Модуль 1

Модульная единица 4

Лекция 5

Липиды (жиры и масла)

Цель изучения модульной единицы 4 – разобраться в основных функциях липидов и ПНЖК в организме, в процессах превращения жиров и масел при их промышленной переработке, процессах порчи жиров.

Аннотация

Рассмотрена физиологическая роль липидов в организме, указаны нормы потребления отдельных групп липидов, ПНЖК. Разобраны основные опасности недостатка и избытка жиров в пище. Рассмотрены процессы переработки липидов в промышленности: гидролиз жиров и фосфолипидов, гидрирование и переэтерификация ацилглицеринов. Разобраны основные изменения жиров в процессе переработки и хранения – гидролитические и окислительные процессы.

Ключевые слова:

Ацилглицерины, насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, ПНЖК, семейства ω-3 и ω-6 жирных кислот, фосфолипиды, стерины, холестерин, лецитин, кефалин, моно-, ди-, триацилглицерины, глицерофосфолипиды, гидролиз, гидрирование, этерификация, прогоркание, кетонное прогоркание, химическое, ферментативное прогоркание, осаливание жиров, антиоксиданты.

Рассматриваемые вопросы:

1. Физиологическая роль липидов в организме человека

1. Функции липидов

2. Пищевая ценность липидов

1. Процессы переработки жиров и масел

   1. Гидролиз триацилглицеринов

   2. Свойства и превращения глицерофосфолипидов

   3. Гидрирование ацилглицеринов

   4. Реакции переэтерификации ацилглицеринов

2. Биохимические и физико-химические изменения жиров в процессе переработки и хранения

   1. Гидролитическое расщепление жиров

   2. Окислительные изменения

   3. Окислительная порча жиров

1. Физиологичкская роль липидов в организме человека.

1. Функции липидов.

Функции липидов в организме разнообразны (рис. 5.1). Это основной энергетический материал. При сгорании 1 г триацилглицеролов, главного компонента липидов, выделяется 38,9 кДж (9,0 ккал), что в 2 раза больше, чем при сгорании белков или углеводов. Липиды в организме играют роль резервного материала, используемого при ухудшении питания или заболеваниях. Они являются также структурным элементом тканей, в составе клеточных оболочек и внутриклеточных образований.

Липиды - источник синтеза стероидных гормонов, которые во многом обеспечивают приспособление организма к различным стрессовым ситуациям. В нервной ткани содержится до 25% липидов, в клеточных мембранах - до 40%.

Липопротеины – соединения липидов с белками – выполняют транспортную функцию: они являются переносчиками жирорастворимых витаминов А, D, E и К в организме. Кроме того, липопротеины представляют собой источник для синтеза простагландидов, тромбоксанов и группы других соединений, защищающих организм. Липиды участвуют также в процессах терморегуляции, защищая организм от холода; способствуют закреплению в определенном положении таких внутренних органов, как почки, кишечник, и предохраняют их от смещения при сотрясении.

Рис. 5.1. Основные функции липидов в человеческом организме

2. Пищевая ценность отдельных групп липидов. Нормы их потребления

Наиболее важная и распространенная группа простых нейтральных липидов – ацилглицеринов. 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 диацилглирерины и моноацилглицерины.

Триацилглицерины (ТАГ), молекулы которых содержат одинаковые остатки жирных кислот, называются простыми, в противном случае - смешанными. Природные жиры и масла содержат, главным образом, смешанные триацилглицерины.

Пищевые жиры относятся к классу липидов, представляющих собой группу соединений животного, растительного или микробного происхождения. Они практически нерастворимы в воде и хорошо растворимы в неполярных органических растворителях. Жиры, добываемые из растительного сырья, называют растительными жирными маслами, а жиры наземных животными жирами. Особую группу составляют жиры морских млекопитающих и рыб.

Чистые ацилглицерины – бесцветные вещества без вкуса и запаха. Окраска, запах и вкус природных жиров определяются наличием в них специфических примесей, характерных для каждого вида жира. Температуры плавления и застывания ацилглицеринов не совпадают, что обусловлено наличием нескольких кристаллических модификаций.

Важнейшая составная часть жиров – жирные кислоты, насыщенные и ненасыщенные (табл. 5.1.).

Таблица 5.1. Основные карбоновые кислоты, входящие в состав природных масел и жиров

Кислота	Формула	Условное обозначение (символ)
Насыщенные кислоты
Лауриновая Миристиновая Пальмитиновая Стеариновая Арахиновая	СН3-(СН2)10-СООН СН3-(СН2)12-СООН СН3-(СН2)14-СООН СН3-(СН2)16-СООН СН3-(СН2)18-СООН	С12 С14 С16 С18 С20
Ненасыщенные кислоты
Олеиновая Эруковая Линолевая Линоленовая Арахидоновая	СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)7-СООН СН3-(СН2)7-СН=СН-(СН2)11-СООН СН3-(СН2)4-СН=СН-СН2-СН=СН-(СН2)7-СООН СН3-(СН2-СН=СН)3-(СН2)7-СООН СН3-(СН2)3-(СН2-СН=СН)4-(СН2)3-СООН	С118-9-цис С122-9-цис С218-6-цис, 9-цис С318-3цис, 6-цис, 9-цис С420-6-цис, 9-цис, 12-цис, 15-цис

*В символ входят число атомов углерода и количество двойных связей между углеродными атомами в молекуле кислоты, номер первого ненасыщенного атома углерода от метильного атома углерода конфигурация.

Жирные кислоты в основном и определяют свойства жира. Чем больше в жирах полиненасыщенных жирных кислот, тем они более биологически активны. Самые распространенные жирные кислоты – пальмитиновая, олеиновая, линолевая.

Насыщенные жирные кислоты содержатся в коровьем масле (масляная, капрновая), животном жире (пальмитиновая, стеариновая, миристиновая), рыбьем жире и земляных орехах (арахиновая), рапсовом масле (бегеновая).

Насыщенные жирные кислоты используются в основном как энергетический материал, содержатся в наибольших количествах в животных жирах, что определяет высокую температуру плавления этих жиров и их твердое состояние. Они содержатся в мясе животных и субпродуктах.

Высокое содержание животных жиров в рационе нежелательно, поскольку при избытке насыщенных жирных кислот нарушается обмен липидов, повышается уровень холестерина в крови, увеличивается риск развития атеросклероза, ожирения, желчно-каменной болезни.

Ненасыщенные жирные кислоты подразделяются на мононенасыщенные (содержат одну ненасыщенную водородом связь) и полиненасыщенные (несколко связей). Простые ненасыщенные жирные кислоты содержатся в рыбьем жире (эруковая, гадолеиновая), масле, жире, орехах (олеиновая), а также в молочном жире (пальмитолеиновая). Полиненасыщенные жирные кислоты содержатся в масле семян, рыбьем жире (линолевая, линоленовая, арахидоновая, клупонодоновая). Полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК): линолевая, линоленовая – относятся к незаменимым формам питания, так как в организме они не синтезируются и потому должны поступать с пищей. Эти кислоты по своим биологическим свойствам относятся к жизненно необходимым веществам и называются «Витамин F».

Линолевая кислота превращается в организме в арахидоновую, а линоленовая – эйкозапентаеновую. Недостаточное поступление с пищей линолевой кислоты вызывает в организме нарушение биосинтеза арахидоновой кислоты.

Арахидоновая кислота предшествует образованию веществ, участвующих в регуляции многих процессов жизнедеятельности тромбоцитов и других элементов, но особенно простагландинов, которым придают большое значение как веществам высочайшей биологической активности. Простагландины обладают гормоноподобным действием, в связи с чем получили название «гормонов тканей», так они синтезируются непосредственно из фосфолипидов мембран. Синтез простагландидов зависит от обеспеченности организма этими кислотами.

ПНЖК, образующиеся из линолевой кислоты (эйкозопентановая и докозагексановая), также постоянно в мембранных липидах, но в значительно меньших количествах, чем арахидоновая кислота. ПНЖК участвуют в образовании липидов, вместе с которыми входят в состав клеточных мембран. Воздействуют на структуру кожи и волос, снижают артериальное давление, способствуют профилактике артрита, понижают уровень холестерина и триглицеридов, уменьшают риск тромбообразования; оказывают положительное воздействие при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, кандидозе, экземе, псориазе; требуются для нормального развития и функционирования мозга.

Установленная связь ненасыщенных жирных кислот с обменом холестерина. Они способствуют быстрому преобразованию холестерина в фолиевые кислоты и выведению их из организма, оказывают нормализующее действие на стенки кровеносных сосудов, повышают их эластичность и снижают проницаемость. Выявлена зависимость связи ненасыщенных жирных кислот и обмена витаминов группы В. При их дефиците снижается интенсивность роста и устойчивость к неблагоприятным внешним и внутренним факторам, угнетается репродуктивная функция, недостаточность ненасыщенных жирных кислот оказывает влияние на сократительную способность миокарда, вызывает поражение кожи, способствуют развитию атеросклероза. Прием ПНЖК стимулирует систему иммунологической защиты организма, благотворно влияет на внешний вид кожных покровов, способствует более быстрому лечению воспалительных заболеваний желудка, язвенной болезни желудка и двенадцати перстной кишки, способствует оздоровлению и улучшению функции капилляров, эффективен при лечении сахарного диабета и бронхиальной астмы. Особенно много ПНЖК в растительных маслах.

По современным представлениям, сбалансированным считают следующий жирнокислотный состав триацилглицеролов: полиненасыщенные жирные кислоты – 10%, мононенасыщенные – 60%, насыщенные – 30% суточная потребность человека в линолевой кислоте – 4-10 г, что соответствует 20-30 г растительных масел.

По биохимической классификации линолевая кислота и продукты ее превращения объединяются в семейство ω-6 – по положению первой двойной связи в молекуле жирной кислоты, считая от метильного (первого в цепи) атома углерода. Продукты превращения другой незаменимой жирной кислоты – линоленовой – отличаются от представителей жирных кислот семейства ω-6 тем , что у них первая двойная связь от метильного атома углерода занимает положение 3. Поэтому линоленовая кислота и ее продукты превращения образуют семейство ω-3. Жирные кислоты одного семейства в живых организмах не переходят в другое.

На основании современных представлений о физиологической роли ПНЖК разных семейств возникло самостоятельное направление в современной диетологии. Практическим следствием нового направления явилось признание необходимости нормирования и обеспечения постоянного поступления с пищей ПНЖК семейства ω-3. Рассматривается необходимость обеспечения от 0,2 до 0,8% энергоценности рациона за счет линоленовой кислоты, в то время как линолевая кислота (семейство ω-6) должна составлять 4-8% энергоценности. Следовательно, потребность в линоленовой кислоте оценивается в 1/8-1/10 потребности в линолевой. Установлено, что из всех видов растительных масел только соевое имеет соотношение этих двух кислот, близкое к рекомендуемому.

Липиды морских рыб и беспозвоночных содержат главным образом две кислоты семейства ω-3: эйкозапентаеновую и докозагексаеновую. Такой тип липидов получил название «морского». Применение ПНЖК семейства ω-3 в клинике является эффективным методом профилактики атеросклероза и ишемической болезни сердца (ИБС). У больных, перенесших инфаркт миокарда, увеличение содержания в пище линоленовой жирной кислоты в виде изготовленного из рыбьего жира маргарина в течение 5 лет снизило смертность от ИБС на 50%.

Британский фонд питания определил идеальное соотношение в рационе питания человека между ПНЖК семейства ω-6 и ПНЖК ω-3 в количестве 6:1, тогда как, по другим данным, это соотношение должно составлять 10:1. На этом соотношении основана известная рекомендация существенного увеличения потребления жирной рыбы.

Много ненасыщенных жирных кислот содержится в рыбьем жире, в свежей рыбе, в грецких орехах, семенах тыквы, оливках, в льняном, рапсовом масле, примуле вечерней, миндале.

Содержание арахидоновой кислоты в пищевых продуктах незначительно и составляет, %: в мозгах – 0,5; яйцах – 0,1; свиной печени – 0,3; сердце – 0,2. Организмы морских животных , особенно рыб, таких как атерина каспийская, треска, сайра, беломорская и атлантическая сельдь, путассу, антарктический планктонный рачок, голомянка большая, разные виды акул, характеризуются высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот липидной фракции. Наиболее замечательной чертой морских организмов является наличие в их липидных фракциях весьма высоких количеств ПНЖК с 5 и 6 двойными связями. Содержание докозагексаеновой кислоты в жире акулы сельдевой достигает 30%. В общем, в липидах морских организмов содержание высших полиненасыщенных жирных кислот с 4 связями достигает 10%, с 5-30% и с 6-40%.

Важнейшими представителями сложных липидов являются фосфолипиды. Молекулы фосфолипидов построены из остатков спиртов (глицерина, сфиногозина), жирных кислот, фосфорной кислоты ( Н₃РО₄), а также содержат азотистое основание (чаще всего холин (НО-СН₂-СН₂-(СН₃)₃N)⁺ОН или этаноламин НО-СН₂-СН₂-NH₂), остатки аминокислот и некоторых других соединений.

Фосфолипиды – основной компонент биомембран клеточных структур, они играют существенную роль в проницаемости клеточных оболочек и внутриклеточном обмене. Наиболее важны из фосфолипидов - фосфатидилхолин, или лецитин, проявляет липотропное действие, препятствуя ожирению печени и лучшему усвоению жиров.

Недостаток фосфатидов в рационе приводит к накоплению жира в печени, к ее ожирению, а за тем и к циррозу. Суточная потребность в фосфатидах здорового взрослого человека – 5-10 г.

Лецитин встречается во всех тканях растительного и животного происхождения в семенах масличных растений количество может достигать 1-1,5%, в некоторых тканях животного организма – 6-10%. Лецитином богаты яичные желтки, икра, мозги, печень. Источником лецитина являются, также нерафинированные растительные масла, в том числе и облепиховые, а также молочные жиры. В жирах сливок и сметаны лецитина больше, чем в сливочном масле. В говяжьем, свином, бараньем жирах лецитина почти нет. источником фосфатидов также могут служить бобовые (соя, горох), семена подсолнечника, орехи, особенно кедровые.

При оценке пищевых жиров наиболее высоко ценятся жиры, содержащие лецитин. Для промышленных целей лецитин и кефалин (фосфатидилэтаноламины) получают из соевых бобов. Они используются при производстве шоколада, маргарина и как антиоксиданты в жирах.

Среди сопутствующих жирам неомыляемых веществ важное место занимают стеарины.

Стеарины – алициклические вещества, входящие в группу стероидов, овычно они представляют собой кристаллические одноатомные спирты (стеролы) или их эфиры (стериды). Различают зоостерины, выделяемые из животных объектов, фитостерины (из ратсений), микостерины, выделяемые из грибов. Стерины имеют в своей основе структуру пергидроциклопентанофенантрена

Наиболее известным стерином является холестерин. Он входит в став животных жиров. У млекопитающих он служит предшественником ряда важнейших активных веществ: гормонов, некоторых витаминов, желчных кислот. Холестерин является предшественником гормонов, относящихся к группе стероидных гормонов, в том числе женских половых гормонов прогестерона, эстрадиола и мужского полового гормона тестостерона.

Содержание холестерина в продуктах питания приведено в табл. 5.2.

Таблица 5.2. Содержание холестерина в продуктах

Продукт	Содержание, мг/100 г	Продукт	Содержание, мг/100 г
Мозги	2300	Масло сливочное	240
Яичный желток	1480	Мясо животных и домашней птицы	70
Цельное яйцо	515
Почки	375	Рыба	55
Икра зернистая	более 300	Сыр	90
Печень	300	Творог жирный и сливки	75

При варке мяса и рыбы теряется до 20% холестерина. Обычный суточный рацион – 500 мг холестерина. Известно, что его высокий уровень в крови является фактором риска возникновения атеросклероза, поэтому при соответствующих заболеваниях рекомендуется ограничить потребление пищевых продуктов с его высоким содержанием. В странах, где потребляют наименьшее количество животных жиров (большинство стран Африки, Индия, Япония), содержание холестерина в крови гораздо ниже, чем в США, Англии, Финляндии. Известно, что уменьшение содержания холестерина в крови на 1% приводит к уменьшению риска развития сердечно-сосудистых заболеваний на 2%. Холестерин необходим для синтеза витамина D, желчных кислот, гормонов половых желез и коры надпочечников, а также регуляции проницаемости мембран клеток.

Из фитостеринов, содержащихся в жире растительных продуктов питания, наиболее активным считается β-ситостерин. Он является антогонистом холестерина, задерживает его всасывание в кишечник. Он в больших количествах содержится в растительных маслах. Особенно его много в соевом масле. Β-ситостерол встречается и в мякоти плодов грейпфрута – как в несвязанной форме, так и в виде глюкозида, в семенах грейпфрута он присутствует лишь в свободной форме. Он служит препятствием для абсорбции холестерина, тем самым предотвращая повышение уровня холестерина в сыворотке. Потребление в пищу продуктов, содержащих фитостерин, снижает уровень холестерина в крови.

Рекомендуемое содержание жиров в рационе человека – 90-100 г в сутки, при этом 1/3 их должны составлять растительные масла, 2/3 – животные. По данным ВОЗ, нижний предел безопасного потребления жиров составляет для взрослых мужчин и женщин 25-30 г/сутки.

Недостаток или избыток жиров практически одинаково опасны для организма человека (рис. 5.2.). При низком содержании жира в рационе, особенно у людей с нарушенным обменом веществ, сначала появляется сухость и гнойничковые заболевания кожи, затем наступает выпадение волос и нарушение пищеварения, понижается сопротивляемость организма к инфекциям, нарушается обмен витаминов.

При избыточном потреблении жиров происходит их накопление в крови, печени и других тканях и органах. Кровь становится вязкой, повышается ее свертываемость, что предрасполагает к закупорке кровеносных сосудов, возникает атеросклероз. Избыток жира приводит также к ожирению – одному из распространенных заболеваний во многих развитых странах, где потребление жиров на душу населения увеличивается или высока доля жира в традиционных рационах питания.

Рядом ученых высказывается мнение, что существует прямая связь между раком толстого кишечника и потреблением жирной пищи. Высокое содержание жира в пище приводит к увеличению концентрации желчных кислот, поступающих с желчью в кишечник. Желчные кислоты и некоторые другие составные части желчи, а также продукты распада животных белков оказывают на кишечную стенку либо канцерогенное влияние непосредственно, либо под действием кишечной микрофлоры превращаются в продукты, обладающие канцерогенным эффектом. Аналогично этому при избытке ПНЖК, поступающих за счет растительных масел или рыбьих жиров, образуется много окислительных продуктов их обмена – свободных радикалов, - отравляющих печень и почки, снижающих их иммунитет и также оказывающих канцерогенное действие.