Лекція № 3. Ліпіди. Жири

Основні питання:

1. Ліпіди, їх біологічна роль, вміст в харчових продуктах.

2. Класифікація ліпідів. Характеристика простих і складних ліпідів.

3. Фізичні та хімічні властивості жирів.

4. Фізико-хімічні показники якості жирів.

5. Методи виділення ліпідів із харчової сировини та харчових продуктів і їх аналіз.

Ліпідами (від грец. «ліпос» ‑ ефір) називають складну суміш ефіроподібних органічних сполук з близькими фізико- хімічними властивостями, яка міститься в клітинах рослин, тварин і мікроорганізмів. Широко використовуються при виробництві багатьох продуктів харчування, є важливими компонентами харчової сировини, напівпродуктів і готових харчових продуктів, визначаючи їх харчову та біологічну повноцінність та смакові якості.

В рослинах ліпіди накопичуються в насінні та плодах. У тварин і риб ліпіди концентруються в підшкірних, мозкових і нервовій тканинах поблизу важливих органів (серце, нирки). Вміст ліпідів в окремих видах мікроорганізмів може досягати 60%. Вміст ліпідів в рослинах залежить від сорту, місця та умов їх зростання; у тварин – від виду, складу кормів, умов вигодовування.

Ліпіди (жири і жироподібні речовини) разом з білками і вуглеводами становлять основну масу органічних речовин організму. Згідно сучасних уявлень доцільно за кожний прийом їжі вживати жири, що мають збалансований склад, а не використовувати жирові продукти різного складу протягом доби.

Б іологічна роль ліпідів:

• складові частини клітинних оболонок та мембранних систем клітини;

• жири захищають внутрішні органи від механічних пошкоджень (печінка);

• жири захищають організм від теплових втрат, так як є добрим термоізолятором;

• субстрат для синтезу цілого ряду біологічно важливих речовин;

• ліпіди є важливим джерелом енергії для організму, доповнюють калорійність раціону;

• жири є джерелом поліненасичених жирних кислот;

• м істять фізіологічно активні нежирові компоненти – жиророзчинні вітаміни, фосфатиди, стериди.

Вміст жирів у харчових продуктах

Назва продукту	Вміст жирів, % до сирої маси	Назва продукту	Вміст жирів, % до сирої маси	Назва продукту	Вміст жирів, % до сирої маси
яловичина	3,8 ‑ 25	насіння соняшника	15 ‑ 35	олія	98
свинина	6,3 – 41,3	риба	0,4 ‑ 20	масло вершкове	61 – 83,5
баранина	5,8 – 33,6	молоко коров’яче	3,2 – 4,5	яйця	12,1
насіння маку	40	грецькі горіхи	58 ‑ 74	хліб житній	1,2

Незамінні, або ессенціальні кислоти. ‑ ненасичені жирні кислоти, що не синтезуються в організмі людини і тварин або утворюються в недостатній кількості. Відносять:

• лінолеву кислоту (С₁₇Н₃₁СООН), міститься в лляній, кукурудзяній, конопляній, соняшниковій олії; Добова потреба – 6-10г

• ліноленову кислоту (С₁₇Н₂₉СООН);

• арахідонову кислоту (С₄₁Н₅₉СООН), міститься у вершковому маслі, яйцях, субпродуктах, мозках. Частково синтезується з лінолевої кислоти за участі вітаміну В₆. Виявляє найбільшу біологічну активність.

Нестача ненасичених жирних кислот в організмі зумовлює припинення росту молодих тварин, викликає захворювання шкіри, яке нагадує екзему.

Жирні кислоти визначають фізичні властивості жирів, якщо в складі тригліцеридів переважають:

• насичені (тверді) жирні кислоти, то такі жири матимуть тверду консистенцію і високу температуру плавлення;

• ненасичені жирні кислоти, жири матимуть низьку температуру плавлення і перебуватимуть у рідкому стані.

Прості ліпіди побудовані з залишків спиртів і вищих жирних кислот.

• нейтральні жири (гліцериди) – складні ефіри гліцерину і вищих жирних карбонових кислот.

Гліцерин (гліцерол) моногліцерид (моноацилгліцерол) дигліцерид (диацилгліцерол) тригліцерид (триацилгліцерол)

Класифікація ліпідів	Структура жирів, фосфоліпідів і гліколіпідів

• стерини, або стероли ‑ поліциклічні спирти, похідні циклопентанпергідрофенантрену.

Стерини – тверді оптично активні речовини, нерозчинні у воді. Синтезуються в тканинах і клітинах хребетних (холестерин і інші зоостерини), рослин (провітамін вітаміну D ергостерин і інші фітостерини) і грибів (С₂₈ – мікостерини). Їх естери з ВЖК називаються стеридами. Матеріалом для біосинтезу стеринів є ацетил – КоА

Стерини входять до складу клітинних мембран, з них в організмі тварин і людини синтезуються жовчні кислоти і статеві гормони, гормони кори наднирників.

		Типовий представник стеринів – холестерин, який входить до ліпідної частини біомембран клітин і їх похідних. Нормальний вміст холестерину в крові людини становить 0,18 ‑ 0,26%. Його надлишок призводить до розвитку атеросклерозу, ксантоматозу і ожиріння печінки. Добова норма не повинна перевищувати 0,5г. Використовують для одержання паст і мазей (фармація), різних кремів (парфумерія)
Стериди ‑ складні ефіри стеринів і ВМЖК.
	Ефір холестерину (холестерид)		Ергостерин – попередник вітаміну D, після дії УФ променів набуває протирахітної дії.

• воски – група ліпідів, молекули яких утворюються деякими вищими спиртами (переважно жирного ряду) і ВМЖК.

Воски ‑ складні естери вищих спиртів (від 16 до 22 атомів карбону) ВМЖК. Розрізняють воски тваринного (бджолиний віск, спермацет, ланолін), рослинного (карнаубський), викопного (озокерит) та мікробного походження.

Бджолиний віск виробляється восковими залозами бджіл. Являє собою суміш естерів (до 75%), вільних жирних кислот і насичених вуглеводнів, вітамінів та інших речовин. Основу воску складає естер мірициловог сприту і пальмітинової кислоти:

С₃₀Н₆₁ОН + С₁₅Н₃₁СООН → С₁₅Н₃₁СО – О – С₃₀Н₆₁ + Н₂О

мірициловий спирт пальмітинова кислота мірицилпальмітоат

Карнаубський віск – рослинний віск, що покриває листя пальми. Хімічною основою воску є мірицилцеротиноат:

С₃₀Н₆₁ОН + С₂₅Н₅₁СООН → С₂₅Н₅₁ – СООС₃₀Н₆₁ + Н₂О

мірициловий спирт церотинова кислота мірицилцеротиноат

Застосовують як компонент полірувальних паст, при вичинці шкур, у виробництві копіювального паперу.

Складні ліпіди. Молекули складних ліпідів утворені залишками молекул ВМЖК, спиртів (часто ВМЖ), неорганічних кислот (найчастіше Н₂SO₄ i H₃PO₄), нітрогенних основ (холін, коламін) і моносахаридів (галактози, глюкози, манози).

До складних ліпідів належать:

• фосфатиди (фосфоліпіди) – естери, молекули яких утворено залишками спиртів (гліцерину, інозиту, сфінгозину), ВМЖК (насиченими і ненасиченими), ортофосфорної кислоти і нітрогенної основи. Разом з білками складають хімічну основу біомембран клітин, сприяють кращому засвоєнню жирів, запобігають ожирінню печінки. Фосфатидами багаті нервова тканина, печінка. Загальна потреба у фосфоліпідах складає до 5 – 10г на добу.

Молекула фосфатиду складається з гідрофільної (полярної) і гідрофобної (неполярної) частин. Гідрофільна частина має негативний заряд фосфату і позитивний – Нітрогену, і є диполем (цвітер-іоном). Гідрофобна частина складається з довгих ланцюгів залишків ВЖК. Це обумовлює поверхнево-активні властивості ліпіду, дає можливість формувати плівкові структури в моношарі на межі поділу фаз, взаємодіяти з різними сполуками (полярними і неполярними), активно брати участь у реакціях анаболізму і катаболізму клітини.

За природою спиртових залишків розрізняють такі групи фосфатидів:

Гліцерофосфатиди – складні ліпіди, молекула яких утворена залишками гліцерину, ВМЖК, Н3РО4 і однією з нітрогенних основ. Розрізняють: холінфосфатиди (лецитин)
фосфатидилетаноламін (коламін, кефалін) (відрізняється від холінфосфатиду наявністю в складі азотистої основи етаноламіну (HO—CH2—CH2—N+H3). складаються з гліцерину, двох залишків молекул вищих жирних кислот, залишку фосфорної кислоти та коламіну. Є важливими компонентами клітинних мембран.
В молекулі фосфатидилсерину азотистою основою є залишок амінокислоти серину фосфатидилсерин Відіграють важливу роль у синтезі фосфатидилетаноламінів.
інозитфосфатиди містять залишки циклічного спирту інозиту. Поширені в природі, містяться в рослинах і мікроорганізмах, в мозку, печінці, легенях тварин ілюдини.
ацетальфосфатиди (фосфатидальхолин, плазмалоген). В розбавлених кислотах плазмалогени гідролізують з утворенням альдегіду, α, β-ненасиченого спирту.
сфінгозинфосфатиди (сфінгомієліни) ‑ складні ліпіди, молекула яких утворена ненасиченим аміноспиртом сфінгозином, ВМЖК, Н3РО4 і холіном. Ними багаті нервова тканина, тканини селезінки, легень, підшлункової залози, вони складають близько 20% всіх ліпідів мозку.		сфінгозин
		Загальний план побудови молекули сфінгомієліну нагадує будову гліцерофосфоліпідів. Молекула сфінгомієліну містить полярну «голівку», яка несе одночасно позитивний (залишок холіну), і негативний (залишок фосфорної кислоти) заряди, та два неполярних «хвоста» (довгий аліфатичний ланцюг сфінгозину і ацильний радикал жирної кислоти).
Сульфатиди – складні ліпіди, молекула яких утворена залишками ненасиченого аміноспирту сфінгозину, церебронової або лінгоцеринової кислот, галактози і сульфатної кислоти. Сульфатиди виконують структурну і метаболічні функції в тканинах мозку, нирок і м’язів. Можуть з’являтися в сечі внаслідок захворювання організму людей і тварин церебральним склерозом.
Гліколіпіди – складні ліпіди, молекули яких побудовано з ліпідного та вуглеводного фрагментів, що з’єднані між собою ковалентним зв’язком. Гліколіпіди – складові частини біомембран клітин, з окремими з них пов’язано явище імунітету, деякі – беруть участь у процесах міжклітинної адгезії. Широко представлені в тканинах, особливо в нервовій тканині (в мозку). Головною формою гліколіпідів в тваринних тканинах є глікосфінголіпіди, які містять церамід (складається з спирту сфінгозину і залишку жирної кислоти), та один або декілька залишків сахариду. Найпростішими глікосфінголіпідами є галактозилцераміди та глюкозилцераміди. До складу галактозилцерамідів входить гексоза (D-галактоза), що зв’язана ефірним зв’язком з гідроксильною групою аміноспирту сфінгозину, також жирна кислота (лігноцеринова, нервонова або церебронова кислоти), тобто жирні кислоти з 24 атомами карбону. Типовим гліколіпідом є нервон – цереброзид нервової тканини людини і тварин.

• Ліпопротеїди ‑ білки, до складу простетичної групи яких входять ліпіди та їх похідні (тригліцериди, фосфатиди, холестерин).

Ліпопротеїди досить розповсюджені в тканинах рослин і тварин як складова частина цитоплазми і клітинних структур. Є основою біологічних мембран і різних органів клітини. Комплекси білків з ліпідами містяться також у різних рідинах організму, нервовій тканині та тканинах внутрішніх органів – нирок, легень, слизовій оболонці шлунка.

Транспорт ліпідів. Утворення комплексів білків з ліпідами – ліпопротеїдів – сприяє розчинності і стабілізації ліпідів та забезпечує їх транспорт до різних органів і тканин організму.

Зв’язок між білковою та ліпідною частинами в молекулах ліпопротеїдів залежить від наявності або відсутності в молекулі ліпідів іонізованих груп атомів. Якщо до складу простетичної групи ліпопротеїдів входять полярні ліпіди – фосфатиди, то між білком і ліпідним компонентом утворюються лабільні нековалентні зв’язки.

Фізичні властивості простих жирів:

• Всі жири мають маслянисту консистенцію. Густина жирів менше 1(в середньому 0,9 – 0,95г/см³).

• Жири легко проходять крізь щільні пори, (потрібно зберігати у відповідній упаковці (пергамент).

• Температура плавлення жиру визначається складом твердих насичених кислот:

t_плавл. баранячий жир – 45 ‑ 54⁰С;

t_плавл. яловий жир – 40 – 50⁰С;

t_плавл. свинячий жир – 35 – 46⁰С;

t_плавл. вершкове масло – 30 – 35⁰С.

Температура твердіння жирів на 5-10⁰С нижче їх температури плавлення.

Температура димоутворення – максимальна температура, яку може витримати жир, не згораючи.

Температура димоутворення нижче температури кипіння жиру. Найвища температура димоутворення (близько 230⁰С) у кухонних жирів.

• Жири нерозчинні у воді, проте добре розчиняються в органічних розчинниках (ефір, бензин). Вони здатні розчиняти ефірні масла та природні барвники (каротин).

• Жири погано проводять тепло.

• Жири здатні утворювати емульсії з водою (емульгування). Для отримання емульсій суміш жиру та води піддають тривалому механічному перемішуванню або струшуванню. В результаті відбувається диспергування (тонке подрібнення) жиру, при цьому загальна поверхня жиру різко збільшується. Харчові продукти: молоко, вершки, масло, майонез, маргарин, морозиво – емульсії. Процес емульгування викликає помутніння м’ясних бульйонів (особливо при сильному кипінні).

Завдяки низькій вологості, відсутності мінеральних речовин ліпіди не уражаються мікроорганізмами і в темноті можуть зберігатися протягом тривалого часу. Найкращі умови зберігання жирів ‑ в спеціальних баках – резервуарах: температура 4‑6⁰С, відносна вологість повітря – 75%. У побуті необхідно зберігати жири в закритій скляній тарі в темноті з мінімальним повітряним простором. Тваринні жири практично не містять антиоксидантів, що знижує їх стійкість при зберіганні. Найменш стійкими є вершкове масло, маргарини, комбіновані масла. Висока вологість, наявність білкових і мінеральних речовин сприяє розвитку мікрофлори та інтенсивному розвитку процесів біохімічного прогіркання. При зберіганні борошна відбуваються процеси гідролітичного та окислювального прогіркання. Утворені продукти взаємодіють з білками, впливаючи на хлібопекарські властивості борошна.

Добова потреба організму людини в жирах складає 80 – 100г, фосфоліпідах 8 – 10г, ненасичених жирних кислотах 8 – 15г, холестерині 0,3 – 0,5г.