แว็กซ์ (ทางชีวภาพ): โครงสร้างคุณสมบัติหน้าที่ประเภท - ชีววิทยา - 2026

ขี้ผึ้งเป็นวัสดุที่ไม่ชอบน้ำที่สร้างขึ้นจากกรดไขมันสายโซ่ยาวและแอลกอฮอล์ (เอสเทอของกรดไขมันห่วงโซ่ยาวและมีแอลกอฮอล์) พวกมันมีหน้าที่หลายอย่างในธรรมชาติเนื่องจากพืชและสัตว์หลายชนิดผลิตตามธรรมชาติ

คำว่า“ ขี้ผึ้ง” (มาจากขี้ผึ้งภาษาอังกฤษ) มาจากคำภาษาละตินว่า“ ขี้ผึ้ง” ซึ่งหมายถึงสารที่ผึ้งผลิตและใช้ในการสร้างหวี คำศัพท์ในภาษาอังกฤษใช้โดยมีความหมายเหมือนกันเนื่องจากมีรากศัพท์มาจากคำว่า "weax" ของแองโกล - แซกซอนและยังใช้อธิบายขี้ผึ้ง (ในขี้ผึ้งภาษาอังกฤษ)

รังผึ้ง (ภาพโดย Pexels ที่ www.pixabay.com)

เมื่อพิจารณาจากข้างต้นแล้วจึงเข้าใจได้ว่าคำจำกัดความของ "ขี้ผึ้ง" นั้นครอบคลุมถึงชุดของสารที่มีลักษณะบางอย่าง แต่ไม่จำเป็นต้องมีคุณสมบัติทางเคมีและ / หรือทางกายภาพเหมือนกัน

อย่างไรก็ตามโดยไม่คำนึงถึงเอกลักษณ์ทางเคมีแว็กซ์เป็นสารที่ไม่ชอบน้ำสูงซึ่งตอบสนองวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิตที่ผลิตขึ้น สิ่งมีชีวิตจำนวนมากใช้สารเหล่านี้เป็นสารสำรองพลังงานหลักในขณะที่คนอื่น ๆ ใช้เป็นสารป้องกันบนพื้นผิวของพวกมัน

แม้ว่าไขเหล่านี้จะพบได้ทั่วไปในพืชและสัตว์ แต่แว็กซ์จากพืชเป็นสิ่งที่ได้รับการอธิบายว่ามีความรุนแรงมากที่สุด (และสัตว์บางชนิด) เนื่องจากมีความสำคัญทางชีวภาพสำหรับสิ่งมีชีวิตเหล่านี้และยังเป็นอุตสาหกรรมจากมุมมองทางมานุษยวิทยา

โครงสร้างของแว็กซ์

แว็กซ์ได้รับการนิยามแบบคลาสสิกว่าเป็นเอสเทอร์แอลกอฮอล์ของกรดไขมันโซ่ยาวโดยมีความยาวของคาร์บอน 24-30 อะตอมซึ่งเชื่อมโยงกับแอลกอฮอล์หลักที่มีคาร์บอน 16-36 อะตอม (ในทำนองเดียวกันสามารถเชื่อมโยงกับแอลกอฮอล์จาก กลุ่มสเตียรอยด์).

เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ "การรวมตัว" ของแอลกอฮอล์และกรดไขมันไม่มากก็น้อยดังนี้

CH3 (CH2) nCH2OH (แอลกอฮอล์) + CH3 (CH2) nCOOH (กรดไขมัน) → CH3 (CH2) nCH2COOHCH2 (CH2) CH3 (เอสเตอร์ขี้ผึ้ง) + H2O (น้ำ)

ลักษณะของส่วนประกอบอะลิฟาติกของแว็กซ์สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากและสามารถพบได้ในกรดไขมันเหล่านี้แอลกอฮอล์หลักและทุติยภูมิไฮโดรคาร์บอนสเตอรอลเอสเทอร์อะลิฟาติกอัลดีไฮด์คีโตนไดคีโตนไตรอะซิลกลีเซอรอลไตรเทอร์พีนและสเตอรอลเป็นต้น

ในทำนองเดียวกันทั้งความยาวของโซ่และระดับความอิ่มตัวและการแตกแขนงของกรดไขมันและส่วนประกอบอะลิฟาติกอื่น ๆ ของแว็กซ์ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด

เมื่อทราบสิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าแว็กซ์เหล่านั้นที่ผลิตในพืชมีความแตกต่างกันตัวอย่างเช่นแว็กซ์ที่ผลิตโดยสัตว์ทะเลและสัตว์บกเป็นต้น

คุณสมบัติของขี้ผึ้ง

แว็กซ์มีคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ที่แตกต่างกันซึ่งสามารถสรุปได้ในรายการย่อย ๆ :

- เนื้อสัมผัสอาจแตกต่างกันไปตั้งแต่แบบอ่อนและสามารถจัดการได้จนถึงแข็ง (พลาสติก) หรือ "แตกได้" ที่อุณหภูมิ 20 ° C

- โดยทั่วไปมีความหนืดต่ำมาก

- ไม่ละลายในน้ำสูง แต่อยู่ในตัวทำละลายอินทรีย์แม้ว่ากระบวนการนี้จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิมากก็ตาม

ฟังก์ชัน

แว็กซ์ทำหน้าที่หลายอย่างทั้งในอาณาจักรสัตว์และอาณาจักรผักเนื่องจากเป็นสารที่พบได้ทั่วไปในธรรมชาติ

ในสัตว์

แว็กซ์เป็นตัวแทนของสารกักเก็บพลังงานหลักสำหรับจุลินทรีย์ลอยน้ำที่ประกอบเป็นแพลงก์ตอน

ดังนั้นแว็กซ์จึงเป็นหนึ่งในแหล่งการเผาผลาญหลักที่ฐานของห่วงโซ่อาหารของสัตว์ทะเลในเวลาเดียวกัน

สัตว์มีต่อมใต้ผิวหนังพิเศษที่หลั่งแว็กซ์เพื่อปกป้องผิวหนังและขนทำให้มีโครงสร้างยืดหยุ่นหล่อลื่นและกันน้ำได้ดีขึ้น

นกมีต่อมที่เรียกว่าต่อม“ uropygeal” ซึ่งจะหลั่งแว็กซ์ออกมาอยู่ตลอดเวลาซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้ขนนก“ กันน้ำ” ได้

ในพืช

หน้าที่หลักของแว็กซ์ในสิ่งมีชีวิตในพืชคือการปกป้องเนื้อเยื่อ

ตัวอย่างที่ดีคือการเคลือบข้าวเหนียวบนใบของพืชหลายชนิดซึ่งช่วยลดการคายน้ำจากความร้อนที่เกิดจากแสงแดด

อีกตัวอย่างหนึ่งที่สามารถกล่าวถึงได้คือการเคลือบข้าวเหนียวที่เมล็ดจำนวนมากมีอยู่ในเสื้อคลุมซึ่งช่วยหลีกเลี่ยงการสูญเสียน้ำระหว่างการเก็บรักษา

แว็กซ์เหล่านี้มักจะฝังตัวอยู่ระหว่างโพลีเมอร์คิวตินและซูเบอรินซึ่งเป็นชั้นอสัณฐานบนพื้นผิวด้านนอกของพืช พืชหลายชนิดมีชั้นผลึกคล้ายขี้ผึ้งที่ซ้อนทับกันของหนังกำพร้าและทำให้มีลักษณะเป็นสีเทาหรือสีน้ำตาล

แว็กซ์ไม่เพียง แต่ป้องกันการสูญเสียน้ำเท่านั้น แต่ยังสามารถช่วยให้พืชป้องกันเชื้อราหรือแบคทีเรียก่อโรคได้อีกด้วยและยังมีบทบาทพื้นฐานในปฏิกิริยาระหว่างพืชกับแมลงนอกเหนือจากการป้องกันความเสียหายที่เกิดจากรังสีอัลตราไวโอเลต

ในอุตสาหกรรม

แว็กซ์ที่มีต้นกำเนิดทางชีวภาพยังมีประโยชน์อย่างมากจากมุมมองทางอุตสาหกรรมเนื่องจากใช้ในการผลิตยาเครื่องสำอาง ฯลฯ

โดยทั่วไปแล้วโลชั่นจะใช้เพื่อให้ความชุ่มชื้นแก่ผิวเช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ขัดเงาและขี้ผึ้งบางชนิดประกอบด้วยขี้ผึ้งผสมกับขี้ผึ้งขี้ผึ้งปาล์มบราซิลขี้ผึ้งแกะขี้ผึ้งไขปลาวาฬ ฯลฯ

แว็กซ์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในการเคลือบอุตสาหกรรมที่สามารถกันน้ำได้เช่นเดียวกับการผลิตสารที่ใช้ขัดเงารถยนต์

ใช้ในการทำให้เป็นพลาสติกของการหลอมร้อนในการหล่อลื่นอุปกรณ์การทำงานในอุตสาหกรรมโลหะวิทยาและเพื่อให้มีการปล่อยสารประกอบที่ล่าช้าในการเกษตรและเภสัชวิทยา

ประเภทของแว็กซ์

แว็กซ์อาจเป็นธรรมชาติหรือสังเคราะห์ แว็กซ์ "ธรรมชาติ" อาจมีแหล่งกำเนิดจากสารอินทรีย์หรือแร่ธาตุซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากกระบวนการแปรรูปลิกไนต์ (ถ่านหิน) ซึ่งโดยทั่วไปแล้วไขเหล่านี้ไม่สามารถหมุนเวียนได้ (เช่นปิโตรเลียมหรือปิโตรเลียมเจลลี่)

แว็กซ์จากสัตว์และ / หรือพืชผักถือเป็นแว็กซ์ธรรมชาติที่สามารถหมุนเวียนและปรับเปลี่ยนได้เนื่องจากสามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการทางเคมีเช่นการเติมไฮโดรเจนและการทำให้เป็นองค์ประกอบซ้ำเป็นต้น

ดังนั้นในบริบททางชีววิทยาขี้ผึ้งจึงถูกจัดประเภทตามแหล่งที่ได้มา

- ไขผัก

พืชสร้างแว็กซ์ประเภทต่างๆตามส่วนต่างๆของร่างกาย: ในใบไม้ในดอกไม้ในผลไม้หรือในเมล็ดพืช

วิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพเป็นอย่างไร?

ส่วนประกอบอะลิฟาติกของไขพืชถูกสังเคราะห์ในเซลล์ผิวหนังจากกรดไขมันที่มีสายโซ่ยาวมาก (คาร์บอน 20 ถึง 34 อะตอม)

การสังเคราะห์เริ่มต้นด้วยการผลิตกรดไขมัน 16 และ 18 คาร์บอนซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากสโตรมาของพลาสปิดเนื่องจากการทำงานของเอนไซม์ที่ละลายน้ำได้ซึ่งประกอบเป็นกรดไขมันซินเทสคอมเพล็กซ์

ต่อจากนั้นกรดไขมันเหล่านี้จะถูกยืดออกเนื่องจากสารประกอบเชิงซ้อนหลายเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับเมมเบรนที่เรียกว่าการยืดตัวของกรดไขมัน ในแต่ละส่วนขยายของคาร์บอนสองอะตอมมีสี่ปฏิกิริยา:

- การควบแน่นระหว่างอะซิลเอสเทอร์ที่เป็นไขมันกับโมเลกุล acetyl Co-A (สารตั้งต้น) และโมเลกุล malonyl-CoA

- ลด B-keto

- การขาดน้ำ

- ลด Enoil

มีการอธิบายเส้นทางหลักสองเส้นทางสำหรับการผลิตส่วนประกอบของแว็กซ์พืชหนึ่งในนั้นคือเส้นทางการลดปริมาณอะซิลและอีกเส้นทางหนึ่งคือเส้นทางการสลายตัวของสารอะซิล ผลลัพธ์ในอดีตในการสังเคราะห์แอลกอฮอล์และเอสเทอร์แว็กซ์ในขณะที่เอสเทอร์หลังผลิตอัลดีไฮด์แอลเคนแอลกอฮอล์ทุติยภูมิและคีโตน

วิถีการลด Acyl

เอสเทอร์ acyl-CoA ที่ผลิตโดยการยืดตัวของโซ่จะลดลงในปฏิกิริยาสองขั้นตอนที่เกี่ยวข้องกับตัวกลางประเภทอัลดีไฮด์ชั่วคราวและซึ่งเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ acyl-CoA reductase แอลกอฮอล์ไขมันที่ผลิตได้สามารถเอสเทอร์เพื่อสร้างแว็กซ์เอสเทอร์ได้ด้วยเอนไซม์อะซิล - โคเอแอลกอฮอล์ทรานอะซิเลส

ทางเดิน Decarbonylation

ขั้นตอนแรกในเส้นทางนี้คือการลดเอสเทอร์ acyl-CoA ให้เป็นอัลดีไฮด์ซึ่งเป็นสื่อกลางโดยเอนไซม์ acyl-CoA reductase เมื่อเอนไซม์แอลดีไฮด์ดีคาร์บอนิลเลสกำจัดหมู่คาร์บอนิลออกจากโมเลกุลดังกล่าวจะมีการสร้างแอลเคนซึ่งมีคาร์บอนอะตอมน้อยกว่ากรดไขมันที่เป็นสารตั้งต้น

สารไฮโดรคาร์บอนนี้สามารถถูกเผาผลาญเพิ่มเติมได้โดยการแทรกของกลุ่มไฮดรอกซิลในสายโซ่ผ่านไฮดรอกซีเลสหรือออกซิเดสทำให้เกิดแอลกอฮอล์ทุติยภูมิ

ขั้นตอนสุดท้ายสำหรับการผลิตแว็กซ์เอสเทอร์จากแอลกอฮอล์โซ่ยาวและกรดไขมันจะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์อะซิล - โคเอ: แอลกอฮอล์ทรานซาซิเลสซึ่งจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ไตรอะซิลกลีเซอรอลด้วย

- ไขสัตว์

สัตว์ยังสร้างแว็กซ์จำนวนมากโดยเฉพาะแมลงปลาวาฬแกะและนกซึ่งสามารถหาได้จากวัตถุประสงค์ทางเทคโนโลยีชีวภาพ

ประโยชน์ทางชีวภาพของพวกเขาได้รับการศึกษาในรายละเอียดบางอย่างและขึ้นอยู่กับสัตว์ที่เป็นปัญหาพวกมันสามารถให้บริการเพื่อการป้องกันและการสื่อสารและอื่น ๆ ได้

ตัวอย่างขี้ผึ้งชีวภาพ

- ไขสัตว์

ไขผึ้ง

ตามชื่อของมันขี้ผึ้งชนิดนี้ผลิตโดยผึ้งซึ่งเป็นที่นิยมมากที่สุดของ Apis mellifera สัตว์เหล่านี้มีต่อมพิเศษในช่องท้องซึ่งจะหลั่งขี้ผึ้งที่ใช้สร้างหวีที่วางไข่และจัดระเบียบรัง

แว็กซ์นี้มักได้มาจากผลพลอยได้จากน้ำผึ้งและใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันทั้งในด้านความงามและในอุตสาหกรรม (การผลิตเทียนขัดเงาอาหารสิ่งทอเคลือบเงา ฯลฯ ) ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนเอสเทอร์กรดอิสระและอื่น ๆ และการศึกษาเฉพาะทางเพิ่มเติมระบุว่าอุดมไปด้วยกรดเซโรติกและไมริซิน

ไขปลาวาฬ

วาฬสเปิร์มเป็นไขสัตว์ที่รู้จักกันดีอีกชนิดหนึ่งซึ่งได้จากโพรงในส่วนหัวของวาฬ Physeter macrocephalus ซึ่งสามารถผลิตสารนี้ได้ถึง 3 ตันซึ่งใช้เป็นโซนาร์

อุดมไปด้วยเอสเทอร์ไขมันไตรกลีเซอไรด์แอลกอฮอล์และกรดอิสระ เอสเทอร์ไขมันส่วนใหญ่ ได้แก่ cetyl palmitate (32 carbons) และ cetyl myristate (30 carbons)

ขี้ผึ้งสัตว์นี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์ความงามและเภสัชกรรมรวมถึงการผลิตเทียน

อย่างไรก็ตามปัจจุบันมีกฎข้อบังคับระหว่างประเทศบางประการเนื่องจากปลาวาฬถูกฆ่าเพื่อจุดประสงค์เดียวในการได้มาซึ่งผลิตภัณฑ์นี้ซึ่งหมายถึงการสูญเสียครั้งใหญ่สำหรับสัตว์ทะเล

- ไขผัก

ขี้ผึ้งปาล์ม

ปาล์มแว็กซ์ Copernicia cerifera Martius เป็นพันธุ์ปาล์มของบราซิลที่ผลิตแว็กซ์พืชที่สำคัญที่สุดชนิดหนึ่งจากมุมมองทางการค้า

ขี้ผึ้งนี้ได้มาจากพื้นผิวด้านบนและด้านล่างของใบปาล์มและมีการใช้งานหลายอย่างทั้งในการเตรียมอาหารและในด้านความงามการแว็กซ์เฟอร์นิเจอร์และรถยนต์การผลิตแว็กซ์ไหมขัดฟัน ฯลฯ

การปลูกปาล์มแว็กซ์ (ภาพโดย Fernando Arteaga ที่ www.pixabay.com)

น้ำมันโจโจบา

ขี้ผึ้งโจโจบาได้มาจาก Simmondsia chinensis ซึ่งเป็นไม้พุ่มทั่วไปจากเขตแห้งแล้งของเม็กซิโกและสหรัฐอเมริกา เมล็ดของมันอุดมไปด้วยขี้ผึ้งหรือน้ำมันที่ได้จากการสกัดเย็นและมีการใช้ยาหลายชนิดซึ่งเป็นหนึ่งในสารทดแทนหลักของวาฬสเปิร์ม

เมล็ดของพืชโจโจ้บา (ที่มา: Kenneth Bosma / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0) ผ่าน Wikimedia Commons)

อ้างอิง

1. Domínguez, E. , & Heredia, A. (1998). แว็กซ์: หัวข้อที่ถูกลืมในการสอนเรื่องไขมัน ชีวเคมีศึกษา, 26 (4), 315-316.
2. ไฟร์สโตน, D. (2549). ลักษณะทางกายภาพและทางเคมีของน้ำมันไขมันและไข (เลขที่ L-0671) Aocs Press.
3. Kolattukudy, PE (1970). แว็กซ์จากพืช ไขมัน, 5 (2), 259-275.
4. Lusas, EW, Riaz, MN, Alam, MS, & Clough, R. (2017) ไขมันสัตว์และพืชน้ำมันและไข ในคู่มือเคมีอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพ (หน้า 823-932) สปริงเกอร์จาม.
5. Post-Beittenmiller, D. (1996). ชีวเคมีและอณูชีววิทยาของการผลิตขี้ผึ้งในพืช. การทบทวนชีววิทยาพืชประจำปี, 47 (1), 405-430.
6. Tinto, WF, Elufioye, TO, & Roach, J. (2017). แว็กซ์ ในเภสัชวินิจฉัย (หน้า 443-455). สำนักพิมพ์วิชาการ.