Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «МОГИЛЕВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТПРОДОВОЛЬСТВИЯ»

Кафедра химической технологии высокомолекулярных соединений

ХИМИЯ И БИОХИМИЯ ЛИПИДОВ

Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальностей

1-49 01 01, 1-49 01 02, 1-91 01 01

Могилев 2007

УДК 547.09: 577.115

Рассмотрены и рекомендованы к изданию на заседании кафедры ХТВМС Протокол № от 2007 г.

Составители:

А.Я. Гузиков, О.Н. Макасеева, Л.М.Ткаченко

Оформление графического материала: Н.И.Ильичева

Рецензент кандидат химических наук, доцент УО МГУП

Баранов О.М.

Аннотация. Методические указания содержат материал по одному из важнейших разделов органической и биологической химии – химии и биохимии липидов. В первой части пособия в соответствии с традиционной формой изложения материала, принятой в органической химии, рассмотрены различные виды липидов: простые и сложные, омыляемые и неомыляемые, стероиды, фосфолипиды, гликолипиды и сфинголипиды. Вторая часть пособия, посвящена процессам обмена липидов.

©УО «Могилевский государственный университет продовольствия», 2007

2

Учебное издание

ХИМИЯ И БИОХИМИЯ ЛИПИДОВ

Методические указания

Составители: Гузиков Анатолий Яковлевич, Макасеева Ольга Николаевна, Ткаченко Лариса Михайловна

Редактор Т.Л. Бажанова Технический редактор А.А. Щербакова

Подписано в печать

Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Гарнитура Таймс. Печать трафаретная.

Усл. печ. л.	Уч.-изд.л.
Тираж	Заказ

Учреждение образования «Могилевский государственный университет продовольствия»

212027, Могилев, пр-т Шмидта, 3. ЛИ №02330/0131913 от 08.02.2007.

Отпечатано на ризографе редакционно-издательского отдела учреждения образования

«Могилевский государственный университет продовольствия» 212027, Могилев, пр-т Шмидта, 3.

ЛИ № 226 от 12.02.2003.

Содержание

Введение

4

1Классификация липидов и природных жиров……………………………. 5

1.1Жиры………………………………………………………………………. 5

1.2Воски………………………………………………………………………. 7

1.3 Стериды…………………………………………………………………… 8

.

1.4Глицерофосфолипиды…………………………………………………….. 10

1.5Гликолипиды……………………………………………………………… 11

1.6Сфингофосфолипиды…………………………………………………….. 11

2	Биологическая роль липидов……………………………………………..	13
3	Жирные кислоты………………………………………………………….	14
4	Номенклатура……………………………………………………………..	17
5	Изомерия………………………………………………………………….	19

6Обмен липидов…………………………………………………………… 20

6.1	Определение содержания сырого жира в аппарате Сокслета……………	20
6.2	Определение общих липидов по цветной реакции с сульфофосфовани-	22
	линовым реактивом……………………………………………………….
6.3	Качественное определение ненасыщенности жиров пробой с раствором	23
	брома……………………………………………………………………….

7Прогоркание жиров ……………………………………………………… 24

7.1	Гидролитическое прогоркание жиров……………………………………	24
7.2	Определение активности триациаглицерол-липазы……………………..	25

7.3Кинетика действия липазы………………………………………………. 26

7.4	Гидролитическое расщепление жира под действием липазы……………	26
7.5	Определение числа омыления……………………………………………	27
7.6	Определение кислотного числа…………………………………………..	28

7.7Определение эфирного числа……………………………………………. 29

7.8 Окислительное прогоркание жиров……………………………………… 29

7.9Определение активности липоксигеназы……...…………………………. 30

7.10Определение йодного числа жиров……………………………………….. 37

7.11	Определение перекисного числа …………………………………………	38
7.12	Анализ карбонильных соединений……………………………………….	40
8	Фосфолипиды……………………………………………………………..	41
8.1	Выделение лецитина из яичного желтка…………………………………	42
	Гидролиз лецитина и определение продуктов гидролиза………………..	42
	Список использованной литературы……………………………………..	44

Введение

Одной из важнейших задач пищевой технологии является повышение качества пищевых продуктов и совершенствование способов его контроля.

Разработка эффективных способов анализов качества пищевых продуктов, способов их стабилизации и новой технологии производства базируется на основе глубоких знаний о закономерностях процессов, протекающих при переработке сырья и хранении продукции.

Для многих видов жиросодержащих пищевых продуктов, например, растительных масел, животных жиров, мороженных и дегидратированных мяса и рыбы, пищевых концентратов, зерна, муки, круп изменение качества, потеря пищевой ценности обусловлены устойчивостью их жировой, а также липидной части.

В химии к липидам (от греч. lipos - жир) относят совокупность веществ, нерастворимых в воде, экстрагируемых из биологических объектов органическими растворителями и содержащих в молекулах высшие алкильные радикалы, а также их синтетические аналоги.

Липиды извлекают из любого растительного материала в виде сложной смеси и в зависимости от способов и приемов экстрагирования, вида растворителя различают свободные, связанные и прочно связанные липиды.

Свободные липиды извлекают неполярными безводными растворителями (чаще всего используют диэтиловый эфир). При этом в эфирный экстракт переходит не только собственно жир, но и свободные высшие жирные кислоты, высшие спирты, фосфатиды, стеролы, воска, хлорофилл, каротиноиды, жирорастворимые витамины, т. е. в экстракте находится так называемый сырой жир. Для количественного определения сырого жира используют аппарат Сокслета.

Связанные липиды. Часть липидов может быть связана с белками (липопротеины) и углеводами (гликолипиды). При определении «сырого» жира они не экстрагируются диэтиловым эфиром. Их извлекают гидрофильными полярными растворителями или их смесями (хлороформ+метанол, этанол+метанол, насыщенный водой н-бутанол), которые разрушают непрочные белко- во-липидные и гликолипидные комплексы.

Прочносвязанные липиды получают из обработанного щелочами и кислотами шрота, оставшегося после выделения связанных липидов.

Состав свободных и связанных липидов неодинаков. Основная фракция свободных липидов – триацилглицеролы (60-70%), а связанных – фракции полярных липидов (фосфолипидов) от 30 до 40%.

Основной составной частью липидов являются глицеролипиды или триглицериды (собственно жиры), которые по химическому строению являются сложными эфирами.

В технической литературе для обозначения твердых продуктов масложировой промышленности используют термин «жиры», а для обозначения жидких продуктов – термин «масла».

5

1 Классификация липидов и природных жиров

Существует несколько классификаций липидов. Наибольшее распространение получила классификация, основанная на структурных особенностях липидов и их способности к гидролизу (рисунок 1).

Классификация липидов

Омыляемые	Неомыляемые
(ацильные)	(изопреноиды)

		Сложные липиды		Стероиды
Простые липиды						Терпены

Триацилглице-	Воска	Фосфолипиды	Гликолипиды
ролы (жиры)

Рисунок 1 – Классификация липидов

По составу и химическому строению липиды делят на простые и слож-

ные.

К простым липидам относят жиры, воски и стериды. Все они являются сложными эфирами спиртов разного строения с высшими жирными кислотами.

1.1Жиры

Триацилглицеролы, триацилглицерины – это сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот.

Они построены по следующей схеме:

O

H2C

O

R

C

Остаток

O

Остатки высших

R1

CH O

C

глицерина

жирных кислот

O

R2

H2C O

C

Простые ацилглицеролы не содержат ионных групп, являются нейтральными липидами, относятся к L-ряду.

Если жирными кислотами этерифицированы все три гидроксильные группы глицерина, то такое соединение называют триацилглицеролом (триглице-

6

рид), если две – диацилглицеролом (диглицерид) и, наконец, если этерифицирована одна группа – моноацилглицеролы( моноглицерид).

Триацилглицеролы различаются природой и расположением трех остатков жирных кислот. В зависимости от типа остатков жирных кислот нейтральные жиры делятся на простые и смешанные. Если во всех трех положениях стоят остатки одной и той же жирной кислоты, то их относят к простым триацилглицеролам, название которых определяется названием соответствующей жирной кислоты (например, трипальмитин, тристеарин, триолеин и т.д.), если остатки разных жирных кислот, то их относят к смешанным триацилглицеролам (например, 1-олео-2-пальмито-3-стеарин).

Нейтральные ацилглицеролы служат главными составными частями природных жиров и масел, чаще всего это смешанные триацилглицеролы. По происхождению природные жиры делят на животные и растительные. В зависимости от жирно-кислотного состава жиры и масла по консистенции бывают жидкими и твердыми. Животные жиры (баранье, говяжье, свиное сало, молочный жир) обычно содержат значительное количество насыщенных жирных кислот (пальмитиновой, стеариновой и др.), благодаря чему при комнатной температуре они твердые.

Жиры, в состав которых входит много ненасыщенных кислот (олеиновая, линолевая, линоленовая и др.), при обычной температуре жидкие и называются маслами.

Жиры, как правило, содержатся в животных тканях, масла – в плодах и семенах растений. Особенно высоко содержание масел (20-60 %) в семенах подсолнечника, хлопчатника, сои, льна. Семена этих культур используются в пищевой промышленности для получения пищевых масел.

По способности высыхать на воздухе масла подразделяются: на высыхающие (льняное, конопляное), полувысыхающие (подсолнечное, кукурузное), невысыхающие (оливковое, касторовое). Это свойство масел определяется их жирно – кислотным составом.

Триацилглицеролы способны вступать во все химические реакции, свойственные сложным эфирам. Наибольшее значение имеет реакция омыления, она может происходить как при ферментативном гидролизе, так и при действии кислот и щелочей. Жидкие растительные масла превращают в твердые жиры путем гидрогенизации. Этот процесс широко используется для изготовления маргарина и кулинарного жира.

Жиры при сильном и продолжительном взбалтывании с водой образуют эмульсии – дисперсные системы с жидкой дисперсной фазой (жир) и жидкой дисперсионной средой (водой). Однако эти эмульсии нестойки и быстро разделяются на два слоя – жир и воду. Жиры плавают над водой, поскольку их плотность меньше плотности воды (от 0,87 до 0,97).

Для получения стойких эмульсий жира в воде необходимо присутствие третьего вещества – эмульгатора, легко адсорбирующегося на поверхности раздела двух фаз. Молекула эмульгатора состоит из двух частей: из углеводородной цепи (гидрофобный хвост) и какой-либо полярной или ионной группы (гидрофильная головка). К таким соединениям относятся мыла, белки, фосфолипиды, соли желчных кислот. При взбалтывании жира с водой в присутствии эмульгатора происходит дробление жира на капли, на которых появляется тон-

7

чайшая пленка, состоящая из адсорбированных молекул эмульгатора, гидрофобный конец которых погружен в капельку жира, а гидрофильный – в водную фазу (см. рис. 2).

капля жира

гидрофобный хвост эмульгатора

гидрофильная головка эмульгатора

вода

Рисунок 2 – Схема действия эмульгатора

Таким образом, эмульгатор формирует гидрофильную оболочку вокруг капель жира, образуя мелкодисперсную смесь с водой или эмульсию, которая приобретает свойство стабильности.

Эмульгирование имеет большое физиологическое значение при всасывании и усвоении организмом жиров, а также при образовании биологических мембран. Эмульсии широко используются в пищевой промышленности при приготовлении шоколада, майонеза, маргарина, мыловарении, при изготовлении косметических средств, в производстве красителей.

1.2Воски

Это – сложные эфиры высших жирных карбоновых кислот и высших спиртов одноатомных алифатического, реже ароматического ряда, например, цетилового спирта в спермацете

	С15Н31		O						ОС16Н33
				C
	остаток								остаток цетилового
пальмитиновой										спирта
	кислоты

Воски являются твердыми соединениями с ярко выраженными гидрофобными свойствами. Природные воски содержат также некоторое количество свободных жирных кислот и высокомолекулярных спиртов. В состав восков входят как обычные, содержащиеся в жирах, – пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и др., так и жирные кислоты, характерные для восков, имеющие гораздо большие молекулярные массы, – карноубовая С24Н48О2, церотиновая С27Н54О2, монтановая С29Н58О2 и др.

Среди высокомолекулярных спиртов, входящих в состав восков, можно отметить цетиловый – СН3–(СН2)14–СН2ОН, цериловый – СН3–(СН2)24–СН2ОН, мирициловый СН3–(СН2)28–СН2ОН.

Воски встречаются как в животных, так и в растительных организмах и выполняют, главным образом, защитную функцию.

В растениях они покрывают тонким слоем листья, стебли и плоды, тем самым, предохраняя их от смачивания водой, высыхания, механических повре-

8

ждений и поражения микроорганизмами. Нарушение этого налета приводит к быстрой порче плодов при их хранении.

Например, значительное количество воска выделяется на поверхности листьев пальмы, произрастающей в Южной Америке. Этот воск, называемый карноубским, является, в основном, церотиново-мирициловым эфиром:

O

H3C (СН2)24 СО CH2 (СН2)28 CH3,

имеет желтый или зеленоватый цвет, очень тверд, плавится при температуре 83-900С, идет на выделку свечей.

Среди животных восков наибольшее значение имеет пчелиный воск, под его покровом хранится мед и развиваются личинки пчелы. В пчелином воске преобладает пальмитиново-мирициловый эфир:

O

H3C (СН2)14 СО CH2 (СН2)28 CH3 ,

а также высокое содержание высших жирных кислот и различных углеводородов, плавится пчелиный воск при температуре 62-700С.

Другими представителями воска животных является ланолин и спермацет. Ланолин предохраняет волосы и кожу от высыхания, очень много его содержится в овечьей шерсти.

Спермацет – воск, добывающий из спермацетового масла черепных полостей кашалота, состоит, в основном, (на 90%) из пальмитиново-цетилового эфира:

O

H3C (СН2)14 СО CH2 (СН2)14 CH3

твердое вещество, его температура плавления 41-490С.

Различные воска широко применяют для изготовления свечей, помад, мыла, разных пластырей.

1.3Стериды

Это – сложные эфиры специфически построенных полициклических спиртов стеролов, например, холестерола (холестерина) и пальмитиновой кислоты в пальмитохолестериде.

Стериды не растворяются в воде, но хорошо растворимы во всех жировых растворителях и входят в состав сырого жира. Стериды образуют омыляемую фракцию липидов, т.е. при взаимодействии со щелочами гидролизуются с образованием солей высших жирных кислот, называемых мылами. Стерины (стеролы) же при омылении жира остаются в неомыляемой фракции, составляя наибольшую ее часть.

9

	H3C
	CH3
	CH3
O	CH3
C	H3C
С15Н31	O

Остаток пальмитиновой	Остаток полициклического
кислоты	спирта холестерола

В организме человека и животных главным представителем стеринов (стеролов) является холестерин:

СН3

10 ОН 3 5 6

	H3C	CH2	CH2	CH3
	HC		CH2	CH
H3C				CH3
13	17

Холестерин (холестерол)

Холестерин играет важную роль в жизнедеятельности животного организма:

–участвует в построении биологических мембран. Находясь в составе мембран клеток, вместе с фосфолипидами и белками обеспечивает избирательную проницаемость клеточной мембраны, оказывает регулирующее влияние на состояние мембраны и на активность связанных с ней ферментов;

–является предшественником образования в организме желчных кислот, а также стероидных гормонов. К этим гормонам относятся тестостерон (мужской половой гормон), эстрадиол (один из женских гормонов), альдостерон (образующийся в коре надпочечников и регулирующий водно-солевой баланс);

–является провитамином витаминов группы Д. Холестерин под действием УФ-

лучей в коже превращается в витамин Д3 (холекальциферол), который, в свою очередь, служит предшественником гормона, участвующего в регуляции обмена кальция и минерализации костной ткани. Также нужно отметить, что при нарушении обмена веществ холестерин откладывается на стенках кровеносных сосудов, приводя к тяжелой болезни – атеросклерозу.

Врастениях и дрожжах содержится эргостерин (эргостерол).

При облучении эргостерола УФ-лучами из него образуется витамин Д2 (эргокальциферол). Для промышленного изготовления витаминов группы Д (антирахитические витамины) используют дрожжи, они содержат свыше 2% стеридов и стеролов на сухое вещество.

10