Жиры

ЖИРЫ, полные эфиры глицерина и жирных кислот (триглицериды) общей формулы

(R, R’, R" - остатки жирных кислот). Жиры  природного происхождения относятся к нейтральным липидам.

Распространение в природе. Жиры  входят в состав всех живых клеток. Микроорганизмы содержат до 70% (по массе) жиров. В растениях жиры накапливаются главным образом в плодах и семенах (например, в плодах и семенах масличных культур жиров до 50% и более), вегетативные части содержат около 5% жиров. Обычно в организме животных 10-30% жиров, в организме человека - 10-20%; при патологии жирового обмена содержание жиров может возрастать до 50%. Жиры  играют важную роль в жизненных процессах: являются энергетическим резервом организма (при окислении 1 г жиров выделяется 38-40 кДж теплоты, тогда как при окислении 1 г углеводов или белков - 16-18 кДж); выполняют функции структурных компонентов клетки (входят в состав мембран и внутриклеточных образований), регуляторов жизнедеятельности (оказывают влияние на проницаемость клеток, активность многих ферментов); участвуют в обмене веществ (как носители жирорастворимых витаминов А, D, К, Е); выполняют защитные функции (создают термоизоляционные и водоотталкивающие покровы, предохраняют от механических повреждений).

Состав природных жиров. Основными компонентами (до 98% по массе) природных продуктов - жиров животных и растительных масел жирных (растительных жиров) - являются триглицериды высших (реже средних) жирных кислот. Триглицериды природных жиров содержат главным образом остатки карбоновых кислот линейного строения с чётным числом атомов углерода (от С₄ - остаток масляной кислоты, входящий в состав триглицеридов коровьего масла, до С₂₆ - остаток церотиновой кислоты, входящий в состав триглицеридов шерстяного жира). В состав триглицеридов природных жиров могут входить фрагменты насыщенных, моно- и полиненасыщенных кислот (главным образом цис-изомеров), наиболее часто - пальмитиновой, стеариновой, олеиновой, линолевой и линоленовой. Выделяемые из растительного и животного сырья жиры кроме триглицеридов содержат ряд сопутствующих веществ: моно- и диглицериды (1-3% по массе), фосфолипиды (1-4%), гликолипиды и диольные липиды (0,5-3%), воски (0,02-0,4%), свободные жирные кислоты, стерты и их эфиры (0,05-1,7%), пигменты (каротиноиды, хлорофилл и др.), жирорастворимые витамины, полифенолы и их эфиры, белки (0,1-0,15% в растительных маслах, до 10% в животных жирах) и др.

Свойства природных жиров. Природные жиры не имеют точной температуры плавления, поскольку являются смесью веществ. При нормальных условиях могут быть жидкими и твёрдыми. Жидкие жиры (многие растительные масла, рыбий жир) застывают при температуре ниже 0 °С, твёрдые (кокосовое, пальмовое и какао масла, многие животные жиры) - около 40 °С. Консистенция жиров зависит от соотношения в их составе триглицеридов насыщенных и ненасыщенных жирных кислот, а также от длины углеродных цепей жирных кислот. Чем выше содержание насыщенных высокомолекулярных жирных кислот, тем твёрже консистенция жира. Жиры  хорошо растворимы во многих органических растворителях, плохо - в спиртах; нерастворимы в воде, могут образовывать эмульсии (примером устойчивой водной эмульсии жиров является молоко). Плотность жиров менее 1000 кг/м³.

Важнейшими химическими свойствами жиров, используемыми при их переработке и контроле качества, являются гидролиз (разложение жиров водой в кислой среде до свободных жирных кислот и глицерина) и омыление (щелочной гидролиз, в результате которого образуются мыла - натриевые или калиевые соли жирных кислот), переэтерификация спиртами и кислотами, а также (для жиров, содержащих остатки ненасыщенных кислот) реакции по двойным связям (например, окисление, полимеризация, гидрогенизация жиров). Химическими превращениями (гидролитическими или окислительными) сопровождается порча (прогоркание) пищевых жиров, обусловленная накоплением в них свободных жирных кислот, пероксидов, альдегидов, кетонов и других низкомолекулярных соединений.

При контакте с кислородом воздуха или при нагревании до 250-300 °С многие жиры подвергаются окислительной полимеризации («высыхают»), образуя плёнки. По способности полимеризоваться жидкие растительные и животные жиры делят на высыхающие, полувысыхающие и невысыхающие. Высыхающие жиры, например льняное, тунговое, конопляное масла, содержат большую долю триглицеридов кислот с 2-3 двойными связями (линолевой и линоленовой); полувысыхающие жиры, например подсолнечное, соевое или маковое масло, китовый или рыбий жир, - триглицеридов кислот с 1-2 двойными связями (олеиновой, линолевой); невысыхающие жиры, такие как оливковое, горчичное или рапсовое масло, содержат максимальное количество триглицеридов насыщенных кислот (лауриновой, пальмитиновой, стеариновой); в состав невысыхающего касторового масла входит триглицерид ненасыщенной гидроксикислоты (рицинолевой).

Анализ природных жиров. Для идентификации жиров и сравнительной оценки их химической чистоты определяют диапазоны температур плавления и застывания, содержание высокоплавких триглицеридов, показатель преломления и пр. В количественном анализе жиров используют кислотное число (равное массе КОН в мг, необходимой для нейтрализации свободных жирных кислот в составе 1 г анализируемого продукта), йодное число (равное массе йода в г, взаимодействующего со 100 г анализируемого продукта) и ряд других показателей. Йодное число определяет степень ненасыщенности жиров: для твёрдых жиров йодное число 35-85, для жидких - 100-200. Для установления жирнокислотного состава жиров используют газо-жидкостную хроматографию, для определения триглицеридного состава - высокоэффективную жидкостную хроматографию.

Историческая справка. Впервые химический состав природных жиров определил в начале 19 века М. Шеврёль: действуя водными растворами кислот и щелочей на различные животные и растительные жиры, выделил из продуктов реакции гидролиза глицерин (ранее открытый К. Шееле) и неизвестные ранее жирные кислоты, многим из которых дал название. В 1854 М. Бертло впервые синтезировал жиры, проведя обратную реакцию - этерификацию глицерина жирными кислотами. В 1859 Ш. Вюрц получил жиры, нагревая трибромпропан с солями жирных кислот; таким образом можно получить синтетические жиры с любым числом атомов углерода в цепях жирных кислот.

Получение и применение. Жиры  выделяют из подготовленного природного сырья вытапливанием (главным образом животных жиров), прессованием или экстрагированием (в основном растительного масла). Полученные жиры очищают от примесей. Очистка может включать стадии фильтрования, винтеризации (вымораживания), гидратации, рафинации, дезодорации и др. В зависимости от назначения жиры подвергают фракционированию, гидролизу, гидрогенизации и др.

По назначению жиры подразделяют на пищевые, кормовые (ветеринарные) и технические. Большая часть производимых жиров - пищевые, около 1/3 - технические. Технические жиры используют в производстве мыла и косметических средств, олиф и алкидных смол, для обработки кож и др. В медицине жиры применяют как источник витаминов, для изготовления мазей и кремов. Ветеринарные жиры предназначены для подкормки сельскохозяйственных  животных.

Согласно классификации пищевых жиров, учитывающей особенности состава и области применения, выделяют неизменные, изменённые и сложные жиры. К неизменным относят сырые (нерафинированные) и рафинированные жиры. К изменённым - полученные путём фракционирования (без использования химического модифицирования), переэтерификации или сочетания переэтерификации и фракционирования, гидрогенизированные жиры, а также жиры, полученные путём гидрогенизации и переэтерификации (с фракционированием или без него). К сложным жирам относят неэмульсионные системы неизменных и изменённых жиров (комбинированные кулинарные, хлебопекарные и кондитерские жиры), эмульсионные системы неизменных и изменённых жиров и водной или молочной части с различными добавками (маргарин, майонез и другие жировые эмульсии), а также порошкообразные жиры.

Мировое производство жиров составляет свыше 100 миллионов т/год, из них около 80% приходится на растительные масла.

Лит.: Химия жиров. 3-е изд. М., 1992; Стопский В. С., Ключкин В. В., Андреев Н. В. Химия жиров и продуктов переработки жирового сырья. М., 1992; Жиры. Химический состав и экспертиза качества. М., 2005; Паронян В. Х. Технология жиров и жирозаменителей. М., 2006.