Химический состав жиров

12

  1. Химический состав и пищевая ценность жиров.

  2. Классификация пищевых жиров.

  3. Физические свойства и показатели жиров.

  4. Химические свойства и показатели жиров.

  5. Количественный анализ жиров.

1Вопрос. Химический состав и пищевая ценность жиров

В большинстве случаев в быту под термином «жиры» понимают группу пищевых продуктов: растительные масла, животные топленые жиры, маргарин, кондитерские, кулинарные, хлебопекарные жиры, сли­вочное масло.

Натуральные жиры: животные (по большей части твер­дые при комнатной температуре) и растительные — масла, как правило, жидкие при комнатной температуре.

С точки зрения органической химии жирами называют сложные эфиры глицерина и жирных кислот — глицериды, а точнее — триглицериды (триацилглицерины) (R1, R2 и R3 — углеводородные остатки высших карбоновых кислот):

Липиды (от греч. lipos — жир) — это группа веществ, различных по химическому составу и структуре, общими свойствами которых являют­ся гидрофобность (нерастворимость в воде) и способность растворяться в малополярных органических растворителях.

Согласно классификации проф. Б. Н. Тютюнникова липиды де­лятся на простые (глицериды, церины — основа восков, церолы, углево­дороды жирного ряда), сложные (фосфатиды, гликозидолипиды, липопротеиды) и циклические (стеролы и их эфиры с высокомолекулярными жирными кислотами).

Ниже приведены две из применяемых классификаций липидов (рис. 1).

Рис. 1. Схемы, классификации липидов по химической структуре и полярности

Всего в жирах обнаружено свыше четырехсот карбоновых ки­слот различного строения. Наиболее распространенные в жирах кисло­ты содержат от 12 до 18 атомов углерода. В состав пищевых жиров входят жирные кислоты с четным числом атомов углерода в углеводородной цепи, от 4 до 26 (табл. 1). Сами жирные кислоты делятся на: насыщенные (пре­дельные) и ненасыщенные (непредельные), содержащие двойные связи.

Табл 1. Основные карбоновые кислоты, входящие в состав природных жиров и масел

Свойства ненасыщенных жирных кислот зависят от степени ненасыщенности, т. е. количества двойных связей в молекуле. Мононенасы­щенные (например, олеиновая) имеют одну двойную связь, полиненасыщенные — от двух до шести двойных связей (линоле­вая, линоленовая, арахидоновая и др.). Ненасыщенные жирные кислоты составляют до 80-90% жидких жиров (масел) и жиров гидробионтов (организмов, живущих в воде). Важнейшее значение для организма че­ловека имеют ПНЖК: линолевая (2 двойные связи), линоленовая (3 двойные связи) и арахидоновая (4 двойные связи). Линолевая и линоленовая кислоты — «эссенциальные» (незаменимые). Комплекс незаменимых полиненасыщенных жирных кислот рассматривается как комплекс F, биологическое значе­ние которого приравнивается к витаминам.

ПНЖК подразделяют на различные семейств в зависимости от положения первой = связи от метильного конца. Если = связь на 6-м месте – ω6 (линолевая, γ- линоленовая, арахидоновая), на 3-м- ω3 (α-линоленовая, эйкозапентаеновая, докозагексаеновая). ω3 жирные кислоты содержатся в липидах рыб. Рекомендуемое соотношение ω6: ω3= 10:1, для лечебного питания от 3:1 до 5:1.

Биологическая эффективность жиров – показатель качества жиров ПП, отражающий содержание в них незаменимых (эссенциальных) ПНЖК и жирорастворимых витаминов.

Все пищевые жиры в зависимости от со­держания полиненасыщенных жирных кислот делятся на три группы:

1. рыбий жир и растительные масла (до 60-70%);

2. свиной и птичий жиры (до 50%);

3. бараний и говяжий жиры (не более 5-6%).

Нормальное содержание жиров в организме человека составляет 10-20%, при патологии оно возрастает до 50%.

Функции жиров в организме чело­века:

1. являются поставщиками энергии — окисление жира 1 г жира в ор­ганизме дает 38,9 кДж (9 ккал), в то время как окисление 1 г белка или углеводов — только 17,2 кДж (4 ккал);

2. выполняют структурно-пластическую функцию — входят в состав мембран и внутриклеточных образований;

3. способствуют нормальному обмену веществ как носители жирора­створимых витаминов А, D, К и Е;

4. выполняют защитную функцию — создают термоизоляционные и водоотталкивающие покровы в организме; находясь в соедини­тельных тканях организма, предохраняют его от механических по­вреждений;

5. являются смазочным материалом кожи;

6. выполняют функцию регуляторов жизнедеятельности — оказывают влияние на проницаемость клеток, активность многих ферментов, участвуют в создании межклеточных контактов, мышечном сокращении и иммунохимических процессах.

В организме человека жир находится в двух видах: структурный (протоплазматический) и резервный (в жировых депо).

Важной составной частью жиров являются фосфолипиды, которые принимают активное участие в обмене веществ — входят в состав погра­ничного слоя клеток и являются одним из регуляторов проницаемости их стенок (группы: глицерофосфолипиды, диольные фосфолипиды и сфинголипиды). Глицеро­фосфолипиды:

Фосфатидилхолин составляет около 50% липидов клеточных мем­бран, входит в состав липопротеидов крови. Это одно из наиболее важ­ных питательных веществ для поддержания активного состояния печени, является универсальным строительным блоком для клеточных мембран.

Фосфолипиды принимают участие в формировании клеточных и внутриклеточных мембран, определяют степень их проницаемости, уча­ствуют в процессе свертывания крови, способствуют утилизации белка и жира в тканях, предупреждают жировую инфильтрацию печени. Из фосфолипидов наиболее распространены лецитины (соотношение фос­фора и азота 1:1). Благодаря содержанию фосфора и холина лецитин является биологическим антагонистом холестерина, кроме того, он сти­мулирует развитие растущего организма, благоприятно влияет на дея­тельность нервной системы, печени, способствует кроветворению, по­вышает сопротивляемость организма токсическим веществам, улучшает усвоение жиров, препятствует развитию атеросклероза.

Содержащиеся в пищевых жирах стерины делятся на животные (зоостерины) и растительные (фитостерины). Одним из важнейших жи­вотных стеринов является холестерин. Он участвует в образовании желчных кислот, половых гормонов и гормонов коры надпочечников, в регуляции проницаемости стенок клеток и образовании витамина D3.

Жиры являются носителями жирорастворимых витаминов А, Д, Е, К.

В соответ­ствии с данными Института питания РАМН суточная потребность взрослого человека в жирах составляет 95-100г, в том числе сливочно­го масла — 20, растительного масла — 25, животных жиров — 20, марга­рина — 30 г.

Оптимальное соотношение полиненасыщенных, мононенасыщенных и насыщен­ных жирных кислот: 10:60:30.

studfiles.net

Физические свойства жиров

Жиры, образованные предельными кислотами, — твердые вещества, а непредельными – жидкие. Все жиры очень плохо растворимы в воде.

Получение жиров

Жиры получают по реакции этерификации, протекающей между трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами:

Химические свойства жиров

Среди реакций жиров особое место занимает гидролиз, который можно осуществить действием как кислот, так и оснований:

а) кислотный гидролиз

б) щелочной гидролиз

Для масел (жидких жиров) характерны реакции присоединения:

— гидрирование (реакция гидрирования (гидрогенизации) лежит в основе получения маргарина)

— бромирование

Мерой ненасыщенности остатков кислот, которые входят в состав жиров, служит йодное число, выражаемое массой йода (в граммах), который может присоединиться по двойным связям к 100г жира. Йодное число важно при оценке высыхающих масел.

Масла (жидкие жиры) также подвергаются реакциям окисления и полимеризации.

Применение жиров

Жиры нашли широкое применение в пищевой промышленности, фармацевтике, в производстве масел и различных косметических средств, в производстве смазочных материалов.

ru.solverbook.com

2.1 Ненасыщенные (предельные) жирные кислоты

Общая формула этих кислот Сn H2 n O2 . Кислоты этого гомологического ряда (от С4 до С20 ) приведены в таблице 1.

Физические свойства насыщенных жирных кислот различны и изменяются в зависимости от их молекулярной массы.

mirznanii.com

До последнего времени не проводилось систематического изучения химического состава жиров, синтезируемых микроорганизмами.

Сейчас проблема биосинтеза жиров микроорганизмов приобретает большое народнохозяйственное значение. В качестве продуцентов жиров и липидо-белковых комплексов для кормовых целей в основном используются дрожжевые культуры. Из микроорганизмов, образующих биологически активные вещества, наиболее полно изучен химический состав жиров у грибов, относящихся к родам Penicillium и Aspergillus.

Содержание жира в грибах, образующих мицелий, колеблется в очень широких пределах, от 1 до 50% (на сухой вес), в зависимости от культуры, возраста и условий культивирования. Основная масса липоидной фракции состоит из глицеридов, содержащих обычно насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты с C16 и С18, главным образом пальмитиновую, стеариновую, олеиновую и линолевую кислоты.

При исследовании жирных кислот, входящих в состав жира Penicillium soppii, были обнаружены следующие жирные кислоты (в процентах к общей сумме): миристиновая — 0,3, пальмитиновая — 22,0, стеариновая — 7,6, арахисовая — 0,9, гексадеценовая — 3,3, олеиновая — 45,2, линолевая — 20,0, линоленовая — 0,3, эйкозеновая — 0,3. По составу жирных кислот выделенный жир напоминает арахисовое масло. При анализе жирных кислот мицелия Streptomyces erythreus и Streptomyces halstedii было установлено, что, помимо насыщенных кислот с прямой цепью, где преобладающее количество занимала пальмитиновая кислота, у обеих культур содержатся насыщенные кислоты с разветвленными цепями в анитиизо формах. Ненасыщенные кислоты были представлены в основном олеиновой и линолевой кислотами цис-конфигурации (Hofheinz, Grisebach, 1965).

Жирные кислоты присутствуют в незначительном количестве в мицелии в свободном состоянии.

Физико-химические константы жиров микроорганизмов характеризуют общепринятыми для жиров показателями: кислотным и йодным числами, числом омыления, температурами затвердевания и плавления.

Поскольку присоединение йода происходит по месту двойных связей, имеющихся в ненасыщенных жирных кислотах, йодное число дает представление о содержании в жире ненасыщенных кислот. Чем выше йодное число, тем у жира более жидкая консистенция. Чем выше йодное число, тем жир легче окисляется. По величине йодного числа жиры, выделенные из грибов, относящихся к пенициллам и аспергиллам, занимают среднее положение между растительными и животными жирами. Такое же положение занимают выделенные из микроорганизмов жиры по величине их температуры плавления.

Помимо собственно жиров, в состав мицелия входят другие вещества, отличительными признаками которых, так же как и жиров, являются гидрофобность и нерастворимость в воде. Вещества этой группы, носящие общее название липоиды, растворяются в различных органических растворителях: этиловом эфире, бензине, бензоле, хлороформе, ацетоне, этаноле и т. д. Некоторая часть липоидов находится в связанном состоянии, поэтому определение количества жиров в мицелии дает более высокие показатели после специальной его обработки, которая позволяет выделить жиры из различных комплексных соединений, например липопротеидов.

В мицелии грибов содержатся также фосфатиды и стеролы. Фосфатиды, как и жиры, являются глицеридами, т. е. сложными эфирами глицерина и жирных кислот. В отличие от жиров они содержат фосфорную кислоту и связанное с ней азотистое основание.

www.activestudy.info

Жиры, получаемые из растительных и животных тканей, не являются однородными и химически чистыми веществами. Они представляют собой смесь триглицеридов жирных кислот (собственно жиров) и сопутствующих им веществ (фосфатидов, стери-нов, витаминов и пр.).

Природные животные и растительные жиры состоят, главным образом, из триглицеридов — сложных эфиров глицерина и жирных кислот, имеющих следующую общую формулу:

где R, R’, R" — углеводородные радикалы жирных кислот.

Поскольку глицерин во всех природных жирах один и тот же и на его долю приходится лишь 10%, то наблюдаемые между жирами различия обусловлены исключительно составом и свойствами жирных кислот.

Всего в составе жиров обнаружено до 170 жирных кислот. В общем виде жирные кислоты обозначаются формулой RCOOH, где R — углеводородный (жирнокислотный) радикал, а СООН — карбоксильная группа.

Жирные кислоты, содержащиеся в глицеридах природных жиров, могут быть предельными (насыщенными) и непредельными (ненасыщенными), в которых есть двойные (этиленовые) связи; тройные (ацетиленовые) связи встречаются редко. От соотношения насыщенных и ненасыщенных кислот зависят вкусовые и физико-химические свойства жиров.

Предельные жирные кислотыимеют общую формулу Сn Н2n+1СООН (или Сn Н2n О2).

Физические свойства предельных жирных кислот зависят от молекулярной массы, которая определяется длиной углеводородного радикала жирных кислот. Кислоты с числом углеводородных атомов до 9 принято называть низкомолекулярными (масляная С3Н7СООН, капроновая С5НпСООН, каприловая С7Н15СООН), а свыше 9 — высокомолекулярными, основными из которых являются: миристиновая С13Н27СООН, пальмитиновая С15Н31СООН и стеариновая С17Н35СООН.

По мере увеличения молекулярного веса жирных кислот возрастает их температура плавления и изменяется консистенция: низкомолекулярные кислоты — жидкие или мазеобразные, а высокомолекулярные — твердые.

Низкомолекулярные кислоты являются легкоподвижными жидкостями с резким запахом, а высокомолекулярные — твердыми и не имеющими запаха.

Предельные жирные кислоты, особенно высокомолекулярные, в достаточных количествах содержатся в животных жирах.

Непредельные жирные кислоты(имеющие в молекуле двойные связи) различаются количеством и местом расположения двойных связей цепи и конфигурацией, т. е. расположением остатков углеводородной цепи по отношению к двойной связи. В природных жирах они содержатся в больших количествах, чем насыщенные.

Наиболее распространены кислоты с одной, двумя и тремя двойными связями, содержащие в молекуле 18 атомов углерода (олеиновая С17Н33СООН, линолевая С]7Н31СООН и линоленовая С17Н29СООН), преобладающие в растительных маслах.

Кислота с четырьмя двойными связями — арахидоновая — содержится в продуктах животного происхождения (липиды яиц, мозга, печени, свиной и молочный жиры).

Кислота с пятью двойными связями — клупанадоновая — присутствует в жирах рыб и морских животных; как высоконепредельная кислота, она быстро окисляется, вызывая порчу жира.

Физические свойства жиров. Основные физические свойства жиров: нерастворимость в воде (гидрофобность), растворимость в органических растворителях, плотность меньше единицы (0,90-0,98 г/см3) и определенная вязкость.

Жиры в воде не растворяются, но в присутствии эмульгаторов, веществ, обладающих поверхностно-активными свойствами, образуют эмульсии. В эмульсионных продуктах (сливки, сметана, майонез, соусы и др.) жир лучше усваивается, т. к. увеличивается поверхность его соприкосновения с пищеварительными соками.

Триглицериды природных жиров имеют высокий молекулярный вес (840-950). Поэтому при обычных условиях они нелетучи, не испаряются при комнатной температуре и при нагревании. Однако при повышении температуры до определенных пределов они разлагаются с образованием дыма.

Температура дымообразования большинства жиров 250-300 °С. При этом, чем больше степень очистки масла от сопутствующих веществ, т. е., чем выше степень рафинации, тем выше температура дымообразования и возможность использования данного жира для кулинарной обработки продуктов. Температура дымообразования у растительных жиров выше, чем у животных.

Энергетическая ценность жиров значительно выше, чем углеводов и белков, и составляет соответственно 9,0-3,75 и 4,0 ккал/г, или 37,7-15,7 и 16,7 кдж/г. Это обусловлено тем, что по элементарному составу (соотношению углерода, водорода и кислорода) жиры являются менее окисленными соединениями по сравнению с углеводами и белками, и при окислении их в организме выделяется большее количество тепла.

Физические свойства глицеридов зависят от состава жирных кислот и их места расположения в молекуле. В зависимости от этого жиры имеют различную консистенцию — жидкую, мазеобразную или твердую. Одно из важных свойств глицеридов — способность к полиморфизму.

Полиморфизм глицеридов.Триглицериды, переходя из расплавленного (жидкого) состояния в твердое, могут приобретать различную кристаллическую структуру. Такое явление называют полиморфизмом, а отдельные микроструктуры — полиморфными модификациями.

Полиморфные модификации представляют собой различные твердые фазы одного и того же вещества, что обусловлено характером упаковки молекул в кристаллических структурах.

Установлены четыре полиморфные модификации глицеридов (у, а, Р’, 3), которые различаются по плотности и температуре плавления. Самая легкоплавкая у-форма, затем в порядке возрастания следует а-, (3′-, (3-формы. Из них стабильна только р-форма, а остальные метастабильны и могут переходить одна в другую.

Взаимопревращения нестабильных форм при охлаждении расплавленных триглицеридов имеют монотропный характер и выражаются направлением: у —>• а —> (3′ —> р. Вначале кристаллизуется у-форма, которая проявляет неустойчивость и переходит в а-фор-му, которая самопроизвольно превращается в Р’-форму, а последняя — в стабильную р-форму. Таким образом, метастабильные формы необратимо превращаются в стабильную Р-форму, которая обладает наименьшим запасом энергии (по сравнению с нестабильными) и не подвергается дальнейшим превращениям.

Такие взаимопревращения происходят при быстром охлаждении, и в какой-то период в жире существует несколько полиморфных модификаций.

При этом в некоторых случаях возможно превращение а-фор-мы сразу в стабильную Р-форму. Если охлаждение проводить медленно, то образуется в основном стабильная Р-форма.

Явление полиморфизма учитывается при выработке животных жиров, сливочного масла и маргарина поточного способа производства, когда создаются условия для формирования полиморфных модификаций, позволяющих избежать пороков консистенции -крошливость и излишняя твердость.

Полиморфные модификации свойственны только твердым фазам глицеридов. При переходе в жидкое или газообразное состояние разновидности исчезают. Этим полиморфизм отличается от изомерии, т. к. изомеры сохраняют свое отличие и в жидком, и в газообразном состоянии.

Химические свойства жиров обусловлены составом глицеридов и зависят прежде всего от свойств входящих в их состав жирных кислот.

Реакции, протекающие в жирах в процессе производства и хранения, приводят к изменениям их физико-химических и органо-лептических свойств.

Основные химические свойства жиров — гидролиз, окисление, гидрогенизация, переэтерификация, гидропереэтерификация.

Гидролизреакция расщепления жиров на составные компоненты (глицерин и жирные кислоты), протекающая при хранении и переработке жиров, а также при физиологических процессах в организме животных и растений.

Общая реакция гидролиза {hydro — вода, lysis — разложение):

Гидролиз при комнатной температуре практически не происходит; реакция возможна лишь при совместном воздействии трех факторов: температуры не ниже 220 °С, давления 12-15 атм. и катализатора (окиси цинка, окиси магния или кальция).

Образующиеся при гидролизе свободные жирные кислоты являются катализаторами, т. е. гидролиз жира — процесс автокаталитический. Эта реакция используется в промышленности для производства глицерина и свободных жирных кислот.

При хранении, особенно влажных нерафинированных жиров, фермент липаза гидролизует жиры с образованием свободных жирных кислот, наличие которых снижает степень свежести жира и ускоряет его порчу, т. к. свободные жирные кислоты катализируют процессы окисления.

В связи с этим в процессе производства и хранения жиров стремятся свести к минимуму действие факторов, ускоряющих гидролиз.

Для определения количественного содержания свободных жирных кислот пользуются показателем "кислотное число жира" — количество миллиграммов КОН, требующееся для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира.

Величина кислотного числа по нормам ГОСТов не должна превышать 0,3-6,0 для растительных масел и 1,1-3,5 -для животных жиров.

Окислениежиров атмосферным кислородом в той или иной степени протекает при их получении, переработке и хранении. В результате воздействия кислорода происходит накопление различных продуктов распада, что приводит к снижению пищевой ценности, ухудшению вкуса и запаха жиров и даже появлению токсичности. При этом понижается и стойкость жиров к окислению при дальнейшем хранении.

При окислении жиров разрушаются жирорастворимые витамины, эссенциальные жирные кислоты, а образующиеся токсичные продукты окисления (перекиси, альдегиды, кетоны, оксиполиме-ры) не только вызывают нежелательный вкус и запах, но и оказывают вредное воздействие на организм человека.

Окисленные жиры не рекомендуется использовать в питании не только вследствие утраты ими биологически активных веществ, но и наличия токсичных соединений.

Накопление продуктов окисления приводит к порче жиров, основными из которых являются прогоркание и осаливание.

Прогоркание обусловлено накоплением альдегидов, кетонов и низкомолекулярных кислот, обладающих неприятным горьким вкусом и резким запахом. Прогорклые жиры становятся непригодными к употреблению. Таким изменениям наиболее подвержены жиры, содержащие непредельные жирные кислоты.

На скорость окисления влияет ряд факторов. Интенсивность автоокисления возрастает с повышением температуры хранения,при воздействии световой энергии и металлов — проокислителей (Fe, Сг, Мn и др.).

Существенное влияние оказывает жирнокислотный состав гли-церидов: чем больше степень непредельности жирных кислот, тем больше скорость окисления.

Жиры быстрее прогоркают при совместном воздействии воздуха и света, который ускоряет окисление.

При пониженном содержании кислорода в окружающей среде реакции окисления замедляются. На этом основан способ сохранения жиров в среде с повышенным содержанием азота или углекислого газа.

Гидрогенизацияобработка жидких жиров водородом (Hidrogenium) с целью перевода их в твердое состояние. Это обусловлено недостатком твердых жиров, потребность в которых растет с развитием маргариновой и мыловаренной промышленности. В результате присоединения водорода жидкие жиры и масла превращаются в твердый салообразный продукт, который называют саломасом.

Процесс отверждения жиров состоит в том, что непредельные жирные кислоты, входящие в состав глицеридов, присоединяют водород и переходят в твердые насыщенные, при этом в углеводородной цепи исчезают двойные связи:

В процессе гидрогенизации, наряду с насыщением непредельных жирных кислот, происходит изомеризация кислот, как структурная (со смещением двойной -С=С- связи), так и пространственная (натуральная цисформа преобразуется в трансизомер).

Пространственная изомерия обусловлена различным расположением в пространстве участков углеводородной цепи по отношению к двойной связи:

Трансизомеры имеют более высокую температуру плавления, чем цисформы, хотя количество углеродных атомов и двойных связей у них одинаково (например, в данном примере: олеиновая — 14 °С, а элаидиновая — 52 °С).

Накопление трансизомеров в жирах нежелательно, т. к. они могут изменять течение биохимических процессов в организме человека, нарушая работу ферментов и увеличивая уровень холестерина в крови.

Реакции гидрирования и изомеризации в определенной мере управляемы, и технологический процесс ведут таким образом, чтобы образовалось возможно большее количество смешанных триглицеридов при незначительном содержании трансформ; при этом саломас по составу будет приближаться к натуральным животным жирам.

Переэтерификация— обмен структурных элементов глицери-дов, либо глицерина на другой спиртовой радикал, либо радикала жирной кислоты на другой радикал кислоты.

При переэтерификации состав жирных кислот не меняется, а происходит их перераспределение в смеси триглицеридов, что позволяет получать из жидких отвержденные жиры.

Процесс переэтерификации, как правило, протекает при повышенных температурах и в присутствии катализатора.

Переэтерификация высокоплавких животных жиров и жидких растительных масел позволяет получать пластичные жиры с улучшенными органолептическими свойствами с температурой плавления 25-35 °С.

Положительно, что при реакции переэтерификации не образуются трансизомеры жирных кислот, как при гидрогенизации.

Переэтерификация позволяет получать жиры с заданными свойствами, снижать температуру плавления жира или смеси, улучшать пластичность и повышать стабильность жиров к окислению.

Гидропереэтерификацияметод отверждения жиров, в котором совмещены два процесса — гидрогенизация и переэтерификация. В результате получается саломас высокого качества с меньшим содержанием изомеров и с более низкой температурой плавления, чем обычный саломас.

studopedia.org