Контрольные вопросы

1. Перечислите способы классификации пищевых жиров.

2. Как подразделяются пищевые жиры по способности полимеризоваться?

3. На какие группы подразделяются растительные масла по фракционному составу жирных кислот?

4. Что означает термин «переработанные жиры»?

5. К какой группе относится кукурузное масло?

6. Укажите подвиды подсолнечного масла.

1.3. Физические свойства и показатели жиров

Физические свойства жиров лежат в основе целого ряда экспрессных показателей качества и технико-эксплуатационных свойств жиров. Чаще всего из физических показателей определяют температуру плавления и застывания, плотность, показатель преломления, твердость, температуру вспышки.

Физические свойства имеют большое значение, так как для их оценки используются простейшие физические приборы и рутинные методики, длительность исследования не превышает 10-20 мин (кроме определения массовой доли влаги и летучих веществ). На основании физических показателей жиров проводят идентификацию, определяют видовую принадлежность, степень и чистоту рафинации жиров, выявляют фальсификацию.

Температура плавления – температура, при которой жир переходит из твердого состояния в капельно-жидкое. Она зависит от соотношения жирных кислот и их расположения в молекулах триглицеридов, степени ненасыщенности жирных кислот. С увеличением доли низкомолекулярных и непредельных жирных кислот температура плавления жиров уменьшается. Мало того, что жиры являются смесью различных триглицеридов, но и триглицеридный состав их не постоянен, варьирует в довольно широких пределах для жира одного и того же сорта, поэтому жиры не имеют четкой температуры плавления. Температура плавления обусловливает консистенцию жиров. Так, температура плавления твердого бараньего жира 44-56 ⁰С, а мазеобразного свиного – 36-46 ⁰С. Чем выше температура плавления, тем хуже они усваиваются организмом. При окислении жиров с образованием гидроксикислот и увеличением молекулярной массы температура плавления повышается. Все жиры значительно увеличивают объем при плавлении.

При постепенном охлаждении жидкий жир частично кристаллизуется и приобретает форму твердого тела, обладающего пластичностью. Температура застывания – это температура перехода жира из жидкого состояния в твердое. Температура застывания жира, как правило, значительно ниже температуры плавления (Табл. 5).

Таблица 5. Физические показатели пищевых жиров

Жир	Плотность при 15°С, кг/м3		Показатель преломления при 20оС		Температура застывания, °С	Температура плавления, оС
1	2		3		4	5
Растительные масла
Кукурузное		924...926		1,471...1,474	-10 ... -20	—
Подсолнечное		920...927		1,474...1,476	-16 ... -19	—
Соевое		922...934		1,474...1,478	-15 ... -18	—
Хлопковое		918...932		1,472...1,476	-2,5... -6	—
Арахисовое		911...929		1,468...1,472	-2,5 ... +3	—
Горчичное		913...923		1,470...1,474	-8 ... -16	—
Оливковое		914...919		1,466...1,471	0 ... -6	—
Рапсовое		911...918		1,472...1,476	0 ... -10	—
Какао		945...976		1,453...1,458*	12...29,5	28...36
Кокосовое		925...926		1,448...1,450*	14...26	20...29
Пальмовое		921...925		1,453...1,459*	31...41	27...39
Пальмоядровое		925...935		1,449...1,452*	19...24	—

Продолжение Табл. 5

1	2		3		4	5
Пищевые жиры животного происхождения
Говяжий:
из сала-сырца		925...953		1,455...1,459*	30...38	42...52
костный		931...938		1,467...1,468*	9...38	16...45
копытный		914...919		1,467...1,469*	—	—
Бараний		937... 961		1,450...1,452*	33...45	44...56
Свиной		915...938		1,458...1,461*	22...32	36...46
Молочный коровий жир		936...944		1,452...1,457	15...25	28–38

Примечание* ̶ при 40° С

Для сравнительной оценки чистоты жиров и их идентификации определение температуры плавления проводят в специальных стандартных условиях. Различают:

- температуру подъема, при которой образец, находящийся в открытом с обоих концов капилляре и помещенный в термостат, начинает подниматься к верху капилляра;

- температуру растекания, при которой образец, помещенный в U-образный капилляр, начинает течь;

- температуру просветления, при которой образец становится совершенно прозрачным.

Кроме того, определяют температуры истечения и каплепадения на приборе Уббелоде. Определяется титр жира – температура застывания смеси жирных кислот, выделенных из данного жира. Титр жира – характерная величина, на который не влияет полиморфизм жирных кислот.

В последние годы получил применение более информативный метод физического контроля – дифференциальный термический анализ (ДТА) жиров. Процесс плавления жиров никогда не происходит одномоментно при одной температуре, а в широком интервале температур от минус 40 до плюс 40 ^оС. Сначала плавятся наиболее легкоплавкие компоненты твердой фазы, затем при повышении температуры, процесс плавления складывается из последовательного растворения в уже образовавшейся жидкой фазе смешанных кристаллов с более высокими точками плавления. Если нагрев, например, твердых жиров, проводить с фиксированной скоростью в заданном интервале температур (0-45 ^оС), то при плавлении жиров можно обнаружить индивидуальные для каждого типа жира по интенсивности, температуре максимума и по числу эндотермических пиков (Рис. 1).

Рис. 1. Кривая ДТА заменителя молочного жира «Милкетта SA».

Пластичность характерна для жиров, содержащих 10-30% крис-таллической фазы, и является ценным технологическим и потребительским свойством. В пластичном жире кристаллы твердых триглицеридов образуют решетку, внутри которой находится значительное количество жидкой фазы. При дальнейшем охлаждении все триглицериды кристаллизуются и жир теряет пластичность.

Важная характеристика жиров – твердость, определяемая нагрузкой в г/см, необходимой для разрезания жира в определенных условиях. Твердость характеризует структурно-механические свойства твердых жиров. Этот показатель используется для определения качества маргаринов и саломасов.

Температура кипения жиров не представляет большого практического интереса, так как жиры обладают низким давлением паров и кипят только в высоком вакууме (~ 250 °С при 0,001 мм рт. ст.).

Плотность жиров, напротив, часто используется в характеристике жиров. Плотностью тела называют массу единицы объема, т.е. величину отношения массы тела в состоянии покоя к его объему. Плотность жиров зависит от молекулярно-массового распределения и состава триглицеридов, от степени ненасыщенности жирных кислот, входящих в молекулы триглицеридов (Табл. 5). Она коррелирует с числом омыления и йодным числом и может быть рассчитана по эмпирической формуле:

d₁₅¹⁵=0,8475+0,0003Ч_О+0,00014Ч_Й,

где Ч_О – число омыления, Ч_Й – йодное число. Температурный коэффициент объемного расширения жиров 0,0007/град.

Плотность жиров уменьшается с увеличением молекулярной массы и увеличивается с повышением степени ненасыщенности жирных кислот, входящих в состав триглицерида. Увеличение длины гидрофобных цепочек уменьшает возможность реализации π-π-взаимодействий между сложноэфирными фрагментами триглицеридов, большие алкильные группы не только экранируют их, но и уменьшают общую массовую долю поляризованных –С(О)О– групп в триглицеридах. Двойные связи ненасыщенных групп, напротив, взаимодействуя между собой и группами –С(О)О–, способствуют созданию более плотной упаковки молекул три-глицеридов, а значит, повышают плотность вещества. Таким образом, чем короче цепи карбоновых кислот, и чем они ненасыщеннее, тем выше плотность жира. Поэтому, например, большой плотностью обладает кокосовый жир, богатый кислотами с числом углеродных атомов от 10 до 14, большую плотность имеют топленые животные жиры, в составе которых преобладают жирные кислоты от лауриновой до стеариновой, арахисовое и оливковое масло обладают низкой плотностью за счет большого числа в триглицеридах жирных кислот с 18-24 атомами углерода. В целом, более важным фактором является молекулярная масса триглицеридов.

Относительная плотность может служить показателем доброкачественности жира. Наличие гидроксильных групп в жирно-кислотном радикале, 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.

Показатель преломления выражается отношением синуса угла падения луча света определенной длины волны к синусу угла преломления. Измерение показателя преломления проводят по стандартной методике при 20 или 40°С для D-линии спектра натрия (589 нм) на рефрактометре с призменными блоками и компенсаторами дисперсии Аббе. Показатель преломления характеризует чистоту жиров и степень их окисления. Показатель преломления возрастает при наличии гидроксигрупп, увеличении молекулярного веса и количества непредельных жирных кислот в жирно-кислотных радикалах триглицеридов. Значения показателя преломления растительных и животных жиров лежат в интервале 1,448 - 1,476 (табл. 5). Зависимость показателя преломления жиров от молекулярной массы жирных кислот и степени их ненасыщенности можно выразить эмпирической формулой:

n_D⁴⁰=1,4643-0,000066Ч_О-0,0096(Ч_К/Ч_О)+0,0001171Ч_Й,

где Ч_К – кислотное число; Ч_О – число омыления; Ч_Й – йодное число. Температурный коэффициент рефракции жиров 0,0036/град.

Вязкость жиров из-за сильного межмолекулярного взаимодействия жирнокислотных цепей весьма высока (2-4 мкПа∙с при 40 °С).

Поверхностное натяжение большинства жиров на границе жир –воздух составляет30-35 мН/м.

Коэффициент теплопроводности составляет около 0,17 Вт/(м^.К), диэлектрическая постоянная колеблется в диапазоне (30-40)^.10^-30, то есть жиры являются плохими проводниками тепла и электричества.

Растворимость жиров разного происхождения имеет много общего. Жиры неограниченно растворяются в диэтиловом эфире, бензоле, хлороформе, частично растворяются в этаноле (5-10%) и ацетоне, практически не растворяются в воде, но образуют с ней эмульсии. В 100 г воды эмульгируются 10 мг говяжьего жира, 50 мг свиного. Жиры растворяют небольшие количества воды (0,1-0,4%) и значительные количества газов (7-10% по объему N₂, H₂, О₂ и до 100% СО₂). Растворимость Н₂, N₂, O₂ возрастает с ростом температуры, растворимость СО₂ падает.

Оптические свойства, определяющие поглощение света в видимом и ультрафиолетовом диапазоне спектра, цветность и прозрачность жира зависят не только от сорта жира, но и от степени очистки.

Цветное число характеризует интенсивность окраски растительных масел, а также степень их очистки. Выражается в мг йода на 100 мл воды. Величина цветного числа ограничивается стандартами, так как темная окраска ухудшает товарный вид масел. Нерафинированные масла имеют более темный цвет и соответственно более высокое цветное число по сравнению с рафинированными. В диапазоне УФ-света жиры поглощают при 216-224 нм. Это поглощение может быть использовано при контроле триглицеридного состава с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с УФ-детектированием.

Температура вспышки экстракционного масла – это температура, при которой выделяющиеся при нагревании жира летучие вещества образуют с воздухом горючую, вспыхивающую в пламени горелки смесь. Этот показатель характеризует чистоту экстракционного масла и полноту удаления растворителя. Остатки растворителя понижают температуру вспышки. Температура вспышки большинства жиров 270-330°С, температура самовоспламенения 340-360 °С; характеристикой жиров является также так называемая температура дымообразования (дымления), при которой происходит визуально заметное образование дыма вследствие разложения жира. Она падает с ростом кислотного числа жира и лежит в пределах 160-230°С.

Летучие примеси. Летучие компоненты жиров часто указывают на происхождение последних по специфическому запаху. Однако высокоочищенные жиры не имеют запаха. Но жиры легко сорбируют летучие вещества из окружающей среды. Анализируя характер летучих компонентов с применением парофазной газожидкостной хроматографии, можно установить натуральность, аутентичность, фальсификацию или сохранность жирового продукта. К летучим примесям можно отнести и остаточные количества органических растворителей, которые использовали при получении экстракционным способом.