn hợp chất béo với sáp ong, sáp cọ Brazil, sáp cừu, sáp cá nhà táng, v.v.

Sáp cũng được sử dụng rộng rãi trong các lớp phủ công nghiệp cho phép chống thấm nước, cũng như trong sản xuất các chất dùng để đánh bóng ô tô.

Chúng được sử dụng để làm dẻo nóng chảy, bôi trơn các thiết bị làm việc trong ngành luyện kim và cho phép giải phóng chậm các hợp chất được sử dụng trong nông nghiệp và dược học.

Các loại sáp

Sáp có thể là tự nhiên hoặc tổng hợp. Sáp "tự nhiên" cũng có thể có nguồn gốc hữu cơ hoặc khoáng sản, sau này là sản phẩm của quá trình chế biến than non (than đá), đó là lý do tại sao chúng thường không thể tái tạo (chẳng hạn như petrolatum hoặc petrolatum).

Sáp có nguồn gốc động vật và / hoặc thực vật được coi là sáp tự nhiên có thể tái tạo và thay đổi được, vì chúng có thể được sửa đổi bằng các phương pháp hóa học như hydro hóa và tái tinh luyện chẳng hạn.

Do đó, trong bối cảnh sinh học, sáp được phân loại tùy theo nguồn mà chúng được lấy.

- Sáp thực vật

Thực vật tạo ra các loại sáp khác nhau ở các bộ phận khác nhau của cơ thể: trong lá, trong hoa, trong quả hoặc trong hạt.

Con đường sinh tổng hợp như thế nào?

Các thành phần béo của sáp thực vật được tổng hợp trong tế bào biểu bì từ các axit béo có chuỗi rất dài (20 đến 34 nguyên tử cacbon).

Quá trình tổng hợp bắt đầu bằng việc tạo ra các axit béo 16 và 18 nguyên tử, ban đầu được bắt nguồn từ chất nền của plastids nhờ hoạt động của các enzym hòa tan tạo nên phức hợp tổng hợp axit béo.

Sau đó, các axit béo này được kéo dài ra nhờ vào phức hợp đa enzyme liên kết với màng được gọi là axit béo elongase. Trong mỗi phần mở rộng của hai nguyên tử cacbon có bốn phản ứng:

- Sự ngưng tụ giữa một acyl béo được este hóa thành phân tử acetyl Co-A (chất nền) và phân tử malonyl-CoA

- Giảm B-keto

- mất nước

- Giảm nhiễu

Hai con đường chính để sản xuất các thành phần của sáp thực vật đã được mô tả, một trong số đó là con đường khử acyl và con đường kia là con đường khử cacbonyl. Kết quả đầu tiên là tổng hợp rượu và este sáp, trong khi loại thứ hai tạo ra andehit, ankan, rượu bậc hai và xeton.

Con đường giảm acyl

Các este acyl-CoA được tạo ra bằng cách kéo dài chuỗi được khử trong một phản ứng hai bước liên quan đến chất trung gian loại aldehyde thoáng qua và được xúc tác bởi enzym acyl-CoA reductase. Rượu béo được tạo ra có thể được este hóa để tạo thành một este sáp nhờ enzyme acyl-CoA alcohol transacylase.

Con đường khử phân tử

Bước đầu tiên trong con đường này là sự khử este acyl-CoA thành một aldehyde qua trung gian của enzym acyl-CoA reductase. Khi một enzyme decarbonylase của aldehyde loại bỏ nhóm cacbonyl khỏi phân tử này, một ankan được tạo ra, có một nguyên tử cacbon ít hơn axit béo tiền thân của nó.

Hydrocacbon này có thể được chuyển hóa thêm bằng cách thêm nhóm hydroxyl vào chuỗi thông qua hydroxylase hoặc oxidase, tạo thành rượu thứ cấp.

Bước cuối cùng để sản xuất các este sáp từ rượu mạch dài và axit béo được xúc tác bởi một enzyme acyl-CoA: alcohol transacylase, cũng cần thiết để tổng hợp triacylglycerol.

- Sáp động vật

Động vật cũng tạo ra một lượng lớn sáp, đặc biệt là côn trùng, cá voi, cừu và chim, từ đó chúng có thể được lấy cho mục đích công nghệ sinh học.

Tiện ích sinh học của chúng đã được nghiên cứu chi tiết và tùy thuộc vào loài động vật được đề cập, chúng có thể phục vụ các mục đích bảo vệ và giao tiếp, cùng những mục đích khác.

Ví dụ về sáp sinh học

- Sáp động vật

sáp ong

Đúng như tên gọi, loại sáp này được tạo ra bởi ong, phổ biến nhất là ong Apis mellifera. Những loài động vật này có các tuyến chuyên biệt trong bụng tiết ra chất sáp mà chúng sử dụng để xây dựng lược nơi chúng đẻ trứng và tổ chức tổ ong.

Loại sáp này thường thu được dưới dạng sản phẩm phụ của mật ong và được sử dụng cho các mục đích khác nhau, cả trong thẩm mỹ và công nghiệp (sản xuất nến, chất đánh bóng, thực phẩm, dệt may, vecni, v.v.). Nó được tạo thành từ các hydrocacbon, este, axit tự do và những chất khác, và các nghiên cứu chuyên biệt hơn chỉ ra rằng nó rất giàu axit cerotic và myricin.

Tinh trùng

Tinh trùng cá nhà táng là một loại sáp động vật nổi tiếng khác, được lấy từ một khoang trên đầu của cá voi Physeter macrocephalus, có thể tạo ra tới 3 tấn chất này mà nó sử dụng làm sóng siêu âm.

Nó rất giàu este béo, chất béo trung tính, rượu tự do và axit; este béo bao gồm chủ yếu là cetyl palmitat (32 nguyên tử cacbon) và cetyl myristat (30 nguyên tử cacbon).

Sáp động vật này đã được sử dụng rộng rãi trong y học, thẩm mỹ và dược phẩm, cũng như trong sản xuất nến.

Tuy nhiên, một số quy định quốc tế hiện đang tồn tại, vì những con cá voi bị giết chỉ vì mục đích duy nhất là lấy được sản phẩm này, đồng nghĩa với tổn thất lớn đối với hệ động vật biển.

- Sáp thực vật

Sáp cọ

Cọ sáp Copernicia cerifera Martius là một loài cọ Brazil sản xuất một trong những loại cọ thực vật quan trọng nhất theo quan điểm thương mại.

Loại sáp này được lấy từ bề mặt trên và dưới của lá cọ và có nhiều ứng dụng cả trong chế biến thực phẩm và thẩm mỹ, tẩy lông đồ nội thất và xe hơi, sản xuất chỉ nha khoa bằng sáp, v.v.

Trồng cọ sáp (Hình ảnh của Fernando Arteaga tại www.pixabay.com)

Dầu jojoba

Sáp jojoba được lấy từ Simmondsia chinensis, một loại cây bụi điển hình từ các vùng khô hạn của Mexico và Hoa Kỳ. Hạt của nó chứa nhiều sáp hoặc dầu thu được bằng máy ép lạnh và có nhiều ứng dụng trong y học, là một trong những chất thay thế chính cho cá nhà táng.

Hạt của cây jojoba (Nguồn: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) qua Wikimedia Commons)

Người giới thiệu

1. Domínguez, E., & Heredia, A. (1998). Sáp: một chủ đề bị lãng quên trong dạy học lipid. Giáo dục Hóa sinh, 26 (4), 315-316.
2. Firestone, D. (2006). Các đặc tính hóa lý của dầu, mỡ và sáp (Số L-0671). Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). Sáp thực vật. Lipid, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017). Mỡ, dầu và sáp động vật và thực vật. Trong Sổ tay Hóa học Công nghiệp và Công nghệ Sinh học (trang 823-932). Springer, Cham.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). Hóa sinh và sinh học phân tử của quá trình sản xuất sáp ở thực vật. Đánh giá hàng năm về sinh học thực vật, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). Sáp. Trong Pharmacognosy (trang 443-455). Báo chí Học thuật.