Характеристика жиров как питательных веществ

Жиры (липиды) и жироподобные вещества (липоиды) объединяются общим названием липиды.

Молекулы жира состоят из молекулы глицерина, связанной с тремя молекулами одной из трех жирных кислот. Медицинское название жиров - триглицериды. Например, жир, в большом количестве содержащийся в говяжьем сале и состоящий из глицерина и стеариновой кислоты, называется тристеаринглицеридом. С помощью тестов на триглицериды определяется содержание жира в крови. Наиболее богатыми источниками жиров (кроме мяса, яиц и молочных продуктов) являются орехи и растительное масло.

Наличие жиров в пище придает различным блюдам высокие вкусовые качества, способствует возбуждению аппетита, имеющего важнейшее значение для нормального пищеварения.

Недостаток или избыток жиров практически одинаково опасен для организма человека. При низком содержании жира в рационе, особенно у людей с нарушенным обменом веществ, сначала появляются сухость и гнойничковые заболевания кожи, затем наступает выпадение волос и нарушение пищеварения, понижается сопротивляемость инфекциям, нарушается обмен витаминов.

При избыточном потреблении жиров происходит их накопление в крови, печени и других тканях и органах. Кровь становится вязкой, повышается ее свертываемость, что предрасполагает к закупорке кровеносных сосудов, наступает атеросклероз. Избыток жира приводит к ожирению.

Высказывается мнение, что существует прямая связь между раком толстого кишечника и потреблением пищи, богатой жирами. Высокое содержание жира в пище приводит к увеличению концентрации желчных кислот, поступающих с желчью в кишечник. Желчные кислоты и некоторые другие составные части желчи, а также продукты распада животных белков оказывают на кишечную стенку либо канцерогенное влияние непосредственно, либо под действием кишечной микрофлоры превращаются в продукты, обладающие канцерогенным эффектом. Аналогично этому при избытке полиненасыщенных ЖК, поступающих за счет растительных масел или рыбьих жиров, образуется много окисленных продуктов их обмена – свободных радикалов – отравляющих печень и почки, снижающих их иммунитет и также оказывающих канцерогенное действие.

Липиды представляют собой группу соединений животного, растительного или микробного происхождения, практически нерастворимых в воде и хорошо растворимых в неполярных (гидрофобных) органических растворителях.

	Л И П И Д Ы
Жирорастворимые витамины	простые	сложные	циклические	Жирорастворимые пигменты
- А, Д, Е, К	- триглицериды, - воски	- фосфатиды, - гликолипиды	- стерины, - стериды	- хлорофилл, - каротиноиды и др.

Все липиды являются сложными эфирами спиртов (глицерин, инозид, стирол) и жирных кислот насыщенных и ненасыщенных, а также органических кислот (фосфорная)

По составу липиды делят на 3 группы: простые, сложные, циклические.

Простые состоят из углерода, водорода, кислорода. К ним относят триглицериды, воски.

В состав сложных липидов, кроме углерода, водорода, кислорода могут входить азот, фосфор, иногда сера. К ним относят фосфатиды, гликолипиды.

К циклическим относят высокомолекулярные спирты стерины и их сложные эфиры – стериды.

В отдельную группу выделяют жирорастворимые витамины и жирорастворимые пигменты.

К пигментам относятся вещества нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жировых растворителях Известно свыше 70 видов пигментов, но наиболее важными и широко распространенными являются каратиноиды (вещества, окрашенные в желтый и оранжевый цвет – из них образуется вит. А) и хлорофилл – пигмент, придающий зеленую окраску растениям и играет роль в процессе фотосинтеза и усвоение СО₂ растениями на свету. Его структура схожа со структурой гемоглобина крови, где вместо атома железа в центре находится атом магния.

Суточная потребность в липидах от 80 до 100 г из них 30% - растительного происхождения и 70% - животного. Усвояемость липидов от 90-97%.

Важнейшая составная часть жиров – жирные кислоты насыщенные (стеариновая, пальмитиновая, масляная и др.) и ненасыщенные (олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая – содержат одну или несколько двойных углеродных связей Наличие непредельных связей определяет легкую окисляемость). См. ксерокс лекций.

Особое физиологическое значение имеют полиненасыщенные ЖК, которые входят в состав клеточных мембран и других структурных элементов ткани. Ненасыщенные ЖК – линолевая и линоленовая – не синтезируются в организме. Арахидоновая кислота может образовываться в организме из линолевой в присутствии витамина В₆ и биотина. Эти кислоты необходимы для роста и обмена веществ организмов, эластичности их сосудов. Полиненасыщенные ЖК, составляющие значительную часть растительных масел, играют также важную роль в синтезе простангландинов – гормоноподобных веществ, принимающих участие в регуляции многих процессов в организме. В отличие от насыщенных ЖК полиненасыщенные способствуют удалению холестерина из организма – при нарушении холестеринового обмена возникает атеросклероз.

По современным представлениям, сбалансированным считают следующий жирнокислотный состав триацилглицеролов: полиненасыщенные ЖК – 10%, мононенасыщенные – 60%, насыщенные – 30%.

Липидные фракции, выделяемые из сырья, кроме триглицеридов, содержат небольшие количества моно-, ди-, триглицеридов, свободных жирных кислот, жирорастворимых пигментов, сложных липидов (глико-, фосфо, восков и слизевых веществ). В совокупности они называются «сырым» жиром.

Фосфолипиды – основной компонент биомембран клеточных структур, они играют существенную роль в проницаемости клеточных оболочек и внутриклеточном обмене. Наиболее важный из фосфолипидов – фосфатидилхолин или лецитин проявляет липотропное действие, препятствуя ожирению печени и лучшему усвоению жиров. Фосфолипиды отличаются от глицеридов тем, что кроме глицерина и ЖК содержат фосфат и азотистое основание

ЖК

R – фосфат – Гл

ЖК

Азотистое основание (R) в лецитине представлено холином.

Характерной особенностью любой молекулы фосфолипидов является то, что она построена из двух частей: несущей электрические заряды (полярной) головки и длинных углеводородных хвостов, не несущих электрического заряда. Чтобы показать различное отношение к воде и жиру головки называют гидрофильными, а хвосты – липофильными (гидрофобными). Благодаря наличию в молекуле двух частей фосфолипиды способны образовывать мембраны и эмульгировать жиры: в водной среде липофильные хвосты ориентируются в сторону жира, а гидрофильные головки – в сторону воды (рис. 2). Фосфолипиды играют роль соединительного звена между двумя несовместимыми фазами (жир и вода).

В пищевых технологиях фосфолипиды используют в качестве не только обогатительной пищевой добавки, но также в качестве эмульгатора и стабилизатора при производстве майонеза, шоколада и т.д.

 

Рис. 2. Схема эмульгирования жира фосфолипидами:

1- гидрофильные головки, 2 – липофильные хвосты

 

Холестерин является структурным компонентом всех клеток и тканей человека. Он участвует в обмене желчных кислот, ряда гормонов, кальциферола. Основная часть холестерина образуется в печени (70-80%), остальная поступает с пищей. В обычном пищевом рационе обычно содержится около 500 мг холестерина. Избыток холестерина способствует развитию атеросклероза.

Рекомендуемое потребление организмом – 90 –100 г в сутки, при этом 1/3 их потребности должны составлять растительные масла, 2/3 – животные.

Лецитин. Для промышленного производства растительных фосфолипидов (лецитина) традиционно используют семена сои. Основная причина этого заключается в том, что практически эксклюзивным экспортером лецитина являются США, где соя представляет превалирующую масличную культуру. Более 90% используемых сегодня пищевой промышленностью Украины и России лецитинов – импортные. У нас лецитины представлены в основном продукцией фирм «Штерн, лецитин и соя» (Германия), New Spirit Naturals (США), Lucas Meyer (Германия) и ряд др. Учитывая потенциал масложировых предприятий Украины по переработке подсолнечных масел и выработке фосфолипидов, возникает вопрос о возможности создания отечественных конкурентоспособных фосфолипидных продуктов и БАД.

Функции липидов:

1. Являются источником энергии. За исключением небольшого количества сохраняющихся углеводов, организм переводит излишние калории, полученные с едой, в жир, концентрирующий энергию. Сжигание одного грамма жира дает 9 калорий, а из одного грамма углеводов или белков получается только 4 калории. Даже самому худому человеку необходимо некоторое количество жира, поскольку мы сохраняем очень мало углеводов: в среднем в организме человека содержится 150 тысяч калорий в жире и лишь 2 тысячи - в углеводах. Запас энергии в углеводах можно израсходовать быстрее, чем за один беспокойный день.

2. Помимо хранения энергии, жир покрывает стенки сосудов, нервы и другие органы, защищая их от физических повреждений и потери тепла. Жир распределен по всему телу (особенно это касается мембран, покрывающих клетки и клеточные ядра), что обеспечивает химическую защиту при взаимодействии с важнейшими субстанциями организма, например простагландинами.

3. Очень важна транспортная функция жиров. Липопротеиды – соединения жиров с белками – переносчики жирорастворимых витаминов в организме, а также источник для синтеза простангландинов, тромбоксанов и др., защищающих организм. Будучи носителями жирорастворимых витаминов (А, Д, Е, К), способствуют нормальному обмену веществ в организме.

4. Жиры – источник синтеза стероидных гормонов, которые во многом обеспечивают приспособление организма к различным стрессовым ситуациям. В нервной ткани содержится до 25% жиров, в клеточных мембранах – до 40%.

5. Необходимы для нормального усвоения витаминов организмом.

6. Входят в состав протоплазмы клеток, где в соединении с белками образуют сложные комплексы, являющиеся составной и обязательной частью клеточных мембран.

7. Являются источником ненасыщенных жирных кислот необходимых для организма.

8. Жиры способствуют закреплению в определенном положении таких внутренних органов как почки, кишечник и предохраняют их от смещения при сотрясениях.

Триглицериды – это сложные эфиры глицерина и высокомолекулярных ЖК

СН₂ – О – С - R

СН - О – С – R₁

СН₂ – О – С – R₂

 

R, R₁, R₂ - радикалы высокомолекулярных ЖК. В состав триглицеридов входят как насыщенные, так и ненасыщенные ЖК. На долю ненасыщенных ЖК приходится от 70 до 85% всех кислот, входящих в состав триглицеридов.

При действии кислот и щелочей происходит расщепление эфирной связи и в результате образуются жирные соли, называемые мылами, и выделяется спирт – глицерин. (Первое мыло, самое простое моющее средство, было получено на Ближнем Востоке более 5000 лет назад. Поначалу оно использовалось главным образом для стирки и обработки язв и ран. И только с 1 века н.э. человек стал мыться с мылом. Мыло получают в результате химического взаимодействия жира и щелочи. Скорее всего, оно было открыто по чистой случайности, когда над костром жарили мясо, и жир тек на золу, обладающую щелочными свойствами. Взяв в руки горсть этого простейшего мыла, древний человек обнаружил, что оно легко растворяется в воде и смывается вместе с грязью).

Глицерин, входящий в состав триглицеридов, является трехатомным спиртом, имеющим формулу С₃Н₅(ОН)₃ или

СН₂ОН

СНОН

СН₂ОН

Физические и химические свойства жиров зависят от состава и строения ЖК. Например, чем выше в жире содержание ненасыщенных ЖК, тем ниже его температура плавления, и т.д.

Под действием кислорода воздуха и при участии ряда ферментов жиры портятся и прогоркают. См. ксерокс лекций.

 

Из всех свойств в пищевых технологиях используют следующие свойства жиров:

- гидролиз

- переэтерификация

- окисление

- гидрогенизация (гидрирование)

 

1). Гидролиз (ферментативный и неферментативный)

Ферментативный гидролиз имеет место в процессе хранения. Он происходит под действием липаз, вырабатываемых микроорганизмами

Неферментативный гидролиз проходит под действием кислот, щелочей и при этом происходит расщепление жира на глицерин и свободные ЖК.

Щелочной гидролиз жира называется омылением, а калиевые и натриевые соли – мыла.

При гидролизе жиров накапливаются свободные ЖК, что приводит к увеличению кислотности масла, которая характеризуется кислотным числом (для растительного сырья К.ч.=0,4; для свежих животных жиров К.ч.=1,5).

Накапливаемые при гидролизе свободные ЖК ухудшают органолептические характеристики жиров, поэтому являются нежелательными и имеют место при длительном хранении пищевых продуктов в присутствии влаги и некоторых катализаторов. Поэтому жиросодержащие продукты следует хранить в герметичной таре.

Целенаправленный гидролиз имеет место в мыловарении.

2) Переэтерификация – обмен кислотными остатками в пределах одной молекулы жира либо между разными молекулами. Эта реакция протекает только в присутствии катализаторов (метилат или этилат натрия), при высоких температурах и давлении. Переэтерификация используется с целью придания одному и тому же жиру определенных пластических свойств. В результате переэтерификации меняется температура плавления, консистенция, вязкость, пластичность и т.д., таким образом переэтерификация позволяет изменять физико-химические свойства жира без изменения жирнокислотного состава жира,а следовательно без изменения их пищевой ценности.

3) Окисление жиров. Этот процесс напрямую связан с пищевой порчей жиров. Липиды считаются лабильными (нестабильными) компонентами пищи и в процессе хранения распадаются на различные соединения, придающие сырью в процессе хранения нежелательные вкусовые и ароматические свойства. Прежде всего этот процесс связан с воздействием влаги, света и кислорода воздуха. Особенно интенсивно протекает порча жира при наличии ионов тяжелых металлов. В процессе хранения жиры могут настолько изменять свои свойства, что становятся непригодными.

Органолептическая оценка жира имеет субъективный характер и характеризуется терминами «прогорклый вкус», «рыбный вкус» и т.д. в зависимости от состава веществ, образующихся в процессе распада.

При пищевой порче жиров всегда понижается пищевая ценность. С целью понижения порчи жиров используют герметичную тару, пониженную влажность при хранении или вводят специальные добавки, называемые антиокислителями, действие которых связано с возникновением менее активного радикала, который не вступает в реакцию с молекулой исходного окисляющего вещества.

В целом пищевая порча жиров может быть связана либо с гидролитическим, либо с окислительным прогорканием.

Гидролитическое прогоркание обусловливается накоплением в продукте низкомолекулярных ЖК. Среди таких кислот находятся в основном, масляная, валериановая, капроновая.

Большее место в пищевых технологиях занимает окислительное прогаркание. Как правило, оно является неферментативным процессом и развивается в жиросодержащих продуктах под действием кислорода воздуха и фотонов света. Другое название окислительного прогоркания – аутоокислительное.

Фотоны света выступают инициаторами радикального процесса окисления, т.к. под их воздействием образуется активный атомарный кислород.

Прежде всего такому окислению подвергаются жиры с высоким содержанием свободных ЖК. Однако на практике большей стойкостью при хранении отличаются растительные жиры, а не животные. Это связано прежде всего с наличием природных антиоксидантов (вит. Е).

Среди первичных продуктов окисления находятся производные высокомолекулярных карбоновых кислот, содержащие группировки такого типа

-О-О- -ОН-ОН- -ОН-СН₂-

- О-О- О О О - ОН

О

Перекиси озониды гидроперекиси

Их называют первичными продуктами окисления, они являются крайне нестойкими и быстро распадаются до вторичных продуктов окисления: спиртов, альдо- и кетокислот, низкомолекулярных карбоновых кислот, разнообразных эфиров. Эти продукты, особенно кетосодержащие, вызывают прогорклый вкус, неприятный запах.

При образовании продуктов окисления изменяются химические и физические свойства жиров. Продукты окисления вызывают вспенивание масла, способность расплавляться. Некоторые из них негативно действуют на организм человека. Например, акролеин, представляющий собой непредельный глицеральдегид, образующийся при высокотемпературном окислении жиров.

На практике ферментативное окисление обычно протекает при хранении сырья и полуфабрикатов. Как правило, оно тесно связано с гидролитическим распадом жиров, которые предшествуют окислению. Например, вначале на жиры воздействуют гидролитические ферменты типа липаз, а затем окислительные – липоксигеназы. Тормозящим действием на процессы окисления обладают природные и окислительные антиоксиданты (бутилокситолуол, бутилгидроксианизол, вит. Е и др.), обладающие способностью гасить свободные радикалы, образованием которых и объясняется интенсивность окисления.

4) Гидрогенизация (гидрирование) представляет собой насыщение водородом полиненасыщенных жирных кислот с целью удлинения сроков хранения, стойкости и придание твердой консистенции. Последнее обусловливается удобством при хранении в производстве.

В промышленных масштабах гидрирование применяют при производстве маргарина, а также кулинарных и кондитерских жиров (гидрожиров).

Для производства маргарина используются высококачественные дезодорированные масла, а для производства гидрожира используют соломасс (его получают при экстрагировании смеси подсолнечниковых, арахисовых шротов бензином). Используют гидрожир в качестве жировой обогатительной добавки в пищевых концентратах (супах, кашах, бульонных кубиках).

 

Основные константы, характеризующие свойства жира:

- температура плавления и застывания

- кислотное число

- йодное число

- число омыления

 

Температура плавления – это температура, при которой жир переходит в жидкое состояние, а температурой застывания является температура, при которой жир приобретает твердую консистенцию.

Жиры, представляющие собой смесь триглицеридов разного состава, не имеют точной температуры плавления и застывания – сначала плавятся низко- и среднеплавкие триглицериды, затем высокоплавкие, застывание жира также происходит постепенно.

Температура плавления жира повышается с увеличением в их составе количества насыщенных ЖК, содержащих более 8 атомов углерода. При комнатной температуре эти кислоты имеют твердую консистенцию. Насыщенные же ЖК, содержащие менее 8 атомов углерода, и ненасыщенные ЖК – жидкие вещества.

Кислотное число – одно из основных характеристик качества жира. По этому показателю судят о пригодности жиров для пищевых целей. Оно характеризуется содержанием свободных ЖК накопление которых связано с ращеплением жира под влиянием неблагоприятных факторов.

К.ч. характеризуется количеством мг КОН необходимого для нейтрализации свободных ЖК, содержащихся в 1 г жира.

Йодное число. Ненасыщенные ЖК, содержащиеся в жирах, легко присоединяют по месту двойных связей различные атомы, в том числе галогены. На этом свойстве основано определение йодного числа. Йодное число выражают в граммах йода, которое может быть связано 100 г жира.

Й.ч. тем выше, чем больше в жире ненасыщенных ЖК и чем больше двойных связей у этих кислот. Чем выше Й.ч. тем легче и быстрее жир окисляется и прогоркает.

По величине Й.ч. все растительные масла делят на:

- высыхающие (Й.ч. свыше 130 – льняное и конопляное масло);

- полувысыхающие (Й.ч. = 85-130 – масло подсолнечника, кукурузное масло);

- невысыхающее (Й.ч. меньше 85 – кунжутное, клещевинное (косторовое), оливковое)

 

Число омыления характеризует среднюю молекулярную массу ЖК, входящих в состав триглицеридов. Чем она ниже, тем больше число омыления жира, и наоборот.

Количество щелочи (количество миллиграммов КОН), необходимое для омыления 1 г жира (для нейтрализации и свободных и связанных ЖК), называют числом омыления.

Щелочной гидролиз жиров называют омылением (образуются мыла и глицерин).