| | Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru: главная страница / / Техническая информация / / Физический справочник / / Тепловые величины: теплоемкость, теплопроводность, температуры кипения, плавления, пламени. Удельные теплоты сгорания и парообразования. Термические константы. Коэффициенты теплообмнена и расширения / / Температуры, кипения, плавления, прочие… Перевод единиц измерения температуры. Воспламеняемость. / / Температуры плавления, застывания, замерзания / / Температура плавления и застывания пищевых жиров и масел и содержание в них жирных кислот Поделиться:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Если Вы не обнаружили себя в списке поставщиков, заметили ошибку, или у Вас есть дополнительные численные данные для коллег по теме, сообщите , пожалуйста. Вложите в письмо ссылку на страницу с ошибкой, пожалуйста. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Коды баннеров проекта DPVA.ru Начинка: KJR Publisiers Консультации и техническая | Проект является некоммерческим. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Владельцы сайта www.dpva.ru не несут никакой ответственности за риски, связанные с использованием информации, полученной с этого интернет-ресурса. Free xml sitemap generator | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2°F
4
Введите свой запрос:
Що ви до тих пальм причепилися? Олія як олія.
..Заборона пальмової олії у “кращих” традиціях української політики: без фахового обґрунтування, але під гучні оплески
Публічне піклування про знедолений український народ — улюблена забава народних депутатів. І на жаль, вибором засобів вони тут не дуже переймаються. Яскравий приклад — історія із пальмовою олією. Цілком слушна думка про заборону використання цієї поширеної у всьому світі рослинної олії при виробництві української “молочки” перетворилася на пальмофобію — всупереч фаховій думці та здоровому глузду. Звісно, вершкове масло має бути вершковим, а сир — продуктом із молока. Однак 233 народні депутати, не довго думаючи “підмахнули” законопроект (щоправда, поки що лише в першому читанні. — Ред.), який повністю забороняє використання пальмової олії у харчовій промисловості. Причому, вносячи правки в… неіснуючий документ (про це нижче). Ну, хоч би це перевірили, перш ніж голосувати. Не кажучи вже про консультації зі спеціалістами, які стверджують — пальмова олія не шкідливіша за сало.
Так, не найцінніший продукт харчування, але й не “вбивчий”.
Вила, корови та інші “стандартні” інструменти української політики
Показово, що голосуванню про заборону пальмової олії передував кількамісячний “театр” одного актора — лідера Радикальної партії Олега Ляшка. Який з усіх можливих трибун майстерно голосив про те, що пальмова олія дуже дешева і вбиває молочну галузь України, що селяни змушені вирізати молочних корів, своїх єдиних годувальниць, і що чайна ложка пальмової олії протягом двох тижнів викликає мало не останню стадію раку, а вже за місяць людину виносять на кладовище. І що Швейцарія найбагатша країна в світі, тому що вчасно вийшла з Євросоюзу, врятувавши тим самим своїх корів та молочне виробництво. Ну, як не зненавидіти ті пальми та капіталістів, що труять український народ і гноблять нещасних українських фермерів?
Олег Ляшко, лідер Радикальної партіїВ результаті більшість депутатського корпусу чи то повелася на полум’яні заклики, чи то зробила хитрий політичний хід, бо здоровий глузд у їхньому рішенні не проглядається.
Депутати проігнорували висновки Головного науково-експертного управління ВР, яке не підтримало встановлення повної заборони на використання пальмової олії у виробництві всіх без винятку харчових продуктів. Окрім тих, де вона не повинна міститись взагалі (йдеться про молоко та молочні продукти). Мовляв, доцільність заборони має бути фахово обґрунтована.
До того ж експерти звернули увагу на кричущу недбалість у підготовці законопроекту, який відсилає пропоновані зміни до давно скасованого закону. “…У проекті пропонується внесення змін до статті 27 Закону України «Про безпечність та якість харчових продуктів», який відповідно до Закону України «Про внесення змін до деяких законодавчих актів України щодо харчових продуктів» від 22 липня 2014 року, втратив чинність та діє у новій редакції під назвою «Про основні принципи та вимоги до безпечності та якості харчових продуктів». Звертаємо увагу на те, що у цьому Законі вимоги до виробництва харчових продуктів встановлені у статті 32, до якої і слід вносити відповідні зміни”, — йдеться у висновках Головного науково-експертного управління ВР.
“Тобто, автори законопроекту такі невігласи, що не розібралися навіть у тому, куди які правки вносити”, — пише у своєму блозі вчений-фізик, популяризатор науки Антон Сененко. На його глибоке переконання (і ми цілком згодні!) подібний законотворчий підхід при вирішенні надважливих державних питань до добра не доведе.
Не такий страшний пальмовий чорт, як його малюють
Аргументів у противників тотальної “пальмової революції” достатньо. За словами засновника і директора Української асоціації постачальників торговельних мереж Олексія Дорошенка, в Україні виробники зловживають не використанням пальмової олії, а тим, що скромно замовчують її присутність у складі продуктів. І це є масовим явищем.
Олексій Дорошенко, засновник і директор Української асоціації постачальників торговельних мереж«Якщо Україна введе повну заборону на пальмову олію, то на полицях можуть зникнути деякі категорії продуктів, а інші через зміну рецептури значно подорожчають.
І тому подібні пропозиції, на думку експерта, слід розглядати, лише коли рівень життя в країні підвищиться. Або приймати заборону за умови відстроченої дії — щоб і виробники, і споживачі мали час адаптуватися. Повна заборона також загальмує наш експорт та поставить українських виробників у нерівні умови з іноземними конкурентами, тому що ті зможуть випускати продукти з вмістом пальмової олії, а ми – ні”, — зазначає Дорошенко.
Зауважимо, як і будь-який поширений продукт харчування, пальмову олію дуже широко досліджують. В авторитетних наукових журналах є багато десятків, або й сотень дослідницьких статей на цю тему. “Проте, незважаючи на такий нібито великий обсяг наукових праць, ми досі не можемо сказати, чи несе пальмова олія шкоду здоров’ю людини, чи лише суцільну користь”, — каже Олексій Болдирєв, науковий співробітник Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України, к. б. н, науковий редактор науково-популярного порталу «Моя наука» .
Головна претензія до пальмової олії — це сильно насичений жир, і його споживання нібито підвищує рівень холестерину в крові, тим самим збільшуючи ризик ішемічної хвороби серця.
В Гані, де її активно вживають, справді поширені ожиріння, серцево-судинні хвороби та діабет, але науковці досі не можуть констатувати прямий причинно-наслідковий зв’язок.
Тропічний жир (узагальнена назва продукту, отриманого з плодів пальми) у промисловому використанні ділиться на тверду і рідку фракції, які мають різні властивості. Науковці стверджують, що рідка фракція — більш природна (з вітамінами, амінокислотами, ненасиченими жирами, як і всі решти рослинних олій) і тому більш прийнятна для людського організму.
Дарія Прокопик, біолог“Рідка пальмова олія (олеїн) за складом близька до свиного сала: в ній понад половина жирів утворені насиченими жирними кислотами, і майже 40% — мононенасичені жирні кислоти і 10% — поліненасичені жири. Транс-жирів нема. Нема холестерину”, — зазначає біолог Дарія Прокопик.
Найпоширеніший міф щодо пальмової олії – її більш висока, ніж у решти олій, температура плавлення. Нібито організм не може її перетравити.
Але чекайте, йдемо в наукові джерела і бачимо — температура плавлення нерафінованої пальмової олії становить 36°С (майже температура тіла!), рафінованої — 21,3°С, а от твердої — 54°С. Для кондитерських виробів потрібна саме тверда фракція з вищою температурою плавління. Шоколад та глазур, виготовлені з “твердої” пальмової олії дійсно не потечуть, але для їхнього перетравлювання організму знадобиться менше енергоресурсів, ніж для твердого маргарину, який складається переважно із транс-жирів (транс-ізомерів жирних кислот, що утворюються після гідрогенізації рослинних олій воднем). Пальмова ж олія має природні властивості утворювати тверду фракцію, оскільки рослини ростуть у більш спекотному кліматі і природа сама захищає їх від псування (прогоркання).
І до того ж ми постійно стикаємося із жирними кислотами високої температури плавлення. Наприклад, стеаринова жирна кислота, що міститься в салі, плавиться при 70°С, а мірістилова — з вершкового масла — при 52°С.
А Європа не боїться!
Юлія Шулімова-Мовчан, генетик, консультант з якості та безпечності харчових продуктів, стверджує, що в ЄС дискусії про шкоду або користь пальмового масла вже давно припинилися.
Прийнято чітку директиву, що обмежує використання і вміст транс-жирів (транс-ізомерів жирних кислот) в продуктах харчування. Саме тому у кондитерському виробництві падає попит на ріпакові та соняшникові маргарини, і виробники дедалі більше переходять на пальмову олію, щоб витримати вимоги. І тому попит на пальмову олію в Європі та світі зростає.
Зокрема, за даними агентства УкрАгроКонсалт, імпорт пальмової олії в Україну в сезоні 2017/2018 з вересня по листопад досяг свого максимуму за останні сім сезонів. Було завезено близько 78 тис. тонн, що на 43,7% більше аналогічного періоду минулого сезону (54,6 тис. тон).
Цікаво, що у 1980-ті в США йшли ідеологічні війни проти “тропічних олій”. Місцеві виробники хотіли таким чином посунути їх з ринку і замістити соєвою олією та похідними транс-жирами (маргарини). Уміло розкрутивши “пальмову” фобію, їм це вдалося. Але у 2015 році американське агентство з нагляду за якістю харчових продуктів (US Food and Drug Administration, FDA) заборонило використання в харчовій промисловості транс-жирів, і одразу попит на пальмову олію, як на рослинну олію тривалого зберігання, зріс.
Як наслідок, заради вирощування «олійних» пальм почали вирубувати ліси інших порід дерев. Сьогодні це значна екологічна проблема для країн-виробників олії.
Мирина Нечипоренко, Київ
Чи шкідлива пальмова олія
Шкода чи користь пальмової олії для здоров’я неоднозначні. Розповідаємо про усі нюанси цього питання.
Сира пальмова олія напіврідка і червона. Вона містить ненасичені і насичені жирні кислоти. Останніх у пальмовій олії більше, ніж у салі. У пальмовій олії, яку ще не поділили на тверду і тривалого зберігання та рідку фракції і не рафінували, багато про-вітаміну А, лікопену, трьох форм вітаміну Е і фітостеролів. http://bit.ly/2OBxWFJ
Водночас переважно ми стикаємося вже із рафінованими та розділеними фракціями пальмової олії чи навіть маргаринами на основі пальмового олеїну.
У чому шкода пальмової олії
- Дві третини пальмової олії, що виробляється у світі, стає продуктами харчування.
Пальмова олія, її фракції чи маргарини на її основі входять передусім до складу дешевих солодощів, низькоякісних сирів, а також недешевих шоколадних кремів. Солодощі шкідливі високим глікемічним індексом, високим вмістом жирів, та відсутністю необхідних нам нутрієнтів і клітковини. Маргарини із пальмовою олією шкідливі, бо в маргаринах є транс-жири. Тому краще обирати якісний чорний шоколад, ягоди чи готувати домашні солодощі. - У пальмової олії висока точка димлення і дуже низький вміст альфа-ліноленової кислоти, тобто вона може прогріватися і при цьому не чорніти і майже не утворювати транс-жирів. Тому пальмовий олеїн чи купажі олій на основі пальмової використовують для приготування страв у фритюрі. І проблема передусім не в пальмовій олії як такій, а в глибокому смаженні, багаторазовому прогріванні, та великій частці жирів у раціоні із картоплею фрі й донатами. На якій би олії чи маслі не робили фритюр, ця опція — нездорова. http://bit.ly/318MJJp, http://bit.ly/319LsBN
Пальмова олія, її фракції чи маргарини на її основі входять передусім до складу дешевих солодощів, низькоякісних сирів, а також недешевих шоколадних кремів. Солодощі шкідливі високим глікемічним індексом, високим вмістом жирів, та відсутністю необхідних нам нутрієнтів і клітковини. Маргарини із пальмовою олією шкідливі, бо в маргаринах є транс-жири. Тому краще обирати якісний чорний шоколад, ягоди чи готувати домашні солодощі.Як пальмова олія впливає на серцево-судинні захворювання
Пальмова олія не “закупорює судини, бо має високу температуру плавлення”.
Всі жири, що потрапляють в наше тіло, піддаються розщепленню ферментами, і переносяться в тілі в складі жиробілкових комплексів — ліпопротеїнів. Від температури чи точки плавлення їхній стан не залежить. Ризик атеросклерозу — “закупорювання судин” — залежить не лише від раціону, а й від рівня фізичної активності, наявності вісцерального жиру, генетики та куріння.
Водночас пальмова олія може збільшувати ризик серцево-судинних захворювань, оскільки в ній багато насичених жирних кислот: міристилової і пальмітинової. Чим більше ми їх споживаємо – то більша шкода. Насичені жири (з пальмової чи кокової олії, вершкового масла, молока, сала) мають складати до 10% від усіх спожитих жирів. http://bit.ly/336cSub, http://bit.ly/2OBUVAx
Критичною для здоров’я серця і судин є насичені жирні кислоти, що містяться у пальмовій олії. http://bit.ly/2yxYUmK Вони містяться також у молочній продукції і м’ясі. http://bit.ly/2Ovy1KX, http://bit.ly/2LWadxQ, http://bit.ly/2LTg1rX
Для здоров’я серця і судин шкідливо також смажити на соняшниковій олії, їсти багато арахісу, транс-жирів, надто солоної їжі, вживати алкоголь і мати надмірну вагу.
Їжте якомога менш процесовану їжу, про яку ви точно знаєте, як та з чого вона зроблена, та уникайте смаження і надлишку будь-яких жирів в раціоні. http://bit.ly/2yxYUmK
Червона пальмова олія
За умови помірного споживання червона нерафінована пальмова олія певною мірою корисна. Вона подекуди вважається нутрицевтиком, тобто функціональною їжею, яка гасить оксидативний стрес, нормалізує рівень холестеролу та може зменшувати ризик розвитку раку. http://bit.ly/2YEqLwm, http://bit.ly/2MzMHXa, http://bit.ly/338hv6T
Водночас з червоною пальмовою олією ми практично не стикаємося. При рафінації і фракціонуванні олії перелічені корисні сполуки втрачаються і виникають шкідливі сполуки.
Відсутні докази канцерогенності сирої пальмової олії. В дослідженнях мова йде про те, що в пальмовій олії багато пальмітинової жирної кислоти, а її надлишок може викликати рак. http://bit.ly/2LTg1rX Пальмітинової жирної кислоти міститься значно більше у вершковому маслі, ніж в пальмовій олії.
http://bit.ly/2Kie8BY
Тривале споживання продуктів із великим вмістом жирів, зокрема фритюр на пальмовій олії чи морозиво на вершковому маслі, шкодять здоров’ю.
В процесі рафінування пальмової олії, ії очищення і фракціонування за температури 200 градусів і вище, в ній виникають сполуки із канцерогенною дією, які шкідливі також для чоловічої фертильності та здоров’я нирок. http://bit.ly/2YDsHFj, http://bit.ly/2KiJJ6n
Наразі пальмову олію не забороняють, але встановлені межі вмісту шкідливих сполук у продуктах харчування. http://bit.ly/2LTHpGt, http://bit.ly/336cSub
Кілька порад для збереження здоров’я:
- Замість солодощів обирайте фрукти чи якісний чорний шоколад
- Не їжте смажені у фритюрі страви, і якомога менше смажте http://bit.ly/2yzC12t
- Заправляйте салати олією чи йогуртом та гірчицею
- Відмовтеся від куріння та не зловживайте алкоголем
- Робіть “морозиво” з бананів, тахіні (кунжутної пасти), какао та фруктів
- Слідкуйте за своїм раціоном, споживайте достатньо овочів, фруктів, надавайте перевагу цільнозерновим продуктам, вживайте менше солі та цукру.
Чем опасно пальмовое масло — BBC News Україна
- Дарья Прокопик
- для ВВС Украина
Автор фото, Getty Images
15 мая Рада приняла в первом чтении законопроект, который ограничивает использование пальмового масла в производстве пищевых продуктов.
В пояснительной записке депутаты заявили, что это — вредный продукт, способствующий повышению уровня холестерина, а также провоцирующий развитие заболеваний сердца, сосудов и ожирения.
Попробуем разобраться: что такое пальмовое масло, и что говорят о его влиянии на здоровье последние исследования.
Что такое пальмовое масло?
Пальмовое масло добывают из плодов растения Elaeis guineensis, известного как масличная пальма. Его родина — Западная Африка, и там пальмовое масло традиционно использовали для приготовления пищи.
В конце XIX — начале ХХ столетия масличную пальму завезли в Индонезию и Малайзию, которые сейчас являются основными экспортерами пальмового масла.
Его употребляют как растительное масло для жарки, заправки салатов либо используют в пищевой промышленности, добавляя в мороженое, маргарин и замороженные продукты.
Пальмовое масло также применяют для производства средств личной гигиены, косметики и бытовой химии, в том числе мыла и других моющих средств, зубной пасты, лосьонов, кремов. В мировой практике используют его и в качестве сырья для производства биотоплива.
В 2016 году мировые продажи пальмового масла достигли почти 28 млрд долларов.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,Плантация масленичных пальм в индонезийской провинции
Сырое пальмовое масло имеет красный цвет благодаря содержанию пигмента каротина. Она богато витамином Е, (и представляет собой смесь насыщенных и ненасыщенных жиров) не содержит холестерин и трансжиры, имеет высокую точку дымления, и поэтому считается достаточно здоровой опцией.
При этом оно не содержит полезные для человека омега-3-полиненасыщенные жирные кислоты. Однако мы практически не сталкиваемся с сырым пальмовым маслом.
Пальмовое масло можно рафинировать и разделить на фракции, имеюющие различные свойства и сферы использования — жидкую и твердую.
Такая обработка пальмового масла лишает его нежелательных соединений с одной стороны, но и существенно снижает содержание витаминов в твердой или стеариновой фракции. Нагрев при рафинации способствует возникновению вредных соединений. Впрочем, все растительные масла после рафинации содержат эти соединения.
Мифы и правда о влиянии пальмового масла на здоровье
Пальмовое масло не «закупоривает сосуды».
Действительно, тропические масла содержат насыщенные жиры, и именно они формируют стеариновую фракцию пальмового масла, имеющую длительный срок хранения. Однако насыщенные жиры также содержатся в молоке, масле, сале, масле какао, растительных маслах и авокадо.
С насыщенными жирами склонны связывать рост риска атеросклероза и нарушение баланса холестерина. Подобное мнение сформировалось и бытовало в 1950-1980-х, когда была популяризирована обезжиренная пища, маргарины и локальные масла.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,Проблема насыщенных жиров, и пальмового масла в частности,- не в том, что они могут приводить к закупорке сосудов, а в том, что есть риск употребить их в слишком большом количестве
Впрочем, на сегодняшний день доказано отсутствие связи между потреблением насыщенных жиров и сердечно-сосудистыми заболеваниями, в частности у здоровых людей с нормальным весом. Люди с нарушенным балансов жиров крови, страдающие от болезнй сердца, а также пожилые люди более уязвимы к присутствию пальмового масла в их рационе.
Официальные рекомендации по потреблению жиров позволяют потреблять 35-40% энергии из жиров, но только 10% — из насыщенных.
Диета, при которой калории из жиров составляют менее 20%, считается также нездоровой.
Проблема насыщенных жиров, и пальмового масла в частности,- не в том, что они могут приводить к закупорке сосудов, а в том, что есть риск употребить их в слишком большом количестве.
Репутацию пальмового масла портит его присутствие в калорийной и часто чрезмерно сладкой, но при этом бедной питательными веществами пище — сладостях, фритюре, продуктах длительного хранения.
Такая пища вредна для здоровья не только из-за содержания пальмового масла. Если человек ведет малоподвижный образ жизни, курит, ест мало овощей — насыщенные жиры любого происхождения представляют опасность для здоровья.
Высокая температура плавления пальмового масла и, как следствие, вред для здоровья человека — это также миф.
Любые жиры, которые поступают с пищей, имеют разную температуру плавления, однако все они расщепляются в кишечнике и далее транспортируются кровью.
С другой стороны, пальмовое масло широко используется для жарки и в секторе промышленных переработок.
Во время рафинации или дальнейшего нагрева в нем действительно могут образовываться нежелательные соединения, за уровнем содержания которых должны следить производители.
Сегодня гипотеза о связи между потреблением пальмового масла и развитием рака не подтверждена.
Репутация производителей пальмового масла — небезупречна
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,Производители вырубили в Индонезии тропические леса ради высадки пальмовых плантаций
Традиционно масличную пальму выращивали в домашних хозяйствах вместе с другими растениями. Сегодня — в основном на специально созданных монокультурных плантациях.
Масличная пальма дает больший урожай на единицу площади, чем другие источники растительных масел. Ее культивация почти не требует применения удобрений и пестицидов, а также требует меньше физического труда. Промышленное производство пальмового масла в Юго-Восточной Азии создало новые рабочие места и приносит значительные прибыли странам-экспортерам.
С другой стороны, его производство имеет негативные экологические и социальные последствия.
Работа на масличных плантациях идет без соблюдения прав человека.
Для массового выращивания масличной пальмы вырубают или даже выжигают леса, разрушая экосистемы и снижая биоразнообразие. Многочисленные виды животных, в том числе орангутаны, слоны, носороги и тигры лишаются естественной среды обитания. В период с 1990 по 2008 год из-за производства пальмового масла было уничтожено 8% лесов планеты.
В связи с этим такие организации, как Greenpeace и World Wild Fund (WWF), лоббируют ограничения производства пальмового масла. Многие организации, включая компании, владеющие плантациями, производителей, переработчиков и розничных продавцов продуктов с содержанием пальмового масла, поддерживают экологически устойчивое производство этого продукта.
Запрет пальмового масла и других жиров
Автор фото, HALLDOR KOLBEINS
Підпис до фото,Сеть супермаркетов Iceland в Великобритании заявила о своем намерении исключить пальмовое масло из состава своих фирменных продуктов к концу 2018 года
На использование пальмового масла в производстве в последнее время наложены ограничения.
Сеть супермаркетов Iceland в Великобритании заявила о своем намерении исключить пальмовое масло из состава своих фирменных продуктов в попытке остановить масштабное уничтожение тропических лесов в юго-восточной Азии.
Сеть уже убрала этот ингредиент из половины своих продуктов и планирует завершить процесс к концу 2018 года.
Также в 2018 году Европарламент принял директиву о возобновляемых источниках энергии, согласно которой инвестирование топлива, в частности, на основе пальмового масла, будет сокращаться.
Официальная Джакарта высказалась против документа, ведь это означает сокращение экспорта пальмового масла в ЕС.
Украина также решила внести свою лепту в использование пальмового масла, но именно в пищевой промышленности.
15 мая 2018 года Верховная Рада Украины приняла в первом чтении законопроект №3871, согласно которому использование пальмового масла в пищевой промышленности ограничивается.
Производители понесут административную ответственность в случае несоответствия продукции стандартам, образцам и сертификатам. Инициаторы законопроекта объясняют его необходимостью защитить здоровье людей.
Кроме того, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) 14 мая 2018 года представила пакет мер REPLACE — поэтапное руководство по исключению трансжирных кислот промышленного производства из состава пищевой продукции во всем мире.
Что такое трансжиры, и почему именно они запрещены?
Автор фото, Getty Images
Синтетические трансжиры образуются в процессе насыщения растительных масел водородом, в результате чего они становятся твердыми. Таким образом производитель продлевает срок хранения и жизни продукта.
Трансжиры, как и пальмовое масло, значительно снижают стоимость продукции с их содержанием.
Именно трансжиры оказывают пагубное влияние на здоровье людей: рацион с высоким содержанием трансжиров повышает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний на 21% и смертность — на 28%.
По статистике ВОЗ, употребление трансжиров приводит к 500 тысячам смертей от сердечно-сосудистых заболеваний в год.
Больше всего это касается бедных слоев населения.
Учитывая негативные последствия, ВОЗ установила нормы употребления небезопасных продуктов. В ежедневном рационе каждого человека трансжиры не должны превышать 1%.
Новая программа ВОЗ предлагает содействовать замене промышленных трансжиров — в том числе на законодательном уровне; а также повышать осведомленность об их вредном влиянии на здоровье.
Що варто знати про пальмову олію | Уляна Супрун
04 Серпня 2019Коли питають, шкідлива пальмова олія чи ні, слід відповісти, що все залежить, для кого і для чого. Вона точно не є отрутою, від якої “онкологія розвивається за два тижні”, але все ж варто розбиратися.
Коротка відповідь така: слід дбати про довкілля, права людини і завжди збалансовано та корисно харчуватися.
Але загалом історія з пальмовою олією нагадує юридичний договір із силою силенною нюансів.
Шкода чи користь пальмової олії для здоров’я неоднозначні.
Сира пальмова олія напіврідка і червона — половину складають ненасичені жирні кислоти, і половину — насичені. Останніх у пальмовій олії більше, ніж у салі. У пальмовій олії, яку ще не поділили на тверду і тривалого зберігання та рідку фракції і не рафінували, багато про-вітаміну А, лікопену, трьох форм вітаміну Е і фітостеролів. На жаль, переважно ми стикаємося вже із рафінованими та розділеними фракціями пальмової олії чи навіть маргаринами на основі пальмового олеїну.
Шкода солодощів здоров’ю.
Дві третини пальмової олії, що виробляється у світі, стає продуктами харчування. Пальмова олія, її фракції чи маргарини на її основі входять передусім до складу дешевих солодощів, низькоякісних сирів, а також недешевих шоколадних кремів. Солодощі шкідливі високим глікемічним індексом, високим вмістом жирів, та відсутністю необхідних нам нутрієнтів і клітковини.
Маргарини із пальмовою олією шкідливі, бо в маргаринах є транс-жири. Тому краще обирати якісний чорний шоколад, ягоди чи готувати домашні солодощі.
Шкода глибокого смаження.
У пальмової олії висока точка димлення і дуже низький вміст альфа-ліноленової кислоти, тобто вона може прогріватися і при цьому не чорніти і майже не утворювати транс-жирів. Тому пальмовий олеїн чи купажі олій на основі пальмової використовують для приготування страв у фритюрі. І проблема передусім не в пальмовій олії як такій, а в глибокому смаженні, багаторазовому прогріванні, та великій частці жирів у раціоні із картоплею фрі й донатами. На якій би олії чи маслі не робили фритюр, ця опція — нездорова.
Вплив на серцево-судинні хвороби
Пальмова олія не “закупорює судини, бо має високу температуру плавлення”. Не треба уявляти картинку, на якій жир із тортика поволі просочується в кров і холоне там, немов віск. Всі жири, що потрапляють в наше тіло, піддаються розщепленню ферментами, і переносяться в тілі в складі жиробілкових комплексів — ліпопротеїнів.
Від температури чи точки плавлення їхній стан не залежить. Ризик атеросклерозу — “закупорювання судин” — залежить не лише від раціону, а й від рівня фізичної активності, наявності вісцерального жиру, генетики та куріння.
Але пальмова справді може збільшувати ризик серцево-судинних захворювань, оскільки в ній багато насичених жирних кислот: міристилової і пальмітинової. Що більше її ми їмо – то більша шкода. Пам’ятайте, що насичені жири (з пальмової чи кокової олії, вершкового масла, молока, сала) мають складати до 10% від усіх спожитих жирів.
Загроза передусім стосується людей старшого віку з історією серцево-судинних хвороб та із надлишковою вагою. Тим не менш, наразі не можна сказати, що “пальмова олія викликає інфаркти в більшій мірі, ніж решта продуктів”, адже оцінити, скільки її їсть людина, важко — вона є в низці продуктів, а насичені жирні кислоти присутні також у молочній продукції і м’ясі. Критичною для здоров’я серця і судин є не сама пальмова олія, а насичені жирні кислоти як такі.
http://bit.ly/2yxYUmK
http://bit.ly/2LTg1rX
http://bit.ly/2LTg1rX
Також, пальмова олія — не єдине “зло” в нашому раціоні. Для здоров’я серця і судин шкідливо смажити на соняшниковій олії чи їсти багато арахісу, транс-жирів, надто солоної їжі, алкоголю і мати надмірну вагу. Тому єдина порада, підкріплена дослідженнями, звучить так: їжте якомога менш процесовану їжу, про яку ви точно знаєте, як та з чого вона зроблена, та уникайте смаження і надлишку будь-яких жирів в раціоні.
Пальмову олію не забороняють споживати дітям
Якісний склад пальмової олії ближчий до грудного молока, ніж склад коров’ячого, і наразі немає даних про зв’язок споживання жирів в складі прикорму чи їжі маленьких дітей і подальшим ожирінням чи розвитком діабету. Але не треба перекручувати: діти мають їсти овочі, фрукти, крупи, молочну продукцію, і при цьому не перевищувати кількість жирів в раціоні – що старша дитина, то менше їх треба. Тож пальмова олія в суміші – це не отрута, але грудне молоко і прикорм “нормальною їжею” – краще.
Щодо солодощів із пальмовою олією застереження ті самі, що і для дорослих. Це шкідливо.
Червона пальмова олія досить корисна
Для мешканців деяких африканських регіонів, де бракує багатої на нутрієнти їжі, пальмова олія певною мірою корисна, особливо – червона нерафінована, за умови помірного споживання. Вона подекуди вважається нутрицевтиком, тобто функціональною їжею, яка гасить оксидативний стрес, нормалізує рівень холестеролу та може зменшувати ризик розвитку раку.
http://bit.ly/2YEqLwm
http://bit.ly/2MzMHXa
http://bit.ly/338hv6T
Але з червоною пальмовою олією ми практично не стикаємося. При рафінації і фракціонуванні олії перелічені корисні сполуки втрачаються, але виникають шкідливі сполуки, про що далі.
Червона пальмова олія не викликає і не лікує рак
Принаймні, наразі немає доказів канцерогенності сирої пальмової олії. Дослідження, що це описують, кажуть приблизно таке: “В пальмовій олії багато пальмітинової жирної кислоти, а її надлишок може викликати рак”.
Але пальмітинової жирної кислоти значно більше у вершковому маслі, ніж в пальмовій олії.
І ми знову повторюємо головну тезу: шкода здоров’ю криється в тривалому споживанні продуктів із великим вмістом жирів (чи жирів і цукрів водночас), будь то фритюр на пальмовій олії чи морозиво на вершковому маслі.
Щодо лікування раку відомо таке: в червоній пальмовій олії багато вітаміну Е, який може мати протипухлинну дію, але пальмова олія ще нікого не вилікувала від раку.
А ось і черговий поворот: в процесі рафінування пальмової олії, ії очищення і фракціонування за температури 200 градусів і вище, в ній виникають сполуки із канцерогенною дією, шкідливі також для чоловічої фертильності та здоров’я нирок.
Шкода навколишньому середовищу
Пальмову олію виробляють із плодів червоної пальми. Самі ж пальми потім вирубують, і спалюють рештки. Це збільшує викиди вуглекислого газу та призводить до локального забруднення повітря, через що збільшується частота хвороб очей, шкіри та легень.
Для посадки нових плантацій вирубують дедалі більше первісних лісів, чим руйнують середовище існування зокрема орангутанів.
Сировинна економіка не допоможе вийти зі злиднів
Малайзія, Індонезія та інші країни-виробники закликають не запроваджувати обмеження щодо пальмової олії, адже тоді “мільйони людей залишаться без роботи”. Водночас, міжнародні рішення обмежують виробництво та експорт пальмової олії передусім тому, що часто йдеться про порушення прав людей, які працюють у галузі, і руйнацію екосистем, а не тому, що пальмова олія шкодить здоров’ю. Пальмову олію, як і каву, какао, бавовну слід виробляти із дотриманням правил fair trade, використовувати для цього бідні землі, що уже давно перебувають в сільськогосподарському використанні, та купувати її у малих виробників, а не в корпорацій. Якщо ви вирішите купити нерафінованої пальмової олії для приготування страв, шукайте позначку про виробництво відповідно до правил сталого розвитку.
Та пальмова олія – далеко не єдина загроза раку в нашому житті.
В переліку канцерогенів – їжа, приготована у фритюрі, альдегіди пересмаженої соняшникової олії, алкоголь та його похідне — ацетальдгід, цигарки, ковбасні вироби, афлатоксини грибів (вони трапляються в горіхах), ультрафіолет, вихлопні гази та викиди виробництва.
Наразі пальмову олію не забороняють, вона все ще лишається “здоровішою альтернативою маргаринам”, але встановлені межі вмісту шкідливих сполук у продуктах харчування.
Можливо, все наведене здається суперечливим і непевним. “Всі люди, що колись їли пальмову олію (солоні огірки, пили воду) — померли”. Та насправді все досить просто. Знищені орангутани і тропічні ліси є достатнім аргументом проти масштабного виробництва пальмової олії.
А задля збереження власного здоров’я робіть таке:
- замість солодощів обирайте фрукти чи якісний шоколад
- не їжте смажені у фритюрі страви, і якомога менше смажте. Детальніше
- заправляйте салати олією чи йогуртом та гірчицею
- відмовтеся від куріння та зловживання алкоголем
- робіть “морозиво” із бананів, тахіні (кунжутної пасти), какао та фруктів
- забудьте смак налисників чи вафель із шоколадним кремом відомих фірм
- купуйте червону пальмову олію fair trade.
- пильнуйте свій раціон самі, а не звинувачуйте в усіх бідах пальмову олію.
що треба знати про пальмову олію та чого боятися
Пальмова олія наразі найефективніша олія в світі. В той час, як один гектар може дати 0,38 т соєвої олії, 0,48 т соняшникової, 0,67 т рапсової, то пальмової можна добути 3,7 т/га.
Олію червоної пальми (Elaeis guineensis) почали добувати передусім для вирішення продовольчих проблем в Західній Африці. Там її можна і вирощувати, і легко видобувати (є навіть міні-преси) і споживати. В країнах Західної Африки їжу готують передусім на пальмовій олії. Згодом, вжиток цього продукту вийшов за межі Африки і її почали експортувати в розвинені країни.
Війна олій
«Кокосова олійна промисловість зазнала понад три десятиліття зловживання риторикою серед груп та організацій активістів-споживачів, таких як Центр Науки у суспільних інтересах (CSPI) та Американська соєва асоціація (ASA) та інших членів продовольчої олійної промисловості, а також представники медичної та наукової спільноти, які дізнавалися про свою очевидну дезінформацію з цих груп.
Ghana Medical Journal, виданий Медицинською організацією Гани
Само собою зрозуміло, пальмова олія постраждала від подібних дій. За даними Chong і Ng12, головна претензія до неї — це сильно насичений жир і його споживання нібито підвищує рівень холестерину в крові, тим самим збільшуючи ризик ішемічної хвороби серця”.Війна проти “тропічних олій” в США почалась у 1980-ті, коли їх хотіли посунути із ринку і замістити соєвою олією та похідними транс-жирами. Що їм і вдалось.
Але у 2015 році Food and Drug Administration (USA) заборонила використання в харчовій промисловості транс-жирів (маргарини), і попит на рослинну олію тривалого зберігання зріс. Як наслідок, в країнах, що розвиваються, заради вирощування пальм почали вирубати ліси.
Це наразі аргумент №0 проти олії. Світові гравці типу Нестле зазначають, що вони переважно використовують sustainable palm tree oil.
Рослина від рослини
Нам корисно отримувати із їжі те, що не можемо утворювати самі, а саме омега-3-поліненасичені жирні кислоти (присутні в рибі, лляній та рапсовій олії), вітамін Е, каротиноїди, жирні кислоти із коротким і середнім ланцюгом, як в молочних продуктах (вони легко дають енергію).
Насичені жирні кислоти ми робимо самі, і запасаємо під шкірою зайве. Або споживаємо із тваринною їжею.
Але чи має пальмова олія принципово відмінний від інших рослинних олій склад? Так, як і кожна. Пальмова та кокосова олії мають навпрочуд багато насичених жирних кислот, на відміну від інших рослинних олій. Тому вони тверді (дивіться “температура плавлення”). І містять мало того, що слід спожити із їжею (ненасичені жирні кислоти).
Склад нерафінованої та нефракціонованої пальмової олії.
Пальмова олія за складом близька до свиного сала: в ній понад половина жирів утворені насиченими жирними кислотами, і майже 40% — мононенасичені жирні кислоти і 10% — поліненасичені жири. Транс-жирів нема. Нема холестерину.
Різні жирні кислоти та їх співвідношення в жирах та оліях.
Нерафінована пальмова олія має високу температуру димлення (smoking point) — 235 градусів за Цельсієм — і тому підходить для глибокого смаження (фрітюра) та тушення.
Питайте організм
Є упередження, що насичені жири спричиняють хвороби серця та атеросклероз. Насправді, їх спричиняє дисбаланс жирів та їх переносників і запалення й брак вітамінів. Таке ж упередження є щодо тваринних жирів і холестерину. Тому оскільки пальмова олія в її ринковому виді — насичені жири, то її вважають фактором ризику хвороб серця і закликають зменшити вжиток цієї олії. В Гані, де її активно вживають, справді поширені ожиріння, серцево-судинні хвороби та діабет, але ми не можемо констатувати прямий причинно-наслідковий зв’язок.
Тобто застереження №1 — високий вміст насичених жирів, як в тваринних жирах.
«Пальмова олія походить з пальмового фрукта і є однією з небагатьох рослинних масел з високим вмістом насичених жирів» — говорить Аліса Ліхтенштейн, старший науковий співробітник та директор Лабораторії серцево-судинної харчування в Дослідницькому центрі харчування людини Жана Майера Університету Тафтса (Бостон, США).
Застереження №2 — ризик раку.
Рослинні жири при нагріванні утворюють гліциди жирних кислот, що можуть мати канцерогенний ефект. “Вони визнають, що виробники оброблених харчових продуктів окислюють пальмове масло у своїх продуктах для різних кулінарних цілей, а це означає, що більша частина споживачів пальмового масла їдять його в окисленому стані. Загроза окислених пальмових олій включає органотоксичність серця, нирок, печінки та легенів, а також репродуктивну токсичність, стверджують дослідники. Крім того, вони відзначають, окислене пальмове масло може викликати збільшення вільних жирних кислот, фосфоліпідів і цереброзидів», — йдеться в статті.
Але. Смаження на соняшникові олії, навіть рафінованій, дає безліч сполук із канцерогенним ефектом. Україна є лідером зі виробництва і споживання соняшникової олії, але при цьому має дуже високий рівень захворюваності на хвороби серця. Тобто пальмова олія сама по собі не викликає рак. І ми стикаємось постійно із більш шкідливими оліями і транс-жирами в печиві та готових продуктах.
Згідно із результатами мета-дослідження 2015 року, споживання пальмової олії підвищувало рівень ліпопротеїнів низької щільності, порівняно із іншими рослинними оліями. Високий рівень цієї фракції пов’язують із значно вищим ризиком серцевих хвороб.
Інше мета-дослідження вивчало, як впливає споживання пальмового масла на маркери хвороб серця порівняно із транс-жирами, і дійшло висновку, що споживання пальмової олії має як позитивні, так і негативні наслідки і призводить до появи певних маркерів серцево-судинних хвороб (ті самі ліпоротеїни низької щільнгості). Але я вваажаю, що транс-жири сприяють запаленню і розвитку атеросклерозу набагато сильніше, ніж насичені жири. Тому “просто маркери” це не означає хворобу серця.
Нам рядять отримувати 30-35% калорій із жирів, і насичених жирів має бути менше 10% серед усіх спожитих. Тобто пальмова олія не має бути основним джерелом жирів, бо вона утворена переважно насиченими жирними кислотами. Якщо вона в складі печива, то ми споживаємо лише насичену фракцію, тобто прості калорії.
Нерафінована та нефракціонована пальмова олія містить багато вітаміну Е (токофероли та токортієноли) та фітостероли. Наразі активно досліджують антиоксидантні та протипухлинні властивості пальмової олії (так звані нутріцептики — продукти, що можуть лікувати).
З огляду на високий вміст каротиноїдів та актиоксидантів, її називають однією із найкращих олій для приготування їжі (мають на увазі нерафіновану). Олеїнова фракція (рідка) має корисні ефекти, і наразі активно досліджують її вплив на серцево-судинну систему.
Більше про окремі досліди тут, в Human Studies, але там не всі досліди на гарній вибірці.
Розплавиться чи застигне?
Найпоширеніший міф щодо пальмової олії – її більш висока, ніж у решти олій, температура плавлення. Нібито організм не може її перетравити.
Який жир твердий, коли просто лежить на столі, тобто його температура плавління значно вища за кімнатну? Правильно, сало. Чи бояться українці сала? Питання зайве. За низкою фізичних та хімічних властивостей (хоч і не за всіма) пальмове масло схоже на тваринні жири – вершкове масло та сало. Ці продукти ми перетравлюємо нормально, нема проблем і з пальмовою олією з цього приводу.
Олексій Болдирєв, науковий співробітник Інституту фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, к. б. н.
Жири потрапляють в організм і піддаються перетравленню. Спершу в 12-палій кишці їх емульгує жовч, тобто вони краще “почуваються в розчині”, стають доступними для ферментів. Потім їх розщеплюють ферменти ліпази. Зрештою, всі жири розпадаються на жирні кислоти, холестерин, гліцерин, лецетин та інші компоненти, і поступають в кров в складі переносників. Жири до клітин і від них переносять ліпопротеїни (жиробілки) — жири ніколи не “плавають” в крові. Їх температура плавлення вже не має значення, оскільки тіло має справу із поодинокими молекулами. Далі жирні кислоти або знову стають жирами, або використовуються як джерело енергії — від них поступово від’єднуються вуглець під дією кількох ферментів. Жир не “плавиться” і не “спалюється” — все роблять ферменти і переносники. Детальніше тут.
Більше того, кожен “жир”: вершкове масло, олії, сало, жир в м’ясі, пальмове і кокосове масло — це суміш різних жирів, утворених гліцерином та жирними кислотами. Жирні кислоти відрізняються за довжиною та наявністю подвійних зв’язків. В останньому разі кажуть про ненасичені жирні кислоти. Так ось, кожна жирна кислота має різну температуру плавлення. Наприклад, стеаринова жирна кислота, поширена в салі і пальмовій олії, плавиться при 70 градусах за Цельсієм, а мірістилова — з вершкового масла — при 52. Тобто ми постійно стикаємось із жирними кислотами із високою температурою плавлення.
Вміст жирних кислот в жирах. Пальмова олія (нефракціонована) близька до сала, але краща за вершкове мало, бо має більше моно-ненасичених жирних кислот (менша калорійність) і не має транс-жирів.
Пальмова олія на момент видобутку із перикарпу (довколаплодник) за своїм складом прекрасна — в ній є різні жирні кислоти, антиоксиданти і вітамін Е і бета-каротин. Але часто її фракціонують. Це легко зробити, бо її фракції мають різні температури плавлення. Так її ділять на рідку фракцію (олеїн) та тверду — стеарин. Також її рафінують, і вона втрачає зіпсовані жири (degumming), але і вітаміни, і стає білою.
Склад та температури плавлення пальмової олії. Перший стовпчик — нерафінована. Далі — показники продуктів її фракціонування. Олеїн — рідка фракція. НА ньому готують в тропічних країнах. Стеарин — тверда, насичена фракція.
Висновок: ящо коротко, то пальмова олія нефракціонована та нерафінована — хороша. Її фракції мають різні властивості. Стеаринова фракція олії вже не має нічого корисного для нас. Це просто насичені жири, калорії, відсутні вітаміни. Її легко транспортувати, її дешево видобувати, вона не так псується. Це краще, ніж маргарини в складі печива і цукерок. Це краще, ніж голод в Африці. Але це не найздоровіша опція і певні екологічні наслідки (вирубка лісів)
Коментарі експертів
Олексій Болдирєв, науковий співробітник Інституту фізіології ім. О. О. Богомольця НАН України, к. б. н, науковий редактор наук-поп порталу «Моя наука»
— В Україні на слуху пальмова олія. У нас практично не використовується олія «канола», особливий різновид ріпакової олії, яка втім поширена в Канаді, США, деяких країнах Західної Європи та світу. Точно так же, як і пальмова олія, «канола» викликає заперечення щодо її застосування й підозри в шкодочинності. Люди завжди бояться нового, незвичного. Ми звикли вживати традиційну соняшникову олію, і вже забули, що соняшник – це рослина з Центральної Америки, завезена в Україну не раніше кінця 18-го століття. Імовірно, ми звикнемо й до інших «чужих» продуктів. Утім, пальмова олія дійсно відрізняється від звичних нам олій за фізичними й хімічними властивостями.
Всі рослинні олії складаються з жирів. В першу чергу, це тригліцериди – сполуки гліцерину з 3 довгими вуглецевими ланцюгами жирних кислот. Ці жирні кислоти бувають насичені, коли весь ланцюг одноманітний, а також ненасичені. Останні поділяють на мононенасичені, які мають лише один «нестандартний» зв’язок, який несе менше атомів гідрогену (водню), і поліненасичені- носії двох і більше таких зв’язків. Різні олії мають різний склад. Серед інших рослинних олій пальмова відрізняється більшим вмістом насичених жирних кислот.
Так, як і будь-який поширений продукт харчування, пальмову олію дуже широко досліджують. В біомедичних наукових рецензованих журналах є багато десятків, а то й сотень дослідницьких статей на цю тему. Проте, незважаючи на такий ніби-то великий обсяг наукових праць, ми досі не можемо сказати, чи несе пальмова олія шкоду здоров’ю людини, чи лише суцільну користь. Вчених насторожує високий вміст насичених жирних кислот: надмірний їх вжиток за низкою досліджень корелює з розвитком серцево-судинних захворювань, метаболічного синдрому, цурового діабету 2-го типу. Втім, інші дослідження не знаходять подібного зв’язку.
Щодо самої пальмової олії, то є декілька мета-аналізів – оглядів багатьох однотипових досліджень 2014-2015 років. Перші огляди не знайшли зв’язку між вживанням пальмової олії та захворюваннями метаболізму, серця й судин. Проте один з мета-аналізів переконує, що все ж є підвищення рівня холестеролу в крові в людей, які вживають переважно пальмову олію на противагу іншим рослинним оліям. З іншого боку, за цим же аналізом виглядає, що пальмова олія «краща» за гідрогенізовані похідні інших олій (простіше кажучи, маргаринів).Це дослідження також має свої обмеження: наприклад, у мешканців Азії подібних негативних проявів не виявлено. Взагалі, мета-аналізи в дієтології мають значні обмеження. Такі огляди вимагають багатьох досліджень, проведених за однією й тією ж методикою. Що відносно легко проконтролювати з лікарським препаратом (з’їв пігулку раз на день впродовж тижня чи не з’їв пігулку), значно важче стандартизувати в випадку дієти: один поливає олією салат, а інший смажить на ній біфштекс. Тому потрібні подальші дослідження, які б виявили специфічну дію пальмової олії на організм людини. Втім, головний висновок уже відомий: саме надлишок жирної та калорійної їжі призводить до тих самих хронічних хвороб серця, ожиріння, діабету 2го типу тощо. Переїдати шкідливо для здоров’я, чи то жирів, чи то білків, чи-то вуглеводів.
Володимир Бахмач, доцент, кандидат технічних наук Національного Університету харчових технологій
— Є дві альтернативи. Перша — виробництво гідрованих жирів: обробка звичайних рідких олій, включаючи соняшникову або ріпакову, воднем щоб вони стали при кімнатній температурі твердою. Такий процес відомий вже більше 200 років. Друга — виробництво тропічних жирів, до яких відноситься пальмове масло. Тропічні жири одразу мають таку фракцію, оскільки рослини ростуть в більш жаркому кліматі і природа сама захищає їх від псування (прогоркання). Рідкі жири в такому клімати дуже швидко б псувалися.
В Україні в 90-х роках було близько 10 заводів, що виробляють гідрогінезовані жири, сьогодні їх 1-2 і вони працюють з перебоями. Тому що на час заходження тропічних жирів (90-ті роки) вони були дешевші. А налагодити виробництво (до речі непросте, вибухонебезпечне) справа не проста і не швидка. Рідкої олії в нас забагато, але її не можна використати для низки продуктів — морозива, шоколадної глазурі.
Імпорт пальмової олії в Україну в сезоні 2017/2018 з вересня по листопад досяг свого максимуму за останні сім сезонів. Було завезено близько 78 тис. тонн, що на 43,7% більше аналогічного періоду минулого сезону (54,6 тис. тонн),
повідомляє агентство «УкрАгроКонсалт».
Тропічний жир — узагальнена назва продукту, отриманого з плодів пальми. В подальшому він фракціонується на тверду і рідку фазу. До нас завозять обидві, бо є попит. Для виробництва кондитерських виробів потрібна тверда фракція з нижчою температурою плавління. Для маргаринів — більш м’яка з вищою температурою плавління. Для смаження краще використовувати тверді жири. Рідка олія через певний час отримує продукти окислення — канцерогени. Твердий жир (тропічний чи гідронізований) під час термічної обробки не руйнується, тому що там ненасичених жирних кислот або немає або мало.
Полезные свойства подсолнечного масла | Майола – масло для ваших кулинарных шедевров
Основой здорового питания человека является баланс белков, жиров и углеводов.Жиры — имеют наибольшую энергетическую ценность. Они необходимы для нормальной деятельности центральной нервной системы, для лучшего усвоения белков, минеральных веществ, жирорастворимых витаминов A, D, E.
Жиры состоят из глицерина и высших жирных кислот, которые подразделяются на насыщенные и ненасыщенные. Насыщенные жирные кислоты содержатся в животных твердых жирах. Чем больше насыщенных жирных кислот в жире, тем выше температура его плавления, а следовательно, он дольше переваривается и хуже усваивается. Ненасыщенные жирные кислоты входят в состав жидких жиров — растительных масел, а также жиры морских животных и рыб. Ненасыщенные жирные кислоты участвуют в качестве обязательного компонента при создании клеточных мембран и оболочек нервных волокон. Они выводят холестерин, нормализуют и укрепляют стенки кровеносных сосудов.
Подсолнечное масло — уникальный продукт, полезные свойства которого намного превосходят другие растительные масла. Ни соя, ни рапс, ни кукуруза не могут соперничать с подсолнечником по богатству полезных веществ. Подсолнечное масло — богатый источник необходимых витаминов, основные из них A, D и E.
Витамина E в подсолнечном масле в 12 раз больше чем в оливковом. В состав подсолнечного масла входят ленолиева и линоленовая ненасыщенные жирные кислоты (так называемый витамин F), которые самостоятельно в человеческом организме не производятся, но являются чрезвычайно ценными и полезными.
Витамин (ретинол) — витамин роста, который обеспечивает нормальное развитие организма. Улучшает состояние кожи, способствует сопротивлению организма инфекции, положительно влияет на работу легких, обеспечивает рост и развитие эпителиальных клеток, входит в состав зрительного пигмента, регулирующего адаптацию глаза к темноте. При недостатке в организме ретинола волосы становятся сухими и ломкими.
Витамин (кальцитриол) является незаменимым для детей и подростков, так как обеспечивает рост и развитие костей. Этот витамин регулирует минеральный обмен веществ и действует не только как витамин, но и как гормон, осуществляя позитивное влияние на клетки кишечника, почек и мышц.Он повышает иммунитет, улучшает работу щитовидной железы и способствует свертыванию крови.
Витамин (токоферол) контролирует репродуктивную функцию, улучшает циркуляцию крови, понижает кровяное давление, укрепляет стенки капилляров, положительно влияет на нервную систему, замедляет процесс старения и обладает антиканцерогенным эффектом. Он помогает выглядеть моложе, замедляя процесс старения клеток, защищает легкие от загрязненного воздуха, защищает клеточные структуры от разрушения свободными радикалами (действует как антиоксидант), предупреждает появление и растворяет кровяные тромбы, ускоряет заживание ожогов, понижает кровяное давление,поддерживает иммунную систему и обеспечивает нормальное функционирование мускулатуры.
Витамин (ненасыщенные жирные кислоты) участвует в построении клеточных мембран, в регулировании обмена жиров в организме, препятствует образованию холестерина на стенках сосудов, нормализует кровообращение, обеспечивает здоровое состояние кожи и волос, положительно влияет на активность желез внутренней секреции,благодаря чему кальций лучше усваивается на клеточном уровне, помогает снизить вес,сжигая насыщенные жиры.
Температура плавления — обзор
2.4.1 Температура плавления липидов
Температура плавления — это количество энергии, необходимое для осуществления фазового перехода липида из твердого состояния в жидкое. Положите на сковороду кусочек холодного масла и нагрейте. Когда масло тает, вы выделяете достаточно энергии, чтобы отделить все липидные молекулы масла (в основном триглицериды), чтобы они могли свободно перемещаться, придавая веществу жидкую консистенцию. Это событие соответствует энергии взаимодействия, связывающей липиды куска масла нековалентным образом.Давайте сначала рассмотрим случай насыщенной жирной кислоты (например, C18: 0, стеариновая кислота). Две силы способствуют стабилизации молекул стеариновой кислоты в твердой фазе. Карбоксильные группы связаны водородными связями, а алифатические цепи взаимодействуют посредством сил Лондона. Таким образом, если сравнить две насыщенные жирные кислоты разной длины (например, C14: 0 и C18: 0), они имеют одинаковое количество водородных связей на моль, но заметно различаются по количеству ван-дер-ваальсовых взаимодействий, которые могут быть образованы. между их алифатическими цепями.На самом деле количество ван-дер-ваальсовых взаимодействий пропорционально длине алифатической цепи. Таким образом, температура плавления насыщенных жирных кислот закономерно увеличивается с увеличением количества атомов углерода в цепи: 44, 58, 63 и 70 ° C соответственно для C12: 0, C14: 0, C16: 0 и C18: 0.
Ненасыщенные жирные кислоты имеют значительно более низкую температуру плавления, чем их насыщенные аналоги с тем же количеством атомов углерода. Например, температура плавления олеиновой кислоты (C18: 1ω9 цис ) составляет всего 16 ° C по сравнению с 70 ° C стеариновой кислоты (C18: 0).Таким образом, наличие одинарной-двойной связи вызывает снижение температуры плавления на 54 ° C (70–16 ° C). Это поразительное явление является результатом архитектурных ограничений из-за конфигурации двойной связи цис ( Z ) в молекулах природных жирных кислот. А именно, двойная связь вызывает изгиб цепи, главная ось которой отклонена примерно на 30 ° (рис. 2.6).
Рисунок 2.6. Влияние двойной связи цис на геометрию жирной кислоты.
Каждая двойная связь цис ( Z ) в алифатической цепи жирной кислоты вызывает изгиб 30 °. Напротив, конфигурация двойной связи транс ( E ) не изменила бы главную ось алифатической цепи.
Этот разрыв линейности мешает установлению ван-дер-ваальсовых взаимодействий между двумя вицинальными цепями, потому что вращение цепи на шарнире, материализованном двойной связью, порождает конус вращения.Эта активность эффективно предотвращает упаковку цепи в области между двойной связью и концевой метильной (ω1) группой (рис. 2.7). Таким образом, только метиленовые группы, расположенные между карбоксильной группой и двойной связью, могут участвовать в ван-дер-ваальсовом взаимодействии, что объясняет более низкое значение 16 ° C для температуры плавления этой жирной кислоты C18.
Рисунок 2.7. Почему ненасыщенные жирные кислоты имеют низкие температуры плавления.
Две вицинальные ненасыщенные жирные кислоты взаимодействуют посредством комбинации водородных связей (между полярными головными группами) и сил Лондона (между насыщенными частями ацильной цепи, начиная с головной группы).Двойная связь цис действует как шарнир, позволяя концевой части цепи отклоняться от главной оси цепи (угол 30 ° по двойной связи). На этом уровне цепей взаимодействие невозможно, что объясняет, почему ненасыщенные жирные кислоты имеют более низкие температуры плавления по сравнению с насыщенными жирными кислотами. Обратите внимание, что π-электронное облако двойной связи также способствует отталкиванию цепи (двойная стрелка красного цвета).
Для двух двойных связей отклонение составляет 30 + 30 = 60 °, как и для линолевой кислоты (C18: 2ω6), а температура плавления составляет –5 ° C.Рекорд принадлежит арахидоновой кислоте (C20: 4ω6), цепь которой имеет структуру шпильки, напоминающую хвост скорпиона (30 × 4 = 120 °), как показано на рис. 2.8. Эта структура дополнительно ограничивает зону, способную к образованию ван-дер-ваальсовых связей, тремя метиленовыми группами (ω17, ω18 и ω19), поскольку четвертая двойная связь этой жирной кислоты образуется между атомами углерода ω15 и ω16. Соответственно, температура плавления арахидоновой кислоты составляет всего –49 ° C. Специфическая геометрия арахидоновой кислоты, индуцированная ее четырьмя двойными связями цис , имеет большое биологическое значение.Как мы увидим в главе 5, арахидоновая кислота является предшественником двух важных эндоканнабиноидных нейротрансмиттеров, анандамида (арахидоноилэтаноламида) и 2-AG (2-арахидоноилглицерина). 8,9
Рисунок 2.8. Арахидоновая кислота и ее скорпионоподобный хвост.
Каждая из четырех двойных связей цис арахидоновой кислоты (C20: 4ω6) вызывает изгиб 30 °, что приводит к глобальному изгибу 30 × 4 = 120 ° для углеводородной цепи этой жирной кислоты. Следовательно, цепь имеет типичную форму скорпиона.
Теперь, когда вы лучше знакомы с температурой плавления липидов, пора спросить, как это понятие может помочь понять липидную организацию биологических мембран. Сковорода нам снова поможет. Положите в сковороду кусочек холодного сливочного масла и ложку оливкового масла. Они не смешиваются, если вы не повысите температуру до точки плавления масла. Однако в биологических мембранах температура может изменяться только в узком диапазоне выше 37 ° C (для человека).Следовательно, если при 37 ° C один липид находится в жидкой фазе, а другой — в твердой, они не будут смешиваться. Температура плавления большинства сфинголипидов намного выше 37 ° C (например, 83 ° C для GalCer, очищенного из бычьего мозга). Другими словами, при 37 ° C молекулы GalCer плотно упакованы в паракристаллическую гелеобразную фазу. Напротив, средняя температура плавления природного ПК составляет –5 ° C. Таким образом, при 37 ° C ПК находится в жидком состоянии. Поскольку они находятся в двух различных фазах, одна твердая, а другая жидкая, сфинголипиды и (ПК) не могут смешиваться и, таким образом, ограничиваются отдельными участками мембраны. 6,10 Тем не менее, эти физико-химические соображения не могут объяснить сами по себе способность липидов принимать различные супрамолекулярные структуры (например, мицеллы и бислои). Как мы увидим, этот уникальный липидный полиморфизм в основном определяется глобальной молекулярной формой индивидуальных липидов.
Температура плавления — обзор
3.8 Анализ кривой плавления с высоким разрешением
Анализ температуры плавления (Tm) или кривой плавления основан на фундаментальных термодинамических свойствах ДНК.В 1997 году Wittwer et al. [23,24] сообщил о разработке LightCycler, в котором они предположили, что анализ плавления может быть выполнен с использованием красителей дцДНК или зондов двойной гибридизации (два красителя с резонансным переносом флуоресценции). В том же году Ririe et al. сообщил о дифференциации продуктов ПЦР с помощью анализа кривых плавления ДНК [61]. Они контролировали флуоресценцию дцДНК-специфического красителя SYBR Green I и получили кривые плавления ДНК, построив график зависимости флуоресценции от температуры.Они продемонстрировали, что форма и положение кривых плавления ДНК зависят от содержания, длины и последовательности GC, и что продукты ПЦР можно различить по разнице температур плавления менее чем на 2 ° C. Они также указали, что положение и ширина кривых плавления зависят от концентрации красителя и скорости температурного перехода. Их отчет лег в основу автоматизированного плавления продукта или метода плавления ампликона. Следует отметить, что кривые плавления могут быть получены путем непрерывного мониторинга флуоресценции при изменении температуры.В том же году Lay et al. [62] впервые сообщил о методах плавления зонда для генотипирования фактора V Лейден. Они выполнили асимметричную амплификацию с использованием праймера, меченного Cy5, в присутствии меченного 3′-флуоресцеином зонда, который охватывает сайт мутации. Флуоресценция изменяется при изменении температуры из-за резонансного переноса энергии флуоресценции между зондом флуоресцеина и праймером, меченным Cy5. Характеристики плавления внутреннего зонда можно отслеживать во время амплификации, что позволяет различать однонуклеотидные изменения.Lay et al. Компания не использовала SYBER Green I. Проблемами использования SYBRR Green I являются перераспределение, повышение температуры плавления ампликона, расширение перехода плавления и компрессия Tm между генотипами. В 2001 году Crockett и Wittwer [63] сообщили, что в некоторых случаях акцепторные зонды не были необходимы для генотипирования, в отличие от системы зондов двойной гибридизации, которая зависит от независимой гибридизации соседних донорных и акцепторных зондов.Они продемонстрировали, что изменение флуоресценции происходит при гибридизации зонда с одной меткой из-за присущего тушения дезоксигуанозиновых нуклеотидов в матрице или в зонде. Согласно феномену изменения флуоресценции при гибридизации 5′-меченных олигонуклеотидов в 2003 г. Gundry et al. [64] указал, что плавление ампликона может быть достигнуто с использованием 5′-меченного праймера. Они также были первыми, кто выполнил анализ плавления с высоким разрешением (HRM) с использованием специального прибора высокого разрешения.В том же году Wittwer et al. [65] представил HRM для ПЦР-ампликона с использованием насыщающего красителя дцДНК (LCGreen). Новые насыщающие красители были совместимы с ПЦР в концентрациях от 1 до 10 мкмоль / л. Однако это открытие противоречило результатам, полученным при использовании SYBR Green I, который ингибировал ПЦР при высокой концентрации. Они разработали систему закрытых пробирок для генотипирования и скрининга мутаций без меченых олигонуклеотидов. Кроме того, они также ввели вычитание кривой плавления и разницу флуоресценции в качестве полезного метода для различения генотипов.Изменение формы кривой плавления идентифицирует гетерозиготы, тогда как изменение температуры плавления различает разные гомозиготы. Кроме того, в 2004 г. Liew et al. [66] сообщил об HRM-анализе малого ампликона с использованием LCGreen I для увеличения разницы Tm между гомозиготными генотипами. Большинство SNP можно генотипировать с помощью анализа плавления малых ампликонов; однако в некоторых SNP две разные гомозиготы нельзя дифференцировать без добавления известного генотипа. В том же году Zhou et al. [67] разработал надежный анализ плавления с использованием немеченого зонда в присутствии LCGreen I для генотипирования всех SNP и небольших делеций. Немеченый зонд и LCGreen I добавляли к смеси для ПЦР, а затем выполняли асимметричную амплификацию ПЦР. Метод позволяет контролировать плавление зонда и ампликона. Было показано, что немеченый зонд, модифицированный LNA, улучшает распознавание несовпадений при генотипировании с помощью анализа плавления [68]. В 2007 г. Поулсон и Виттвер [69] сообщили об анализе плавления с помощью ПЦР изолированного зонда с немечеными зондами.В ПЦР изолированного зонда немеченый зонд помещали в верхнюю часть капиллярной трубки для отделения от смеси ПЦР. После амплификации ПЦР капиллярную трубку переворачивали для смешивания немеченого зонда и смеси после ПЦР. Процедура предотвращает вмешательство зондов в амплификацию ПЦР. Так, было разработано одновременное сканирование мутаций путем плавления ампликона и генотипирование путем плавления зонда в присутствии насыщающего красителя ДНК [70,71]. Инновационный метод плавления «Генотипирование праймеров Snapback с насыщающими красителями» был разработан Zhou et al. в 2008 г. [72]. Они использовали шпильки ДНК в качестве ампликонов с самозондированием. Праймеры snapback не требуют специальной ковалентной модификации, такой как зонды Scorpion. В их методе необходимы только два стандартных олигонуклеотида, один с 5′-удлинением, который комплементарен своему собственному продукту удлинения и защелкивается, образуя стержень внутримолекулярной шпильки. Было показано, что анализ плавления с использованием праймера snapback полезен для обнаружения редких аллелей или сканирования / генотипирования гена [73,74].Недавно были опубликованы результаты систематического обзора и метаанализа гена BRAF и KRAS с использованием HRM-анализа, и было продемонстрировано, что HRM-анализ является подходящим диагностическим инструментом из-за отличительных особенностей, таких как его высокая чувствительность, специфичность, отсутствие трудоемкий, быстрый оборот и закрытый формат [75,76]. В 2014 году Sundberg et al. [77] сообщил об использовании микрожидкостной платформы, адаптированной для быстрой серийной ПЦР и высокоскоростного плавления в соответствии с генотипом.Их метод позволил завершить всю реакцию, включая ПЦР и высокоскоростное плавление, в общей сложности за 12,5 мин. Они продемонстрировали, что микрожидкостная платформа с быстрой последовательной ПЦР и высокоскоростным плавлением может точно выполнять генотипирование. Высокоскоростной анализ плавления на микрожидкостной платформе подходит для клинических испытаний и легко доступен, что может привести к более широкому использованию HRM-анализа в клинических лабораториях. В совокупности характерная особенность методов HRM, такая как простая процедура, формат закрытой пробирки и выполнение с использованием инструментов ПЦР в реальном времени, делает применение HRM-анализа полезным не только для генотипирования однонуклеотидных вариаций, но и для оценки метилирования и копирования. вариация числа [78,79].
MELTING, гибкая платформа для прогнозирования температуры плавления нуклеиновых кислот | BMC Bioinformatics
Структура MELTING 4 была описана в другом месте [14], и здесь мы сосредоточимся на MELTING 5.
Подход ближайшего соседа
Алгоритм
Каждая дуплексная цепь вводится как линейная последовательность нуклеиновых кислот, с пробелами в последовательностях, представленных тире (‘-‘), например AATT −− GC — TA (с тремя промежутками).Для идеального совпадения необходима только одна нить, так как программа может определить комплементарную последовательность.
Реализация ближайшего соседа состоит из нескольких шагов. Во-первых, программа определяет расположение каждого взаимоисключающего паттерна (например, идеально совпадающие пары оснований, несовпадения, выпуклая петля, внутренняя петля, оборванные концы, модифицированные нуклеиновые кислоты), составляющих дуплекс. Сначала обнаруживаются и идентифицируются шаблоны, состоящие из последовательных идеально совпадающих пар оснований Watson-Crick.Каждый оставшийся набор последовательных пар оснований в дуплексе (возможно, содержащий пробелы) идентифицируется как требующий определенных термодинамических формул и параметров. Например, если пара оснований содержит инозин и примыкает к несоответствию, это будет рассматриваться как шаблон, состоящий из двух пар оснований (одна с инозином, а другая с несоответствием), требующая собственной формулы и параметров.
После определения местоположения шаблонов программа может сопоставить шаблон с его термодинамической формулой, используя жестко запрограммированные методы распознавания, и применяет соответствующие параметры для вычисления его энтальпии и энтропии.Используемые по умолчанию формула и параметры могут быть заменены пользовательским набором параметров. Например, для шаблона, состоящего из L , идеально совпадающих пар оснований Watson-Crick, начиная с позиции i в дуплексе, будет использоваться следующая формула:
ΔH идеально совпадающий шаблон (i..i + L) = ∑iLδh пары оснований ближайшего соседа шаблон соответствия (i..i + L) = ∑iLδ пары оснований ближайшего соседа
(1)
Некоторые шаблоны также принимают во внимание пары оснований, расположенные за пределами шаблона; шаблон внутреннего цикла, начинающийся в позиции i и заканчивающийся в позиции i + L , будет учитывать пары оснований в i-1 и i + L + 1 , поскольку соседями внутреннего цикла являются важен для определения энтальпии и энтропии.Предположим, мы применяем термодинамические правила для РНК из Lu et al. [24], внутренний цикл будет вычислен следующим образом:
ΔHinternal loop (i..i + L) = δhinitiation-loop (L) + δhper-смежный-AU-or-GU + δhfirst-non-canonical- пары + (L1 − L2) δгасимметрия
(2)
ΔS внутренний контур (i..i + L) = 0
(3)
Где:
· δ h петля инициации (L) отвечает за внутреннюю петлю из L нуклеотидов.
· δ h асимметрия учитывает асимметрию внутренней петли (когда имеется неравное количество нуклеотидов на каждой стороне) с L1 и L2 количеством нуклеотидов на каждой цепи на соседнюю AU- или- GU учитывает каждую базовую пару AU или GU, примыкающую к внутреннему шлейфу.
· δ h первые неканонические пары учитывает каждое специфичное для последовательности первое несоответствие (бонус).
Этот механизм аналогичен для других несовпадений, петель выпуклости и модифицированных нуклеиновых кислот.
Перед применением каждой термодинамической формулы программа проверяет, применима ли она в среде, заданной пользователем (тип гибридизации, концентрации ионов). Следовательно, предыдущие правила из Lu [24] не будут применяться, если внутренняя петля не является внутренней петлей 1 x (n-1) с n> 2 или когда тип гибридизации — ДНК / ДНК.
Чтобы иметь возможность использовать соответствующую термодинамическую формулу для каждого паттерна, составляющего дуплекс, программа вычисляет энтальпию и энтропию дуплекса следующим образом (Рисунок 1 представляет собой пример вычисления ближайшего соседа):
ΔH = δinitiation + ∑δhpatternΔS = δsinitiation + ∑δspattern
(4)
Рисунок 1Пример вычисления ближайшего соседа. Дуплекс состоит из 3-х шаблонов: двух идеально совпадающих шаблонов (шаблоны 1 и 3) и одного несоответствия (шаблон 2). Для вычисления энтальпии и энтропии идеально совпадающих образцов MELTING 5 использует единую термодинамическую формулу, основанную на заданных пользователем или заданных по умолчанию термодинамических параметрах. Другая термодинамическая формула и параметры используются для вычисления энтальпии и энтропии образца 2.
Программа вычисляет начало гибридизации в соответствии с формулой и параметрами, выбранными пользователем для идеально совпадающих последовательностей.Важно отметить, что в MELTING 5 пользователь выбирает не только набор термодинамических параметров (как в MELTING 4), но и термодинамическую формулу, которая его использует. Набор параметров по умолчанию для каждой формулы определяется в документе, описывающем эту формулу.
Наконец, температура плавления вычисляется по той же формуле, что и ПЛАВЛЕНИЕ 4:
Tm (° C) = ΔHΔS + Rln (CT / F) −273,15
(5)
где:
· Tm (° C) представляет собой температуру плавления в растворе 1 М иона натрия.
· С Т — общая концентрация олигонуклеотидов.
· F равно 1, когда олигонуклеотиды самокомплементарны. В противном случае F равно 4, если обе цепи присутствуют в эквивалентном количестве, и 1, если одна цепь избыточна (например, в экспериментах ПЦР).
Если олигонуклеотиды не являются самокомплементарными, термин C T / F заменяется на C max — C min /2, где C max — концентрация избыточной нити, а C min — концентрация другая прядь.Но если избыток достаточно велик, можно предположить, что общая концентрация олигонуклеотидов идентична концентрации избыточной цепи. Фактическая формула ln (Cmax − Cmin / 2), но с C max >> C min , C max эквивалентно C T и ln (Cmax-Cmin / 2) эквивалентно ln (CT), поэтому F равно 1. Если превышение не настолько важно, чтобы сделать предыдущее предположение, мы можем предположить, что C max близко к C мин. .Учитывая, что C T = C min + C max , тогда ln (Cmax − Cmin / 2) эквивалентно ln (CT / 4), которое возвращается к поправке по умолчанию F = 4, когда обе нити находятся в эквивалентная сумма.
Когда MELTING 5 первоначально анализирует последовательности, он идентифицирует известные пары оснований и сохраняет их в виде списка. В настоящее время программа распознает химические объекты со следующими строковыми представлениями: A (аденозин), T (тимидин), C (цитозин), G (гуанозин), U (уридин), A * (2-гидроксиаденозин), Al (заблокированный аденозин). ), Cl (заблокированный цитозин), Gl (заблокированный гуанозин), Tl (заблокированный тимидин), I (инозин), X_C (цис-азобензол) и X_T (транс-азобензол).Он использует жадное совпадение для анализа имен нуклеиновых кислот с целью устранения неоднозначности (например, A * будет иметь приоритет перед A).
Особый случай повторов СПГ
Термодинамические параметры повторов СПГ из Magdalena et al. [25] применимы к самокомплементарным последовательностям, полностью состоящим из 2-7 повторов CNG, начиная с пары оснований GC и заканчивая парой оснований CG. То, что инициирование уже включено в термодинамические параметры, поэтому для этих последовательностей дополнительное инициирование не рассчитывается.Для последовательностей, состоящих из 5-7 повторов CNG, преобладает шпилька, и температура плавления рассчитывается следующим образом:
Корректировка ионов и денатурирующих агентов
Можно ввести концентрации различных катионов, таких как натрий, и некоторых денатурирующих агентов. ; MELTING может регулировать расчетную температуру плавления с учетом концентрации одновалентных катионов (натрий, калий, трис), двухвалентных катионов (магний) и денатурирующих агентов, таких как формамид и ДМСО, с использованием опубликованных формул.
По умолчанию MELTING 5 загружает соответствующую ионную коррекцию, используя алгоритм из Owczarzy et al. [21], аналогично ПЛАВЛЕНИЮ 4.3. Применяемая ионная коррекция может быть принудительно выполнена пользователем, игнорируя выбор по умолчанию. Цель этой реализации — учесть возможную конкуренцию за связывание между одновалентными и двухвалентными катионами по умолчанию, но при этом обеспечить гибкость, если пользователь предпочтет применить конкретную ионную коррекцию. Поскольку MELTING 5 реализует несколько формул эквивалентности натрия (см. [21] и [15] для получения дополнительной информации), теперь можно вводить буферные концентрации калия, магния и Трис, даже когда используется приблизительное вычисление или принудительная поправка на натрий.Это позволяет зависимым от натрия приближенным методам расчета учитывать ионы, отличные от натрия.
Согласно Santalucia и Hicks [6], предполагается, что концевые несовпадения во внутренних петлях имеют ту же солевую зависимость, что и комплементарные пары оснований, тогда как стабильность остальных нуклеотидов внутренней петли считается независимой от соли. Следовательно, MELTING 5 вычисляет отдельно энтропию, не зависящую от натрия, и энтропию, зависящую от натрия, когда присутствуют внутренние петли типа n 1 × n 2, где n1> 2 — количество нуклеотидов во внутренней петле для первая последовательность, а n2> 2 — количество нуклеотидов во внутренней петле для второй последовательности.Ионная поправка будет применяться только к энтропии, зависящей от натрия, и конечная энтропия, используемая для вычисления температуры плавления, будет суммой энтропии, не зависящей от натрия, и скорректированной энтропии, зависящей от натрия. В этой ситуации MELTING 5 считает энтропийный член для длины петли и энтропийный член для асимметрии петли (см. Формулы внутренней петли от Santalucia и Hicks [6]) как независимые от натрия.
Приближенный подход
Как и его предыдущие версии, MELTING 5 имеет настраиваемое пороговое значение для максимальной длины олигомера, для которой следует использовать подход ближайшего соседа вместо приближенной формулы.Можно обойти этот порог и принудительно использовать определенный тип вычислений.
Программа предлагает несколько приблизительных формул, взятых из литературы, например, Wetmur [4] для ДНК:
Tm = 81,5 + 16,6 logNa + 1 + 0,7Na ++ 0,41% GC − 500size−% Mismatching
(7)
Подобно подходу ближайшего соседа, приближенная формула будет использоваться, если среда соответствует условию приложения. Поскольку эти формулы включают поправку на содержание натрия, MELTING не применяет никакой дополнительной поправки на ион.Однако, если окружающая среда содержит магний или другие одновалентные катионы, приблизительная формула будет использовать эквивалентную концентрацию натрия, вычисленную по формуле эквивалентности натрия, такой как формула von Ahsen et al. [15]:
NaEq + = Na ++ K ++ Tris + 2 + 3,79Mg2 + — [dNTP]
(8)
Разработка программного обеспечения
Пользовательский интерфейс
После прочтения опций, установленных пользователем, выбранные термодинамические формулы, приблизительные формулы и поправки на ион / денатурирующий агент создаются с использованием шаблона проектирования Factory.
В MELTING 5 есть несколько групп опций. Опции информации отображают информацию о программе, такую как справочная или юридическая информация. Чтобы иметь возможность вычислить температуру плавления, программе требуется обязательных опций : тип гибридизации, последовательность (и) и концентрация нуклеиновой кислоты, а также концентрация хотя бы одного иона. Более того, общие параметры позволяют определять дополнительную среду программы: другие концентрации ионов или денатурирующих агентов, подробный режим, режим вывода файла, путь к файлу данных или пороговое значение.Наконец, есть несколько опций, которые позволяют пользователю изменять формулы и / или параметры ближайшего соседа по умолчанию, аппроксимативные формулы по умолчанию, поправки на ион и денатурирующий агент или принудительно использовать конкретный метод вычисления температуры плавления (подход ближайшего соседа или приближенный формулы). После ввода параметров программа сначала ищет тип гибридизации, чтобы загрузить соответствующий набор термодинамических параметров по умолчанию. Затем набор параметров, введенных пользователем, дополняется значениями по умолчанию для этого типа гибридизации.
Синтаксис параметров командной строки MELTING 5 отличается от предыдущих версий. Хотя предоставляется альтернативный исполняемый файл с обратной совместимостью, позволяющий использовать синтаксис предыдущего параметра с новым программным обеспечением, он препятствует использованию новых функций при использовании старого синтаксиса.
Программа автоматически определяет, когда последовательности являются самокомплементарными, и устанавливает поправку фактора нуклеиновой кислоты F равной 1. Она также применяет дополнительный параметр коррекции симметрии, который сохраняется с набором параметров ближайших соседних пар.
Интерфейсы расширения
Мы определили четыре интерфейса, по одному для каждого типа модели, используемой MELTING:
· Модель вычисления температуры плавления (приближенный подход или подход ближайшего соседа)
· Метод вычисления энтальпии и энтропии для формирования паттернов дуплекс
· Коррекция ионов и денатурирующих агентов
· Метод расчета эквивалентности натрия
Структура программного обеспечения
MELTING 5 полностью написан на Java и может работать в среде Java 5 или выше.Исполняемые файлы для Microsoft Windows и Linux, а также предварительно сгенерированный файл JAR предоставляются вместе с исходным кодом. Программа находится под лицензией Стандартной общественной лицензии версии 2 [26]. На сегодняшний день MELTING 5 не имеет графического интерфейса, но может быть легко использован через командную строку. Распределение содержит подробное руководство пользователя, в котором описываются формулы каждого ближайшего соседа или приблизительные формулы, поправки на ион и денатурирующий агент. Также предоставляется подробная документация для разработчиков, включая предварительно сгенерированный Javadoc.Пакет можно найти по следующим адресам: http://sourceforge.net/projects/melting и http://www.ebi.ac.uk/compneur-srv/melting/.
Кодирование данных
Все наборы термодинамических параметров взяты — или выведены — из опубликованных экспериментальных работ. Наборы данных хранятся в файлах XML, что обеспечивает большую гибкость и расширяемость для представления данных (в таблице 1 представлен список существующих элементов и атрибутов). Чтобы соответствовать литературным данным области, значения энтальпии и энтропии каждого параметра даны в кал / моль, несмотря на то, что эта единица измерения не соответствует требованиям СИ.
Таблица 1 ПЛАВАНИЕ 5 XML-элементов и атрибутовMELTING использует SAX для синтаксического анализа XML-файлов с дополнительным уровнем XML-независимых классов Handler, чтобы скрыть процесс синтаксического анализа XML (на рисунке 2 представлена UML-диаграмма этих классов). После того, как наборы пар значений энтропии и энтальпии загружены из своего файла, они не зависят от своего XML-представления.
Рисунок 2Диаграмма UML для синтаксического анализа XML. FileReader вызывает DataHandler для анализа данных узла. DataHandler делегирует синтаксический анализ подузлов ‘данных’ ThermoHandler , который делегирует анализ ‘энтальпии’ и ‘энтропии’ EnergyHandler . Для каждого типа термодинамического параметра создается объект Thermodynamics , содержащий соответствующие значения энтальпии и энтропии, и сохраняется в карте. Управление данными происходит через объект DataCollect.
Тм Калькулятор | Thermo Fisher Scientific
Как пользоваться калькулятором ТМ
Калькулятор рассчитывает рекомендуемую T m (температура плавления) праймеров и температуру отжига ПЦР на основе последовательности пары праймеров, концентрации праймера и ДНК-полимеразы, используемой в ПЦР. Калькулятор также рассчитывает длину праймера, процент содержания GC, молекулярную массу и коэффициент экстинкции.
Приложение предназначено для расчета T m тремя различными методами.
Модифицированный метод термодинамики Allawi & SantaLucia (1) используется для T m и расчета температуры отжига реакций с ДНК-полимеразой Platinum SuperFi. Параметры были скорректированы на наборе праймеров, стремясь максимизировать специфичность и сохранить высокий выход с помощью ДНК-полимеразы Platinum SuperFi.
Модифицированный метод термодинамики Бреслауэра (2) используется для расчета Tm и температуры отжига реакций с ДНК-полимеразами Phusion или Phire.
Для расчета T m и температуры отжига реакций с ДНК-полимеразами на основе Taq используется отдельный метод.
Чтобы использовать калькулятор, выберите ДНК-полимеразу, введите или вставьте последовательности праймеров и укажите конечную концентрацию праймера. Значения T m , температура отжига и другие данные генерируются автоматически.
При необходимости используйте температурный градиент для дальнейшей оптимизации и эмпирического определения идеальной температуры отжига для каждой комбинации пары матрица-праймер.Градиент температуры отжига должен начинаться с температуры на 6-10 ° C ниже температуры отжига, генерируемой вычислителем, и увеличиваться до температуры удлинения (двухступенчатая ПЦР).
- Allawi, H. T., & SantaLucia, J. (1997). Термодинамика и ЯМР внутренних G-T несоответствий в ДНК. Биохимия , 36 (34), 10581-10594.
- Бреслауэр, К. Дж., Франк, Р., Блеккер, Х., и Марки, Л. А. (1986). Прогнозирование стабильности дуплекса ДНК по последовательности оснований. Proceedings of the National Academy of Sciences , 83 (11), 3746-3750.
Explore — All About Ice
В этом 15-минутном сопутствующем мероприятии для Это (N) ледяная температура! команды детей в возрасте от 8 до 13 лет предсказывают, какой кубик льда растает быстрее, один посыпанный солью или один без соли. Сделав свои прогнозы, дети высыпают соль на один кубик льда и оставляют другой нетронутым, а затем наблюдают в течение двух минут, чтобы убедиться, что их прогнозы верны.Дети узнают, что добавление соли или других веществ ко льду снижает температуру плавления льда. Наконец, они проверили свои знания, сделав мороженое!
Примечание ведущего: Изменения температуры могут вызвать изменение состояния воды, и эти изменения происходят при определенных температурах. Пресная вода переходит из твердого состояния в жидкое при температуре 32 ° F (0 ° C) на уровне моря.Чистый водяной лед тает и меняет состояние с твердого на жидкое (вода) при температурах ниже , точка плавления .
- Что случилось с кубиком льда, когда на него посыпали соль? Он начал таять.
- Оба кубика льда запускались при одинаковой температуре.Почему один таял быстрее другого? Из-за соли лед таял быстрее.
Примечание ведущего: Чем больше количество соли, тем ниже точка замерзания (до определенной точки; как только соли достаточно, чтобы она больше не растворялась, точка замерзания больше не уменьшается).Океанская вода содержит около 3,5% соли; морская вода замерзает при температуре около 28 ° F (-2 ° C). 10% раствор соли замерзает при температуре около 20 ° F (-6 ° C), а 20% раствор замерзает при температуре 2 ° F (-16 ° C).
- Могут ли они придумать какую-либо связь, которую это может иметь с их жизнью? Одной из важных причин для детей, живущих в более холодном климате, является использование соли или других веществ на обледенелых дорогах.
- Зачем заливать солью дороги, покрытые льдом? Когда вы выливаете соль на замерзшие дороги, соль растворяется в жидкой воде во льду и понижает ее точку замерзания, так что температура должна стать еще ниже, чтобы соленая вода замерзла.Засоленные дороги остаются незамерзающими даже при низких температурах до -9 ° C. Другие химические вещества, такие как ацетат кальция и магния, также используются для таяния льда на дорогах. Они менее вредны для окружающей среды, чем каменная соль (хлорид натрия).
Для борьбы с обледенением дорог используется множество различных солей. Хлорид натрия (NaCl) — обычная дорожная соль, поваренная соль — это более высокий сорт хлорида натрия. При более низких температурах часто используются соли, такие как хлорид магния или хлорид кальция, потому что они еще больше снижают температуру плавления.
- Делали ли дети когда-нибудь домашнее мороженое? Как используется соль? Соль и лед помещают во внешнее ведро.В соленый лед помещается внутренний контейнер с ингредиентами для мороженого.
- Почему соль используется для приготовления мороженого? Соль позволяет температуре ледяной воды вокруг контейнера для мороженого опускаться ниже точки плавления чистой воды; он делает его холоднее, чем простой лед, и замораживает мороженое.
Примечание ведущего: Чистая вода и лед, изолированные от теплого внешнего мира, со временем приходят в равновесие.На молекулярном уровне молекулы воды замерзают на льду с той же скоростью, что и тают. Весь раствор вода / лед имеет точку плавления / замерзания, 32 ° F (0 ° C). Добавление каменной соли или любого вещества, растворяющегося в воде, нарушает это равновесие. В любой момент времени со льдом взаимодействует меньше молекул воды, поэтому скорость замерзания замедляется. Соль не влияет на скорость таяния, поэтому тает больше, чем замерзание — таяние «побеждает» — и лед тает. При этом тепловая энергия используется для разрыва водородных связей, удерживающих вместе молекулы льда.Другими словами, лед «забирает» немного тепла от раствора, и температура падает. Скорости плавления и замораживания снова совпадают («завязка»), как только температура упадет до новой точки плавления.
Если дети начали конструировать снегоход, предложите им записать любые найденные ответы на соответствующих деталях.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
границ | Сравнение температур плавления классической и квантовой моделей водного потенциала
Введение
Вода — бесспорно важное химическое вещество в природе. Ученых из разных дисциплин привлекает вода из-за ее важности и повсеместного распространения.Кроме того, жизнь не может существовать без воды, которая рассматривается как «матрица жизни» [1]. В качестве основного растворителя вода обеспечивает подходящую среду для химических реакций и биологических процессов. Кроме того, вода распределена по Земле и даже находится в космическом пространстве. За исключением экспериментов по разведке воды, компьютерное моделирование становится альтернативным способом оценки свойств при различных обстоятельствах. Первая модель водного потенциала, предложенная Берналом и Фаулером еще в 1933 году [2], была новаторской работой.Однако его правильность была доказана почти 40 лет спустя [3, 4], когда вычислительная мощность стала достаточно удовлетворительной. В дальнейшем постоянно появлялось огромное количество моделей водного потенциала. Усовершенствования в ходе этого процесса явились результатом как модификаций, основанных на предыдущих моделях, так и исходных предложений с новыми идеями.
Большинство моделей водного потенциала можно разделить на две категории: классические и квантовые потенциальные модели. Принципиальное отличие состоит в том, что влияние электронного строения молекул воды учитывается путем решения уравнений Шредингера в последнем случае.Самые ранние модели называются жесткими моделями, описывая молекулу воды как комбинацию точечных зарядов и центров отталкивания-рассеивания. Кроме того, длины и углы связи ОН геометрически фиксированы [5–8]. Параметры таких эмпирических потенциальных моделей обычно приспособлены для воспроизведения макроскопических свойств в условиях окружающей среды. В то время как жесткие модели игнорируют поляризуемость молекул и гибкость связей ОН, поляризуемые модели могут реагировать на локальные электростатические изменения, которые играют важную роль в сольватации и поверхностных явлениях.Для реализации поляризуемости предложено несколько методов [9], в том числе флуктуирующие заряды, пружина с зарядом, точечный диполь и методы плотности подвижных зарядов. Чтобы имитировать воду более реалистично, необходимо разрешить внутримолекулярные колебания за счет включения гибкости. Следовательно, гибкие модели могут давать колебательные спектры из-за переменных длин связей и углов. Технологии вибрационной спектроскопии, включая инфракрасные спектры и комбинационное рассеивание, позволяют обнаруживать структуры и динамику воды, особенно в областях растяжения OH [10].Кроме того, параметры модели могут быть изменены с использованием результатов расчетов ab initio или экспериментальных данных кластеров воды [11]. Поскольку водные кластеры имеют конечные частицы, эксперименты легче проводить, чем объемную жидкость или лед для глубокого понимания, например, локальные структуры и сети водородных связей [12, 13]. Более амбициозные работы касаются электронных структур в компьютерном моделировании [14]. Например, модели квантового потенциала рассматривают электронные степени свободы в терминах волновых функций или электронной плотности.В частности, теория функционала плотности (DFT) может справиться с влиянием электронных структур, когда обменно-корреляционная энергия рассматривается с помощью обобщенных градиентных приближений.
Основная цель компьютерного моделирования воды — идеально воспроизвести макроскопические свойства в различных термодинамических условиях и предсказать явления, наблюдаемые в экспериментах [15, 16]. В общем, существует множество характеристик, которые могут количественно оценить точность моделей водного потенциала. Свойства, фигурирующие в литературе, включают плотность жидкости, коэффициент самодиффузии, критическую точку, диэлектрическую проницаемость, фазовую диаграмму, функции радиального распределения, температуру плавления и другие.Принимая во внимание различные фазы воды, температура плавления должна быть эффективным критерием для оценки различных моделей (см. Рисунок 1). А именно, модели, которые хорошо описывают жидкие фазы, должны быть тщательно изучены, когда они описывают твердые фазы или фазовые переходы [17]. Сообщалось о соответствующих исследованиях как для объемной воды, так и для водных кластеров. По сравнению с объемной водой, на плавление кластеров воды сильно влияет размер кластеров [18]. Двумя наиболее популярными методами оценки точки плавления являются расчеты свободной энергии Гиббса и прямая кривая сосуществования твердой и жидкой фаз [19, 20].Независимо от того, какой метод используется, полученная температура плавления убедительна в пределах допустимых и разумных отклонений, и эта точка зрения подтверждена в предыдущей литературе [21]. Кроме того, в молекулярно-динамическом моделировании применяются как изотермически-изобарные (NPT), так и изоэнтальпийно-изобарные (NPH) ансамбли. В ансамбле NPH постоянная энтальпия гарантирует, что вся система изолирована, так что тепло не передается между системой и окружением [20]. Следовательно, граница жидкости и твердого вещества будет смещаться, пока вся система не достигнет равновесия ( G liq ( P; T m ) = G solid ( P; T m ). )).Когда выполняется моделирование NPT, таяние или замерзание контролируется путем изучения эволюции полной энергии системы лед-жидкость или профиля плотности. Температура выше точки плавления приводит к полному таянию льда, а при более низкой температуре — к замерзанию [9]. Вычислительные пределы приводят к неточности; Фактически, многие системы моделирования не содержат достаточного количества молекул, поскольку размер моделируемой кубоидной геометрии ограничен. Следовательно, конечный размер влияет на расчетную температуру плавления [22].Одновременно с этим обычно вводится периодическое граничное условие, чтобы имитировать объемную воду, и стратегии отсечения (для ван-дер-ваальсовых взаимодействий, электростатических взаимодействий, взаимодействий Леннарда-Джонса и т. Д.) Необходимы для упрощения расчета взаимодействующих сил. Более того, время моделирования нереально ограничено из-за высокой стоимости вычислений, особенно при моделировании на основе DFT.
Рисунок 1 . Различная температура плавления воды в разных моделях.
Температуры плавления различных моделей водного потенциала
Температуры плавления классических моделей водного потенциала
Классические модели водного потенциала занимают большинство и играют доминирующую роль в молекулярно-динамическом моделировании воды. Жесткие модели, например, TIP4P, TIP4P-Ew [5], TIP4P / ice [15], TIP4P / 2005 [6], TIP5P [23], TIP5P-Ew [8] и NvdE [7], были изучены в деталь с разных точек зрения. Температуры плавления этих моделей, полученные разными исследователями, не совсем одинаковы, но находятся в пределах неопределенности.Следовательно, температуры плавления упомянутых моделей качественно адаптированы из опубликованной литературы, и форма «температура плавления модели (неопределенность)» используется для простого выражения. Температуры плавления указаны как TIP4P-230,5 (3) K, TIP4P-Ew-244 (3) K, TIP4P / ice-270 (3) K, TIP4P / 2005-250,5 (3) K, TIP5P-272 (3) K. , TIP5P-Ew-271 (3) K [24] и NvdE-289 (3) K [21] (см. Рисунок 1). Для полного сравнения с объемной водой точки плавления кластера из 20 молекул воды с использованием TIP4P, TIP4P / ice и TIP4P / 2005 были оценены в пределах 150 ± 20 К.TIP4P / лед имел наивысшее значение, за ним следовали TIP4P / 2005 и TIP4P [18], что соответствует объемной воде. Отклонения от экспериментов оправдываются различением положения отрицательных зарядов и результирующего квадрупольного момента этих моделей. Один отрицательный заряд расположен на биссектрисе двух ОН-связей в TIP4P-подобных моделях, в то время как два отрицательных заряда в TIP5P и TIP5P-Ew расположены на неподеленных электронных позициях атома кислорода. Что касается модели NvdE, три отрицательных заряда расположены одновременно в местах неподеленных пар и на биссектрисе.В трехзарядных моделях, когда квадрупольный момент приближается к реальному значению, температура плавления лучше согласуется с экспериментальным значением [25]. Однако температура плавления четырехзарядных моделей коррелирует со стабильным тетраэдрическим распределением зарядов. Этот тип распределения заряда усиливает сеть водородных связей, обеспечивая более высокую температуру плавления для модели NvdE по сравнению с моделью TIP4P. Принимая во внимание геометрию NvdE, которая объединяет две методологии, предполагается, что распределение отрицательного заряда сильно влияет на температуру плавления.И наоборот, параметры жестких моделей устанавливаются таким образом, чтобы соответствовать экспериментальным данным целевых свойств при различных условиях. Например, TIP4P / ice был специально разработан для расчета свойств твердой фазы [15], а TIP4P / 2005 был разработан для воспроизведения температуры максимальной плотности и других общих свойств [6], хотя две модели имеют схожую геометрию и распределение заряда. . Следовательно, оценки ожидаемых свойств, таких как температура плавления, могут быть гарантированы для конкретных моделей, но предсказания других свойств в большинстве случаев не соответствуют диапазону соответствия.Наконец, измерения точек плавления связаны с фазовыми переходами, чувствительными к давлению и температуре. По мере увеличения давления вода с низкой плотностью непрерывно превращается в воду с высокой плотностью за счет межузельных молекул, что было смоделировано с помощью TIP4P [26]. Было доказано, что более высокое давление соответствует более низкой температуре плавления, и одновременно проверялась применимость TIP4P.
Достоверность жестких моделей неудивительно сомнительна, поскольку они игнорируют гибкие и поляризуемые особенности.Гибкость влияет на внутримолекулярные взаимодействия с точки зрения переменных длин и углов связи ОН. Гибкая модель q-TIP4P / F [27] с участками OH, описываемыми функциями типа Морзе, определила температуру плавления, равную 259 (1) К. Учет такого внутримолекулярного взаимодействия не показал очевидных улучшений температуры плавления. Помимо гибкости, поляризуемость может выявить способность мгновенно реагировать на гетерогенные среды и преобразования заряда.Модель TIP4P-FQ [28], которая модифицирует TIP4P посредством флуктуирующих зарядов, содержит член самополяризации, вызывающий более сильные взаимодействия между молекулами. Тогда соответствующая температура плавления оказалась равной 303 (8) К [29]. Другая поляризуемая модель, названная SWM4-NDP [30], применяет технику осциллятора Друде для представления поляризуемости и имеет квадрупольный момент, назначенный приблизительно на экспериментальном значении. Удивительно, но температура плавления SWM4-NDP составила 185 (10) К, что намного ниже 273.15 К [31]. Поляризуемая модель POL3 [32] дала температуру плавления 180 (10) K [17], поэтому ее пригодность для моделирования льда ограничена. В этой модели индуцированные диполи определяются точечными диполями, расположенными в трех атомных узлах, и окружающим электрическим полем. Хотя индуцированные точечные диполи увеличивают полный дипольный момент, полный квадрупольный момент довольно мал. Модель POL4D [9] с пятиузельной геометрией Роулинсона поляризована простейшим изотропным линейным образом. Температура плавления этой модели была оценена как 260 (2) К.Важно отметить, что методы обработки поляризуемости и структуры поляризуемых моделей могут влиять на смоделированную температуру плавления, что ясно демонстрируется отклонениями от экспериментального значения [31] (см. Рисунок 1). В большинстве случаев добавление поляризуемости приводит к снижению температуры плавления, за исключением TIP4P-FQ. Когда поляризуемость вводится на основе обычных жестких моделей, эта модификация может дестабилизировать твердую структуру и увеличить беспорядок молекул, что объясняет более низкую температуру плавления.
В отличие от грубых эмпирических моделей потенциала, ab initio потенциальные модели выражают сложное представление поверхности потенциальной энергии Борна-Оппенгеймера. TTM2.1-F [11], в котором использовались потенциальная энергия газофазного мономера и поверхности дипольного момента, ранее давал значение плавления 242,5 (1,5) K [33]. Позже гибкая и поляризуемая модель TTM3-F [16], имеющая аналогичные структурные и динамические характеристики с предыдущей версией, сошлась на 248 (2.5) К [34]. Изюминкой последней модели является способность воспроизводить колебательные спектры как в кластерах воды, так и в жидкой воде, согласующиеся с экспериментом [16]. В какой-то мере это соглашение обеспечивает валидность разработанной модели. Модель EFP [35] получена из ab initio квантовой химии без эмпирических параметров, а молекулы воды представлены в виде комбинаций пяти членов энергии взаимодействия, включая кулоновское, поляризационное, обменное отталкивание, дисперсию и взаимодействие с переносом заряда.Расчетная температура плавления составила 381 (15) К [20], что существенно выше экспериментального значения. Модель iAMOEBA [36] параметризуется с помощью метода ForceBalance, который использует экспериментальные данные и результаты высокоуровневых расчетов ab initio . Электронная поляризуемость рассматривается в прямом приближении, что снижает вычислительные затраты и поддерживает точное описание. Расчетная температура плавления составила 261 (2) К, что недалеко от экспериментального значения. Модель WAIL была создана как силовое поле для конкретной задачи для воды с использованием метода согласования адаптивных сил с использованием только информации электронной структуры в качестве входных данных.Таким образом, эта модель определила температуру плавления 270 (2,5) К [37]. Хотя ab initio потенциальные модели желательны для хорошего предсказания макроскопических свойств и взаимодействий, доступность таких моделей, которые могут предсказывать температуру плавления, по-прежнему проблематична (см. Рисунок 1). Однако информация, полученная из электронной структуры и поверхности потенциальной энергии, способствует более глубокому пониманию молекул воды. Несмотря на это, использование такой информации о межмолекулярных взаимодействиях для учета свойств плавления остается сложной задачей, о чем ясно свидетельствует довольно высокая температура плавления модели EFP.TTM2.1-F и TTM3-F, которые полагаются на взаимодействия кластеров воды, могут недооценивать объемные взаимодействия и приводить к более низким температурам плавления, в то время как iAMOEBA, который использует гибридные данные, и WAIL, который использует процедуру квантовой механики / молекулярной механики, хорошо справляется с прогнозом плавления. .
Температуры плавления моделей квантового водного потенциала
Следует проявлять большую осторожность при выполнении моделирования молекулярной динамики на основе DFT. Большинство обменно-корреляционных функционалов не могут предсказать физические и термодинамические свойства воды из-за отсутствия тонких взаимодействий.Ввиду сложности и точности функционалов для определения температуры плавления с помощью моделирования молекулярной динамики Борна-Оппенгеймера были выбраны Пердью-Берк-Эрнцерхоф (PBE) и Беке-Ли-Янг-Парр (BLYP) [14]. Когда предварительная плотность (ρ = 1 г / см 3 ) была удовлетворена, среднее давление P = 2500 бар (PBE) и P = 10000 бар (BLYP) было намного выше, чем давление окружающей среды. Температуры плавления, соответствующие этим необычным давлениям, составляли 417 (3) К (PBE) и 411 (4) K (BLYP).Переохлажденная вода и сверхструктурированная жидкость были предсказаны в условиях окружающей среды, что убедительно свидетельствует о том, что чистые функционалы не могут эффективно описывать точные взаимодействия. С этой целью была подтверждена эмпирическая потенциальная поправка Ван-дер-Ваальса (vdW) для эффектов дисперсии на большие расстояния, чтобы значительно улучшить описание молекулярных комплексов [38]. Поправка на дисперсию играет важную роль в улучшении результатов моделирования, обеспечивая превосходную плотность воды, функции радиального распределения и коэффициенты самодиффузии.Функционал BLYP-D [34] оценил температуру плавления в 360 (10) К, что свидетельствует о заметном прогрессе по сравнению с исходным функционалом. Разработка приближенных подходов DFT является активной областью исследований химической точности в больших системах, таких как атомно-центрированный потенциал с поправкой на дисперсию, нелокальный функционал Ван-дер-Ваальса и чистый функционал плотности [39]. Однако функционал BLYP с поправками D3 обеспечил значение плавления 325 K [22], что все еще выше экспериментального значения.Кроме того, влияние взаимодействий vdW на свойства воды исследуется с использованием потенциалов нейронной сети, которые создают точную поверхность потенциальной энергии. Расчетные температуры плавления исправленных Perdew – Burke – Ernzerhof (RPBE) и BLYP с поправками D3 и без них отображаются как BLYP-323 (3) K, BLYP-vdW-283 (2) K, RPBE-267 (2) K и RPBE. -vdW-274 (3) К [40]. Учет сил vdW не только привел к более реалистичным структурам, но и привел к сдвигу температуры плавления в сторону 273.15 K. Примечательно, что расхождение возникает, когда значения BLYP сравниваются с более ранними отчетами с точки зрения различных настроек, но уменьшение температуры плавления из-за поправок vdW является постоянным, что дополнительно доказывает роль поправок vdW. Ясно, что моделирование на основе DFT дает приблизительную оценку точки плавления из-за присущей им сложности и недостатков функционалов. Для обеспечения превосходной производительности предлагаются более высокие функционалы, такие как гибридные функционалы или функционалы с расширенными поправками на дисперсию.
Моделирование методом Монте-Карло с теорией возмущений второго порядка Меллера-Плессета (MP2) было выполнено для понимания структур и свойств жидкой воды [41]. Подобно моделированию на основе DFT, моделирование на основе MP2 также является квантово-механическим методом. Более того, теория MP2 учитывает дисперсионные взаимодействия и восстанавливает многие динамические корреляции. Моделирование температуры плавления воды с MP2 все еще отсутствует, но была получена плотность жидкой воды в условиях окружающей среды ( T = 295 K и P = 1 бар), т.е.е. 1,02 г / мл [41]. Чтобы получить правильную плотность, ДПФ с приближением обобщенного градиента требует более высоких температуры и давления, чем MP2. Было обнаружено, что эти различия объясняются взаимодействием поляризуемости и дисперсии. Модель TTM3-F с масштабными коэффициентами дисперсии и поляризуемости была выбрана для индивидуального моделирования для проверки эффектов дисперсии и поляризуемости [42]. Меньшее дисперсионное взаимодействие приводит к менее плотной жидкой воде, что указывает на то, что молекулы будут двигаться быстрее.Затем требуется большее давление на систему для поддержания плотности на уровне 1 г / см 3 . Фактически, коррекция vdW-взаимодействий в потенциале BLYP устраняет потребность в более высоких давлениях [34]. Кроме того, было обнаружено, что большая поляризуемость приводит к переструктурированной воде, которая плавится при более высокой температуре. Усиленные тетраэдрические водородные связи предотвращают движение и вращение молекул в условиях окружающей среды, и для преодоления этих ограничений требуется больше энергии [42]. Путем сравнения дисперсии и поляризуемости температура плавления дополнительно объясняется влиянием межмолекулярных сил, которые определяются существенным описанием молекулярной модели.
Резюме и перспективы на будущее
Согласно принципам моделирования, модели водного потенциала делятся на классические и квантовые потенциальные модели. Параметры первых моделей подгоняются либо к экспериментальным данным, либо к результатам расчетов ab initio. Эмпирические модели эффективно описывают потенциальную энергию, тогда как модели, основанные на ab initio, способны генерировать поверхности потенциальной энергии Борна-Оппенгеймера. Квантовые модели описывают воду на атомистическом уровне и могут использоваться в различных средах.Эмпирические модели могут предсказать температуру плавления, близкую к экспериментальной, с помощью определенных модификаций. Эти модели имеют отличные преимущества в приложениях из-за их простоты, в то время как теоретические представления и физические представления неоднозначны. Ab initio модели водного потенциала сочетаются с превосходными теориями, основанными на кластерах воды, но в некоторых случаях они не могут воспроизвести температуру плавления объемной воды. Что касается квантовых моделей, для представления подробных описаний включены высокоуровневые принципы.Однако взаимодействия между молекулами сложны и описываются приблизительно. Действительно, моделирование на основе DFT, вероятно, позволит оценить более высокую температуру плавления, чем экспериментальное значение. Этот обзор показывает, что прогноз температуры плавления является строгим суждением для моделей водного потенциала и может служить ориентиром для разработки улучшенных потенциальных моделей.
В конечном счете, различные межмолекулярные и внутримолекулярные взаимодействия должны быть описаны точно, чтобы воспроизвести температуру плавления, такую как электростатические моменты, поляризуемость, дисперсионные силы и колебания связей.Что касается теоретических приближений в вычислительных пределах, большинство моделирования точек плавления выполняется в классической молекулярной динамике с учетом движения атомов по траекториям, управляемым уравнениями Ньютона. Квантовые эффекты влияют на движение ядер воды, особенно потому, что водород — самый легкий атом. Что касается продвинутых работ, ожидается, что квантово-механическое моделирование (такое как интеграл по траекториям, центроидная молекулярная динамика и молекулярная динамика кольцевых полимеров) в сочетании с превосходными моделями водного потенциала (разработанными для квантового моделирования) [27, 37] дадут необычайные физические открытия.
Авторские взносы
SD написал основной текст рукописи и подготовил рисунки, SY разработал идею, а JL внес некоторые предложения и отредактировал рукопись. Все авторы рецензировали рукопись.
Заявление о конфликте интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Работа поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (No.51672176).
Список литературы
1. Франкс Ф. Вода: матрица жизни . Кембридж, Великобритания: Королевское химическое общество. (2000).
Google Scholar
2. Бернал Дж., Фаулер Р. Теория воды и ионного раствора с особым упором на водород и гидроксильные ионы. J Chem Phys. (1933) 1 : 515–48. DOI: 10.1063 / 1.1749327
CrossRef Полный текст | Google Scholar
3. Баркер Дж., Уоттс Р. Структура воды; расчет Монте-Карло. Chem Phys Lett. (1969) 3 : 144–5. DOI: 10.1016 / 0009-2614 (69) 80119-3
CrossRef Полный текст | Google Scholar
4. Рахман А., Стиллингер Ф. Х. Молекулярно-динамическое исследование жидкой воды. J. Chem. Phys. (1971) 55 : 3336–59. DOI: 10.1063 / 1.1676585
CrossRef Полный текст | Google Scholar
5. Хорн Х.В., Свуп В.С., Питера Дж. В., Мадура Дж. Д., Дик Т. Дж., Хура Г. Л. и др. Разработка улучшенной модели воды с четырьмя узлами для моделирования биомолекул: TIP4P-Ew. J Chem Phys. (2004) 120 : 9665–78. DOI: 10.1063 / 1.1683075
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
7. Nada H, van der Eerden JP. Модель межмолекулярного потенциала для моделирования льда и воды вблизи точки плавления: шестиузельная модель H 2 O. J Chem Phys. (2003) 118 : 7401–13. DOI: 10.1063 / 1.1562610
CrossRef Полный текст | Google Scholar
13. Девлин Дж. П., Садлей Дж., Бух В.Инфракрасные спектры больших скоплений H 2 O: новое понимание неуловимой изгибной моды льда. J Phys Chem A (2001) 105 : 974–83. DOI: 10.1021 / jp003455j
CrossRef Полный текст | Google Scholar
14. Ю С., Цзэн XC, Xanthes SS. На фазовой диаграмме воды с потенциалами теории функционала плотности: температура плавления льда Ih с функционалами Пердью-Берк-Эрнцерхоф и Беке-Ли-Янга-Парра. J Chem Phys. (2009) 130 : 221102.DOI: 10.1063 / 1.3153871
CrossRef Полный текст | Google Scholar
16. Фанургакис Г.С., Ксантеас СС. Развитие переносимых потенциалов взаимодействия для воды. V. Расширение гибкого поляризуемого потенциала модели типа Тоула (TTM3-F, v 3.0) для описания колебательных спектров кластеров воды и жидкой воды. J Chem Phys. (2008) 128 : 074506. DOI: 10.1063 / 1.2837299
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
17.Мухова Е., Гладич И., Пико С., Хоанг П. Н., Роселова М. Граница раздела лед-пар и температура плавления льда Ih для модели поляризуемой воды POL3. J Phys Chem A (2011) 115 : 5973–82. DOI: 10.1021 / jp110391q
CrossRef Полный текст | Google Scholar
18. Дуади Дж., Кальво Ф., Шпигельман Ф. Влияние ионной примеси на калорические кривые кластеров воды. Eur Phys J D-Atom Mol Opt Plas Phys. (2009) 52 : 47–50. DOI: 10.1140 / epjd / e2008-00247-3
CrossRef Полный текст | Google Scholar
20.Brorsen KR, Willow SY, Xantheas SS, Gordon MS. Температура плавления жидкой воды с эффективным потенциалом осколков. J. Phys Chem Lett. (2015) 6 : 3555–9. DOI: 10.1021 / acs.jpclett.5b01702
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
22. Зейтсонен А.П., Брик Т. Температура плавления воды: моделирование молекулярной динамики на основе DFT с поправкой на дисперсию D3. Phys Rev B (2016) 94 : 184111. DOI: 10.1103 / PhysRevB.94.184111
CrossRef Полный текст | Google Scholar
23. Махони М.В., Йоргенсен В.Л. Пятиузельная модель жидкой воды и воспроизведение аномалии плотности жесткими неполяризуемыми потенциальными функциями. J Chem Phys. (2000) 112 : 8910–22. DOI: 10.1063 / 1.481505
CrossRef Полный текст | Google Scholar
24. Гарсия Фернандес Р., Абаскаль Дж. Л., Вега С. Точка плавления льда Ih для обычных моделей воды, рассчитанная на основе прямого сосуществования границы раздела твердое тело-жидкость. J Chem Phys. (2006) 124 : 144506. DOI: 10.1063 / 1.2183308
CrossRef Полный текст | Google Scholar
25. Abascal JL, Vega C. Водное силовое поле: важность диполярных и квадрупольных взаимодействий. J Phys Chem C (2007) 111 : 15811–22. DOI: 10.1021 / jp074418w
CrossRef Полный текст | Google Scholar
28. Рик С.В., Стюарт С.Дж., Берн Б.Дж. Силовые поля динамического флуктуирующего заряда: приложение к жидкой воде. J Chem Phys. (1994) 101 : 6141–56. DOI: 10.1063 / 1.468398
CrossRef Полный текст | Google Scholar
29. Николсон Б.Ф., Клэнси П., Рик С.В. Функция отклика границы раздела и температура плавления границы раздела призмы льда Ih с использованием модели флуктуирующего заряда (TIP4P-FQ). J Crys Growth (2006) 293 : 78–85. DOI: 10.1016 / j.jcrysgro.2006.04.077
CrossRef Полный текст | Google Scholar
30. Ламурё Г., Хардер Э., Воробьев И.В., Ру Б., МакКерелл А.Д.Поляризуемая модель воды для молекулярно-динамического моделирования биомолекул. Chem Phys Lett. (2006) 418 : 245–9. DOI: 10.1016 / j.cplett.2005.10.135
CrossRef Полный текст | Google Scholar
31. Гладич И., Роселова М. Сравнение выбранных поляризуемых и неполяризуемых моделей воды при молекулярно-динамическом моделировании льда Ih. Phys Chem Chem Phys. (2012) 14 : 11371–85. DOI: 10.1039 / c2cp41497j
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
32.Dang LX. Неаддитивный межмолекулярный потенциал воды пересмотрен. J Chem Phys. (1992) 97 : 2659–60. DOI: 10.1063 / 1.463054
CrossRef Полный текст | Google Scholar
33. Paesani F, Voth GA. Квантовые эффекты сильно влияют на поверхностное плавление льда. J Phys Chem C (2008) 112 : 324–7. DOI: 10.1021 / jp710640e
CrossRef Полный текст | Google Scholar
35. Гордон М.С., Слипченко Л., Ли Х., Дженсен Дж. Х.Эффективный потенциал фрагментов: общий метод предсказания межмолекулярных взаимодействий. Annu Rep Comput Chem. (2007) 3 : 177–93. DOI: 10.1016 / S1574-1400 (07) 03010-1
CrossRef Полный текст | Google Scholar
36. Ван Л.П., Хед-Гордон Т., Пондер Дж. У., Рен П., Чодера Д. Д., Истман П. К. и др. Систематическое совершенствование классической молекулярной модели воды. J. Phys Chem B (2013) 117 : 9956. DOI: 10.1021 / jp403802c
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
37.Пинник Э. Р., Эррамилли С., Ван Ф. Прогнозирование температуры таяния льда-Ih с использованием только информации электронной структуры в качестве входных данных. J Chem Phys. (2012) 137 : 014510. DOI: 10.1063 / 1.4731693
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
38. Гримме С. Точное описание комплексов Ван-дер-Ваальса с помощью теории функционала плотности, включая эмпирические поправки. J. Comput Chem. (2004) 25 : 1463–73. DOI: 10.1002 / jcc.20078
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
39. Гримм С., Энтони Дж., Эрлих С., Криг Х. Последовательная и точная ab initio параметризация поправки на функциональную дисперсию плотности (DFT-D) для 94 элементов H-Pu. J Chem Phys. (2010) 132 : 154104. DOI: 10.1063 / 1.3382344
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
40. Моравиц Т., Синграбер А., Деллаго С., Белер, Дж. Как взаимодействия Ван-дер-Ваальса определяют уникальные свойства воды. Proc Natl Acad Sci USA. (2016) 113 : 201602375. DOI: 10.1073 / pnas.1602375113
PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar
41. Дель Бен М., Шёнхерр М., Хаттер Дж., ВандеВонделе Дж. Жидкая вода в большом объеме при температуре и давлении окружающей среды из теории MP2. J. Phys Chem Lett. (2013) 4 : 3753–9.