Какими физическими свойствами обладают жиры. Физические и химические свойства жиров. Вопрос. Химический состав и пищевая ценность жиров

Главные компоненты всех живых клеток - белки, жиры, функции и свойства этих соединений обеспечивают жизнедеятельность организмов, обитающих на нашей планете.

Жиры являются природными , полными сложными эфирами глицерина и жирных кислот с одним основанием. Они относятся к группе липидов. Эти соединения выполняют ряд важных функций организма и являются незаменимым компонентом в рационе человека.

Классификация

Жиры, строение и свойства которых позволяют использовать их в пищу, по своей природе разделяются на животные и растительные. Последние называются маслами. Благодаря высокому содержанию в них ненасыщенных жирных кислот находятся в жидком агрегатном состоянии. Исключение - пальмовое масло.

По наличию определенных кислот, жиры разделяются на насыщенные (стеариновая, пальмитиновая) и ненасыщенные (олеиновая, арахидоновая, линоленовая, пальмитолеиновая, линолевая).

Строение

Строение жиров представляет собой комплекс триглицеридов и липоидных веществ. Последние являются фосфолипидными соединениями и стеринами. Триглицерид - эфирное соединение глицерина и жирной кислоты, структурой и характеристиками которой определяются свойства жира.

Строение молекулы жиров в общем виде отображается формулой:

CHˉO-CO-R’’

CH2-OˉCO-R’’’,

В которой R - радикал жирной кислоты.

Состав и строение жиров имеют в своей структуре три неразветвленных радикала с четным количеством атомов углерода. чаще всего представлены стеариновой и пальмитиновой, ненасыщенные - линолевой, олеиновой и линоленовой.

Свойства

Жиры, строение и свойства которых определяются наличием насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, имеют физико-химические особенности. Они не взаимодействуют с водой, но полностью разлагаются в органических растворителях. Омыляются (гидролизируются) если их обработать паром, минеральной кислотой либо щелочами. В ходе такой реакции образуются жирные кислоты или их соли и глицерин. Образуют эмульсию после интенсивного взбалтывания с водой, примером этому служит молоко.

Жиры имеют энергетическую ценность приблизительно равную 9,1 ккал/г или 38 кДж/г. Если перевести эти значения в физические показатели, то энергии, выделяемой при расходе 1 г жира, хватило бы для поднятия на 1 метр груза весом 3900 кг.

Жиры, строение их молекул определяет основные их свойства, обладают большой энергоемкостью, если сравнивать их с углеводами или белками. Полное окисление 1 г жира выделением воды и углекислого газа сопровождается выработкой энергии вдвое превышающей сгорание сахаров. Для расщепления жиров необходимы в определенном количестве углеводы и кислород.

В организме человека и других млекопитающих жиры - один из наиболее значимых поставщиков энергии. Для того, чтобы они были всосаны в кишечнике, необходимо их эмульгирование при помощи солей желчной кислоты.

Функции

В организме млекопитающих важную роль играют жиры, строение и функции этих соединений в органах и системах имеют разное значение:

Помимо этих трех основных функций, жиры выполняют несколько частных. Эти соединения поддерживают жизнедеятельность клеток, например, обеспечивают эластичность и здоровый вид кожных покровов, улучшают работу мозга. Мембранные образования клетки и субклеточные органеллы сохраняют свою структуру и функционирование благодаря участию жиров. Витамины A, D, E и K способны усваиваться только в их присутствии. Рост, развитие и репродуктивная функция также во многом зависят от наличия жиров.

Потребность организма

Примерно треть энергозатрат организма восполняют жиры, строение которых позволяет решать эту задачу при правильно организованном рационе. Расчет суточной потребности учитывает род деятельности и возраст человека. Поэтому больше всего жиров необходимо молодым людям, ведущим активный образ жизни, например, спортсменам или мужчинам занятым тяжелым физическим трудом. При малоподвижном образе жизни или склонности к полноте их количество нужно сократить, чтобы избежать ожирения и сопутствующих проблем.

Важно также учитывать строение жиров. Существенное значение имеет соотношение ненасыщенных и насыщенных кислот. Последние при чрезмерном потреблении нарушают жировой обмен, функционирование желудочно-кишечного тракта, увеличивают возможность появления атеросклероза. Ненасыщенные кислоты оказывают противоположное действие: восстанавливают нормальный обмен, выводят холестерин. Но злоупотребление ими приводит к расстройству пищеварения, появлению камней в желчном пузыре и выводящих путях.

Источники

Почти все продукты содержат жиры, строение их при этом может быть различным. Исключение составляют овощи, фрукты, алкогольные напитки, мед и некоторые другие. Продукты подразделяются на:

Также важным является жиров, определяющее наличие той или иной кислоты. По этому признаку они могут быть насыщенными, ненасыщенными и полиненасыщенными. Первые содержатся в мясных продуктах, сале, шоколаде, топленом жире, пальмовом, кокосовом и сливочном маслах. Ненасыщенные кислоты присутствуют в мясе птицы, оливках, кешью, арахисе, оливковом масле. Полиненасыщенные - в грецких орехах, миндале, пекане, семечках, рыбе, а также в подсолнечном, льняном, рапсовом, кукурузном, хлопковом и соевом масле.

Составление рациона

Особенности строения жиров требуют соблюдать ряд правил при составлении рациона. Диетологи рекомендуют придерживаться следующего их соотношения:

• Мононенасыщенные - до половины общего количества жиров;
• Полиненасыщенные - четверть;
• Насыщенные - четверть.

При этом жиры растительного происхождения должны составлять около 40% рациона, животного - 60-70%. Пожилым людям нужно увеличить количество первых до 60%.

Максимально ограничить или вовсе исключить из рациона стоит трансжиры. Они широко применяются при производстве соусов, майонезов, кондитерских изделий. Вредны жиры, подвергнутые интенсивному нагреванию и окислению. Их можно обнаружить в картошке фри, чипсах, пончиках, пирожках и т. д. Из всего этого списка наиболее опасны продукты, приготовление которых происходило на прогорклом или много раз использованном масле.

Полезные качества

Жиры, строение которых обеспечивает около половины всей энергии организма, обладают множеством полезных качеств:

• холестерин способствует лучшему углеводному обмену и обеспечивает синтез жизненно важных соединений - под его влияние производятся стероидные гормоны надпочечников;
• около 30% всего тепла в теле человека производится тканью, расположенной в районе шеи и верха спины;
• барсучье и собачье сало тугоплавки, излечивают от болезней органов дыхания, в том числе от туберкулезного поражения легких;
• фосфолипидные и глюколипидные соединения входят в состав всех тканей, синтезируются в органах пищеварения и противодействуют образованию холестериновых бляшек, поддерживают функционирование печени;
• благодаря фосфатидам и стеринам поддерживается неизменный состав цитоплазматической основы клеток нервной системы и синтезируется витамин D.

Таким образом, жиры являются незаменимым компонентом в рационе человека.

Избыток и дефицит

Жиры, строение и функции этих соединений приносят пользу только при умеренном потреблении. Их избыток способствует развитию ожирения - проблемы, которая актуальна для всех развитых стран. Это заболевание приводит к увеличению массы тела, уменьшению подвижности и ухудшению самочувствия. Повышается риск развития атеросклероза, сердечной ишемии, гипертонической болезни. Ожирение и его последствия чаще других болезней приводят к смерти.

Дефицит жиров в рационе способствует ухудшению состояния кожи, замедляет рост и развитие детского организма, нарушает функционирование репродуктивной системы, препятствует нормальному обмену холестерина, провоцируя атеросклероз, ухудшает работу головного мозга и нервной системы в целом.

Правильное планирование рациона, с учетом потребностей организма в жирах, поможет избежать многих заболеваний и улучшить качество жизни. Существенное значение имеет именно умеренное их потребление, без избытка и дефицита.

Состав и строение молекул жиров.

Сложные эфиры могут образовываться разнообразными карбоновыми кислотами и спиртами. Наибольшее значение имеют те, которые образованы трёхатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами. К последним относятся, например, стеариновая кислота состава С 17 Н 35 СООН и олеиновая кислота состава С 17 Н 33 СООН.

Первая – предельная кислота, вторая – непредельная. В её углеводородном радикале имеется двойная связь между углеродными атомами, поэтому в молекуле олеиновой кислоты на два водородных атома меньше:

Стеариновая кислота Олеиновая кислота

Сложные эфиры карбоновых кислот и глицерина называются жирами. Если формулу

карбоновой кислоты записать в общем виде , то образование жира

можно представить уравнением реакции этерификации:

Глицерин Карбоновая кислота Жир

Химическую природу жиров начали изучать в первой половине XIX в. Синтез жира тристеарина впервые осуществил французский химик М. Бертло в 1854 г.

Физические свойства жиров. Состав и строение углеводородных радикалов влияют на свойства жиров. Вот как, например, изменяются их температуры плавления:

Как видим, жир, образованный предельной кислотой, в обычных условиях твёрдый, непредельной – жидкий. В состав жидких растительных масел (подсолнечного, кукурузного, оливкового и др.) входят остатки преимущественно непредельных кислот, в состав твёрдых животных жиров (говяжьего, бараньего и др.) – остатки предельных кислот.

Жиры легче воды и нерастворимы в ней, но растворяются в органических растворителях.

Жиры наряду с белками и углеводами принадлежат к биологически активным веществам. Они входят в состав клеток растительных и животных организмов и являются для них источником энергии. В результате окисления 1 г жира выделяется

37,7 кДж энергии, вдвое больше, чем при окислении 1 г белка или углевода.

Основное количество жиров, употребляемых человеком, содержится в мясе, рыбе, молочных и зерновых продуктах. В случае когда в организм человека с едой поступает больше энергии, чем используется им, образуются жирообразные вещества, отлагающиеся в тканях организма. Таким образом он аккумулирует энергию.

В соответствии с данными современной медицины чрезмерное употребление жиров, образованных предельными кислотами, то есть животных жиров, может привести к накоплению веществ, затрудняющих ток крови в артериях, в частности тех, которые поставляют кровь в мозг. Более полезными для употребления признаются жиры, образованные непредельными кислотами, то есть растительные масла. В составе, например, подсолнечного масла содержится 91% непредельных карбоновых кислот.

Химические свойства жиров.

В молекулах жидких жиров в отличие от твёрдых имеются двойные углерод – углеродные связи. Как вам уже известно, по месту двойной связи возможна реакция присоединения, в частности водорода. В результате этой реакции непредельное соединение превращается в предельное, а жидкий жир – в твёрдый.

Триолеин Тристеарин

Процесс отвердевания (гидрирования) жиров лежит в основе производства маргарина (от греч. слова, означающего жемчужина). Негидрированные жиры прогоркают, окисляясь по двойным связям, у них появляются неприятные запах и вкус. Гидрирование жиров замедляет эти процессы, кроме того, позволяет из более дешёвых растительных масел получать более ценные твёрдые жиры.

Жиры как сложные эфиры подвергаются гидролизу.

Жиры гидролизируют с образованием трёхатомного спирта глицерина и карбоновых кислот.

Если проводить гидролиз тристеарина в присутствии щёлочи, образуется соль стеариновой кислоты, известная как основа мыла:

Поскольку в результате щёлочного гидролиза жира образуется мыло, то реакция называется омылением жира.

Натриевые соли высших карбоновых кислот – основная составная часть твёрдого мыла, соли калия – жидкого мыла.

Для получения мыла из жира в промышленности вместо щёлочи используют соду Na 2 CO 3 . Мыло, полученное непосредственно в результате этой реакции, называется ядровым и известно как хозяйственное. Туалетное мыло отличается от хозяйственного наличием добавок: красителей, ароматизаторов, антисептиков и др.

Основным компонентом твёрдого мыла является смесь растворимых солей высших жирных кислот. Обычно это натриевые, реже - калиевые и аммониевые соли таких кислот, как стеариновая, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая и олеиновая.

Один из вариантов химического состава твёрдого мыла - C17H35COONa (жидкого - C17H35COOK).

Моющее действие мыла – сложный физико-химический процесс. Мыло является посредником между полярными молекулами воды и неполярными частицами загрязнений, нерастворимыми в воде. Если обозначить углеводородный радикал буквой R, то состав мыла можно выразить формулой R – COONa. По химической природе мыло – это соль, ионное соединение. Кроме полярной группы –COONa в его составе имеется неполярный радикал R, в состав которого могут входить 12-17 атомов углерода. Во время мытья молекулы ориентируются на загрязнённой поверхности таким образом, что полярные группы обращены к полярным молекулам воды, а неполярные углеводородные радикалы – к неполярным частицам загрязнения. Последние как бы попадают в окружение молекул мыла и легко смываются с поверхности водой.

В жёсткой воде образуются нерастворимые магниевые и кальциевые соли карбоновых кислот, поэтому мыло теряет своё моющее действие, а соли оседают на поверхности изделия:

2C 17 H 35 COONa + MgSO 4 → (C 17 H 35 COO) 2 Mg↓ + Na 2 SO 4

Синтетические моющие средства, при всём разнообразии их химического состава, имеют подобное мылу строение молекул, в которых есть растворимая в воде полярная часть и нерастворимый углеводородный радикал. Но они, в отличие от мыла, являются солями другой химической природы и в жёсткой воде не образуют нерастворимых соединений. В этом состоит преимущество синтетических моющих средств перед обыкновенным мылом.

Мыло и синтетические моющие средства принадлежат к так называемым поверхностно-активным веществам (ПАВ). Их широкое применение часто связывают с загрязнением окружающей среды, в частности водоёмов. Дело в том, что к синтетическим моющим средствам добавляют фосфаты, которые в водоёмах превращаются в вещества, питающие микроорганизмы, бурное размножение которых может привести к заболачиванию водоёмов. Поэтому современные ПАВ должны химически или биологически разлагаться после использования на безопасные вещества, не загрязняющие стоки.

Синтез жиров

В 1854 французский химик Марселен Бертло (1827-1907) провел реакцию этерификации, то есть образования сложного эфира между глицерином и жирными кислотами и таким образом впервые синтезировал жир.

Животные жиры содержат главным образом глицериды предельных кислот и являются твердыми веществами. Растительные жиры, часто называемые маслами, содержат глицериды непредельных карбоновых кислот. Это, например, жидкие подсолнечное, конопляное и льняное масла.

Природные жиры содержат следующие жирные кислоты

Состав и строение жиров

Жиры - это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот (Рис. 1).

Рис. 1. Общая формула жира

Углеводородные радикалы Ra, Rb, Rc в составе молекулы жира могут быть как одинаковыми, так и различными, но как правило, с большим числом атомов углерода (больше 15). Например, тристеарат глицерина содержит остатки стеариновой кислоты С17Н35СООН.

В некоторых жирах встречаются и остатки низших кислот, например в сливочном масле содержатся углеводородные радикалы С3Н7, входящие в состав масляной кислоты С3Н7СООН.

Применение жиров

• 1. Пищевая промышленность
• 1. Фармацевтика
• 1. Производство мыла и косметических изделий
• 1. Производство смазочных материалов

Жиры - продукт питания. Биологическая роль жиров.

Животные жиры и растительные масла, наряду с белками и углеводами - одна из главных составляющих нормального питания человека. Они являются основным источником энергии: 1 г жира при полном окислении (оно идет в клетках с участием кислорода) дает 9,5 ккал (около 40 кДж) энергии, что почти вдвое больше, чем можно получить из белков или углеводов. Кроме того, жировые запасы в организме практически не содержат воду, тогда как молекулы белков и углеводов всегда окружены молекулами воды. В результате один грамм жира дает почти в 6 раз больше энергии, чем один грамм животного крахмала - гликогена. Таким образом, жир по праву следует считать высококалорийным «топливом». В основном оно расходуется для поддержания нормальной температуры человеческого тела, а также на работу различных мышц, поэтому даже когда человек ничего не делает (например, спит), ему каждый час требуется на покрытие энергетических расходов около 350 кДж энергии, примерно такую мощность имеет электрическая 100-ваттная лампочка .

Для обеспечения организма энергией в неблагоприятных условиях в нем создаются жировые запасы, которые откладываются в подкожной клетчатке, в жировой складке брюшины - так называемом сальнике. Подкожный жир предохраняет организм от переохлаждения (особенно эта функция жиров важна для морских животных). В течение тысячелетий люди выполняли тяжелую физическую работу, которая требовала больших затрат энергии и соответственно усиленного питания. Для покрытия минимальной суточной потребности человека в энергии достаточно всего 50 г жира. Однако при умеренной физической нагрузке взрослый человек должен получать с продуктами питания несколько больше жиров, но их количество не должно превышать 100 г (это дает треть калорийности при диете, составляющей около 3000 ккал). Следует отметить, что половина из этих 100 г содержится в продуктах питания в виде так называемого скрытого жира. Жиры содержатся почти во всех пищевых продуктах: в небольшом количестве они есть даже в картофеле (там их 0,4%), в хлебе (1-2%), в овсяной крупе (6%). В молоке обычно содержится 2-3% жира (но есть и специальные сорта обезжиренного молока). Довольно много скрытого жира в постном мясе - от 2 до 33%. Скрытый жир присутствует в продукте в виде отдельных мельчайших частиц. Жиры почти в чистом виде - это сало и растительное масло; в сливочном масле около 80% жира, в топленом - 98%. Конечно, все приведенные рекомендации по потреблению жиров - усредненные, они зависят от пола и возраста, физической нагрузки и климатических условий. При неумеренном потреблении жиров человек быстро набирает вес, однако не следует забывать, что жиры в организме могут синтезироваться и из других продуктов. «Отрабатывать» лишние калории путем физической нагрузки не так-то просто. Например, пробежав трусцой 7 км, человек тратит примерно столько же энергии, сколько он получает, съев всего лишь одну стограммовую плитку шоколада (35% жира, 55% углеводов) .Физиологи установили, что при физической нагрузке, которая в 10 раз превышала привычную, человек, получавший жировую диету, полностью выдыхался через 1,5 часа. При углеводной же диете человек выдерживал такую же нагрузку в течение 4 часов. Объясняется этот на первый взгляд парадоксальный результат особенностями биохимических процессов. Несмотря на высокую «энергоемкость» жиров, получение из них энергии в организме - процесс медленный. Это связано с малой реакционной способностью жиров, особенно их углеводородных цепей. Углеводы, хотя и дают меньше энергии, чем жиры, «выделяют» ее намного быстрее. Поэтому перед физической нагрузкой предпочтительнее съесть сладкое, а не жирное.Избыток в пище жиров, особенно животных, увеличивает и риск развития таких заболеваний как атеросклероз, сердечная недостаточность и др. В животных жирах много холестерина (но не следует забывать, что две трети холестерина синтезируется в организме из нежировых продуктов - углеводов и белков).

Известно, что значительную долю потребляемого жира должны составлять растительные масла, которые содержат очень важные для организма соединения - полиненасыщенные жирные кислоты с несколькими двойными связями. Эти кислоты получили название «незаменимых». Как и витамины, они должны поступать в организм в готовом виде. Из них наибольшей активностью обладает арахидоновая кислота (она синтезируется в организме из линолевой), наименьшей - линоленовая (в 10 раз ниже линолевой). По разным оценкам суточная потребность человека в линолевой кислоте составляет от 4 до 10 г. Больше всего линолевой кислоты (до 84%) в сафлоровом масле, выжимаемом из семян сафлора - однолетнего растения с ярко-оранжевыми цветками. Много этой кислоты также в подсолнечном и ореховом масле.

По мнению диетологов, в сбалансированном рационе должно быть 10% полиненасыщенных кислот, 60% мононенасыщенных (в основном это олеиновая кислота) и 30% насыщенных. Именно такое соотношение обеспечивается, если треть жиров человек получает в виде жидких растительных масел - в количестве 30-35 г в сутки. Эти масла входят также в состав маргарина, который содержит от 15 до 22% насыщенных жирных кислот, от 27 до 49% ненасыщенных и от 30 до 54% полиненасыщенных. Для сравнения: в сливочном масле содержится 45-50% насыщенных жирных кислот, 22-27% ненасыщенных и менее 1% полиненасыщенных. В этом отношении высококачественный маргарин полезнее сливочного масла.

Необходимо помнить

Насыщенные жирные кислоты отрицательно влияют на жировой обмен, работу печени и способствуют развитию атеросклероза. Ненасыщенные (особенно линолевая и арахидоновая кислоты) регулируют жировой обмен и участвуют в выведении холестерина из организма. Чем выше содержание ненасыщенных жирных кислот, тем ниже температура плавления жира. Калорийность твердых животных и жидких растительных жиров примерно одинакова, однако физиологическая ценность растительных жиров намного выше. Более ценными качествами обладает жир молока. Он содержит одну треть ненасыщенных жирных кислот и, сохраняясь в виде эмульсии, легко усваивается организмом. Несмотря на эти положительные качества, нельзя употреблять только молочный жир, так как никакой жир не содержит идеального состава жирных кислот. Лучше всего употреблять жиры как животного, так и растительного происхождения. Соотношение их должно быть 1:2,3 (70% животного и 30% растительного) для молодых людей и лиц среднего возраста. В рационе питания пожилых людей должны преобладать растительные жиры.

Жиры не только участвуют в обменных процессах, но и откладываются про запас (преимущественно в брюшной стенке и вокруг почек). Запасы жира обеспечивают обменные процессы, сохраняя для жизни белки. Этот жир обеспечивает энергию при физической нагрузке, если с пищей жира поступило мало, а также при тяжелых заболеваниях, когда из-за пониженного аппетита его недостаточно поступает с пищей.

Обильное потребление с пищей жира вредно для здоровья: он в большом количестве откладывается про запас, что увеличивает массу тела, приводя порой к обезображиванию фигуры. Увеличивается его концентрация в крови, что, как фактор риска, способствует развитию атеросклероза, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни и др.

Жиры

Во-вторых, жиры в организме служат резервным питательным веществом.

Кроме того, жиры накапливаются в подкожных тканях и тканях, окружающих внутренние органы, выполняя защитную и теплоизоляционную функцию.

Из жиров получают такие продукты питания, как маргарин и майонез. Помимо употребления в пищу, жиры используют для получения мыла, смазочных материалов, косметических средств, свечей, глицерина, олифы.

ИСТОЧНИКИ

источник видео - http://www.youtube.com/watch?v=7CBOPKQFwsA

http://interneturok.ru/ru/school/chemistry/10-klass - конспект

источник презентации - http://pwpt.ru/download/advert/df0795ec49374f4fbb0383127b141166/

В группу важных органических веществ - липидов - наряду со стероидами и восками входят жиры. Их содержание в живых клетках колеблется от 5 до 10% от сухой массы клетки. Эти вещества изучают, исходя из особенностей их которые и обуславливают химические свойства жиров. Химия рассматривает эти вещества как продукт реакции этерификации между трехатомным спиртом глицерином и высшими предельными или непредельными карбоновыми кислотами.

В данной статье мы изучим не только их применение в промышленности и значение, но также получение жиров и химические свойства, характерные для данного класса соединений.

История открытия

Строение было изучено в середине 19 столетия. Французский химик Э. Шеврель нагревал их с водой в присутствии щелочи и нашел в продуктах реакции молекулы жирных карбоновых кислот и глицерола. М. Бертло провел при нагревании глицерина со смесью стеориновой и пальметиновой кислот он получил триглицерид - жир. На основании этих экспериментов было сделано заключение, что изучаемые вещества относятся к классу эстеров. Химические свойства жиров подтвердили этот вывод.

Жиры - сложные эфиры

Как было доказано опытами М. Бертло и Э. Шевреля, триглицериды представляют собой эстеры трехатомного спирта глицерина и высших одноосновных карбоновых кислот. Жир, содержащий стеориновую или пальметиновую кислоты, является твердым, например, говяжий, свиной, бараний. Если в состав триглицеридов входят ненасыщенные жирные кислоты - олеиновая, линолевая, линоленовая - такие жиры жидкие и называются маслами (подсолнечное, арахисовое, льняное).

Химические свойства жиров отличаются от других эстеров еще и тем, что в состав их молекул могут входить сразу нескольких различных карбоновых кислот.

Физические свойства

Как натуральные, так и синтетические, например, маргарин, триглицериды имеют общие признаки. Главный из них - гидрофобность, невысокая температура плавления и низкая удельная плотность. Они хорошо растворяются в органических растворителях, например, в бензоле, тетрахлорметане. Все жиры легко впитываются пористыми или волокнистыми материалами. Согласно теории органических веществ М. Бутлерова, физические и химические свойства жиров взаимосвязаны между собой. Подтверждение этому факту будет приведено ниже.

Химические реакции триглицеридов

Количественный и качественный состав молекулы жира, а также ее пространственная конфигурация подтверждает факт принадлежности триглицеридов классу эстеров. Их главное химическое свойство - это реакция с водой (гидролиз). Она легко происходит в присутствие катализаторов - щелочей, оксидов магния, цинка или кальция. В продуктах реакции обнаруживается смесь карбоновых кислот и глицерина. Так как реакция жиров с водой обратима, в промышленности создают условия, при которых она проходит до конца - в сторону образования глицерола и высших одноосновных карбоновых кислот. Для этого в реактивную смесь постоянно подают раствор щелочи, а продукты сразу выводят из сферы реакции. Эти приемы предотвращают возможность протекания обратного процесса, приводящего к образованию жира. Гидролиз широко используется в химии органического синтеза для получения вышеназванных веществ.

Реакция щелочного омыления

Продолжим изучать органические вещества - сложные эфиры. Жиры, химические свойства которых представлены реакцией гидролиза, способны также вступать во взаимодействие с щелочами. Эта реакция называется омылением и она противоположна процессу эстерификации. Полученные в результате щелочного омыления глицерол и жирные кислоты обрабатывают содой или едким натром. В результате образуется мыло.

Оно твердое, имеет формулу C 17 H 35 COONa и называется хозяйственным. Если добавить к нему красители, глицерин, косметические отдушки, получим туалетное мыло. Жидкое мыло, в отличие от твёрдых видов, получают в том случае, если жиры в реакции омыления смешивают не с гидроксидом натрия, а с едким калием. Например, пальмитат калия C 15 H 31 COOK - жидкое калиевое мыло. Исходным сырьем для реакции омыления служат дешевые жиры животного или растительного происхождения.

Жидкие жиры - масла

В их состав входят молекулы непредельных карбоновых кислот, имеющих двойные связи. синтезируются в каналах эндоплазматической сети под действием ферментов из глицерина и жирных кислот. А они, в свою очередь, образуются в реакциях цикла Кальвина, происходящих вследствие фотосинтеза. Капли масла накапливаются в семенах, плодах, реже в вегетативных частях растений и служат запасом питательных веществ. Физико-химические свойства жиров, образуемых растениями, обусловлены наличием в их молекулах двойной пи-связи. По месту ее разрыва происходят реакции присоединения, например, атомов водорода. Это приводит к образованию твердых гидрогенизированных триглицеридов.

Химические свойства растительных жиров

Как было сказано ранее, триглицериды растительного происхождения содержат в своем составе высшие ненасыщенные карбоновые кислоты. Масла можно перерабатывать благодаря гидрогенизации. Этот процесс проводят при нагревании и в присутствии катализатора - порошкообразного никеля.

Продукт реакции - твердый жир (саломас). Его используют в производстве стеорина, глицерола и в мыловарении. Если в саломас добавляют сахар, соль, молоко и пищевые красители, то получают пищевой жир - маргарин. При добавлении к нему витаминов и натурального сливочного масла получают так называемое легкое масло - спред.

Синтетические жиры

Они являются более дешевыми, чем натуральные, и отличаются от природных триглицеридов своим составом. Один из главных источников получения синтетических жиров - это природные и попутные нефтяные газы, а также сама нефть. Высшие парафины, содержащиеся в этих природных ископаемых, подвергают окислению. В результате получают синтетические жирные кислоты. Их взаимодействие с этиленгликолем приводит к получению синтетического жира. Он используется в кожевенной промышленности (для жирования меховых шкурок и кож). В косметической промышленности синтетические триглицериды применяются в производстве туалетного мыла, кремов, лосьонов. В промышленности строительных материалов искусственные жиры идут на производство лаков, мастик, краски.

Химические свойства жиров, полученных искусственным способом, не отличаются от природных. Они также вступают в в присутствии кислоты и подвергаются действию щелочей (реакция омыления).

Как образуются триглицериды в организме человека

Вследствие метаболических реакций жиры в клетках тела могут синтезироваться из избытка углеводов. Это объясняет тот факт, что неконтролируемое потребление пищи, богатой крахмалом и сахарозой (мучные изделия, рис, картофель, сладости), приводит к избыточному весу. В процессе пищеварения продукты, содержащие жиры, расщепляются в двенадцатиперстной кишке до глицерина и жирных кислот. Их гидролиз происходит при обязательном участии липазы - фермента поджелудочной железы и желчи, выделяемой печенью. Являясь детергентом, желчь эмульгирует жиры, то есть разбивает крупные молекулы на мелкодисперсные капли, легко расщепляемые липазой.

В ворсинках тонкого кишечника из них синтезируются молекулы жира, характерные для организма человека, а затем они всасываются в лимфу. По лимфатическим сосудам жиры поступают в клетки, а их избыток откладывается в подкожную жировую клетчатку или сальник.

Биологическая роль липидов

Изучая химические свойства жиров, остановимся на их способности выделять большое количество энергии: один грамм жира дает 37,8 кДж энергии при полном окислении. Поэтому триглицериды - ее универсальные поставщики. Таким образом, жиры — это ценные продукты питания. Известно, что при неправильном и длительном их хранении триглицериды «стареют» и прогоркают, приобретая неприятный запах. Это происходит вследствие контакта жира с кислородом воздуха. Начавшее портиться масло легко определить, если добавить к нему иодид калия. Пероксиды, содержащиеся в продукте, окисляют это соединение до свободного йода, вызывающего синее окрашивание при контакте с крахмалсодержащими веществами.

Жиры являются также важнейшим строительным материалом и входят в состав клеточных мембран и органоидов. Велика их роль и в теплорегуляции организмов. Например, животные, обитающие на больших глубинах, где температура воды очень низка, имеют хорошо развитый слой подкожного жира, например, у китов он может достигать толщины 1,5 м. Животные степей, пустынь и полупустынь также накапливают в своем организме достаточное количество жира. Он необходим для них как источник эндогенной воды, так как при окислении жира кроме энергии выделяется большое количество жидкости. К таким животным относятся верблюды, тушканчики, землеройки.

Липиды играют важную роль в защите внутренних органов. У человека хорошо развит сальник, защищающий желудок, пищеварительные железы от внутренних повреждений. Такие жизненно важные органы, как почки, обязательно должны находится в слое жира. При резкой потере веса у человека вследствие истончения этого слоя может наблюдаться опущение почек, что является серьёзной патологией, нарушающей работу выделительной системы.

Велико значение липидов в образовании клеточных мембран. Наряду с углеводами и белками они формируют два слоя, имеющих мозаичное строение. Соединения жиров с белками называются липопротеидами. Они обуславливают клеточных мембран.

В данной статье были рассмотрены химический состав и свойства жиров, а также их применение в промышленности.

Химические свойства жиров про­являются в реакциях гидролиза , окисления игидрогенизации . Ускорение или замедление этих реакций обусловлено влиянием находящихся в природных жирах сопутствующих веществ, кото­рые иногда оказывают специфическое воздействие на характер протекающего процесса и сами претерпевают различные превра­щения.

Жидкие растительные жиры с помощью катализаторов могут превращаться в твердые путем насыщения водородом непредельных жирных кислот . Процесс этот носит название гидрогенизации . Гидрогенизированные жиры называют саломасами и используют в пищевой промышленности при изготовлении маргаринов и кулинарных жиров. По месту двойных связей к жирным кислотам могут присоединяться кислород, бром, йод, некоторые другие простые и сложные вещества.

В процессе гидролиза жиры расщепляются на глицерин и свободные кислоты:

Важное значение при гидролизе жиров имеет присутствие воды , так как она принимает непосредственное участие в реакциях. Гидролиз жиров ускоряется под действием содержащихся в них щелочей, кислот, ферментов липаз, а также ферментов микроорганизмов и сопутствующих жирам веществ – белков, липоидов, слизей и др. Реакция гидролиза жиров усиливается при повышении температуры.

Реакция гидролиза триглицеридов протекает чаще всего бимолекулярно, т. е. на одну молекулу триглицерида действует од­на молекула воды, при этом образуется диглицерид, который затем расщепляется до моноглицерида, в дальнейшем обра­зуется глицерин и жирные кислоты.

Нагрев до 200 °С и повыше­ние давления, присутствие катализаторов (СаО, МgО, Zn), при­сутствие небольших количеств кислот, наличие щелочей ускоря­ют гидролиз (кислоты катализируют гидролиз водородными, а щелочи –гидроксильными ионами).

Неферментативный гидролиз протекает за счет растворенной в жире воды, т. е. происходит в жировой фазе, где растворен­ная вода вступает в реакцию. Ничтожно малая растворимость воды в жирах при комнатной температуре обеспечивает незна­чительную степень гидролиза жиров и масел. Сопутствующие вещества в жирах ускоряют их гидролиз как специфичностью воздействия, так и большей способностью связывать влагу. Жи­ры и масла с такими веществами могут иметь воду выше пре­дела ее растворимости в жире. Высокие температуры катали­зируют гидролиз за счет тепловой активации, а также повыше­ния растворимости воды в жире. При кулинарной обработке, в частности при длительном кипячении, триглицериды могут гидролизоваться, полученные жирные кислоты образуют эмульсию и придают бульонам мутность. Чтобы бульон не приобретал не­приятного вкуса и запаха, необходимо своевременно удалять жир с его поверхности.

Гидролиз жиров, происходящий под действием ферментов во время хранения или при усвоении их организмом, называется ферментативным . Ферментативный гидролиз происходит исклю­чительно на поверхности соприкосновения жира и воды, поэто­му чем выше степень дисперсности эмульсии, тем выше скорость гидролиза, так как больше поверхность жира. Усвояемость жи­ра, таким образом, зависит не только от температуры плавле­ния (чем ближе температура плавления жира к температуре организма человека, тем выше его усвояемость), но и от сте­пени дисперсности жировой эмульсии. Жир молока, сливок, сметаны, мороженого, коровьего масла, кисломолочных продуктов, маргарина находится в виде хорошо диспергированной эмуль­сии и поэтому сравнительно хорошо и легко усваивается. Для повышения усвояемости жиров в кулинарии приготовляют жи­ровые эмульсии – соусы майонез и голландский, различные за­правки и т. д.

Гидролиз жиров используется в жироперерабатывающей промышленности при получении мыла, глицерина и некоторых других продуктов.

Едкие щелочи (NaОН и КОН) также вызывают гидролиз жиров. Этот процесс называют омылением , так как в результате воздействия NaОН и КОН образуются натриевые и калиевые соли жирных кислот, называемые мылами .

Окисление жиров представляет собой реакцию непредельных жирных кислот с кислородом. Эта реакция активизируется под действием света, кислорода, тепла и некоторых веществ , содержащихся в жирах. Масло, хорошо очищенное от сопутствующих веществ, изолированное от кислорода воздуха, в темноте сохраняется в течение длительного времени. Присутствие в жирах таких металлов, как кобальт, марганец, медь, железо и некоторых других, ускоряет процесс окисления. Металлы в реакциях окисления играют роль катализаторов .

В процессе окисления жиры прогоргают и претерпевают изменения, которые резко ухудшают их пищевое достоинство. Они часто становятся непригодными для употребления в пищу из-за неприятного жгучего или горького вкуса и резкого запаха. Быстрее прогоркают жиры, содержащие непредельные жирные кислоты, особенно олеиновую, линолевую и линоленовую.

Предельные жирные кислоты реакциям самоокисления не подвергаются.

На основании большого количества исследований сделаны выводы, что прогоркание жиров вызывается исключительно окислительными процессами. Согласно этой теории непредельные жирные кислоты или жиры при самоокислении присоединяют по месту двойной связи кислород и превращаются в перекись, переходящую с отщеплением атома кислорода в оксид.

непредельная перекись оксид активный

кислота кислород.

В дальнейшем оксиды могут перейти в кетокислоты, пероксиды и оксикислоты. Под действием озона, находящегося в воздухе, возможно также образование из непредельных жирных кислот альдегидов и кетонов. Следовательно, в процессе самоокисления в прогорклых жирах накапливаются разнообразные продукты распада.

Многие пищевые продукты, содержащие значительное количество жира, способны прогоркать во время хранения, например, пшено, кукурузная мука, орехи, семена подсолнечника, растительные и коровье масла.

Прогоркание сливочного и топленого коровьего масла и маргарина под действием света сопровождается явлением осаливания , которое состоит в том, что масло белеет на поверхности и приобретает свойственные салу вкус и запах. Осаливание масла – результат перехода под действием света непредельных жирных кислот в оксистеариновые кислоты , имеющие белый цвет.

В природных жирах часто присутствуют или добавляются специально вещества, препятствующие окислению; они тормозят окислительные процессы и тем самым замедляют порчу жиров. Такие вещества называют антиоксидантами . Роль естественных антиоксидантов в растительных жирах играют токоферолы (витамин Е), фенольные соединения, витамин С .

Для длительного хранения пригодны только хорошо очищенные жиры, свободные от остатков тканей, белковых слизистых веществ и с минимальным количеством воды. Хранить жиры необходимо хорошо упакованными для предохранения от действия воздуха и света, при пониженных температурах, в чистых помещениях.