2.Технологія жирів. Харчові рослинні жири, як сировина для виробництва продовольчих товарів. Властивості і оцінка якості жирів.

Упрощенно жиры (липиды) можно считать классом соединений, которые поддают­ся растворению в органических растворителях. При комнатных температурах жиры являются твердыми, а масла — жидкими. На практике же липиды, жиры и масла в пищевых системах означают одно и то же (в состав твердых жиров входят остатки предельных жирных кислот, в состав масел — остатки не­предельных (ненасыщенных) жирных кислот).

Химическое строение. В пищевых продуктах липиды чаще всего встречаются в форме триглицеридов. Как показано на рис., молекула триглицерида включает остатки трех жирных ки­слот (Триглицериды могут иметь остатки и ненасыщенных кислот — это масла, мягкие жиры), связанных с молекулой глицерина через эфирные связи. Другими, менее рас­пространенными формами липидов в пищевых продуктах, являются жирораствори­мые витамины (A, D, E и К), жирорастворимые пигменты (например, хлорофилл и каротиноиды, моно- и диглицериды, холестерин, воски и фосфолипиды).

Жирные кислоты триглицеридов различаются по длине цепей и количеству двой­ных связей. Различия в способности вступать в химические реакции и в функцио­нальных возможностях жиров в значительной степени зависят от свойств конкрет­ной жирной кислоты. Некоторые из наиболее часто встречающихся жирных кислот и точки их плавления приведены в табл.6. Жирные кислоты с более длинными цепочками делают триглицериды при комнатных температурах более твердыми. Бо­лее короткие цепи, а также большее количество двойных связей в жирной кислоте означают, что данный жир при комнатной температуре будет более жидким.

Длина цепочек жирных кислот зависит от источника происхождения жира, тогда как количество двойных связей (ненасыщенность) зависит как от источника происхождения жира, так и от процесса гидрирования. Животные жиры (лярд, сало, сли­вочное масло) имеют тенденцию к меньшей ненасыщенности и поэтому они более твердые. Исключениями здесь являются рыбий жир, в котором встречаются жирные кислоты с длинными цепочками и множеством двойных связей. Растительные ис­точники жиров обладают большей ненасыщенностью и поэтому при комнатных тем­пературах они чаще жидкие, чем твердые. Исключение — кокосовое и косточковое пальмовое масло (так называемые «тропические жиры»), в состав которых входят в значительной степени насыщенные жирные кислоты с цепочками короткой и сред­ней длины, что делает эти жиры твердыми при комнатной температуре.

Гидрогенизация жиров. Гидрогенизация (гидрирование) - процесс присоединения водорода к органическим соединениям. Гидрогенизацию жиров проводят с целью снижения ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав триглицеридов. Гидрированию подвергают растительные масла (подсолнечное, соевое, хлопковое) и жиры морских животных (китовый жир). Гидрогенизация жиров – гетерогенный каталитический процесс. Катализаторами служат никель Ренея, никель-медные, никель-кизельгуровые, металлокерамические и др. соединения и сплавы металлов переменной валентности. Результатом гидрогенизации является снижение числа двойных связей и повышение температуры плавления исходного жира.

Процесс сопровождается следующими основными реакциями:

1. гидрирование полиненасыщенных кислот, например линолевой до мононенасыщенной олеиновой и последней до насыщенной стеариновой

2. изомеризацией, например превращением олеиновой кислоты (цис-изомера) в элаидиновую (транс-изомер), а также миграцией двойной связи, приводящих к образованию изоолеиновых кислот

3. гидролизом части триглицеридов до свободных жирных кислот и их взаимодействие с металлом катализатора с образованием солей, являющихся мылами;

4. переэтерификацией (обменом радикалов) триглицеридов.

Продукты гидрирования жиров - саломасы – представляют собой смеси твердых насыщенных и ненасыщенных жирных кислот С₁₆ – С₁₈. В небольших количествах саломасы содержат жирные кислоты, продукты их распада, моно- и диглицериды, неомыляемые вещества и др. Пищевой саломас (t_пл = 31 - 33ºC) применяют для выработки маргарина, кондитерских и кулинарных жиров, пищевых ПАВ. Технический саломас (t_пл = 39 - 49ºC) – для получения туалетного и хозяйственного мыла, стеарина и др.

Технологический процесс получения гидрированных жиров может быть периодическим или непрерывным. В первом случае применяют один автоклав, снабженный турбинной мешалкой с частотой вращения 1 с^-1, при непрерывном процессе – батарея из нескольких автоклавов (обычно три). На гидрирование поступает тщательно отрафинированное масло. Давление водорода – 0,2 МПа, температура процесса 190 -220ºC при получении пищевого саломаса и 1,5 – 2 МПа 190 - 250ºC при получении технического саломаса. Загрузка катализатора составляет 0,5 – 2,0 кг на 1т масла. Гидрированные жиры отделяют в специальном сборнике от водорода и фильтруют при 110 - 130ºC от катализатора затем отправляют на рафинацию. При загрузке в автоклав вместимостью 12 м³ 6т жира производительность батареи из трех автоклавов составляет 4 – 6 т/час.

Гидрогенизированные масла обладают меньшей химической активностью, чем масла, имеющие более высокий уровень ненасыщен­ности. Так, маргарин представляет собой твердое тело, а исходный материал, из ко­торого он изготавливается, — жидкость. Мягкость маргарина поддается управлению за счет уровня гидрогенизации.

Побочной негативной стороной гидрогенизации, как мы уже говорили выше, является преобразование природной фор­мы двойных связей «цис» в форму «транс». Продолжая вносить свой вклад в ненасыщенность, двойная связь «транс» содействует также повышению точки плав­ления, то есть образованию более твердого жира. причем они вызывают некоторые вопро­сы относительно их метаболизма в организме человека.

Функции жиров. Жиры и масла в пищевых продуктах представляют собой многофункциональные компоненты, что усложняет задачу снижения содержания их уровня или полного удаления. Жиры являются средством теплопередачи и используются при тепловой обработке большого количества продуктов как в производственных, так и бытовых условиях. Не содержащих жира заменителей масел для жарки не существует, хотя поглощение жира в процессе жарки может регулироваться за счет различных факто­ров. Жиры являются «смазкой», предотвращающей прилипание и позволяющей от­делять продукт от поверхностей.

Жиры обеспечивают такие органолептические свойства продукта, как сочность и вкус. Вкусовые вещества в пищевых продуктах зачастую содержатся в липидной ча­сти пищевых продуктов. Жиры не только улавливают и передают их, но и сами спо­собны расщепляться в процессе нагрева, обеспечивая при этом желаемый вкус. Так, вкус различных сортов мяса частично проявляется за счет расщепления жира в про­цессе приготовления.

В пищевых продуктах, основой которых являются зерновые, жиры вносят свой вклад в мягкость продукта, «охватывая» при смешивании частицы муки. Это сводит к минимуму взаимодействие воды с белками муки и ограничивает взаимодействие белков друг с другом. В результате образуется меньшее количество клейковины и продукт получается более мягким. Благодаря своей низкой вязкости масла более эф­фективны при размягчении продуктов, чем твердые жиры. Исторически сложилось так, что функция размягчения в выпечке получила название «shortness», и такие жиры стали называться шортенингами (на Украине такие жиры называются кондитерскими, добавляемыми в тесто для повы­шения его рассыпчатости). Кроме этого, служа барьером между слоями клейковины, в кондитерских изделиях жиры обеспечивают образование слоев и хлопьев.

Жиры участвуют также в обеспечении непрозрачности или белизны пищевых продуктов (особенно при эмульгации). Например, обезжиренное молоко отличается по степени белизны от цельного с 3,25%-ным содержанием жира, что объясняется преломлением света частицами жира. Обезжиренные заправки для салата по своей прозрачности могут отличаться от заправок, содержащих жир.

Жиры могут использоваться в пищевых продуктах в твердом, жидком или «полу­твердом» виде. Полутвердые жиры называются пластичными, а пластичность зави­сит от температуры и типа смеси жиров с разными источниками происхождения. В процессе преобразования жидких форм в твердые триглицериды образовывают различные типы кристаллических структур, которые в зависимости от хода процес­са охлаждения могут иметь различные характеристики плавления. В ходе процесса, называемого переэтерификацией, жирные кислоты высвобождаются из структуры триглицерида, и затем повторно связываются (иногда в другой позиции). Результа­том этого процесса становится перераспределение жирных кислот в триглицеридах, что используется для улучшения пластичности исходного жира.

Окисление липидов. Результатом окисления жирных кислот становится появление нежелательных вку­са и запаха, что может являться показателем неприемлемого качества продукта. Окисление липидов и потеря вкусовых качеств, помимо заражения микро­организмами, является наиболее часто встречающейся причиной порчи пищевых продуктов. Сроки годности при хранении сухих завтраков (хлопьев, мюслей), заморо­женного мяса, картофельных чипсов и растительных масел ограничены степенью их окисления. Помимо формирования вкуса, окисление жиров может привести к потере чрезвычайно важных жирных кислот, необходимых для человека, постепен­ному исчезновению пигментов, разрушению растворимых в жирах витаминов и формированию потенциально опасных соединений, источником которых является окисленный жир.

Потенциальную способность к окислению липидов определяет количество двой­ных связей в жирной кислоте или в исходном жире. Любое масло, характеризующе­еся высоким показателем ненасыщенности, следует считать подверженным разло­жению. Показательным примером очень ненасыщенного масла является рыбий жир, который в любой пищевой системе очень нестабилен.

В ходе реакции окисления образуются химически высоко активные свобод­ные радикалы. Процесс окисления в пищевых продуктах имеет некоторый на­чальный период, на протяжении которого реакция может показаться медленной или вовсе несуществующей. С течением времени скорость протекания реакции возрастает, и на этом этапе все попытки ее остановить или замедлить бесполез­ны. Происходит вовлечение в реакцию кислорода, что приводит к образованию перекисей и гидроперекисей. Следующим этапом протекания реакции становит­ся расщепление жирной кислоты на соединения с меньшей молекулярной массой (например, альдегиды и кислоты). Эти соединения сами могут обладать сильным вкусом или вступать в реакции, в результате которых возникают проблемы со вкусовыми качествами продукта. Образовавшиеся продукты окисления способ­ны к полимеризации и поликонденсации, что приводит к образованию соедине­ний, обладающих большой молекулярной массой. Масло становится более вяз­ким и обесцвеченным. На этом этапе вкус, как правило, настолько неприятен, что продукт становится несъедобным.

Для подавления окисления липидов используется множество средств. Снизить склонность к окислению можно с помощью применения более насыщенных жиров и более высокой степени гидрогенизации ненасыщенных жиров. Несмотря на то, что использование ненасыщенных жиров желательно в целях сохранения здоровья, в целом проблему окисления жиров следует решать за счет применения других мето­дов, например, выбора упаковки, соответствующих условий хранения, использова­ния антиокислителей и т. д. Окисление липидов с учетом исключений из общего пра­вила в первую очередь может быть обусловлено условиями хранения продукта, в меньшей степени — воздействием тепла. Вместе с тем температура тоже имеет зна­чение, и для хранения чувствительных к окислению продуктов рекомендуются низ­кие, а не высокие температуры. Окислению липидов способствует и свет, поэтому в качестве профилактических мер целесообразно применение непрозрачной или цвет­ной упаковки, а также защита от видимого и ультрафиолетового света. Смешивание даже небольшого количества окисленного масла со свежим дает возможность «пере­скочить» через значительную часть начального периода реакции и таким образом ее ускорить. Присутствие перекисей и свободных радикалов в старом масле ускоряют образование привкусов.

Одним из реагентов, в значительной степени содействующим протеканию реак­ции, является кислород. Любые меры, способствующие удалению из пищевого про­дукта воздуха или кислорода, помогают замедлить ход реакции. Природные свой­ства большинства пищевых продуктов не позволят полностью удалить из них воздух, но вакуумная упаковка (для жареного арахиса), продувка азотом (для картофель­ных чипсов) и использование непроницаемой для кислорода упаковки (прокладка из фольги для некоторых готовых к употреблению продуктов) могут способствовать подавлению реакции окисления. Влияние воды на процесс окисления липидов раз­лично, поскольку в сухих продуктах (например, порошках или хлопьях) дальнейшее снижение содержания влаги будет способствовать процессу окисления. При других обстоятельствах увеличение содержания влаги или ее активности a_W способно повы­сить степень окисления.

Катализаторами окисления липидов являются ионы металлов переменной валентности (например, желе­за или меди). Присутствие этих металлов в технологическом оборудовании, воде, маслах или других пищевых ингредиентах следует рассматривать как наличие «предокислителя». В качестве хелатных соединений или соединений, связываю­щих ионы металла и разрушающих их каталитическую активность, используются некоторые антиокислители, например, лимонная кислота. Замедлить скорость протекания реакции способны и природные антиокислители — например, Е306 концентрат смеси токоферолов (витамие Е), Е307 α-токоферол, а также добавление синтетических антиокислителей, на­пример, Е 308 γ-токоферол синтетический, Е309 δ-токоферол синтетический, Е310 пропилгаллат,Е319 трет-бутилгидрохинон, Е320 бутилгидроксианизол или Е321 бутилгидрокситолуол). Сила этих антиокислителей ограничена, причем применять их можно лишь в незначительных количествах. Как правило, для предотвращения окисления липидов в продуктах, содержащих ненасыщенные жиры, следует использовать сочетание профилактических мер, но даже в случае их применения сроки годности продуктов при хранении будут ограничены вслед­ствие реакции окисления.

Масла, используемые для жарки. Используемые для жарки масла являются средством теплопередачи, источником вкуса и, в конце концов, становятся составной частью жареного продукта. В процес­се жарки масла могут быть в различной степени насыщенными или ненасыщенны­ми, а высокие температуры, возникающие в процессе жарки, становятся причиной разрушения триглицеридов. Вызванный нагревом гидролиз триглицеридов создает свободные жирные кислоты, которые могут обладать характерным вкусом, способ­ностью к дальнейшему химическому расщеплению и образованию обладающего ед­ким запахом акролеина и дыма, нежелательного при жарке. Жарка происходит преимущественно при температуре 175 °С, поскольку при бо­лее низких температурах возникает тенденция к избыточному поглощению масла пищевым продуктом, а нагрев масла до более высоких температур может вызвать быстрое его разрушение. Даже при нормальных температурах жарки происходит рас­щепление триглицеридов, приводящее к образованию дыма, потемнения, большой вязкости (ввиду полимеризации) и различных привкусов. В большинстве процессов жарки осуществляется регулярное обновление масла взамен поглощенного продук­том. Иногда старое масло бывает некачественным, и его приходится выбрасывать, по­скольку присутствие такого масла в жареном продукте может стать причиной появле­ния нежелательных привкусов и сокращения срока хранения.

Повышение вкусовых качеств продукта в процессе жарки становится резуль­татом воздействия высоких температур, вызывающих реакцию Майяра. Само масло расщепляется на вкусовые компоненты, которые переходят в жарящийся продукт. Хорошо известно, что при жарке ни свежее масло, ни затемненное или полимеризированное масло не способны придать продукту оптимальный вкус — наилучших вкусовых качеств можно добиться за счет добавления свежего масла к уже используемому.