Физические и химические свойства жиров. Получение жиров и их химические свойства. Жиры: строение, свойства и примеры Физические свойства жиров
В группу важных органических веществ - липидов - наряду со стероидами и восками входят жиры. Их содержание в живых клетках колеблется от 5 до 10% от сухой массы клетки. Эти вещества изучают, исходя из особенностей их которые и обуславливают химические свойства жиров. Химия рассматривает эти вещества как продукт реакции этерификации между трехатомным спиртом глицерином и высшими предельными или непредельными карбоновыми кислотами.
В данной статье мы изучим не только их применение в промышленности и значение, но также получение жиров и химические свойства, характерные для данного класса соединений.
История открытия
Строение было изучено в середине 19 столетия. Французский химик Э. Шеврель нагревал их с водой в присутствии щелочи и нашел в продуктах реакции молекулы жирных карбоновых кислот и глицерола. М. Бертло провел при нагревании глицерина со смесью стеориновой и пальметиновой кислот он получил триглицерид - жир. На основании этих экспериментов было сделано заключение, что изучаемые вещества относятся к классу эстеров. Химические свойства жиров подтвердили этот вывод.
Жиры - сложные эфиры
Как было доказано опытами М. Бертло и Э. Шевреля, триглицериды представляют собой эстеры трехатомного спирта глицерина и высших одноосновных карбоновых кислот. Жир, содержащий стеориновую или пальметиновую кислоты, является твердым, например, говяжий, свиной, бараний. Если в состав триглицеридов входят ненасыщенные жирные кислоты - олеиновая, линолевая, линоленовая - такие жиры жидкие и называются маслами (подсолнечное, арахисовое, льняное).
Химические свойства жиров отличаются от других эстеров еще и тем, что в состав их молекул могут входить сразу нескольких различных карбоновых кислот.
Физические свойства
Как натуральные, так и синтетические, например, маргарин, триглицериды имеют общие признаки. Главный из них - гидрофобность, невысокая температура плавления и низкая удельная плотность. Они хорошо растворяются в органических растворителях, например, в бензоле, тетрахлорметане. Все жиры легко впитываются пористыми или волокнистыми материалами. Согласно теории органических веществ М. Бутлерова, физические и химические свойства жиров взаимосвязаны между собой. Подтверждение этому факту будет приведено ниже.
Химические реакции триглицеридов
Количественный и качественный состав молекулы жира, а также ее пространственная конфигурация подтверждает факт принадлежности триглицеридов классу эстеров. Их главное химическое свойство - это реакция с водой (гидролиз). Она легко происходит в присутствие катализаторов - щелочей, оксидов магния, цинка или кальция. В продуктах реакции обнаруживается смесь карбоновых кислот и глицерина. Так как реакция жиров с водой обратима, в промышленности создают условия, при которых она проходит до конца - в сторону образования глицерола и высших одноосновных карбоновых кислот. Для этого в реактивную смесь постоянно подают раствор щелочи, а продукты сразу выводят из сферы реакции. Эти приемы предотвращают возможность протекания обратного процесса, приводящего к образованию жира. Гидролиз широко используется в химии органического синтеза для получения вышеназванных веществ.
Реакция щелочного омыления
Продолжим изучать органические вещества - сложные эфиры. Жиры, химические свойства которых представлены реакцией гидролиза, способны также вступать во взаимодействие с щелочами. Эта реакция называется омылением и она противоположна процессу эстерификации. Полученные в результате щелочного омыления глицерол и жирные кислоты обрабатывают содой или едким натром. В результате образуется мыло.
Оно твердое, имеет формулу C 17 H 35 COONa и называется хозяйственным. Если добавить к нему красители, глицерин, косметические отдушки, получим туалетное мыло. Жидкое мыло, в отличие от твёрдых видов, получают в том случае, если жиры в реакции омыления смешивают не с гидроксидом натрия, а с едким калием. Например, пальмитат калия C 15 H 31 COOK - жидкое калиевое мыло. Исходным сырьем для реакции омыления служат дешевые жиры животного или растительного происхождения.
Жидкие жиры - масла
В их состав входят молекулы непредельных карбоновых кислот, имеющих двойные связи. синтезируются в каналах эндоплазматической сети под действием ферментов из глицерина и жирных кислот. А они, в свою очередь, образуются в реакциях цикла Кальвина, происходящих вследствие фотосинтеза. Капли масла накапливаются в семенах, плодах, реже в вегетативных частях растений и служат запасом питательных веществ. Физико-химические свойства жиров, образуемых растениями, обусловлены наличием в их молекулах двойной пи-связи. По месту ее разрыва происходят реакции присоединения, например, атомов водорода. Это приводит к образованию твердых гидрогенизированных триглицеридов.
Химические свойства растительных жиров
Как было сказано ранее, триглицериды растительного происхождения содержат в своем составе высшие ненасыщенные карбоновые кислоты. Масла можно перерабатывать благодаря гидрогенизации. Этот процесс проводят при нагревании и в присутствии катализатора - порошкообразного никеля.
Продукт реакции - твердый жир (саломас). Его используют в производстве стеорина, глицерола и в мыловарении. Если в саломас добавляют сахар, соль, молоко и пищевые красители, то получают пищевой жир - маргарин. При добавлении к нему витаминов и натурального сливочного масла получают так называемое легкое масло - спред.
Синтетические жиры
Они являются более дешевыми, чем натуральные, и отличаются от природных триглицеридов своим составом. Один из главных источников получения синтетических жиров - это природные и попутные нефтяные газы, а также сама нефть. Высшие парафины, содержащиеся в этих природных ископаемых, подвергают окислению. В результате получают синтетические жирные кислоты. Их взаимодействие с этиленгликолем приводит к получению синтетического жира. Он используется в кожевенной промышленности (для жирования меховых шкурок и кож). В косметической промышленности синтетические триглицериды применяются в производстве туалетного мыла, кремов, лосьонов. В промышленности строительных материалов искусственные жиры идут на производство лаков, мастик, краски.
Химические свойства жиров, полученных искусственным способом, не отличаются от природных. Они также вступают в в присутствии кислоты и подвергаются действию щелочей (реакция омыления).
Как образуются триглицериды в организме человека
Вследствие метаболических реакций жиры в клетках тела могут синтезироваться из избытка углеводов. Это объясняет тот факт, что неконтролируемое потребление пищи, богатой крахмалом и сахарозой (мучные изделия, рис, картофель, сладости), приводит к избыточному весу. В процессе пищеварения продукты, содержащие жиры, расщепляются в двенадцатиперстной кишке до глицерина и жирных кислот. Их гидролиз происходит при обязательном участии липазы - фермента поджелудочной железы и желчи, выделяемой печенью. Являясь детергентом, желчь эмульгирует жиры, то есть разбивает крупные молекулы на мелкодисперсные капли, легко расщепляемые липазой.
В ворсинках тонкого кишечника из них синтезируются молекулы жира, характерные для организма человека, а затем они всасываются в лимфу. По лимфатическим сосудам жиры поступают в клетки, а их избыток откладывается в подкожную жировую клетчатку или сальник.
Биологическая роль липидов
Изучая химические свойства жиров, остановимся на их способности выделять большое количество энергии: один грамм жира дает 37,8 кДж энергии при полном окислении. Поэтому триглицериды - ее универсальные поставщики. Таким образом, жиры — это ценные продукты питания. Известно, что при неправильном и длительном их хранении триглицериды «стареют» и прогоркают, приобретая неприятный запах. Это происходит вследствие контакта жира с кислородом воздуха. Начавшее портиться масло легко определить, если добавить к нему иодид калия. Пероксиды, содержащиеся в продукте, окисляют это соединение до свободного йода, вызывающего синее окрашивание при контакте с крахмалсодержащими веществами.
Жиры являются также важнейшим строительным материалом и входят в состав клеточных мембран и органоидов. Велика их роль и в теплорегуляции организмов. Например, животные, обитающие на больших глубинах, где температура воды очень низка, имеют хорошо развитый слой подкожного жира, например, у китов он может достигать толщины 1,5 м. Животные степей, пустынь и полупустынь также накапливают в своем организме достаточное количество жира. Он необходим для них как источник эндогенной воды, так как при окислении жира кроме энергии выделяется большое количество жидкости. К таким животным относятся верблюды, тушканчики, землеройки.
Липиды играют важную роль в защите внутренних органов. У человека хорошо развит сальник, защищающий желудок, пищеварительные железы от внутренних повреждений. Такие жизненно важные органы, как почки, обязательно должны находится в слое жира. При резкой потере веса у человека вследствие истончения этого слоя может наблюдаться опущение почек, что является серьёзной патологией, нарушающей работу выделительной системы.
Велико значение липидов в образовании клеточных мембран. Наряду с углеводами и белками они формируют два слоя, имеющих мозаичное строение. Соединения жиров с белками называются липопротеидами. Они обуславливают клеточных мембран.
В данной статье были рассмотрены химический состав и свойства жиров, а также их применение в промышленности.
Тема «Физико-химические изменения липидов (жиров и масел) при кулинарной
Обработке продуктов»
1. Липиды (жиры и масла): физиологическое значение, химическое строение и состав.
2. Физические и химические свойства жиров.
3. Физико-химические изменения жиров при варке продуктов: плавление, эмульгирование, гидролиз.
Липиды: физиологическое значение, химическое строение и состав.
Липидами (от греч. lipos – жир) называют сложную смесь органических соединений с близкими физико-химическим свойствами, которая содержится в растениях, животных, микроорганизмах. Липиды делят на две основные группы: простые и сложные липиды. К простым липидам (не содержащим атомов азота, фосфора и серы) относятся производные высших жирных кислот и спиртов. Молекулы сложных липидов содержат в своем составе фосфорную и серную кислоты. Наиболее важная и распространенная группа простых нейтральных липидов – ацилглицерины – сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. И, по-существу, именно их называют жирами или маслами, так как они составляют 95% липидов.
Липиды играют очень важную роль в питании человека, являются поставщиком энергии, жирорастворимых витаминов, полиненасыщенных жирных кислот (витамины F), выполняют пластическую функцию. Теория сбалансированного питания рекомендует, чтобы общее количество жиров в суточном рационе составило 80-120 г, из них 20-30% – жиры животного происхождения, остальное – растительного происхождения.
Жиры по химической природе являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. Глицерин является постоянным элементом любого жира. Жирные кислоты могут быть насыщенными (двойная связь между атомами углерода отсутствует – масляная кислота, пальмитиновая, стеариновая и др.) и ненасыщенными (с одной или несколькими двойными связями – олеиновая, линолевая, линоленовая, имеющие большое физиологическое значение). От соотношения в жире насыщенных и ненасыщенных жирных кислот зависит консистенция жира: жидкие жиры богаты ненасыщенными жирными кислотами, если в жирах преобладают насыщенные кислоты, то такой жир при комнатной температуре остается твердым.
В природных жирах в большинстве содержатся триглицериды – эфиры трехатомного спирта глицерина, когда в молекуле глицерина этерифицированы все три ОН-группы. Очень редко триглицериды содержат остатки какой-либо одной кислоты. Как правило, они состоят из смешанных или разнокислотных триглицеридов.
Биологическая ценность жиров определяется соотношением в них насыщенных и ненасыщенных жирных кислот: растительные жиры обладают большей биологической ценностью. Потребность организма в полиненасыщенных жирных кислотах составляет 1% от суточной калорийности, она обеспечивается 20-30 г растительного масла в день.
В технологических процессах жиры являются составной частью многих кулинарных изделий, а также выполняют роль теплопередающей среды при жарке изделий.
Физические и химические свойства жиров
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.
Химические свойства жиров проявляются в реакциях гидролиза , окисления игидрогенизации . Ускорение или замедление этих реакций обусловлено влиянием находящихся в природных жирах сопутствующих веществ, которые иногда оказывают специфическое воздействие на характер протекающего процесса и сами претерпевают различные превращения.
Жидкие растительные жиры с помощью катализаторов могут превращаться в твердые путем насыщения водородом непредельных жирных кислот . Процесс этот носит название гидрогенизации . Гидрогенизированные жиры называют саломасами и используют в пищевой промышленности при изготовлении маргаринов и кулинарных жиров. По месту двойных связей к жирным кислотам могут присоединяться кислород, бром, йод, некоторые другие простые и сложные вещества.
В процессе гидролиза жиры расщепляются на глицерин и свободные кислоты:
Важное значение при гидролизе жиров имеет присутствие воды , так как она принимает непосредственное участие в реакциях. Гидролиз жиров ускоряется под действием содержащихся в них щелочей, кислот, ферментов липаз, а также ферментов микроорганизмов и сопутствующих жирам веществ – белков, липоидов, слизей и др. Реакция гидролиза жиров усиливается при повышении температуры.
Реакция гидролиза триглицеридов протекает чаще всего бимолекулярно, т. е. на одну молекулу триглицерида действует одна молекула воды, при этом образуется диглицерид, который затем расщепляется до моноглицерида, в дальнейшем образуется глицерин и жирные кислоты.
Нагрев до 200 °С и повышение давления, присутствие катализаторов (СаО, МgО, Zn), присутствие небольших количеств кислот, наличие щелочей ускоряют гидролиз (кислоты катализируют гидролиз водородными, а щелочи –гидроксильными ионами).
Неферментативный гидролиз протекает за счет растворенной в жире воды, т. е. происходит в жировой фазе, где растворенная вода вступает в реакцию. Ничтожно малая растворимость воды в жирах при комнатной температуре обеспечивает незначительную степень гидролиза жиров и масел. Сопутствующие вещества в жирах ускоряют их гидролиз как специфичностью воздействия, так и большей способностью связывать влагу. Жиры и масла с такими веществами могут иметь воду выше предела ее растворимости в жире. Высокие температуры катализируют гидролиз за счет тепловой активации, а также повышения растворимости воды в жире. При кулинарной обработке, в частности при длительном кипячении, триглицериды могут гидролизоваться, полученные жирные кислоты образуют эмульсию и придают бульонам мутность. Чтобы бульон не приобретал неприятного вкуса и запаха, необходимо своевременно удалять жир с его поверхности.
Гидролиз жиров, происходящий под действием ферментов во время хранения или при усвоении их организмом, называется ферментативным . Ферментативный гидролиз происходит исключительно на поверхности соприкосновения жира и воды, поэтому чем выше степень дисперсности эмульсии, тем выше скорость гидролиза, так как больше поверхность жира. Усвояемость жира, таким образом, зависит не только от температуры плавления (чем ближе температура плавления жира к температуре организма человека, тем выше его усвояемость), но и от степени дисперсности жировой эмульсии. Жир молока, сливок, сметаны, мороженого, коровьего масла, кисломолочных продуктов, маргарина находится в виде хорошо диспергированной эмульсии и поэтому сравнительно хорошо и легко усваивается. Для повышения усвояемости жиров в кулинарии приготовляют жировые эмульсии – соусы майонез и голландский, различные заправки и т. д.
Гидролиз жиров используется в жироперерабатывающей промышленности при получении мыла, глицерина и некоторых других продуктов.
Едкие щелочи (NaОН и КОН) также вызывают гидролиз жиров. Этот процесс называют омылением , так как в результате воздействия NaОН и КОН образуются натриевые и калиевые соли жирных кислот, называемые мылами .
Окисление жиров представляет собой реакцию непредельных жирных кислот с кислородом. Эта реакция активизируется под действием света, кислорода, тепла и некоторых веществ , содержащихся в жирах. Масло, хорошо очищенное от сопутствующих веществ, изолированное от кислорода воздуха, в темноте сохраняется в течение длительного времени. Присутствие в жирах таких металлов, как кобальт, марганец, медь, железо и некоторых других, ускоряет процесс окисления. Металлы в реакциях окисления играют роль катализаторов .
В процессе окисления жиры прогоргают и претерпевают изменения, которые резко ухудшают их пищевое достоинство. Они часто становятся непригодными для употребления в пищу из-за неприятного жгучего или горького вкуса и резкого запаха. Быстрее прогоркают жиры, содержащие непредельные жирные кислоты, особенно олеиновую, линолевую и линоленовую.
Предельные жирные кислоты реакциям самоокисления не подвергаются.
На основании большого количества исследований сделаны выводы, что прогоркание жиров вызывается исключительно окислительными процессами. Согласно этой теории непредельные жирные кислоты или жиры при самоокислении присоединяют по месту двойной связи кислород и превращаются в перекись, переходящую с отщеплением атома кислорода в оксид.
непредельная перекись оксид активный
кислота кислород.
В дальнейшем оксиды могут перейти в кетокислоты, пероксиды и оксикислоты. Под действием озона, находящегося в воздухе, возможно также образование из непредельных жирных кислот альдегидов и кетонов. Следовательно, в процессе самоокисления в прогорклых жирах накапливаются разнообразные продукты распада.
Многие пищевые продукты, содержащие значительное количество жира, способны прогоркать во время хранения, например, пшено, кукурузная мука, орехи, семена подсолнечника, растительные и коровье масла.
Прогоркание сливочного и топленого коровьего масла и маргарина под действием света сопровождается явлением осаливания , которое состоит в том, что масло белеет на поверхности и приобретает свойственные салу вкус и запах. Осаливание масла – результат перехода под действием света непредельных жирных кислот в оксистеариновые кислоты , имеющие белый цвет.
В природных жирах часто присутствуют или добавляются специально вещества, препятствующие окислению; они тормозят окислительные процессы и тем самым замедляют порчу жиров. Такие вещества называют антиоксидантами . Роль естественных антиоксидантов в растительных жирах играют токоферолы (витамин Е), фенольные соединения, витамин С .
Для длительного хранения пригодны только хорошо очищенные жиры, свободные от остатков тканей, белковых слизистых веществ и с минимальным количеством воды. Хранить жиры необходимо хорошо упакованными для предохранения от действия воздуха и света, при пониженных температурах, в чистых помещениях.
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.
