Біологічна цінність харчових ліпідів

ГЛАВА 4. ЛІПІДИ ТА ЇХ ЗНАЧЕННЯ У ХАРЧУВАННІ ЛЮДИНИ

Роль ліпідів в організмі

 

Ліпіди – це група органічних речовин, різних за своєю хімічною будовою, що не розчиняються у воді, розчиняються в органічних розчинниках (спирті, ефірі, хлороформі, ацетоні, бензолі та ін.). За хімічним складом та фізико-хімічними властивостями ліпіди поділяють на групи: прості, складні та похідні ліпідів. До простих ліпідів відносять ліпіди, які побудовані із залишків спиртів та вищих жирних кислот. Найпоширенішими з цієї групи є нейтральні жири (гліцериди) та воски.

Група складних ліпідів характеризується наявністю в молекулі крім спиртів і вищих кислот фосфорної або сірчаної кислоти, вмісних сполук, вуглеводів та деяких інших компонентів. Основними представниками цієї групи ліпідів є фосфоліпіди, гліколіпіди, ліпопротеїди, стероїди.

До групи похідних ліпідів відносять каротини, жиророзчинні вітаміни та ін.

Ліпіди виконують в організмі такі основні функції:

Вони є джерелами енергії: при окисленні в організму 1 г жиру виділяється 9 ккал тепла, тобто виконують енергетичну функцію.

Ліпіди входять до складу мембран клітин усіх тканин, тобто виконують структурну функцію. Мембранні структури клітин утворені двома шарами фосфоліпідів та білковим прошарком, містять ферменти, за участю яких забезпечується упорядкованість потоків метаболітів в клітини та з них.

До групи ліпідів відносять деякі гормони: статеві, кори наднирковиків, які виконують регуляторну роль, а також вітаміни групи D.

Ліпіди шкіри та внутрішніх органів захищають тіло від переохолодження, тому що перешкоджають віддачі тепла, а також від механічного пошкодження деяких внутрішніх органів (наприклад, нирок).

Ліпіди, які виділяються сальними залозами, надають шкірі еластичність, охороняють її від висихання та розтріскування.

Ліпіди є джерелами води в організмі. Так, під час окислення 100 г жиру виділяється 107 г ендогенної води, що має особливе значення в екстремальних умовах, наприклад, при недостатньому надходженні її ззовні.

Ліпіди є джерелами вітамінів А, D, Е, К та сприяють їх засвоєнню.

 

КЛАСИФІКАЦІЯ ЖИРІВ

 

Харчові жири являють собою ефіри гліцерину та вищих жирних кислот. За хімічним складом ліпіди поділяють в залежності від кількості жирних кислот на моноацил-гліцериди, діацилгліцериди, триацилгліцериди. Тригліцериди характерні для організму тварин та людини.

В організмі людини жир перебуває в двох видах: структурний (протоплазматичний жир) та резервний, або жир жирових „депо”.

Структурний жир в клітинах входить до складу особливих сполук або складних, відносно міцних сполук з білками – ліпопротеїнові комплекси. Вони беруть участь в побудові клітинних органел – ядра, рибосом, мітохондрій.

Кількість протоплазматичного жиру підтримується в органах та тканинах на постійному рівні, який не змінюється навіть під час голодування.

Резервний (запасний) жир накопичується в жирових „депо”: під шкірою (підшкірний жировий шар), в черевній порожнині (сальник), навколо нирок (навколонирковий жир). Як запасні речовини, ліпіди мають особливі переваги перед іншими сполуками, тому що не розчиняються у воді й клітинному соку, не змінюють фізико-хімічних властивостей цитоплазми і не вступають ні в які реакції у водному середовищі. Ступінь накопичення резервного жиру залежить від ряду причин: характеру харчування, рівня енерговитрат, віку, статі, конституційних особливостей організму, діяльності залоз внутрішньої секреції. Так, важка фізична праця, деякі захворювання, недостатнє харчування сприяють зменшенню кількості запасного жиру. Навпаки, надмірне харчування, гіподинамія, зниження функції статевих та щитовидної залоз приводять до збільшення кількості резервного жиру. Він також здатен утворювати ліпопротеїнові комплекси, однак вони нестійкі, тому кількість цього жиру швидко зменшується під час голодування. В запасному жирі постійно відбуваються синтез та розпад. Крім того він є джерелом оновлення внутрішньоклітинного структурного жиру.

Ліпіди широко розповсюджені в природі. Вегетативні частини рослин накопичують близько 5 % ліпідів, насіння до 50 % і більше. В організмі людини міститься в середньому 10-20 % жиру, але при деяких порушеннях жирового обміну його кількість може зростати до 50 %.

Розрізняють тваринні жири та рослинні олії, що відрізняються за складом та властивостями. Джерелом тваринних жирів є сало свиней (90-92 % жирів), вершкове масло (72-82 %), жирна свинина (49 %), ковбаси (20-40 %), сметана (10-30 %), тверді сири (15-50 %) та ін. (табл. 4.1). Найважливішим компонентом, який визначає властивості жирів, є жирні кислоти, що містять, як правило, парне число атомів вуглецю.

 

 

Таблиця 4.1 – Вміст ліпідів в продуктах тваринного походження (г на 100 г)

Назва продуктів	Сума ліпідів, г	Триглі- цериди	Фосфоліпіди	Холестерол	Жирні кислоти
мононе­насичені	поліне­насичені
Молоко коров’яче	3,50	3,40	0,03	0,01	1,08	0,09
Вершки 20 % жирності	20,0	19,30	0,15	0,08	6,07	0,09
Сметана 30 % жирності	30,0	28,90	0,23	0,13	9,10	1,42
Сир м’який жирний	18,0	17,30	0,17	0,06	5,28	1,03
Сир м’який нежирний	0,60	0,50	0,05	0,04	–	–
Кефір жирний	3,20	3,08	0,03	0,01	0,97	0,15
Сир твердий голландськ., брусковий	27,30	24,00	1,15	0,52	6,50	0,70
Масло вершкове несолоне	82,50	81,93	0,38	0,19	26,79	0,91
Масло селянське	72,50	71,94	0,38	0,18	22,06	0,98
Продовження таблиці 4.1
Яловичина II категорії	8,30	7,40	0,77	0,07	3,67	0,31
Свинина м’ясна	33,30	32,00	0,84	0,07	11,82	3,64
Баранина I категорії	16,30	15,30	0,88	0,07	7,98	0,49
Печінка яловича	3,70	0,90	2,50	0,27	1,28	0,84
Курчата бройлери I категорії	14,40	11,89	2,48	0,03	3,70	2,26
Кури I категорії	18,40	16,70	1,56	0,08	4,44	3,17
Качки	38,00	37,18	0,76	0,06	10,51	6,66
Яйця курячі	11,50	7,45	3,39	0,57	3,04	1,26
Короп	5,20	3,86	0,75	0,27	2,62	0,47
Кілька каспійська	13,10	–	–	–	5,40	2,05
Мінтай	0,90	–	–	–	0,17	0,32
Оселедець	12,10	9,20	2,42	0,20	5,48	2,28
Жир трісковий	100,0	98,40	0,002	–	51,83	27,90

 

Жирні кислоти діляться на дві великі групи: насичені – граничні та ненасичені – неграничн і (ненасичені), які містять подвійні зв’язки. Від кількості подвійних зв’язків у молекулі залежать всі основні властивості ненасичених жирних кислот. Найбільше значення за ступенем поширення в продуктах та властивостями мають стеаринова (С₁₇), пальмітинова (С₁₅) (насичені), олеїнова (С_18:1), лінолева (С_18:2), ліноленова (С_18:3), арахідонова (С_20:4), ейкозопентаєнова (С_20:5) (ненасичені). Насичені жирні кислоти в великій кількості знаходяться в складі тваринних жирів (вони складають до 50 % баранячого, яловичого жирів). Надлишок у раціоні жирів, що багаті на них, сприяє порушенню обміну ліпідів та підвищенню вмісту холестерину в крові. Ненасичені жирні кислоти знаходяться в горіхах, продуктах моря, вівсяній та гречаній крупах. У багатьох оліях вміст їх доходить до 80-90 % (соняшникова, кукурудзяна, льняна, маслинова). Лінолева та ліноленова кислоти не синтезуються в організмі людини, а арахідонова кислота може утворюватись з лінолевої за участю вітаміну В₆.

Завдяки нестійким подвійним зв’язкам між атомами вуглецю ненасичені жирні кислоти (ПНЖК) легко вступають у хімічні реакції. Шляхом гідрогенізації рослинних жирів у промисловості одержують маргарини. Лабільність подвійних зв’язків у ненасичених жирних кислотах є однією з причин накопичення в жирах продуктів окислення, які зумовлюють їх псування.

ПНЖК є в соняшниковій, соєвій, ріпаковій, оливковій і арахісовій оліях, у маргарині, у ядрах кісточкових плодів, у жирах риб і свійської птиці.

Біологічна роль ПНЖК дуже важлива. Вони беруть участь як структурні елементи в фосфоліпідах, ліпопротеїнах клітинних мембран; входять до складу сполучної тканини та оболонок нервових волокон. ПНЖК впливають на обмін холестерину, стимулюючи його окислення та виділення з організму, а також утворюють з ним розчинні ефіри, які спричиняють нормалізуючу дію на стінки кровоносних судин. Крім того, вони беруть участь в обміні вітамінів групи В (піридоксину та тіаміну); стимулюють захисні механізми організму (підвищують стійкість до інфекційних захворювань та дії радіації і т. ін.). З ПНЖК утворюються клітинні гормони-простагландини.

Виражену біологічну дію мають жироподібні речовини (фосфатидилхоліни – фосфоліпіди, холестерол). Найбільшу біологічну активність мають такі, як лецитин, кефалін, сфінгомієлін та ін.

Завдяки вмісту гідрофобних та гідрофільних груп фосфоліпіди взаємодіють із жирами та водорозчинними сполуками. В комплексі з білками вони входять до складу нервової тканини, печінки, серцевого м’яза, статевих залоз. Вони беруть участь у побудові мембран клітин, визначають ступінь їх проникності для жиророзчинних речовин. Крім того, фо сфоліпіди необхідні для транспортування складних речовин та окремих іонів в клітини та із них. Фосфоліпіди беруть участь у процесі коагуляції крові. Вони сприяють кращому використанню білка та жиру в тканинах, попереджують жирову інфільтрацію печінки. При недостачі цих ліпідів у їжі та речовин, які необхідні для їх синтезу, в тканини печінки відкладається нейтральний жир, що порушує її функцію. Фосфоліпіди, головним чином лецитин, відіграють важливу роль в профілактиці атеросклерозу, так як запобігають накопиченню надлишкової кількості холестерину в стінках судин, сприяють його розщепленню та виведенню з організму. Завдяки вказаним властивостям фосфоліпіди відносять до ліпотропних факторів. Ними особливо багаті нерафіновані олії.

Багато фосфатидилхолінів у тканині мозку (3,5-12 %), жовтках яєць (6,5-12 %), легенях, серці, нирках (5-6 %), бобах сої, насінні соняшнику, зародках пшениці. Фосфатидилхоліни використовуються організмом для синтезу ацетилхоліну – основного фактора передачі нервових імпульсів. В харчовій промисловості фосфатидилхоліни широко використовують для виготовлення шоколаду, маргарину, а також як антиоксиданти у медицині та ін.

Фосфоліпіди синтезуються в організмі з низькомолекулярних і проміжних попередників, внаслідок чого людина є залежною від надходження їх з їжею.

Сфінголіпіди – складні органічні сполуки, утворені із залишків вищих жирних кислот, фосфорної кислоти, холіну і сфінгозину. Сфінголіпіди не містять гліцерола Сфінголіпіди виявлені в мембранах рослинних і тваринних клітин. Особливо багато їх у нервовій тканині, зокрема в мозку. Виявлено ці речовини також у складі ліпідів крові. В жирових депо сфінголіпідів мало. Найпоширенішим сфінголіпідом є сфінгомієлін, який містить холін.

До жироподібних речовин відносять також стерини – стероли. Це нерозчинні у воді сполуки. В тваринних жирах містяться зоостероли, в оліях – фітостерини (фітостероли). До фітостеролів відноситься b-ситостерол, який перешкоджає всмоктуванню холестеролу в кишечнику, що має велике значення в профілактиці атеросклерозу. В оліях міститься ергостерол, який є провітаміном D_2. Важливим зоостерином є холестерол. Він надходить до організму з продуктами тваринного походження, однак може синтезуватися також з проміжних продуктів обміну вуглеводів та жирів, тому не належить до незамінних факторів харчування.

Холестерол відіграє важливу фізіологічну роль, бо він є структурним компонентом клітин. Холестерол – джерело утворення жовчних кислот, гормонів (статевих та кори наднирковиків), попередник вітаміну D₃ (7-дегідрохолестерол).

У крові та жовчі холестерол утримується в вигляді колоїдного розчину, завдяки зв’язуванню з фосфоліпідами, ненасиченими жирними кислотами, білками. При порушенні обміну цих речовин або їх недостачі холестерол випадає в вигляді дрібних кристалів, які осідають на стінках кровоносних судин, у жовчних шляхах, що обумовлює порушення їх функції, сприяє появі атеросклеротичних бляшок в судинах (атеросклероз), утворенню жовчних каменів у жовчному міхурі.

Під час з’єднання холестерину з глобулінами утворюються ліпопротеїни різного ступеня густини: ліпопротеїни високої густини (ЛПВГ) – “гарний холестерин ”, ліпопротеїни низької густини (ЛПНГ), ліпопротеїни дуже низької густини (ЛПДНГ) – “гидкий холестерин” та хіломікрони. Розвитку склерозу судин сприяють ЛПНГ та ЛПДНГ, тому що під час проходження через судинну стінку вони легко руйнуються з виділенням холестеролу. В молодому здоровому організмі підтримується постійний рівень холестеролу завдяки функціям різних систем. Синтез цього стерину відбувається найбільш активно в печінці, стінці тонкої кишки і в шкірі (80 %) і лише 20 % (0,3-0,6 г) надходить з продуктами. Надлишкове споживання вуглеводів і жирів збільшує синтез холестеролу. Здоровий організм у змозі здійснювати регуляцію синтезу холестеролу на такому рівні, який підтримує його вміст у сироватці крові в межах 4-6 ммоль/дм³. Рівень холестеролу в сироватці крові залежить від статі, віку, стану харчування, фізичної активності та інших факторів. Синтез холестеролу в організмі можна регулювати також гальмуванням процесу абсорбції його в тонкій кишці. Збільшення вмісту холестеролу в сироватці крові супроводжується розвитком атеросклерозу. Цьому сприяють так звані фактори ризику, найважливішими з яких є неправильне харчування, порушення обміну ліпопротеїнів, паління, низька фізична активність, споживання алкоголю, високий кров’яний тиск, ожиріння і тривале нервово-психічне напруження.

Холестерол порівняно стійкий проти термічної кулінарної обробки (руйнується лише близько 20 % його початкової кількості). В харчових раціонах здорових людей міститься в середньому 0,5 г холестеролу.

Багато холестеролу в яєчних жовтках, мозку, інших субпродуктах, тваринних жирах, м’ясі (особливо жирному). Є він у жирних молочних продуктах.

Встановлено тісний зв’язок між обміном стеролів і фосфоліпідів. Рівень холестеролу в крові знижується під впливом фосфатидилхоліну (лецитину), який запобігає накопиченню його в організмі, сприяє розщепленню і виведенню. В профілактиці атеросклерозу мають значення також ПНЖК, також фітостероли та харчові волокна. Останні адсорбують холестерол, гальмуючи його резорбцію в тонкій кишці. Позитивний вплив харчових волокон на жировий обмін і зокрема на обмін холестеролу пояснюється як утворенням жовчних кислот – кінцевого продукту обміну холестеролу (що сприяє зменшенню ендогенного синтезу холестеролу), так і пригніченням резорбції холестеролу та жирів. Вітаміни С, В₆, В₁₂, Р, РР та магній прискорюють розщеплення холестеролу і виділення його з фекаліями (разом з жовчними кислотами). Органічний йод, який міститься в продуктах моря (морська капуста, морська риба, м’ясо морських звірів), – відомий антисклеротичний фактор. Він стимулює синтез гормонів щитовидної залози і тим самим підсилює окислення жирів.

Транспортною формою ліпідів є хіломікрони. Хіломікрони містять близько 1,5-2 % білка, 7-10 % фосфоліпідів, 5-8 % холестерину та його ефірів, 75-80 % триацилгліцеролів. Після засвоєння поживних речовин їжі вміст хіломікронів у крові значно збільшується. Далі відбувається поступове звільнення крові від них. Важливу роль у цьому процесі відіграє печінка та жирова тканина, де відбувається гідроліз триацилгліцеролів хіломікронів.

Воски – складні сполуки, до їх складу входять вищі жирні кислоти та вищі спирти жирного ряду (від 24 до 34 атомів вуглецю). Воски виконують переважно захисну функцію. Вони утворюють захисний покров на плодах, листях, насінні, шкірі та шерсті тварин, на пір’ї птиці, захищаючи їх від намокання, висихання і проникнення мікроорганізмів. Знищення воскового покрову на поверхні плодів призводить до швидкого їх псування під час зберігання. Найбільш відомими восками є спермацет (добувається з черепа кашалота), ланолін (жир овечої вовни) та бджолиний віск.

Бджолиний віск широко застосовують у різних галузях промисловості, зокрема в харчовій (використовують у виробництві цукерок).

 

Біологічна цінність харчових ліпідів

 

Цінність жиру визначається такими важливими показниками, як наявність ненасичених жирних кислот, жиророзчинних вітамінів, легке перетравлення та всмоктування, які залежать від температури плавлення. Жири, які містять незамінну лінолеву кислоту та інші ПНЖК, мають найбільшу біологічну цінність, оскільки в організмі вони практично не синтезуються.

Важливим показником біологічної цінності жирів є їхнє перетравлення, яке визначається кількістю триацилгліцеролів, що всмокталися в лімфу та кров. Більшість природних жирів в організмі людини характеризується високим коефіцієнтом перетравлення.

Всмоктуваність жиру залежить від жирних кислот. Засвоюваність жирів з температурою плавлення нижчою, ніж температура людського тіла, дорівнює 97-98 %, якщо ж цей показник вище 37^оС, то засвоюваність жирів дорівнює 90 %. Жири з температурою плавлення 50-60^оС засвоюються тільки на 70-80 %.

Вершкове масло, яке містить вітаміни А, D, Е, К, незважаючи на низький рівень ПНЖК, є продуктом високої біологічної цінності. Воно може бути замінене тільки риб’ячим жиром, бо до його складу також входять такі жиророзчинні вітаміни, як ретинол та кальциферол.

В оліях містяться токофероли (вітамін Е), в інших жирах вони практично відсутні. Отже, не існує природного харчового жиру, який містив би всі потрібні ліпіди. Біологічна цінність жирової частки раціону може бути забезпечена тільки відповідною сумішшю жирів.

Якість і чистота жирів визначаються фізичними та хімічними константами. До фізичних констант належать густина, температура плавлення та застигання, коефіцієнт рефракції (для рідких жирів); до хімічних констант належать число омилення; йодне, кислотне, пероксидне числа та деякі інші показники.

Тверді жири сталої температури плавлення не мають. При нагріванні вони поступово переходять з твердого стану в рідкий. Однак за температурою плавлення можна розрізняти тваринні жири різного походження (табл.4.2). Температура плавлення жиру тим менша, чим більше в його складі ненасичених жирних кислот і чим менше насичених, особливо стеаринової. Так, температура плавлення овечого жиру, який містить 62 % насичених жирних кислот, вища, ніж свинячого жиру, в якому їх лише 47 %.

 

Таблиця 4.2 – Фізичні і хімічні константи жирів

Константа	Жир
яловичий	баранячий	свинячий
Густина при температурі 15ºС, г/см3	0,923–0,939	0,932–0,961	0,931–0,938
Температура плавлення, ºС	42–52	44–55	36–46
Температура застигання, ºС	27–38	32–45	26–32
Коефіцієнт заломлення світла при температурі 40 ºС	1,4510–1,4583	1,4566–1,4583	1,4536
Число омилення, мг КОН на 1 г жиру	190–200	192–198	193–200
Йодне число, г на 100 г жиру	33–47	31–46	46–66
Кислотне число, мг на 1 г жиру	0,1–0,6	0,1–0,2	0,3–0,9

 

Число омилення визначається кількістю міліграмів 0,1 Н розчину КОН, витраченого на нейтралізацію жирних кислот, які утворились при омиленні 1 г жиру (омилення – це гідроліз жирів лугами, внаслідок цієї реакції утворюються гліцерол і солі жирних кислот – мила).

Кислотне число свідчить про наявність у жиру вільних жирних кислот, які утворились при розщепленні його молекул. Кислотне число визначається кількістю міліграмів розчину КОН, витраченого на нейтралізацію вільних жирних кислот, що містяться в 1 г жиру.

Йодне число визначається кількістю грамів йоду, які здатні приєднуватися до 100 г жиру. Цей показник характеризує наявність у жирах ненасичених жирних кислот.

При тривалому зберіганні жири під дією сонячного світла, кисню і вологи набувають неприємного смаку і запаху. Цей процес, що відбувається внаслідок окислення і гідролізу жирів, називається згіркненням. Легше всього окислюються ПНЖК. При цьому кисень приєднується на місця подвійних зв’язків і утворюються пероксиди. Пізніше на місці колишнього подвійного зв’язку виникає розрив вуглецевого ланцюга і утворюються альдегіди й кетони з короткими ланцюгами типу масляної кислоти з неприємним запахом і смаком. У процесі згіркнення жирів беруть участь окислювальні ферменти бактеріального походження, зокрема ліпоксигенази.

Для запобігання окисному згіркненню жирів або продуктів, що містять жири, до них добавляють антиоксиданти, які затримують процес окислення. Найбільш активним антиоксидантом є вітамін Е. Зберігання жирів у темряві, на холоді або в умовах вакууму також затримує їх окислення. Присутність металів, навпаки, прискорює окислення жирів.