Состав жиров.
Жиры представляют собой смесь триглицеридов высокомолекулярных жирных кислот и сопутствующих веществ.
К сопутствующим веществам относят:
1. соединения животных тканей (фосфатиды, стерины (холестерин) и стериды, витамины, пигменты), которые растворимы в триглицеридах и гидрофобных органических растворителях;
2. технические примеси (азотистые, минеральные вещества и вода).
В состав триглицеридов жиров входят глицерин и высокомолекулярные насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Из насыщенных содержатся – пальмитиновая (24-27%) и стеариновая (4-29%); из ненасыщенных – олеиновая (31-51%), линолевая (2-23%), линоленовая (0,3-0,7%), арахидоновая (0,09-2%).
Фосфатиды – соединения, построенные из глицерина, жирных кислот, фосфорной кислоты и азотистого основания. Из фосфатидов наиболее распространены лецитины и кефалины. Лецитин обладает растворимостью в жирах и гидрофильными свойствами, является хорошим эмульгатором, т.е. способствует удержанию воды в жире. Легко окисляясь, лецитин приобретает свойства антиокислителя и задерживает окислительную порчу жиров. Его содержание в жирах – 0,04-0,12 %. Фосфатиды в основном распадаются в процессе производства.
Стериды –эфиры, образованные холестерином и жирными кислотами. Количество их в жирах 1-3 мг%. Значительно больше свободного холестерина – 29-126 мг%. Холестерин обладает способностью набухать в холодной воде, поэтому при определенных условиях он дает стойкие эмульсии. Присутствие холестерина – отличительный признак животных жиров. Холестерин является исходным материалом для образования витамина Д.
Витамины – в небольшом количестве в жирах присутствуют жирорастворимые витамины: А – в говяжьем; Е – в свином; в еще меньших количествах в жирах присутствуют витамины Д и К. Обладая ценными физиологическими свойствами, витамины А, Д, Е, К являются антиокислителями.
Пигменты – в жирах это каротин (красного цвета) и ксантофилл (желтого цвета), придают окраску жиру Их содержание в жирах невелико. Каротин в животном организме является провитамином А, а также проявляет свойства антиокислителя.
Технические примеси – в жирах содержится незначительное количество азотистых веществ (около 0,02% азота), минеральных веществ (около 0,1 % золы) и воды (0,2-0,5%). Азотистые вещества представляют собой в основном продукты гидролитического и пирогенетического распада белков. Их количество зависит от тщательности очистки жиров. Они придают специфический «поджаристый» запах и вызывают потемнение жира.
Физические свойства жиров
Температураплавления – зависит от состава и от природных особенностей жиров. За температуру плавления принимают верхний предел, т.е. ту температуру, при которой плавится наиболее тугоплавкая фракция и весь жир становится прозрачным.
Температура плавления свиного жира 29-35°С, говяжьего –42-49°С, бараньего 43-55°С, соответственно усвояемость жиров 96-98%, 80-94%, 80-90%. Усвояемость жира зависит от температуры плавления, если она выше 37°С, то жир менее усвояем.
Температура застывания и титр. Плавление и застывание являются обратимыми равновесными процессами, поэтому их температура в однородных химических веществах совпадает. Но температура застывания смесей, к которым относятся и жиры, всегда несколько ниже температуры плавления. Это объясняется тем, что кристаллическая решетка в смесях образуется при более низкой температуре, чем у чистых веществ, входящих в их состав, так как взаимное притяжение разнородных частиц препятствует этому процессу. Кроме того, в силу полиморфизма в момент плавления жиры обычно находятся в высокоплавкой кристаллической форме, а при застывании в низкоплавкой.
Во время застывания жиров выделяется теплота кристаллизации. Поэтому с момента, когда оно начинается (т.е. появляется муть) на некоторое время температура перестает падать. Температурой застывания считают ту, которая установилась в этот промежуток времени. Иногда после появления мути начинается некоторое повышение температуры. В этом случае за температуру застывания принимают ту максимальную, которую приобрел жир после начала процесса. В жиры входят многие компоненты, поэтому при достаточно глубоком охлаждении падение температуры задерживается каждый раз, когда кристаллизуется один из них. Но температурой застывания, характеризующей жир, считается только первая. Она имеет то же значение, что и температура плавления, но является более объективной характеристикой жира, так как ее можно определить с большой точностью.
Еще более точно можно установить титр жира, т.е. температуру застывания жирных кислот, выделенных из него, так как их смесь состоит из меньшего числа компонентов, чем сам жир.
Растворимость. Основные компоненты жиров – триглицериды- относятся к веществам с неполярными углеродными группировками. Поэтому жиры характеризуются низкой полярностью и плохо растворяются в жидкостях с высокой полярностью. В воде животные жиры нерастворимы.
В небольших количествах вода с жиром образует устойчивую систему в результате ассоциации молекул воды и глицеридов с образованием водородных связей. Так, в свином жире при температуре 40—100° С растворяется от 0,15 до 0,45% воды.
Жиры с водой могут образовывать дисперсионные системы с различными размерами частиц дисперсной фазы: грубодисперсные (d> 1 мкм), промежуточнодисперсные (d=0,l— 1 мкм), коллоиднодисперсные (d<0,l мкм). Но при относительно высоких концентрациях дисперсной фазы происходит агрегирование частиц жира и коалесценция эмульсий, т. е. ее расслоение на две однородные объемные фазы с наименьшей поверхностью раздела.
Способность жиров к образованию эмульсий зависит от строения молекул глицеридов и температуры их плавления. Она меняется в больших пределах под влиянием температуры среды и наличия эмульгаторов и стабилизаторов. В присутствии эмульгаторов возможно образование устойчивых концентрированных эмульсий типа жир в воде и вода в жире в зависимости от их количественного соотношения. Эмульгаторами могут быть вещества, молекулы которых, кроме неполярной группировки, содержат несимметричную поляризованную группу. Они легко адсорбируются на поверхности раздела двух фаз. Адсорбируясь на поверхности капелек жира, эмульгатор создает адсорбционный слой гелеобразной структуры, который препятствует их слиянию. Наиболее эффективными эмульгаторами являются вещества, способные образовывать коллоиды в дисперсионной среде (воде или жире) в зависимости от типа эмульсии. Эффект стабилизации обусловлен либо тем, что при столкновении не успевает произойти утоньшение поверхностного слоя вследствие высокой вязкости, либо тем, что сила столкновения не превышает предела статического напряжения сдвига, необходимого для разрушения поверхностного слоя. Для упрочнения структуры адсорбционного слоя в систему вводят вещества, стабилизирующие эту структуру, - стабилизаторы. Частицы стабилизатора располагаются, обращаясь полярной частью к полярному компоненту системы (вода), а неполярной—к неполярному (жир). В обеих системах в структуре дисперсионных частиц связывается некоторое количество адсорбционной воды. Для образования эмульсии первого вида (жир и вода) лучшими эмульгаторами являются гидрофильные коллоиды, например лецитин, для создания эмульсии второго вида (вода в жире) — олеофильные, например холестерин. К числу эмульгаторов, имеющих практическое значение, относятся:
природные составные части жиров, такие, как лецитин, холестерин, моноглицериды;
вещества, попадающие в жиры при их выделении или обработке,—желатин, клеевые вещества, белки и продукты их распада, мыла и др;
вещества, искусственно вводимые в водно-жировые системы для получения ряда продуктов (маргарина, кремов и др.).
Механизм разрушения водно-жировых эмульсий в основном сводится либо к адсорбционному вытеснению стабилизатора из поверхностного защитного слоя и к изменению его свойств и структуры, либо к пептизации поверхностного слоя, образованного эмульгатором. Так, электролиты изменяют поверхностную активность и коллоидные свойства стабилизатора. Спирты вызывают пептизацию поверхностного слоя. Под воздействием некоторых деэмульгаторов разрушается эмульгатор (например, кислоты разлагают мыла, создающие защитный поверхностный слой).
При снижении поверхностного натяжения на границе жир — полярная жидкость до величины, близкой к нулю, могут также образовываться концентрированные устойчивые эмульсии. Это может быть вызвано повышением температуры до близкой к критической точке взаимного смешения жидкостей, когда наступает почти полное выравнивание полярностей фаз. Таким приемом пользуются для расщепления жира в мыловарении. Очень устойчивые системы жир — вода первого и второго вида можно получить в ультразвуковом поле в присутствии эмульгаторов и стабилизаторов. Некоторые из них при содержании жира всего 10—15% обладают мазеобразной консистенцией и не теряют устойчивости при нагревании и последующем охлаждении. Часть воды в этих системах оказывается прочно связанной.
Процессы образования и разрушения водно-жировых дисперсионных систем имеют большое практическое значение. В большинстве случаев выделение и очистка жиров связаны с пептизацией жира в воде в присутствии эмульгаторов. Это приводит к потерям жира с водой. При выплавке жира в автоклавах высокие температуры, способствуя образованию дисперсионных систем, вызывают ускорение гидролитического распада жира.
С другой стороны, способность жиров к эмульгированию играет решающую роль в усвоении их организмом, поскольку обмен веществ протекает в водной среде. В этом смысле качество и пищевая ценность жира тем выше, чем лучше и легче он эмульгируется. Высокая степень дисперсности эмульгированных жиров улучшает их вкусовые достоинства, что обусловлено структурно-механическими свойствами эмульсий и их способностью создавать пленку на поверхности слизистой оболочки. Практический интерес представляет процесс эмульгирования жира при куттеровании фарша и применение концентрированных эмульсий при изготовлении таких мясопродуктов, как сосиски, ливерные изделия и др.
Жиры хорошо растворимы в органических растворителях, близких им по полярности: эфире, бензине, хлорпроизводных углеводородов (хророформе, четыреххлористом углероде, дихлорэтане и т.д.). Чем ниже температура плавления жира, тем он легче растворяется в этих растворителях. Эти свойства используют для извлечения жира из сырья для выделения из них низкоплавких фракций кристаллизацией из жировых растворов наименее растворимых компонентов, а также в лабораторной практике.
Большое значение имеет растворимость в жирах паров и газов. Летучие пахучие вещества, растворяясь в жирах, придают им несвойственный запах. Растворимость в жире кислорода воздуха является причиной его окислительной порчи при хранении даже в отсутствии контакта с воздухом во время хранения, если перед упаковкой в нем растворился воздух. Даже в твердом состоянии жиры способны адсорбировать газы. При сбивании свиного жира на воздухе в течение 4—20 мин при 20° С поглощалось 85—155% воздуха по объему.