Введение

Липидами (от греч. lipos – жир) называют сложную смесь органических соединений с близкими физико–химическими свойствами, которая содержится в растениях, животных и микроорганизмах. Липиды широко распространены в природе и вместе с белками и углеводами составляют основную массу органических веществ всех живых организмов, являясь обязательным компонентом каждой клетки. Они широко используются при получении многих продуктов питания, являются важными компонентами пищевого сырья, полупродуктов и готовых пищевых продуктов, во многом определяя их пищевую и биологическую полноценность и вкусовые качества.

По химическому строению липиды являются производными жирных кислот, спиртов, альдегидов, построенных с помощью сложноэфирной, простой эфирной, фосфоэфирной, гликозидной связей.

Липиды нерастворимы в воде (гидрофобны), хорошо растворимы в органических растворителях (бензине, диэтиловом эфире, хлороформе и др.).

В растениях липиды накапливаются, главным образом, в семенах и плодах.

У животных и рыб липиды концентрируются в подкожных, мозговой и нервной тканях и тканях, окружающих важные органы (сердце, почки). Содержание липидов в тушке рыб (осетров) может достигать 20-25%, сельди - 10%, у туш наземных животных оно сильно колеблется: 33% (свинина), 9,8% (говядина), 3,0% (поросята). В молоке оленя - 17-18%, козы - 5,0%, коровы - 3,5-4,0% липидов. Содержание липидов в растениях зависит от сорта, места и условий их произрастания; у животных - от вида, состава корма, условий содержания и т.д.

Липиды играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности. Будучи одним из основных компонентов биологических мембран, липиды влияют на их проницаемость, участвуют в передаче нервного импульса, создании межклеточных контактов. Жир служит в организме весьма эффективным источником энергии либо при непосредственном использовании, либо потенциально – в форме запасов жировой ткани. В натуральных пищевых жирах содержатся жирорастворимые витамины и «незаменимые» жирные кислоты. Важная функция липидов – создание термоизоляционных покровов у животных и растений, защита органов и тканей от механических воздействий.

Цель данной работы является изучение липидов и превращение их при производстве продуктов питания.

Классификация, свойства липидов

Липиды делят на две основные группы: простые и сложные липиды. К простым нейтральным липидам (не содержащим атомов азота, фосфора, серы) относят производные высших жирных кислот и спиртов: глицеролипиды, воски, эфиры холестерина, гликолипиды и другие соединения. Существуют и другие классификации липидов. По мнению отдельных авторов, в эту группу органических соединений следует включить изопреноиды (терпены и их производные) и стероиды. Молекулы сложных липидов содержат в своем составе не только остатки высокомолекулярных карбоновых кислот, но и фосфорную или серную кислоты.

По строению и способности к гидролизу липиды разделяют на омыляемые и неомыляемые. Омыляемые липиды при гидролизе образуют несколько структурных компонентов, а при взаимодействии со щелочами — соли жирных кислот (мыла).

Наиболее важная и распространенная группа простых нейтральных липидов - ацилглицерины. Ацилглицерины (или глицериды) - это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Они составляют основную массу липидов (иногда до 95%) и, по существу, именно их называют жирами или маслами. В состав жиров входят, главным образом, триацилглицерины, а также диацилглицерины и моноацилглицерины.

Разница в температурах плавления глицеридов разного состава лежит в основе демаргаринизации - выделения из смеси наиболее высокоплавкой фракции глицеридов (получение хлопкового пальмитина, пальмового стеарина). Плотность триацилглицеринов 900-960 кг/м³ (при 15°С).

Другой важной группой простых липидов являются воски. Восками называют сложные эфиры высших одноосновных карбоновых кислот (С⁰₁₈—С⁰₃₀) и одноатомных (содержащих одну группу ОН) высокомолекулярных (с 18-30 атомами углерода) спиртов.

Воски широко распространены в природе. В растениях они покрывают тонким слоем листья, стебли, плоды, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, действия микроорганизмов. Содержание восков в зерне и плодах невелико. В оболочках семян подсолнечника содержится до 0,2% восков от массы оболочки, в семенах сои - 0,01%, риса - 0,05%. Воски - важный компонент воскового налета виноградной ягоды - прюина.

Важнейшими представителями сложных липидов являются фосфолипиды. Молекулы фосфолипидов построены из остатков спиртов (глицерина, сфингозина), жирных кислот, фосфорной кислоты (Н₃РО₄), а также содержат азотистые основания (чаще всего холин [НО-СН₂-СН₂-(CH₃)₃N]⁺OH или этаноламин HO-CH₂-CH₂-NH₂), остатки аминокислот и некоторых других соединений.

В молекуле фосфолипидов имеются заместители двух типов: гидрофиль­ные и гидрофобные. В качестве гидрофильных (полярных) группировок выступают остатки фосфорной кислоты и азотистого основания («голова»), а гидрофобных (неполярных) - углеводородные радикалы («хвосты»). Фосфолипиды (фосфатиды) - обязательные компоненты растений.

В маслах фосфолипиды в зависимости от концентрации могут присутствовать в виде индивидуальных молекул, а также в виде групп ассоциированных молекул - мицелл. При низкой концентрации получаются сферические мицеллы, в которых полярные части молекул образуют внешний слой, а гидрофобные - внутренний; при повышенной концентрации мицеллы группируются в рюшные цилиндры. При дальнейшем росте концентрации образуется сферический тип жидкокристаллической структуры - ламеллярная (слоистая), состоящая из бимолекулярных слоев гидов, разделенных слоями воды. Последующее объединение мицелл приводит к выпадению их в виде осадка (фосфидная эмульсия, «ФУЗ»).

Эта особенность фосфолипидов используется для их выделения. Особенности перехода одной структуры в другую определяются не только концентрацией фосфолипидов, но и их составом, температурой и т. д.

Фосфолипиды вместе с белками и углеводами участвуют в построении мембран (перегородок) клеток и субклеточных структур (органелл), выполняя роль несущих конструкций мембран, регулируют поступление в клетку и ее структуры разнообразных соединений. Липиды по их функциям в организме часто делят на две группы - запасные (резервные) и структурные (протоплазматические). Это деление условное, но оно широко применяется. Отдельные авторы, подчеркивая защитные функции липидов, выделяют некоторые из них в особую группу (например, воски).

Запасные липиды, в основном жиры (ацилглицерины), обладая высокой калорийностью, являются энергетическим и строительным резервом организма, который используется им при недостатке питания и заболеваниях. Высокая калорийность жира позволяет организму в экстремальных ситуациях существовать за счет его запасов («жировых депо») в течение нескольких недель. До 90% всех видов растений содержат запасные липиды, главным образом, в семенах. Запасные липиды являются защитными веществами, помогающими растению переносить неблагоприятное воздействие внешней среды, например, низкие температуры. Запасные липиды животных и рыб, концентрируясь в подкожной жировой ткани, защищают организм от травм. Воски, которые выполняют защитные функции, также могут быть условно отнесены к защитным липидам. Запасные липиды у большинства растений и животных являются основной по массе группой липидов (иногда до 95-96%) и относительно легко извлекаются из жиросодержащего материала неполярными растворителями («свободные липиды»).

Структурные липиды (в первую очередь, фосфолипиды) образуют сложные комплексы с белками (липопротеиды), углеводами, из которых построены мембраны клеток и клеточных структур, и участвуют в разнообразных сложных процессах, протекающих в клетках. По массе они составляют значительно меньшую группу липидов (в масличных семенах 5%). Это трудноизвлекаемые «связанные» и «прочносвязанные» липиды. Для их извлечения необходимо предварительно разрушить их связь с белками, углеводами и другими компонентами клетки. Связанные липиды выделяются гидрофильными полярными растворителями или их смесями (хлороформ-метанол, хлороформ-этанол), которые разрушают некоторые белково-липидные, гликолипидные соединения. Прочносвязанные липиды извлекаются после обработки липидсодержащего материала спиртовым раствором щелочи при кипячении для разрушения прочных комплексов липидов с нелипидными компонентами. При этом может происходить гидролиз отдельных групп липидов и омыление жирных кислот щелочью. При извлечении липидов из масличного сырья в масло переходит большая группа сопутствующих жирам жирорастворимых веществ: пигменты, жирорастворимые витамины, изопреноиды, в том числе стерины и некоторые другие соединения. Они играют большую роль в пищевой технологии и влияют на пищевую и физиологическую ценность полученных продуктов питания. Извлекаемая из семян смесь, состоящая из разных групп липидов и растворенных в них сопутствующих веществ, получила название сырого жира.

Среди жирорастворимых пигментов - веществ, определяющих окраску масел и жиров, - наиболее распространены каротиноиды и хлорофиллы. В хлопковых семенах содержится пигмент госсипол. Госсипол и продукты его превращения окрашивают хлопковые масла в темно-желтый или коричневый цвет. Госсипол, содержащийся в семенах, листьях, стеблях хлопчатника, - токсичное вещество. В ядре семян большинства промышленных сортов хлопчатника его от 0,14 до 2,5%. По структуре госсипол представляет собой димер нафталина, содержащий гидроксильные, альдегидные, метальные и изопропильные заместители. При хранении и нагревании нерафинированных хлопковых масел госсипол образует целый ряд соединений, обусловливающих их темную окраску.

Каротиноиды - это растительные красно-желтые пигменты, определяющие окраску ряда жиров, а также овощей и фруктов, яичного желтка и многих других продуктов. По своей химической природе это углеводороды С₄₀Н₅₆ - каротины и их кислородсодержащие производные. Помимо красящих свойств, отдельные каротиноиды обладают провитаминными свойствами, так как, распадаясь в живом организме, они превращаются в витамин А.

Хлорофиллы - группа природных жирорастворимых пигментов, придающих зеленую окраску маслам и жирам, а также многим овощам (лук, салат, укроп и т. д.).

Среди сопутствующих жирам неомыляемых веществ важное место занимают циклические спирты и их эфиры - стеролы и стерины. Стерины - алициклические вещества, входящие в группу стероидов, обычно они представляют собой кристаллические одноатомные спирты (стеролы) или их эфиры (стериды). Различают зоостерины, выделяемые из животных объектов, фитостерины (из растений), микостерины, выделяемые из грибов.

Стерины и их производные, несмотря на их невысокое содержание, играют исключительно важную роль в жизни всех живых организмов. В виде сложных комплексов с белками они регулируют обмен веществ в клетке.

Холестерин обнаружен в тканях всех животных и отсутствует, или присутствует в незначительном количестве, в растениях. Он является структурным компонентом клетки, участвует в обмене желчных кислот, гормонов; 70-80% холестерина в организме человека синтезируется в печени и других тканях.

Жиры нестойки при хранении. Они являются наиболее лабильными компонентами пищевого сырья и готовых пищевых продуктов. Нестойкость жиров - следствие особенностей их химического строения. Превращения ацилглицеринов можно разделить на реакции, протекающие с участием сложноэфирных групп, и на реакции, протекающие с участием углеводородных радикалов.