Материал: А27137 Проверить Рогов Б.А. Пищевая инженерия производства жировой про

5. Липиды

Обширная группа природных органических соединений, включающая жиры и жироподобные вещества называется липидами. Липиды играют очень важную роль в обмене веществ. Они являются одним из основных компонентов клеток и тканей живых организмов.

Жиры находятся в тканевых клетках организмов и в некоторых их жидкостях. Группы клеток, содержащих липиды, образуют жировые ткани. В зрелых клетках жировых тканей липиды тонко диспергированы, поэтому форму их скоплений трудно различить даже в лучшие отечественные микроскопы. Из-за такого тонкого диспергирования липиды очень большой поверхностью соприкасаются со многими веществами, входящими в состав клеток.

Жиры очень распространены в природе. В растениях они являются непременной составной частью семян. Семена некоторых растений, содержащие особенно много жира, принято называть масличными, например семена хлопчатника, льна, подсолнечника, сои и др. Масличные семена служат сырьем для промышленного добывания жиров. Массовая доля масла в некоторых семенах и плодах масличных растений (в %):

	семена
	подсолнечника (без плодовой оболочки)………….………….	29…65
	хлопчатника…………………………………………………….	17…29
	клещевины (без плодовой оболочки)……...………………….	58…70
	льна…………………………………………………...…………	29…48
	рапса……………………………………………………………..	36…40
	плоды
	кокосовой пальмы
	копры…………………………………………………………..	65…72
	мякоть ореха…………………………………………………...	51…67
	оливкового дерева (оливки, мякоть)………………………...	23…49
	лесного ореха………………………………………………….	около 60
	конопли………………………………………………………...	30…38

Получаемые в промышленных условиях нерафинированные животные жиры и жирные растительные масла представляют собой смесь триглицеридов высших жирных кислот, содержащую некоторое количество сопутствующих жирам веществ. К числу сопутствующих веществ относятся те вещества животных тканей и масличных семян, которые растворимы в триглицеридах или в гидрофобных растворителях, например фосфатиды, стеролы, воски, токоферолы, пигменты и продукты гидролиза глицеридов и других сложных соединений. Такую сложную смесь различных по своему строению соединений часто называют «сырым жиром».

В сырых жирах может содержаться 90…98 % триглицеридов. В жирах и маслах, подвергнутых промышленной очистке (рафинации), содержание триглицеридов колеблется от 98,5 до 99,5 %.

Т

О

║

СН₂ – О– С – R₁

│

│ О

│ ║

СН – О – С – R₂

│

│ О

│ ║

СН₂– О – С – R_3,

риглицериды, или собственно жиры, по химическому составу представляют собой сложные эфиры трехатомного спирта – глицерина и высших жирных кислот с общей формулой:

где R₁, R₂ и R₃ – радикалы жирных кислот.

Триглицериды высших жирных кислот в расплавленном состоянии бесцветны, не имеют вкуса и запаха. Они практически не растворяются в воде, но хорошо растворяются в гидрофобных органических растворителях (петролейном эфире, гексане, бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.).

Природные жиры – сложная смесь различных триглицеридов, которые могут быть простыми и смешанными.

Простыми триглицеридами называют такие, в которых все три гидроксила глицерина этерифицированы одной и той же жирной кислотой.

Смешанными, или разнокислотными, триглицеридами называют такие, в которых гидроксилы глицерина этерифицированы двумя или тремя разными кислотами.

Р

(1 или α) СН₂ОСОR₁ (1 или α) СН₂ОСО R₂

| |

(2 или β) СНОСОR₂ (2 или β) СНОСОR₁

| |

(3 или α’) СН₂ОСОR₂ (3 или α’) СН₂ОСОR₂

несимметричный симметричный

триглицерид триглицерид

азнокислотные триглицериды одного и того же жирнокислотного состава могут отличаться один от другого расположением остатков жирных кислот в молекуле триглицерида, образуя соответствующие изомеры. Двухкислотные триглицериды могут иметь только два изомера:

Трехкислотные триглицериды могут давать три изомера:

(α) СН₂ОСОR₁ (α) СН₂ОСОR₁ (α) СН₂ОСОR₂

| | |

(β) СНОСОR₂ (β) СНОСОR₃ (β) СНОСО R₁

| | |

(α’) СН₂ОСОR₃ (α’) СН₂ОСОR₂ (α’) СН₂ОСОR₃

При обозначении разнокислотных триглицеридов учитывают углеродные атомы глицерина, которые обозначаются буквами α, β и α’ или цифрами 1, 2 и 3, например α, α’-дистерео-β-олеин или 1,3-дистерео-2-олеин.

Природные жиры и масла являются чаще всего сложной смесью смешанных (разнокислотных) триглицеридов различного строения. Простые (однокислотные) триглицериды в значительных количествах содержатся только в тех случаях, когда в данном жире преобладает какая-либо одна кислота. Например, в оливковом масле, содержащем около 80% олеиновой кислоты, находится много троилеина.

Кроме триглицеридов, в товарных жирах могут присутствовать в небольших количествах диглицериды и моноглицериды. Моно- и диглицериды – это продукты частичного гидролиза триглицеридов, либо неполного их синтеза. У моноглицеридов и однокислотных диглицеридов бывают только по два изомера. Разнокислотные диглицериды могут существовать в трех изомерных формах

(α) СН₂ОСОR (α) СН₂ОН

| |

(β) СНОН (β) СНОСОR

| |

(α’) СН₂ОН (α’) СН₂ОН

α-монопальмитин β-монопальмитин

Моноглицериды

Однокислотные диглицериды

(α) СН₂ОСОR (α) СН₂ОСОR

| |

(β) СНОСОR (β) СНОН

| |

(α’) СН₂ОН (α’) СН₂ОСОR

α,β-дипальмитин α,α’-дипальмитин

Разнокислотные диглицериды

(α) СН₂ОСОR₁ (α) СН₂ОСОR₁ (α) СН₂ОСОR₂

| | |

(β) СНОН (β) СНОСОR₂ (β) СНОСОR₁

| | |

(α’) СН₂ОСО R₂ (α’) СН₂ОН (α’) СН₂ОН

α-миристо-α’-пальмитин α-миристо-β-пальмитин β-миристо-α-пальмитин

Здесь R₁ – радикал миристиниовой кислоты и R₂ – радикал пальмитиновой кислоты.

Физические и химические свойства триглицеридов обуславливаются их природой (сложные эфиры), жирнокислотным составом, а также расположением жирнокислотных радикалов в молекуле триглицерида. Триглицериды, являясь сложными эфирами, гидролизуются в щелочах и кислых средах с высвобождением глицерина и жирных кислот. Гидролиз триглицеридов происходит в три стадии: в первую очередь гидролизуется радикал, находящийся α положении. Затем гидролизуется радикал, находящийся в положении α’. И только в третью очередь гидролизуется радикал, находящийся в положении β.

При гидролизе глицеридов в щелочных средах (действие КОН или NаОН) образуется глицерин и натриевые или калиевые соли соответствующих жирных кислот (мыла)

СН₂ОСОR СН₂ОН

| |

СНОСОR + 3КОН = 3RСООК + СНОН

| |

СН₂ОСОR СН₂ОН

5.1. Жирные кислоты

Глицериды способны также расщепляться на глицерин и свободные жирные кислоты под воздействием липолитических ферментов, которые специфически действуют на эфирные связи, находящиеся в положениях α и α’ или β в молекуле триглицерида.

В жирах натурального происхождения содержится довольно много разнообразных жирных кислот. Они различаются по составу, а иногда и структуре. Для жирных кислот, не подвергавшихся действию окислителей или других сильных агентов, характерно следующее:

– жирные кислоты, за очень редким исключением, одноосновны. Если жиры подверглись действию кислорода, то в их составе можно обнаружить двухосновные кислоты, образовавшиеся в результате окисления;

– значительная часть жирных кислот имеют прямую цепь атомов углерода. Кислоты с разветвленной цепью атомов углерода в жирах встречаются в очень небольших количествах. Такие кислоты содержатся иногда в восках и липидах некоторых бактерий;

– большая часть жирных кислот имеет четное число атомов углерода. Кислоты с нечетным числом атомов углерода встречается редко и в очень небольшом количестве;

– жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными;

– жирные кислоты нерастворимы в воде. Однако из-за присутствия в них гидрофильной карбоксильной группы они ориентируются в воде таким образом, что гидрофобные цепочки направлены от воды, а гидрофильные концы обращены к воде. Это свойство жирных кислот сохраняется и тогда, когда они находятся в составе липидов, способствуя упорядоченности структуры биологических мембран.

Ненасыщенные жирные кислоты могут быть олефиновыми – с двойными связями между атомами углерода или ацетиленовыми – с тройными связями. В жирах встречаются и кислоты, одновременно содержащие двойные и тройные связи. Кислоты, содержащие дополнительные функциональные группы – гидроксильные и карбонильные, в свежих жирах содержатся очень редко. В жирах, подвергшихся окислению, может содержаться довольно значительное количество кислот с гидроксильными и карбонильными группами.

5.1.1. Насыщенные жирные кислоты

Общая формула насыщенных жирных кислот C_nH_2nO₂. К ним отно-сятся, в основном, жирные кислоты с прямой цепью атомов углерода CH₃–(CH₂)_n–COOH, которые называются кислотами нормального строения. Значительно реже в жирах встречаются жирные кислоты с разветвленной цепью атомов углерода – изокислоты. В качестве ответвлений они чаще всего содержат метильную группу, например,

CH₃–CH–(CH₂)_n–COOH



CH₃

По Женевской номенклатуре наименования жирных кислот можно образовывать от наименования соответствующих углеводородов жирного ряда с тем же числом атомов углерода. В этом случае к наименованию углеводорода прибавляют окончание «овая» и слово «кислота», например: С₆Н₁₂О₂ – гексановая кислота от слова «гексан» и т. д. Некоторые жирные кислоты, особенно содержащие четное число атомов углерода, часто имеют еще специальные наименования (например, пальмитиновая или стеариновая кислоты), происхождение которых различно.

При обозначении насыщенных жирных кислот нормального строения перед их формулой ставят букву н, например н-С₅Н₁₀О₂ (валериановая кислота), но часто ее опускают. Для обозначения кислот с разветвленной цепью атомов углерода перед их наименованием ставят приставку изо (изовалериановая кислота).

В табл. 5.1 приведены названия, формулы и некоторые свойства индивидуальных насыщенных жирных кислот нормального строения (гомологического ряда C_nH_2nO₂).