Жиры физические свойства и применение. Свойства животных жиров. Жиры как питательные вещества

Физико-химические свойства животных жиров определяют режим и условия их производства и, в известной мере, сами зависят от режима и условий переработки сала-сырца.

Физические свойства жиров

1. Удельный вес.
Удельный вес животных жиров колеблется в пределах 0,915—0,964 (при 15°).

Удельный вес жира тем выше, чем выше в нем содержание глицеридов низших кислот, оксикислот и ненасыщенных кислот и чем сильнее степень их ненасыщенности.

При изменении температуры жидкого жира его удельный вес меняется в зависимости от изменения его объема. коэффициент объемного расширения жира в среднем равен 0,0007.

При окислении удельный вес жира повышается; при гидролизе понижается.

Удельные веса нейтральных жиров выше, чем удельные веса соответствующих смесей жирных кислот, причем разница между обеими величинами пропорциональна числу омыления.

2. Температура плавления жиров, температура застывания и титр.

Способность жира к эмульгированию, а следовательно, и к усвоению его организмом, зависит от его температуры плавления: чем ниже температура плавления жира, тем легче он эмульгируется с водой и тем выше его усвояемость.

Пищевые жиры в зависимости от усвояемости делятся на три группы:
к первой группе относятся жиры, температура плавления которых ниже или равна температуре человеческого тела (37°).
Такие жиры усваиваются организмом на 97—98% (например, костный, свиной жир, олео-маргарин).

Ко второй группе относятся жиры, температура плавления которых выше 37° (говяжий, бараний и др.).

Эти жиры усваиваются на 89—93%.

К третьей группе относятся жиры, температура плавления которых значительно выше, чем 37°. Такие жиры или совсем не усваиваются, или усваиваются незначительно.

Так, усвояемость тристеарина, температура плавления которого 711,5°, составляет всего лишь 14%.

Усвояемость жиров мясных животных составляет (в %):

Говяжьего
Бараньего

Температура плавления жиров зависит от природы жира, упитанности скота, породы, возраста животного и ряда других причин.

Чем больше в жире насыщенных глицеридов, тем жир более тугоплавок.

Самцы обладают более твердым жиром, чем самки.

Сало, снятое с внутренних органов, богаче твердыми глицеридами, чем подкожное сало.

Жир одного и того же животного тем беднее глицеридами ненасыщенных кислот, чем ближе соответствующие части, с которых снят жир, лежат к желудочно-кишечному тракту.

Животные теплого климата обладают более твердым жиром, чем животные умеренных или холодных стран.

Твердость жира зависит и от корма животного: у животных, получающих в корм жмыхи масличных семян, менее твердый жир, чем у животных, которым скармливают сено. Жиры упитанных животных более богаты ненасыщенными глицеридами.

Температура плавления жира зависит не столько от наличия двойных связей в триглицеридах, сколько от их местоположения.

Простые (однокислотные) глицериды плавятся при несколько более высокой температуре, чем соответствующие им кислоты.

Так, например, тристеарин плавится при 71,6°, а стеариновая кислота— при 69,6°.

Наличие гидроксильных групп повышает температуру плавления, Смешанные (разнокислотные) глицериды плавятся при более низкой температуре, чем однокислотные глицериды, и температура плавления многих смешаннокислотных глицеридов лежит ниже температуры плавления самой низкоплавкой кислоты из числа входящих в состав глицерида.

Так, тристеарин плавится при 71,6°, трипальмитин — при 63°, а стеародипальмитин — при 55°.

Для глицеридов и их смесей характерным является наличие двойных точек плавления: расплавленный жир при дальнейшем нагревании на несколько градусов вновь затвердевает и затем окончательно плавится.

При повторном плавлении вскоре после затвердевания жиры плавятся при более высокой температуре.

Нормальная температура плавления появляется только после длительного или глубокого охлаждения.

Эти двойные точки плавления глицеридов объясняются полиморфизмом, который состоит в том, что вещество одного и того же химического состава может существовать в твердом состоянии в нескольких формах, или модификациях.

Последние обладают различными физическими свойствами, в частности различными температурами плавления.

При быстром охлаждении глицеридов и жирных кислот выпадает, обычно, лишь неустойчивая, или лабильная модификация, которая обладает самой низкой температурой плавления. При длительном хранении такого глицерида в закристаллизованном состоянии лабильная модификация начинает переходить в стабильную, при этом длительность перехода зависит не только от температуры, но и от молекулярного веса глицеридов.

По данным проф. Г. Б. Равича и его сотрудников, температуры плавления тристеарина и трипальмитина характеризуются следующими данными:

Тристеарин
Трипальмитин

.
где: α, β. γ — модификации глицеридов, причем эти модификации тем устойчивее, чем выше температура плавления, т. е. наиболее стабильной является α=модификация и наименее стабильной γ-модификация.

Так как жиры являются смесью различных глицеридов с различными температурами плавления, то переход из твердого состояния в жидкое совершается не сразу, и уловить конец перехода трудно.

Поэтому температура плавления жиров не является точной константой.

Жиры застывают также не сразу, а постепенно: сначала в твердое состояние переходит наиболее тугоплавкие составные части, что выражается в помутнении массы, которое делается все сильнее, пока не затвердеет вся масса.

Конечную точку этого беспрерывного застывания определить очень трудно.

Более характерной является та температура, которая в течение некоторого времени после застывания жира остается неизменной, или та максимальная температура, которая достигается при застывании жира вследствие выделения скрытой теплоты плавления.

Эти температуры и называют температурой застывания жиров.

Температуры плавления и застывания быстро охлажденных жиров более или менее разнятся между собой.

Чем медленнее изменение температуры, тем больше эти точки сближаются.

В практике зачастую определяют не температуру застывания жира, а температуру застывания выделенных из него жирных кислот, так называемый титр жира.

Смесь жирных кислот имеет более резко выраженную температуру застывания, так как состоит из меньшего числа компонентов.

Кроме того, наличие в жире свободных жирных кислот влияет на температуру застывания жира, и одни и те же жиры, в зависимости от кислотности, обладают различными температурами застывания.

3. Вязкость.
В практике принято вязкость жира измерять в градусах, которые дают отношение времени истечения определенного объема жира при точно определенных условиях ко времени истечения такого же объема воды при тех же условиях.

Обычно вязкость жира измеряют в градусах Энглера.

Вязкость жиров имеет большое значение в технологии выработки жиров, так как она влияет на теплопередачу, скорость отстаивания, скорость фильтрации и сепарирования и т. п.

Вязкость большей части жиров колеблется в относительно узких пределах.

Какого-либо закономерного отношения между вязкостью и составом жира не установлено.

Известно только, что вязкость, в общем, увеличивается с повышением молекулярного веса, а с увеличением йодного числа уменьшается.

Сильно влияют на увеличение вязкости оксикислоты в жирах.

При повышении температуры жира вязкость уменьшается. Так, по данным А. А. Соколова, при повышении температуры от 50 до 90°, т. е. менее чем в два раза, вязкость животных жиров падает почти в 2,8 раза.

4. Коэффициент рефракции, или коэффициент преломления, является отношением скорости света в воздухе к скорости света в некотором веществе. Преломляющая способность выражается отношением синуса угла падения к синусу угла преломления. Коэффициент преломления глицеридов выше, чем соответствующих жирных кислот. Жиры с большим содержанием летучих жирных кислот, например коровье масло, обладают наиболее низкими коэффициентами преломления. При окислении жира коэффициент преломления увеличивается.

Химические свойства жиров

Химические свойства жиров определяют то влияние, которое оказывают условия производства и хранения на качество пищевых жиров, или на ход производственного процесса.

С этой точки зрения наибольший интерес представляют те свойства, от которых зависит порча жиров и их расщепление.

Различают следующие виды порчи жиров:
1) гидролитическое расщепление жиров;
2) окисление жиров:
а) прогоркание — альдегидное и кетонное,
б) осаливание.

Гидролиз жиров

Гидролитическое расщепление жиров вызывается действием воды. Гидролиз жира протекает по следующей схеме:

С3H5(ОСОR)3 + 3H2О = С3H5(ОН)3 + 3RCOOH

Реакция гидролиза обратима.
Состояние равновесия зависит от количественного соотношения реагирующих веществ, в частности, от воды.

Реакция гидролиза жира без наличия побуждающих факторов идет с очень небольшой скоростью.

Увеличивают скорость реакции следующие факторы:

а) Ферменты.
В числе многих ферментов, находящихся в животных клетках, имеется жирорасщепляющий фермент липаза.
При выработке жиров часть липазы переходит в жир, не утрачивая своей активности.
Если в жире содержится хотя бы небольшое количество воды, то при липазе гидролиз жира протекает с большой скоростью и особенно интенсивно в различных видах животной жировой ткани.
Жир, вытопленный и в достаточной степени очищенный, на протяжении длительного периода времени расщепляется незначительно.

Так, по данным проф. А. А. Зиновьева, кислотное число шпига при его хранении в комнатных условиях, с доступом света в течение 25 суток, увеличилось с 1,19 до 6,67. Кислотное число свиного жира, вытопленного из жировой ткани и очищенного, при тех же условиях хранения в течение 60 суток увеличилось лишь с 0,85 до 0,94.

Активность липазы находится в зависимости от ее происхождения, величины рН, свойств субстрата, наличия примесей и от температуры.

Так, липаза поджелудочной железы наиболее активна в щелочной среде (рН 8—9); липаза желудка — в кислой (рН 4,7— 5). Если же липазу желудка подвергнуть очистке, то оптимальное для ее действия рН увеличивается. Оптимальный температурный режим для деятельности липазы лежит в пределах 35—40°. Повышение температуры сверх 50° и снижение ниже 15° значительно ослабляет активность фермента. Однако деятельность липазы не прекращается даже при минусовой температуре (—17°).

б) Влияние температуры.
При повышении температуры. реакция расщепления жиров протекает с большей скоростью.

При воздействии насыщенного водяного пара на говяжий жир в автоклаве при давлении 7 и 15 ати кислотные числа жира изменяются следующим образом:

Давление	Кислотные числа жира при продолжительности процесса

По данным проф. А. А. Зиновьева, кислотные числа свиного жира, хранившегося в течение 60 суток, повышаются: после хранения в холодильнике при минус 110° — от 0,85 до 0,87, после хранения в комнатных условиях — до 0,94 и в термостате (37°) — до 1,53.

В) Влияние оснований.
Присутствие оснований в реакционной среде, даже в небольших количествах, значительно усиливает гидролиз жиров.
Этим свойством оснований широко пользуются в жировой технике для расщепления жиров при выработке глицерина.
Такой метод расщепления жиров осуществляется в автоклавах, под давлением 7—8 ати в течение 8—11 часов в присутствии 2—3% окиси кальция (извести).
При этом достигают расщепления жиров на 90%.

Ускоряющее действие оснований вызывается тем, что при взаимодействии жира с окислами металлов образуются соответствующие соли жирных кислот (мыла). Образующиеся мыла способствуют эмульгированию жира и тем самым увеличению поверхности раздела фаз в этой гетерогенной системе.

г) Влияние серной кислоты.
Присутствие небольших количеств концентрированной серной кислоты при взаимодействии жира с водой вызывает расщепление жира.
Влияние серной кислоты сказывается в том, что образующиеся водородные ионы действуют каталитически на реакцию гидролиза, а получаемые продукты сульфирования (сульфожирные кислоты) обладают значительной эмульгирующей способностью. Образование сульфожирных кислот происходит в результате взаимодействия серной кислоты с ненасыщенными жирными кислотами.
Так, при действии серной кислоты на олеиновую получается сульфостеариновая кислота:

Сульфостеариновая кислота снижает поверхностное натяжение на границе жира и воды и тем способствует образованию эмульсии и увеличению поверхности раздела фаз.

Ранее этим свойством серной кислоты пользовались в технике для получения жирных кислот и глицерина.

В настоящее время в технике для расщепления жиров применяют более усовершенствованный, так называемый реактивный метод расщепления, сущность которого состоит в кипячении жира с водой и реактивом, эмульгирующим жир с водой.

В качестве эмульгатора применяют так называемый контакт проф. Г. С. Петрова, который является одним из наиболее зарекомендовавших себя в мировой технике. Контакт представляет собой смесь сульфонафтеновых кислот, получаемую из отходов при очистке соляровых или веретенных дистиллятов дымящейся серной кислотой.

При работе с контактом, добавляемым к жиру в количестве около 1% (плюс, примерно, 0,5% купоросного масла), степень расщепления достигает 92% и выше, с получением при этом светлых жирных кислот и хорошего качества глицериновой воды.

Окисление жиров

Окислительные процессы ведут к появлению резкого неприятного вкуса и запаха так называемого прогорклого жира.

Однако большей частью при порче жиров наблюдается наличие специфического запаха и неприятного, но не горького вкуса.

Процессы прогоркания и расщепления жиров идут независимо друг от друга, но так как ряд факторов, вызывающих активизацию этих процессов, является идентичным, то зачастую при прогоркании жира увеличивается и кислотность жира. Кроме того, глубокое окисление жира сопровождается образованием низкомолекулярных кислот.

Прогоркание жира является сложным окислительным процессом, при котором жиры приобретают специфический вкус и неприятный запах, вызываемые летучими веществами — альдегидами или кетонами.

Эти вещества получаются под воздействием кислорода воздуха на жиры.

Атмосферный кислород обладает слабой активностью, и реакция окисления без поступления энергии извне идет с небольшой измеримой скоростью. Способность жиров к окислению возрастает с повышением температуры, под влиянием облучения и т. п.

Различают альдегидное и кетонное прогоркание.

а) Альдегидное прогоркание.
Кислород воздуха, насыщая двойные связи, сначала приводит к образованию перекиси:

При действии воды на пероксид получается атомный кислород и образуются перекись водорода и озон:

Молекула озона присоединяется к непредельным жирным кислотам, и в результате образуется озонид, который под влиянием влаги расщепляется на молекулы с меньшим числом углеродных атомов, образуя альдегиды:

При дальнейшем окислении получаются низкомолекулярные кислоты — пеларгоновая и азелаиновая:

б) Кетонное прогоркание.
До недавнего времени считали, что кетонное прогоркание жиров происходит под влиянием микроорганизмов, например, плесеней Penicillium, Aspergillus; теперь установлено, что кетонное прогоркание происходит и в стерильной среде, т. е. чисто химическим путем.

Кетонное прогоркание, протекающее под влиянием микроорганизмов, происходит по следующей схеме: микроорганизмы вырабатывают ферменты, которые способствуют гидролизу триглицеридов.
Получаемые при этом жирные кислоты превращаются в аммонийные соли, реагируя с аммиаком, который образуется в результате распада белков, находящихся в жире.
Затем аммонийные соли подвергаются β-окислению.

Необходимые для этого процесса ферменты доставляются микроорганизмами, которые могут развиваться в жире, если он содержит воду и питательные вещества. Поэтому такой типичный бактериальный процесс наблюдается преимущественно на сливочном масле, неочищенном кокосовом масле, маргарине. Высокомолекулярные жирные кислоты (насыщенные — пальмитиновая, стеариновая) не способны подвергаться β-окислению.

В настоящее время доказано, что кетонное прогоркание может происходить без воздействия микроорганизмов, чисто химическим путем, и что получаемые при этом кетоны могут образоваться как из высокомолекулярных насыщенных жирных кислот, так и из ненасыщенных.

text_fields

text_fields

arrow_upward

Жиры при обычной температуре имеют плотную или мягкую консистенцию. Жирные масла являются густыми, прозрачными жидкостями.

На бумаге жиры оставляют жирное пятно, которое при нагревании еще сильнее расплывается (отличие от эфирных масел).

Окраска, запах и вкус жиров зависят от сопутствующих веществ. Окраска чаще белая или желтоватая. Запах отсутствует или слабый, специфический. Вкус нежный и маслянистый, реже неприятный, как у касторового масла.

Жиры легче воды , плотность от 0,910 до 0,970.

Большинство жиров оптически неактивны. Исключение составляет касторовое масло.

Показатель преломления (коэффициент рефракции) характерен и постоянен для каждого масла. Так, у оливкового масла он составляет 1,46-1,71. Чем выше молекулярная масса глицеридов и чем больше двойных связей, тем выше показатель преломления.

Все жиры нерастворимы в воде , мало растворимы в этаноле, легко растворимы в эфире, хлороформе, петролейном эфире. Исключение: касторовое масло легко растворимо в 96 % этаноле, трудно — в петролейном эфире.

Сами жиры являются хорошими растворителями для многих лекарственных веществ (камфора, гормоны, эфирные масла и др.). Жиры хорошо смешиваются между собой.

Химические свойства

text_fields

text_fields

arrow_upward

Химические свойства жиров обусловлены наличием:

1. сложных эфирных связей;
2. двойных связей в углеводородных радикалах жирных кислот;
3. наличием глицерина в составе жира.

1.1. Жиры легко подвергаются гидролитическому расщеплению при участии ферментов с образованием глицерина и жирных кислот. Ферментативный гидролиз происходит ступенчато. Фермент липаза содержится во всех семенах масличных растений. Гидролизу способствуют влага и повышенная температура. Происходит гидролитическое прогоркание жира. Указанное свойство учитывается при хранении жиров.

1.2. Жиры расщепляются под действием щелочей с образованием глицерина и солей жирных кислот. Соли называют мылами: калиевые мыла — жидкие, натриевые — твердые. Процесс называют омылением.

Свойство используется при анализе жиров. На нем основано производство мыл и шампуней.

2. По двойным связям жирных кислот могут присоединяться водород, галогены, кислород.

2.1. Присоединение водорода — гидрирование жиров (гидрогенизация жиров) идет при повышенной температуре в присутствии катализатора (никель). Непредельные жирные кислоты переходят в предельные, жидкие масла превращаются в твердые. Получают саломассы, их используют в медицинской практике как мазевые и суппозиторные основы (бутирол) и в пищевой промышленности (производство маргарина).

2.2. Присоединение галогенов используют в анализе жиров при определении химической константы — йодного числа.

2.3. Присоединение кислорода воздуха приводит к окислению и прогорканию жиров. Различают химическое окисление (альдегидное) и биохимическое при участии микроорганизмов (кетонное).

Жиры приобретают специфический вкус и запах и становятся непригодными к употреблению. Изменяется цвет жира (чаще жиры обесцвечиваются); изменяются физические и химические свойства: увеличиваются плотность и кислотное число, уменьшаются йодное число и вязкость.

Различают 3 вида окислительного прогоркания:

а) неферментативное — кислород присоединяется по месту двойных связей, образуя пероксиды; при разложении пероксидов жирных кислот получаются альдегиды.

б) ферментативное с участием липоксидаз и липоксигеназ, образуются гидропероксиды.

Гидропероксиды способны окислять биологически активные вещества, содержащиеся в масле, например каротиноиды. Гидропероксиды подвергаются разложению с образованием альдегидов и кетонов.

Свойство учитывают при хранении жиров и при их анализе.

в) ферментативное (кетонное) — происходит при участии микроорганизмов.

3. Глицерин, входящий в состав жира, подвергается окислению и дегидратации при нагревании жира с концентрированной кислотой серной. При этом образуется альдегид акролеин, имеющий неприятный запах. Акролеиновая проба позволяет отличить жиры от жироподобных веществ.

Химический состав и пищевая ценность жиров.

Классификация пищевых жиров.

Физические свойства и показатели жиров.

Химические свойства и показатели жиров.

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) (R 1 , R 2 и R 3 - 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 – ω 6 (линолевая, γ- линоленовая, арахидоновая), на 3-м- ω 3 (α-линоленовая, эйкозапентаеновая, докозагексаеновая). ω 3 жирные кислоты содержатся в липидах рыб. Рекомендуемое соотношение ω 6: ω 3 = 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.

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 .

Тема – 44: Жиры и их свойства. Физические и химические свойства, строение жиров.

Студент должен:

Знать:

· Строение, свойства, получение и применение сложных эфиров.

· Превращение жиров пищи в организме

Уметь:

· Называть сложные эфиры по систематической номенклатуре.

· Составлять уравнения реакции, характеризующих химические свойства жиров.

Жиры в природе. Физические свойства.

Жиры широко рас­пространены в природе. Наряду с углеводами и белками они входят в состав всех растительных и животных организмов и составляют одну из основных частей нашей пищи.

Животные жиры, как правило, твердые вещества. Раститель­ные жиры чаще бывают жидкими, их называют еще маслами.

Все жиры легче воды. В воде они нерастворимы, но хорошо растворяются во многих органических растворителях (дихлорэтане, бензине).

Строение жиров.

Строение жиров было установлено благодаря трудам французских химиков М. Шевреля и М. Бертло. Нагревая жиры с водой (в присутствии щелочи). М. Шеврель еще в начале XIX в. установил, что, присоединяя воду, они раз­лагаются на глицерин и карбоновые кислоты стеариновую, олеиновую и др. М. Бертло (1854 г.) осуществил обратную реак­цию. Он нагревал смесь глицерина с кислотами и получил при этом вещества, аналогичные жирам. Очевидна, М. Шеврель про­вел реакцию гидролиза сложного эфира, а М. Бертло осущест­вил реакцию этерификации, т. е. синтез сложного эфира. На основании этих данных легко прийти к выводу о строении жиров.

· Жиры - это сложные эфиры трехатомного спирта глице­рина и карбоновых кислот.

Такие эфиры чаще всего образуются не с одной какой-либо кислотой, а с разными кислотами, что можно выразить следую­щим уравнением:

В большинстве случаев жиры образованы высшими предель­ными и непредельными карбоновыми кислотами главным образом пальмитиновой С15Н31-СООН, стеариновой С17Н35-СООН, олеиновой C17H33 -СООН, линолевой C17H31 - СООН и некото­рыми другими. В меньшей степени в образовании жиров участ­вуют низшие кислоты. Встречаются, например, масляная кис­лота С3Н7-СООН (в сливочном масле), капроновая кислота С5Н11-СООН и др.

Жиры, образованные преимущественно предельными кисло­тами, твердые (говяжий жир, бараний жир). С повышением содержания непредельных кислот температура плавления жиров понижается, они становятся более легкоплавкими (свиное сало, сливочное масло). Жидкие жиры образованы главным обра­зом непредельными кислотами (льняное, подсолнечное и другие масла).

Химические свойства.

Химические свойства жиров опреде­ляются принадлежностью их к классу сложных эфиров. Поэтому наиболее характерная для них реакция - гидролиз.

Реакция гидролиза жиров, как и других сложных эфиром, обратима. Выразим это упрощенным уравнением:

Жиры как питательные вещества.

Жиры являются важной составной частью нашей пищи. При их окислении в организме выделяется в два раза больше теплоты, чем при окислении таких же количеств белков и углеводов.

Как вещества нерастворимые в воде, жиры не могут непосред­ственно всасываться в организм из органов пищеварения. Под влиянием фермента поджелудочного и кишечного сока они пред­варительно расщепляются в тонких кишках на глицерин и кар­боновые кислоты. Продукты гидролиза всасываются ворсинками кишечника и снова образуют жир, свойственный уже данному организму. Синтезированный жир по лимфатической системе поступает в кровь и переносится ею в жировую ткань. Отсюда жиры поступают в другие органы и ткани организма, где в про­цессе постоянного обмена веществ в клетках снова подвергаются гидролизу и затем постепенному окислению. В конечном счете они окисляются до оксида углерода (IV) и воды. Эти экзотерми­ческие реакции дают организму энергию, необходимую для жиз­недеятельности. Расход жиров восполняется в процессе питания организма.

Гидролиз жиров в технике. Реакция гидролиза используется в технике для получения из жиров глицерина, карбоновых кис­лот, мыла.

Глицерин и кислоты образуются при нагревании жира с водой в автоклавах.

Для получения мыла кислоты нагревают с раствором карбо­ната натрия (составьте уравнение происходящей при этом ре­акции). Чтобы выделить мыло, в раствор добавляют хлорид нат­рия, при этом мыло всплывает наверх в виде плотного слоя - ядра. Из этой массы готовят так называемое ядровое мыло - обычные сорта хозяйственного мыла.

Гидрирование жиров. Для получения мыла и других веществ требуются преимущественно твердые жиры. Между тем они являются весьма ценным продуктом питания. Поэтому давно возник­ла мысль превращать более дешевые растительные масла в твер­дые жиры, которые затем можно было бы подвергать той или иной технической переработке.

Вспомним, что жидкие жиры отличаются от твердых непредельностью своего состава - наличием двойных связей в углево­дородных радикалах. Значит, подобно тому как жидкие непре­дельные кислоты могут быть превращены в твердые путем при­соединения к ним водорода , таким же путем можно превратить жидкие жиры в твердые.

Сущность способа заключается в том, что через нагретую смесь масла с тонко измельченным катализатором (никелевым или медно-никелевым) пропускают водород под давлением (см. цвет. табл. II). Водород присоединяется по месту двойных связей в углеводородных радикалах, и масло превращается в твердый жир, например:

В промышленности процесс гидрирования осуществляют в ряде последовательно соединенных автоклавов по непрерывному методу. Проходя через систему автоклавов, жир подвергается все большему гидрированию; в результате получается масса, похожая по своей консистенции на сало. Поэтому гидрирован­ное масло называют еще саломасом. От катализатора саломас отделяется при помощи фильтрования.

Гидрированный жир - полноценный продукт для производст­ва мыла, а при использовании определенных сортов масел - и для употребления в пищу, например в составе маргарина.

Синтетические моющие вещества.

Производство мыла требует большого расхода жиров. Между тем жиры - ценнейший про­дукт питания. Чтобы сберечь их для народного потребления, мыло следует получать из непищевого сырья. Органическая хи­мия предоставляет такие возможности.

Вспомним, что в состав мыла входят соли карбоновых кислот. Сейчас такие кислоты получают в промышленности окислением углеводородов, входящих в состав парафина. Процесс ведут в аппаратах колонного типа, продувая через расплавленную смесь углеводородов воздух при температуре около 120°С в присутствии соединений марганца в качестве катализатора (рис. 45). При этом происходит разрыв, как бы крекинг, молекул углеводо­родов и окисление образующихся концевых групп в карбоксиль­ные, например:

В результате образуется смесь различных кислот и других кислородсодержащих соединений, которую подвергают разделе­нию. Нейтрализацией кислот получают соли. Эти соли (в смеси с наполнителем) идут на производство туалетного и хозяйствен­ного мыла.

Мыла, получаемые из синтетических кислот, будучи аналогич­ны по своей химической природе обычным мылам, обладают и их недостатками. Например, они плохо моют в жесткой воде. Поэтому сейчас развивается производство моющих средств дру­гого типа.

Один из видов синтетических моющих средств представляет собой соль кислых сложных эфиров высших спиртов и серной кислоты. Схему получения его в общем виде можно представить так:

По строению такие соли сходны с солями, составляющими обычное мыло: они также состоят из нерастворимой в воде длинной углеводородной цепи и рас­творимой функциональной группы атомов. Поэтому они, как и мыла, поверх­ностно-активны и обладают хорошим моющим действием. В отличие от обыч­ного мыла, такие вещества не утрачивают моющих свойств в жесткой воде, так как образующиеся при этом кальциевые и магниевые соли оказываются раство­римыми и, следовательно, поверхностно-активное вещество остается в воде, а не выпадает в осадок.

Производство синтетических моющих средств - одно из особенно быстро развивающихся направлений современной промыш­ленности органической химии .

Моющие средства в процессе их использования не подверга­ются разрушению; поступая со сточными водами в водоемы , они могут загрязнять окружающую среду. Поэтому, создавая новые препараты, стремятся обеспечить не только высокие моющие свойства, но и биоразлагаемость этих веществ - последующее уничтожение в природе некоторыми видами микроорганизмов в процессе их жизнедеятельности. Биологическое разрушение в природных условиях - обязательное требование к выпускаемым в нашей стране синтетическим моющим веществам.

Жиры нерастворимы в воде (гидрофобны), хорошо растворимы в органических растворителях.

Важным физическим показателем жира является его температура плавления и застывания. Чем больше в жире низкомолекулярных непредельных кислот, тем ниже температура его плавления. Наличие ОН-групп в молекуле жира повышает температуру его плавления. Температура застывания жира на несколько градусов ниже, чем плавления, что имеет очень важное физиологическое значение. Например, температура плавления говяжьего жира 51ºС, бараньего – 55ºС, свиного – 48ºС и попадая в организм с пищей, они остаются там в расплавленном состоянии, так как температура их застывания ниже 36ºС,что способствует лучшему их перевариванию. Важнейшим физическим показателем жира является его вязкость, которая увеличивается в жирах по мере развития процессов окисления и полимеризации.

Химические свойства жиров:

1. Гидролиз жиров протекает с выделением глицерина и жирных кислот.

Реакция гидролиза называется реакцией омыления, используется в промышленности для производства мыла. Гидролитический распад жиров, зерна муки, крупы и др. является одной из причин ухудшения их качества и, в конечном счете, – порчи. Скорость и глубину гидролиза жира характеризует кислотное число – количество миллиграммов едкого калия, необходимое для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г масла или жира. Кислотное число для ряда жиросодержащих пищевых продуктов нормируется стандартами, характеризует их качество.

2. Гидрогенизация жиров – присоединение водорода. Задача гидрогенизации – целенаправленное изменение жирно-кислотного состава исходного жира в результате частичного или полного присоединения кислорода к ненасыщенным остаткам жирных кислот. Реакция проводится при температуре 180-240ºC в присутствии никелевых или медно-никелевых катализаторов при давлении, близком к атмосферному.

3. Окисление жиров – реакция взаимодействия с кислородом воздуха. Жиры, особенно содержащие радикалы ненасыщенных кислот, окисляются кислородом воздуха. В основе механизма окисления лежит теория Баха-Энглера и Н.Н.Семенова. Согласно которой существенную роль на начальных стадиях цепных реакций играют свободные радикалы, образующиеся в жирах под влиянием света. При этом молекула жира поглощает квант света (hν), и переходит в возбужденное состояние. Образующиеся радикалы очень активны, опять образуют перекисные радикалы, которые, вступая в реакцию, образуют цепные гидроперекиси (первичные продукты окисления) и новые радикалы.

Образовавшиеся гидроперикиси неустойчивы и в результате сложных превращений образуются вторичные продукты окисления – окси-эпоксисоединения, спирты, альдегиды, кетоны, кислоты.

Направление и глубина окисления масел и жиров зависит от их жирнокислотного состава: с увеличением степени непредельности жирных кислот, скорость их окисления возрастает. Триглицериды, в состав которых входят насыщенные жирные кислоты кислородом воздуха при обычных условиях практически не окисляются. На скорость окисления, кроме того, влияет присутствие влаги, металлов переменной валентности. Большое влияние на скорость окисления оказывают антиокислители (ингибиторы) – вещества, добавление которых приводит к обрыву цепей окисления. Среди антиоксидантов большое значение имеют вещества фенольной природы, из природных антиокислителей большое значение принадлежит токоферолам.

К основным физико-химическим показателям жиров относятся:

– йодное число, характеризующее степень ненасыщенности жиров, выражается в гр J 2 , присоединяющегося к 100 г жира;

– кислотное число – характеризует количество свободных жирных кислот в жире;

– число омыления – характеризует общее содержание жирных кислот в жире, выражается в г КОН, необходимого для нейтрализации всех жирных кислот, выделившихся при гидролизе 1 г жира;

– ацетильное число – характеризует количество свободных гидроксильных групп в жире, выражается в мг КОН, необходимых для нейтрализации уксусной кислоты, выделившейся при омылении 1г предварительного ацетилированного жира;

– перикисное число – характеризует содержание в жире перекисей, выражается в г йода, присоединяющегося к 100 г продукта;

– коэффициент преломлении и вязкость могут также характеризовать степень окисления жира, так как между этими показателями установлена математическая зависимость.

3. Физико-химические изменения жиров при варке продуктов: плавление, эмульгирование, гидролиз

При хранении жиры изменяют свои свойства, особенно при неправильном хранении. Основная роль при этом принадлежит окислению. Особенно легко прогоркают жиры, содержащие ненасыщенные жирные кислоты, при совместном действии света и воздуха. Чтобы увеличить срок хранения жира необходимо соблюдать следующие условия:

– жиры хранят в охлаждаемых помещениях не дольше установленного срока;

– тара должна надежно защищать их доступа света и воздуха;

– нежелательно хранение жиров в жестяной таре, так как из нее переходит в жир железо, ускоряющее окисление;

– нельзя смешивать масла различных партий и наливать масло в немытую тару, где уже хранилось масло.

При свободном доступе воздуха происходит окисление жиров, которое ускоряется с повышением их температуры. При температурах 2-25ºС происходит автоокисление, при температурах жарки (140-200ºС) – термическое окисление. Автоокисление обычно сопровождает, а нередко опережает термическое окисление, поэтому эти два процесса взаимосвязаны. Продукты, полученные при авто- и термическом окислении делятся на три группы:

– продукты окислительной деструкции жирных кислот, в результате которой образуются вещества с укороченной цепью;

– продукты изомеризации, а также окислительные триглицериды, которые содержат в углеводородных частях молекулы новые функциональные группы, содержащие кислород;

– продукты окисления, содержащие полимеризованные или конденсированные жирные кислоты.

Помимо окислительных превращений при любом способе тепловой обработки протекают гидролитические процессы при воздействии на жир воды и высокой температуры. Преобладание того или иного процесса зависит от интенсивности воздействия на него кислорода воздуха и воды, а также продолжительности нагревания и присутствия веществ, ускоряющих или замедляющих эти процессы.

Изменения жиров при варке и припускании

Жир плавится, переходит в бульон. Количество жира, перешедшего в бульон, зависит от его содержания и характера отложения в продукте. Рыба тощая теряет при варке до50% жира, среднежирная – до 14%; из мяса извлекается до 40%, а из костей 25-40%, содержащегося в них жира.

Основная масса извлеченного жира распределяется по поверхности бульона (90-95), а небольшая часть (3,5-10%) эмульгирует, то есть распределяется по всему объему бульона в виде мельчайших шариков, придавая бульону мутность. Интенсивность кипения при варке увеличивает количество эмульгировавшего жира.

В результате эмульгирования поверхность соприкосновения жира с водой увеличивается, что способствует дальнейшему гидролизу жира, о чем свидетельствует возрастание кислотного числа. Гидролиз жира протекает под воздействием высокой температуры и воды в три стадии: 1) от молекулы триглицерида отщепляется одна молекула жирной кислоты с образованием диглицерида; 2) затем от диглецирида отщепляется вторая молекула жирной кислоты с образованием моноглицерида; 3)в результате отделения от моноглицерида последней молекулы жирной кислоты образуется свободный глицерин. Таким образом, при полном расщеплении молекулы триглицерида образуется молекула глицерина и три молекулы свободных жирных кислот.

Поваренная соль и органические кислоты ускоряют гидролиз жира. Однако полного расщепления жиров при варке не происходит. Накапливающиеся жирные кислоты придают бульону салистый привкус. Поскольку эмульгированный жир находится в водной среде и его контакт с воздухом затруднен, то можно заключить, что при варке преимущественно протекают гидролитические процессы, нежели окислительные.

На основании вышеизложенного можно заключить, что в процессе варки бульонов для снижения гидролитических процессов необходимо не допускать бурного кипения, снимать излишки жира с поверхности, солить бульон в конце варки.

Лекция № 6,7

Тема «Физико-химические изменения липидов при жарке:

пиролиз, дымообразование. Физико-химические изменения липидов при фритюрной жарке»

План

1.Физико-химические изменения липидов при жарке: пиролиз, дымообразование.

2. Фритюрная жарка: химические изменения жира, типы реакций.

3. Факторы, влияющие на скорость химических изменений фритюрного жира.

4. Изменения органолептических показателей жира в процессе его фритюрной жарки.

5. Методы увеличения срока службы фритюрного жира.

6. Адсорбция и впитывание жира при жарке. Влияние жарки на пищевую ценность жира.

1. Физико-химические изменения липидов при жарке: пиролиз,

Дымообразование

Наиболее распространенными являются фритюрная жарка (периодическая или непрерывная) и жарка продуктов основным способом.

При основном способе жарки продолжительность нагрева составляет 3-10 мин, что зависит от вида и размеров продукта. При этом глубоких окислительных изменений не происходит, ввиду небольшой продолжительности нагрева и отсутствия повторного использования жира. Однако в случае перегрева жира при жарке может произойти его пиролиз – термическое разложение дыма с выделением дыма. Температура, при которой начинается выделение дыма, называется температурой дымообразования и является показателем термостойкости жира. Температура (или точка) дымообразования различная для разных видов жиров (ºС): у свиного жира – 221, хлопкового масла – 223, пищевого саломаса – 230. На температуру дымообразования жира влияют следующие факторы: содержание свободных жирных кислот (снижает температуру дымообразования), отношение нагреваемой поверхности жира к его объему (так, при нагревании одного и того же количества жира на сковородах диаметром 18 и 20 см температура дымообразования оказалась 185 и 169ºС соответственно), материал посуды.

На крупных пищевых предприятиях, осуществляющих фритюрную жарку чипсов, крекеров, рыбных полуфабрикатов и др., применяют аппараты непрерывной фритюрной жарки (соотношение жира и продукта 20:1), что позволяет ускорить процесс жарки, поддерживать более низкие температуры фритюра, следовательно, снижать скорость его термического окисления. При непрерывной жарки жир постоянной удаляется из жарочной ванны с готовым продуктом, а его количество автоматически пополняется путем долива свежего жира. Поэтому при непрерывной фритюрной жарке жир подвергается незначительным окислительным изменениям.

При периодической фритюрной жарке протекают более глубокие изменения, поскольку жир может длительно нагреваться без продукта и периодически использоваться для жарки различных продуктов при низком коэффициенте его сменяемости.

Коэффициент сменяемости жира определяется по формуле

где П – количество жира, поглощаемого и адсорбируемого обжариваемым продуктом за 24 часа, кг;

М – средняя масса жира в жарочном аппарате, кг.

Кроме того, при периодической фритюрной жарке жир могут охлаждать, затем вновь нагревать и при таком циклическом нагреве вероятность окисления жиров максимальна.

При фритюрной жарке очень важным является соблюдение соотношения жира и продукта, в противном случае при загрузке продукта температура жира значительно снизиться, процесс жарки замедлится, что в свою очередь приведет к чрезмерной ужарке и ухудшению внешнего вида готовых изделий. Немаловажна начальная температура жира, если он нагрет слишком сильно, то румяная корочка образуется быстрее, чем продукт успеет дойти до готовности внутри. Оптимальные температуры и продолжительность жарки некоторых полуфабрикатов:

– котлеты по-киевски – 160-170ºС, 3-4 мин;

– рыба в тесте – 60-170ºС, 2-3 мин;

– картофель брусочками – 175-180ºС, 5-6 мин;

– картофель соломкой – 175-180ºС, 3-4 мин;

– пирожки, пончики, чебуреки – 180-190ºС, 4-6 мин;

При этом начальная температура фритюра может составлять 160-190ºС. Фритюр с меньшей температурой используют для жарки продуктов с большим содержанием влаги (тельное, котлеты фаршированные из кур и др.).

2. Фритюрная жарка: химические изменения жира, типы реакций

Химические изменения жира при фритюрной жарке

1. Термическое окисление. В процессе фритюрной жарки происходит термическое окисление жира: быстрое образование и распад перекисей, о чем свидетельствует скачкообразное изменение перикисного числа жира. Циклические перикиси распадаются с образованием двух соединений с укороченной цепью (альдегид и альдогидрокислота), которые при дальнейшем окислении образуют одноосновную и двухосновную кислоты:

Циклические перикиси могут превращаться и в другие долее стабильные продукты вторичного окисления с образованием диоксикислот, дикарбонильных соединений.

2. Гидролиз жира. Вода, попадающая в жир из обжариваемого продукта, способствует его гидролизу, происходит накопление свободных жирных кислот и увеличивается кислотное число жира как за счет гидролиза, так и за счет образования низкомолекулярных кислот при расщеплении перикисей.

3. Снижение температуры дымообразования , усиление выделения дыма по мере увеличения продолжительности нагревания. Кроме того, в результате появления оксикислот, моно- и диглицеридов происходит увеличение ацетильного числа.

4. Реакция полимеризации и поликонденсации . Образующиеся дикарбонильные вещества и соединения с сопряженными двойными связями способны к реакциям полимеризации и поликонденсации, о чем свидетельствует увеличение вязкости фритюрного жира. При этом соединение между мономерами может осуществляться как посредством прямой связи меду атомами углерода, или через кислородный мостик, причем в одной молекуле могут присутствовать оба типа связей.

Типы реакций, протекающих при фритюрной жарке

Реакция автоокисления протекает при хранении жира между циклами, скорость реакции медленная, образуются СО 2 , СО, Н 2 О, альдегидокислоты, спирты и альдегиды, кетоны, прочие компоненты. Автоокисление протекает при холостом нагреве жира между циклами жарки и в процессе самой жарки, в этом случае скорость реакции достаточно быстрая.

Реакция пиролиза, изомеризации, полимеризации протекает как при холостом нагреве, так и при непосредственной жарке.

Реакция гидролиза , причем с достаточно большой скоростью протекает при непосредственной жарке продуктов.