Жиры — это органические соединения, продукты этерификации глицерина и карбоновых (жирных) кислот (триглицериды жирных кислот).

Они имеют общую формулу:

где R', R", R'" — остатки карбоновых жирных кислот. Радикалами могут быть остатки как одинаковых, так и разных жирных кислот. В природе чаще всего встречаются разнокислотные жиры. Разнообразие триацилглицеридов связано с различным строением жирных кислот.

По происхождению жиры подразделяются на жиры растительного происхождения (масла) и жиры животного происхождения (жиры).

По консистенции жиры разного происхождения бывают твердыми и жидкими. При химическом исследовании жиров было установлено, что в составе твердых жиров преобладают триглицериды предельных кислот, а в жидких — содержится значительный процент триглицеридов непредельных кислот. Жиры растительного происхождения в основном жидкие, исключение составляют твердые: масло какао, кокосовое, пальмоядровое, пальмовое масла; жиры животного происхождения в основном твердые, исключение — рыбий жир.

По способности образовывать пленки при высыхании масла делятся на невысыхающие, которые не образуют пленок и не загустевают при нагревании; полу высыхающие — медленно образующие мягкие, липкие пленки и высыхающие — окисляющиеся на воздухе и образующие гладкие, прозрачные, смолоподобные эластичные пленки.

Консистенция жиров зависит в основном от природы ацильных остатков. При этом при увеличении содержания ненасыщенных и низкомолекулярных карбоновых кислот в составе жира температура его плавления снижается, и наоборот.

Искусственные жиры. В последние годы разработаны методы синтеза искусственных жиров, в которых остатки жирных кислот связаны не с глицерином, а с другими соединениями, содержащими несколько гидроксильных групп. К таким соединениям относится, например, обычный сахар. Оказалось, что фермент липаза «не умеет» расщеплять искусственный жир, поэтому он не проникает в клетки кишечника и не усваивается организмом. Для нужд пищевой промышленности и производства средств гигиены используют гидрогенизированные жиры. Гидрогенизированные или транс-жиры — это растительные жиры, переведенные в твердое состояние путем гидрогенизации. В природе нормальная пространственная структура ненасыщенных жирных кислот соответствует цис-форме, в процессе гидрогенизации образуется транс-форма. У гидрогенизированных жиров выше температура плавления, твердость, меняется пластичность. Они более устойчивы к окислению.

Получение

Существуют три основных метода получения жиров: прессование, экстракция, вытапливание.

Прессование — это механический отжим масла из подготовленного масличного материала (мезги) на специальных прессах. Растительные масла обычно получают методом прессования (холодного или горячего) и экстракции.

Масла, полученные методом холодного прессования, имеют нейтральную реакцию, приятный вкус и сохраняют растворенные в них сопутствующие вещества (жирорастворимые витамины, пигменты, стерины, терпены и т. п.), однако выход масла меньше. Их используют в медицине (исключение — касторовое масло). Такие масла являются растворителями в производстве растворов липофильных веществ для парентерального введения (жирорастворимых витаминов, гормонов), а также для внутреннего и наружного применения.

Прессование может быть однократным и двукратным. Более высокое качество имеют масла первого отжима, которые получают исключительно механическим способом без применения химических реактивов, что позволяет сохранить их вкус, запах, цвет.

Для увеличения выхода масла измельченные семена перед прессованием подвергают обжарке, в результате вязкость масла уменьшается, оно быстрее и полнее выделяется. В процессе термической обработки возможны превращения, которые влияют на содержание и состав сопутствующих веществ. Такие масла, как правило, используются в косметологии и кулинарии.

Экстракция масел основана на их способности растворяться в неполярных органических растворителях (бензине, гексане и др.). При многократном пропускании растворителя через измельченный жмых масло растворяется в нем и практически полностью извлекается. Обезжиренный остаток (шрот) содержит менее 1% жира. Экстракционное масло отличается от масла, полученного методом прессования, по качеству, оно содержит больше пигментов, свободных жирных кислот, фосфатидов. После отгонки растворителя его подвергают дополнительной очистке.

Масла, полученные экстракцией органическими растворителями (хлороформом, петролейным эфиром) или сжиженными газами (углекислый газ, фреоны), применяют в технике, а после тщательного рафинирования — в кулинарии.

Рафинирование (очистка) масел состоит в том, что из них удаляют сопутствующие вещества и примеси: фосфатиды, пигменты, свободные жирные кислоты, пахучие вещества, примеси в виде обрывков тканей масличного материала. Различают физические методы рафинирования (отстаивание, центрифугирование, фильтрация); химические (нейтрализация); физико-химические (гидратация, дезодорация, отбеливание, вымораживание восков).

Животные жиры получают вытапливанием с последующей очисткой.

Свойства жиров

Качество жиров может меняться со временем под воздействием определенных факторов (например, температуры, освещения и т. п.). Это вызывает необходимость определять показатели качества, на основе которых впоследствии делают вывод о доброкачественности жирных масел.

Жиры и масла маслянистые на ощупь. При нанесении на бумагу или ткань оставляют характерное жирное пятно, которое при нагревании не исчезает, а увеличивается в размерах. Эта особенность отличает их от эфирных масел, которые не оставляют жирного пятна и при нагревании испаряются.

Органолептические показатели

Цвет — показатель, характеризующий окраску слоя растительного масла, просматриваемого невооруженным глазом. Цвет твердых жиров обычно белый или слегка желтоватый. Жидкие масла, как правило, желтоватые или зеленоватые из-за наличия в них сопутствующих веществ (каротиноидов, хлорофиллов и др.).

Запах и вкус свежих жиров и масел слабые, специфические, обусловленные наличием сопутствующих веществ.

Прозрачность растительного масла характеризуется отсутствием в растительном масле при температуре 20 °C мути или взвешенных частиц, видимых невооруженным глазом.

Физико-химические показатели

Растворимость зависит от состава и структуры триглицеридов. Триглицериды низкомолекулярных предельных жирных кислот довольно хорошо растворяются в этиловом спирте. Глицериды высокомолекулярных предельных кислот растворяются в спирте лишь при нагревании до 60 °С. Глицериды рицинолевой кислоты хорошо растворяются в спирте. Триглицериды ненасыщенных кислот практически не растворяются в спирте.

В присутствии эмульгаторов жирные масла образуют эмульсии. Между собой жирные масла смешиваются в любых пропорциях.

Плотность растительного масла — величина, характеризующая отношение массы растительного масла к его объему. Плотность жиров характеризует состав жирных кислот, входящих массы и увеличивается с повышением степени ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав триглицеридов. Кроме этого, наличие в жирнокислотном радикале гидроксильных групп, образующихся в процессе окисления, приводит к увеличению плотности. При увеличении содержания свободных жирных кислот, образующихся при гидролизе глицеридов, плотность жиров снижается. Плотность нерафинированных жиров выше, чем рафинированных. Плотность большинства жиров и масел — в пределах 0,90-0,98. При хранении и окислении эта константа увеличивается.

Вязкость масел зависит от молекулярной массы жирных кислот, входящих в состав триглицеридов. С увеличением молекулярной массы жирных кислот вязкость увеличивается и снижается с увеличением числа двойных связей. Вязкость натуральных жиров и масел колеблется в относительно узких пределах, однако этот показатель имеет существенное значение при установлении природной чистоты жира.

Показатель преломления (индекс рефракции) свидетельствует о чистоте и подлинности жирного масла, характеризует также степень окисления жиров и возрастает при образовании оксигрупп. Например, показатель преломления масла какао составляет 1,457, масла миндального — 1,470, льняного — 1,482.

Температура плавления (Tпл) — температура, при которой растительное масло, перейдя из твердого состояния в жидкое, становится полностью прозрачным.

Температура кипения жиров не определяется в связи с тем, что при нагревании до 250 °C они разрушаются с образованием акролеина.

Температура застывания — наивысшая температура, при которой жидкое растительное масло способно перейти в твердое состояние.

Температура вспышки — наименьшая температура, при которой выделяющиеся из растительного масла летучие вещества вспыхивают и мгновенно гаснут при соприкосновении с пламенем, поднесенным к поверхности масла (этот показатель устанавливает наличие в масле примеси органических растворителей, применяемых для извлечения масла экстракцией).

Температура воспламенения — наименьшая температура, при которой загоревшиеся от соприкосновения с пламенем летучие вещества растительного масла продолжают гореть.

Влага — показатель, характеризующий количественное содержание воды в растительном масле.

Кислотность — показатель, характеризующий количественное содержание свободных жирных кислот и других титруемых щелочью веществ в растительном масле в пересчете на кислоту олеиновую.

Кислотное число — величина, характеризующая содержание в 1 г растительного масла свободных жирных кислот и других титруемых щелочью веществ, выраженная в миллиграммах едкого кали, необходимого для их нейтрализации.

Неомыляемые вещества — показатель, характеризующий количественное содержание в растительном масле сопутствующих веществ, которые не реагируют со щелочами, и неразрушающихся при омылении масла.

Число омыления — величина, характеризующая содержание в 1 г растительного масла свободных и связанных в виде триглицеридов жирных кислот, выраженная в миллиграммах едкого кали, необходимого для разрушения сложноэфирных связей и нейтрализации выделенных при этом свободных жирных кислот.

Эфирное число — величина, характеризующая содержание в 1 г растительного масла связанных в виде триглицеридов жирных кислот, выраженная в миллиграммах едкого кали, необходимого для разрушения сложноэфирных связей и нейтрализации выделенных при этом жирных кислот.

Перекисное число — величина, выражаемая количеством йода в процентах, эквивалентным кислоте йодистоводородной, прореагировавшей в стандартных условиях с перекисной или гидроперекисной группами растительного масла. Перекисное число характеризует степень окисления растительного масла и указывает на количество первичных продуктов окисления (гидроперекисей, перекисей), это показатель доброкачественности жирного масла.

Гидроксильное число — величина, характеризующая содержание в 1 г растительного масла гидроксилсодержащих соединений, выраженная в миллиграммах едкого кали, необходимого для нейтрализации уксусной кислоты, выделяющейся после гидролиза избытка ацетилирующего реагента.

Ацетильное число — величина, характеризующая содержание в 1 г растительного масла гидроксилсодержащих соединений, 

выраженная в миллиграммах едкого кали, необходимого для разрушения сложноэфирной связи между кислотой уксусной и гидроксилом и нейтрализации выделившейся при этом уксусной кислоты.

Йодное число — величина, характеризующая содержание в 100 г растительного масла непредельных соединений, выраженная в граммах йода, эквивалентного состоящему из галогенов реагенту, присоединившемуся к маслу. Этот показатель характеризует степень ненасыщенности радикалов жирных кислот глицеридов, раскрывает соотношение в масле предельных и непредельных кислот. По величине йодного числа можно судить, к какой группе по высыхаемости относится испытуемое масло: невысыхающее, полувысыхающее, высыхающее.

Родановое число — величина, характеризующая содержание в 100 г растительного масла непредельных соединений, выраженная в граммах йода, эквивалентного родану, присоединившемуся к маслу.

Число Генера — величина, характеризующая процентное содержание в растительном масле нелетучих и нерастворимых в воде жирных кислот вместе с неомыляемыми веществами.

Число Рейхерта—Мейселя — величина, характеризующая содержание в 5 г растительного масла растворимых в воде летучих жирных кислот, выделенных в стандартных условиях из масла, выраженная в миллилитрах децинормального раствора едкого кали, необходимого для их нейтрализации.

Число Поленске — величина, характеризующая содержание в 5 г растительного масла нерастворимых в воде летучих жирных кислот, выделенных в стандартных условиях из масла, выраженная в миллилитрах децинормального раствора едкого кали, необходимого для их нейтрализации.

Омыление жиров. Как любые сложные эфиры, жиры способны омыляться. Омыление жиров — реакция щелочного гидролиза жиров с расщеплением молекулы жира на глицерин и соли жирных алифатических кислот.

В живой природе омыление жиров связано с жизненными процессами жирового обмена и проходит под влиянием ферментов. Реакция омыления широко используется для производства мыла.

Прогоркание — сложный процесс, начальной стадией которого является ферментативный гидролиз. При этом накапливаются свободные низкомолекулярные жирные кислоты, придающие жирам прогорклый вкус. Дальнейшее изменение связано с накоплением в жирах короткоцепочечных альдегидов и кетонов, являющихся вторичными продуктами окисления гидроперекисей, которые не только усиливают прогоркание, но и придают жирам дополнительные неприятные вкусовые оттенки. Окисление возможно по месту двойной связи.

Наличие микробной контаминации способствует прогорканию масел.

Для предотвращения и замедления окислительных реакций в жиры вводят антиокислители (антиоксиданты). Природными антиоксидантами являются токоферолы, сезамол кунжутного масла, госсипол хлопкового масла, фосфолипиды.

Количественное определение

Метод основан на растворимости жиров в органических растворителях. Наиболее часто используют метод Сокслета и метод Рушковского. По методу Сокслета определяют массу жирного масла после отгона органического растворителя. По методу Рушковского о массе жирного масла судят по убыли массы навески сырья после обработки органическим растворителем. Определение ведется в аппарате Сокслета (рис. 3.1), гравиметрическим методом. Определение длительное (от 16 до 72 часов) и недостаточно точное, т. к. извлекаются не только жиры, но и пигменты, каротиноиды, смолистые вещества.

Содержание и жирнокислотный состав в масле определяют методом ГХ.

Биологическое действие и применение жиров

В фармацевтической промышленности жиры используют как основу для мазей, пластырей, линиментов, суппозиториев, эмульсий. Оливковое, миндальное и персиковое масло используют как растворитель камфоры, половых гормонов, других жирорастворимых веществ.

Фармакологическое действие жиров зависит от содержания эссенциальных жирных кислот и сопутствующих веществ. Жирные масла, в состав которых входят ненасыщенные жирные кислоты, проявляют гипохолестеринемическое действие, применяются для профилактики и лечения атеросклероза. Наличие двойных связей в молекуле придает жирным кислотам антиоксидантные свойства. Полиненасыщенные жирные кислоты также входят в состав СПП с нейропротекторным и кардиопротекторным действием. Растительные масла проявляют желчегонную и слабительную активность.

Жиры широко используются в парфюмерно-косметической промышленности для производства мыла, эмульсий, мазей, кремов, бальзамов, гелей для душа, шампуней и декоративной косметики. Они оказывают смягчающее, увлажняющее, эмульгирующее действие и могут выступать в качестве растворителей. Использование ПНЖК улучшает состояние кожи и показано при атопическом дерматите, псориазе, акне.

Растительные и животные жиры являются важными компонентами в рационе каждого человека. Однако они являются высококалорийными продуктами, которые вызывают нарушение обменных процессов в организме, что связано с возникновением различных заболеваний, в частности атеросклероза, ожирения и т. д.

Липиды используют для изготовления глицерина, стеарина, пластмасс, резины, смазочных материалов, кожи, текстиля и др. Они также применяются в качестве биотоплива (биодизель, который представляет собой метиловые эфиры растительных и животных жиров).