4.6.1. Жиры

Жиры – это смеси сложных эфиров, образованных трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами. Строение жиров было выяснено в 1811 г французским химиком Шеврелем. В 1854 г Бертло доказал строение жиров, получив их нагреванием глицерина с ВЖК.

Общее название этих эфиров – глицериды. Они могут содержать как одинаковые, так и разные кислотные остатки. Чаще всего встречаются кислоты с числом атомов углерода 12 – 18.

Как правило, все сложные эфиры, входящие в состав жиров, являются полными эфирами, т.е. производными глицерина, остаток которого связан с тремя остатками ВЖК; такие полные эфиры глицерина называются триглицеридами.

Реакция получения триглицерида олеодистеарина, состоящего из остатка олеиновой кислоты и двух остатков стеариновой кислоты может быть записана следующим образом:

СН₂– ОН + НООС – С₁₇Н₃₅СН₂– О – ОС – С₁₇Н₃₅

 

СН – ОН + НООС – С₁₇Н₃₃ СН – О – ОС – С₁₇Н₃₃ + 3Н₂О

 

СН₂ – ОН + НООС – С₁₇Н₃₅ СН₂ – О – ОС – С₁₇Н₃₅

глицерин ВЖК олеодистеарин

Глицерин – постоянная составная часть жиров, т.е. входит во все природные жиры. Кислоты же, входящие в состав жиров весьма разнообразны. Из жиров выделено около 50 различных кислот. Формулы некоторых насыщенных и ненасыщенных ВЖК приведены в разделе 16.5.3.

Получение жиров

В настоящее время практическое значение имеет лишь получение жиров из природных источников – животных и растений; синтез жиров пока экономически невыгоден.

Физические свойства жиров

Жиры бывают животного и растительного происхождения. Некоторые жиры при обычной температуре – твердые вещества (например, баранье и говяжье сало), другие – мягкие или даже жидкие. Жидкие жиры обычно называют маслами.

Жиры не имеют постоянной температуры плавления или застывания, т.к. представляют собой многокомпонентные смеси. Температура плавления жиров зависит от того, какие жирные кислоты в них входят. Жиры, в молекулах которых преобладают остатки насыщенных кислот (например, пальмитиновой и стеариновой), – твердые, в молекулах которых преобладают остатки ненасыщенных кислот (олеиновой, линолевой, линоленовой), – жидкие. Поэтому определение температуры плавления жиров дает некоторое представление о его составе. Ниже других застывает ореховое масло (– 27⁰С), выше - баранье сало (+55⁰С).

Для характеристики различных жиров помимо определения температуры плавления большое значение имеет определение иодного числа. Иодное число – это число граммов иода, присоединяющегося к 100 г жира. Иодное число служит показателем ненасыщенности жира (т.е. наличия кратных связей). Чем выше иодное число масла, тем больше способно масло к самовозгоранию. Установлено, что самовозгораться способны масла с иодным числом больше 50.

Таблица 4.7.

Иодные числа некоторых жиров и масел

Жиры		Масла
Бараний	31 – 46	Касторовое	82 – 86
Свиной	42 – 66	Хлопковое	100 – 120
Олеиновая кислота	80 – 115	Соевое	114 – 139
Тюлений	122 – 162	Подсолнечное	145 – 167
Моржовый	168	Льняное	175 – 192

Все жиры легче воды (их плотность 900 – 950 кг/м³) и нерастворимы в ней. Жиры растворяются во многих органических растворителях (бензине, эфире, сероуглероде, четыреххлористом углероде и др.) Растворимость их в органических соединениях используют, например, при извлечении масла из семян.

Химические свойства жиров

1. Гидролиз (омыление) жиров

В результате омыления жиров щелочами образуются соли ВЖК – мыла и глицерин:

СН₂– О – ОС – С₁₇Н₃₅СН₂– ОН

 

СН – О – ОС – С₁₇Н₃₅ + 3NaOHСН – ОН + 3 С₁₇Н₃₅СООNa

 

СН₂ – О – ОС – С₁₇Н₃₅ СН₂– ОН

триглицерид глицерин стеарат натрия

стеариновой кислоты (мыло)

2. Гидрогенизация (гидрирование) жиров

Гидрогенизацией жиров называется процесс присоединения водорода к остаткам непредельных кислот, входящих в состав жиров, в результате чего эти остатки переходят в остатки предельных кислот.

Например, остатки олеиновой, линолевой и линоленовой кислот, присоединяя два, четыре или шесть атомов водорода, превращаются в остатки стеариновой кислоты.

СН₂– О – ОС – С₁₇Н₃₃+ Н₂СН₂– О – ОС – С₁₇Н₃₅

 Ni

СН – О – ОС – С₁₇Н₃₁ + 2Н₂СН – О – ОС – С₁₇Н₃₅

 

СН₂ – О – ОС – С₁₇Н₂₉ + 3Н₂ СН₂ – О – ОС – С₁₇Н₃₅

Твердые гидрогенизованные жиры используются не только для технических целей (мыловарение), но и как пищевые жиры (маргарин).

Название “маргарин” происходит от греческого слова “маргарон”, т.е. жемчуг. Впервые метод получения маргарина путем гидрогенизации растительных жиров был предложен французский химиком Меж-Мурье. Маргарин принес ему славу – он выиграл приз, назначенный Наполеоном III за изобретение заменителя сливочного масла.

При более значительной гидрогенизации жиров жирные кислоты превращаются в высокомолекулярные спирты, применяющиеся для производства синтетических заменителей мыла.

3. Окисление жиров

Характерным свойством жиров, как и других органических веществ, является окисление. Эта реакция сопровождается выделением 39 кДж энергии на 1 г жира, что более чем в два раза превосходит тепловой эффект окисления углеводов или белков.

Другая особенность окисления жиров состоит в том, что в результате окисления из 1 г жира образуется до 1, 4 г воды. Это существенный вклад в поддержание общего водного баланса организма. Отдельные виды обитающих в пустынях животных (например, верблюды) такой эндогенной водой полностью удовлетворяют свои потребности во влаге.

Окислению могут подвергаться и остатки непредельных жирных кислот по месту их кратных связей. Этот процесс называется прогорганием жиров. В результате образуются кислоты с более короткими цепями типа масляной кислоты, обладающие неприятным запахом.

От количества кратных связей зависит и способность масел к высыханию. Растительные масла, содержащие в своем составе ненасыщенные связи, при окислении образуют твердую тонкую прозрачную пленку, которая носит название “линоксин”. Масло высыхает тем легче, чем больше двойных связей имеют кислотные остатки.

Масла, по способности к высыханию делятся на
высыхающие	полувысыхающие	Невысыхающие
льняное, ореховое, маковое, конопляное	подсолнечное, хлопковое	оливковое, кокосовое

Чтобы ускорить процесс высыхания, высыхающие масла варят и прибавляют к ним так называемые сиккативы – катализаторы, ускоряющие высыхание. В качестве сиккативов используются соли марганца, кобальта, свинца. Высыхающее масло, подвергнутое нагреванию (варке) в присутствии сиккативов, называется олифой.

Процесс высыхания олифы очень сложен и еще полностью не изучен. Известно, что в основе высыхания лежит процесс полимеризации остатков непредельных кислот, образующих высыхающие масла, а также, возможно, их окисления. Кислород воздуха, так же как и сиккативы, является катализатором полимеризации.

Олифа применяется для приготовления масляных красок, для приготовления клеенки, линолеума и т.д.