ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПИЩЕВЫХ МАСЕЛ И ЖИРОВ

Цель работы

1.1. Органолептическая оценка растительных масел и животных жиров.

1.2. Определение стойкости пищевых масел и жиров к окислительному прогорканию по изменению пероксидных или альдегидных чисел.

1.3. Изучение превращений пищевых масел и жиров при нагреве.

1.4. Ознакомление с составом и пищевой ценностью растительных масел и жиров.

3.5. Освоение методик, получение навыков определения пероксидного и бензидинового числа.

Теоретический материал

Суточная потребность организма в жирах в соответствии с формулой сбалансированного питания по А.А. Покровскому составляет 80-100 г (для взрослого человека). Из них полиненасыщенные жирные кислоты 3-6 г, фосфолипиды, холестерин 0,3-0,6 г. Оптимальное соотношение растительных и животных жиров по последним данным должно быть 7:3. Энергетическая ценность 1 г жира – 9,0 ккал. Рекомендуемый уровень потребления пищевых жиров: растительного масла – 7,3 кг/год (20 г/день), сливочного масла 5,5 кг/год (15 г/день). Остальное количество жира употребляется в составе пищевых рационов (молока, сметаны, сыра, рыбы, мяса, яиц и растительных гарниров). При умеренном потреблении жиров за их счет обеспечивается 30-35% энергозатрат организма. Причем жиры перевариваются медленнее углеводов, способствуя большему насыщению. Однако чрезмерное употребление жиров (особенно насыщенных, животного происхождения) приводит к развитию атеросклероза и ишемической болезни сердца, ожирению человека. Особенно опасно бесконтрольное употребление тортов, пирожных, мороженого, шоколада, жирной ветчины, грудинки, колбасы и других вкусных продуктов, в которых жиры подвергаются промышленной обработке и могут содержать первичные и вторичные окислительные соединения, отсутствующие в свежих природных жирах (маслах).

В состав растительных масел, полученных из семян, входят 95-98% триглицеридов (триацилглицеринов), 1-2% свободных жирных кислот, 1-2% фосфолипидов, 0,3-0,1% стеринов, а также каратиноиды и витамины.

Основные структурные компоненты многих липидов – жирные кислоты. Хотя в настоящее время известно около 200 жирных кислот, основное количество жиров построено из кислот, содержащих от 12 до 18 атомов углерода. Кислоты, содержащие от 2 до 10 углеродных атомов (С₂-С₁₀) присутствуют в незначительном количестве, а более высокомолекулярные кислоты (С₂₄ и более) входят в состав восков.

Жирнокислотный состав триглицеридов оказывает решающее значение на физические свойства жиров. Жиры, содержащие триглицериды полиненасыщенных жирных кислот, являются по своим физическим свойствам жидкими при комнатной температуре. Это характерно для растительных масел.

Жиры с преобладающим содержанием триглицеридов насыщенных кислот - твердые при комнатной температуре. Это в основном животные жиры.

Из ненасыщенных жирных кислот в составе масел преобладают олеиновая, линолевая, линоленовая, которые обычно составляют от 80 до 90% от общего содержания жирных кислот. Причем в определенном виде масел преобладают отдельные кислоты. Так, в подсолнечном масле содержится 55-72% линолевой кислоты и 20-40% олеиновой кислоты; в оливковом масле на долю олеиновой кислоты приходится 80-90%.

В состав некоторых масел входят специфические жирные кислоты. Так, рицинолевая кислота, оказывающая влияние на функции кишечника, присутствует в масле клещевины (касторовом). Содержание насыщенных жирных кислот в составе растительных масел приблизительно 15%, из которых преобладает пальмитиновая (до 60% от содержания насыщенных кислот) и стеариновая.

В состав жиров наземных животных входят ненасыщенные жирные кислоты (обычно составляют 40-60% от общего количества жирных кислот животных жиров), а из полиненасыщенных встречается линолевая.

Источником жиров могут быть морские животные и рыбы. Состав жирных кислот этих жиров наиболее сложный. Специфичным для жира морских животных и рыб является наличие полиненасыщенных жирных кислот с 20 и 22 атомами углерода. Характеристика жирнокислотного состава некоторых животных жиров и растительных масел приведена в таблице, %.

Жиры относятся к простым липидам. Ннаряду с простыми липидами в состав естественных жировых продуктов входят сложные липиды – гликолипиды, фосфолипиды (фосфатиды), липопротеиды.

Триглицериды (триацилглицерины) – вещества бесцветные, без запаха и вкуса. Характерный цвет и вкус жирам придают сложные липиды и другие вещества – свободные жирные кислоты, липохромы, токоферолы, витамины и др.

Фосфолипиды также, как и жиры, являются эфирами животных кислот и глицерина, но в отличие от них имеют в своем составе остаток фосфрной кислоты и азотистое основание.

Типичный представитель фосфолипидов – лецитин. Фосфолипиды относятся к эмульгаторам, т.е. веществам, обеспечивающим получение эмульсии из жироводных смесей. В связи с этим им принадлежит важная роль в обмене веществ. Они регулируют проницаемость клеток, необходимых для обновления клеточных структур, влияют на работу сердца, предотвращают появление атеросклероза и т.д.

Кроме простых и сложных липидов в состав природных жиров входят некоторые соединения, не являющиеся производными жирных кислот.

Эти соединения имеют важное физиологическое значение. К ним относятся природные жирорастворимые пигменты (главным образом каротиноиды), стероиды (провитамин Д) и токоферолы, одни формы из которых обладают Е-витаминной активностью, другие формы являются природными антиоксидантами.

Соевое, кукурузное масла содержат до 100 мг% токоферолов, подсолнечное, хлопковое – 60 мг%. Наибольшей витаминной ценностью обладает подсолнечное масло, в котором токоферолы представлены Е-витаминной формой, в соевом и кукурузном маслах 90% токоферолов представлены антиоксидантной формой. Из животных жиров высокое содержание витаминов А и Д характерно для жиров рыб.

В отдельных видах масличного сырья содержатся вещества, переход которых в масло нежелателен. Это, например, эруковая кислота, которая содержится в рапсе. В семенах хлопчатника находится ядовитый пигмент госсипол (С₃₀Н₃₀О₈), который по своей структуре является полифенолом.

Масличные семена (плоды и орехи), зародыши зерна, клетки других видов растительного сырья содержат активные ферменты: липоксигеназу и липазу, катализирующие гидролиз и прогоркание тканевых липидов. Жировые ткани животного происхождения, как правило, липоксигеназу не содержат. Поэтому окисление растительных масел считают ферментативным, а животных жиров – химическим процессом.

При длительном хранении масличного и жирового сырья, а также их переработке возможны окислительные изменения липидов, которые могут осуществляться с различной скоростью, глубиной, иметь различную направленность в зависимости от природы жира и условий окисления. Эти превращения могут привести к наиболее опасному виду порчи жиров – окислительному прогорканию. Окисление жиров и масел – так называемое автоокисление – протекает даже при низких температурах в присутствии газообразного кислорода по цепному пути с вырожденным разветвлением.

Первичным продуктом окисления, обнаруживаемым аналитическим путем, являются пероксиды. В начальной стадии цепной стадии цепной реакции образуются свободные радикалы, появляющиеся в жире под воздействием энергии (тепла, света, радиации и др.). Активные в химическом отношении свободные радикалы вступают во взаимодействии с кислородом с образованием очень реактивных перекисных (пероксидных) радикалов. Пероксидный радикал реагирует с новыми молекулами окисляемого вещества (жирными кислотами), образуя гидропероксид и новый свободный радикал, реакция окисления принимает цепной характер.

Благодаря более высокой фотоактивности быстрее окисляются жирные кислоты с большим количеством ненасыщенных связей. Так, линолевая кислота окисляется в 27 раз быстрее олеиновой. Еще быстрее (в 77 раз) окисляется линоленовая кислота. Установлена, что гидропероксиды образуются не по месту двойных связей, а преимущественно у соседнего с двойной связью более активного атома углерода, где ослаблена связь в метиленовой группе.

Образующиеся гидропероксиды не имеют запаха и вкуса, поэтому на ранней стадии окисления жиров органолептические изменения не обнаруживаются. Однако пероксиды оказывают токсическое действие на организм человека и способствуют уменьшению пищевой и биологической ценности жиров, т.к. в окислительные превращения вовлекаются в первую очередь ненасыщенные жизненно необходимые жирные кислоты и фосфолипиды.

Гидропероксиды являются реакционноспособными, неустойчивыми веществами и легко распадаются с образованием карбонильных соединений, сообщающих окисленным жирам прогорклый вкус («царапание» в горле, ощущение жжения) и резкий, неприятный запах. Группа вторичных продуктов окисления на основе карбонильных соединения включает альдегиды, альдегидо- и кетокислоты, кетоны, а также продукты их конденсации и полимеризации. В процессе окисления жиров образуются также оксисоединения и альдегиды, представляющие собой продукты распада жирных кислот. Дальнейшее превращение низкомолекулярных альдегидов в низкомолекулярные летучие спирты и жирные кислоты, не свойственные данному жиру, создают ощущение прогорклого запаха жира (масла).

Установлена прямая связь между накоплением карбонильных соединений и органолептическими изменениями качества жира. Чем больше содержание альдегидов, тем значительнее степень окислительной порчи жира. Для количественного определения альдегидов применяют фотоколориметрию и спектрофотометрию с применением 2-тиобарбитуровой кислоты, 2,4-динитрофенилгидразина и бензидина (диаминодифенила). В последнем случае метод оснсован на измерении интенсивности желтой окраски, образующейся в ходе реакции бензидина с карбонильными соединениями.

Перекисное (пероксидное) число является чувствительным показателем, по величине которого можно судить о начале и глубине оокисления жира (масла). В свежем жире пероксиды практически отстутствуют. На начальной стадии окисления в течение некоторого времени химические и органолептические показатели жиров почти не изменяются. Взаимодействие кислорода с жиром в это время либо еще не происходит, либо протекает в незначительной мере. Данный период времени, имеющий разную продолжительность в зависимости от природы жира, называют индукционным периодом. После завершения индукционного периода жир начинает быстро окисляться. Это обнаруживается по росту перекисных (пероксидных) чисел и изменению органолептических свойств (запаха и вкуса) жира. Существование индукционного периода объясняется тем, что в начале процесса окисления в жире очень мало молекул с повышенной кинетической энергией (возбужденных или свободных радикалов), а также благодаря содержанию в жире естественных антиокислителей: каротиноирдов, токоферола, лецитина, полифенолов, которые более активно взаимодействуют со свободными радикалами и с кислородом воздуха и тем самым препятствуют окислению жиров. Длительность индукционного периода зависит от содержания природных антиоксидантов, состава жира и условий его хранения.

Животные жиры, содержащие меньше непредельных жирных кислот, более устойчивы. Однако свиной жир менее стоек, т.к. в нем содержится больше непредельных кислот и очень мало каротиноидов и токоферола. Поэтому индукционный период свиного жира значительно короче, чем говяжьего. Еще быстрее подвергаются окислительной порче жиры рыб, в составе которых преобладают непредельные жирные кислоты, в т.ч. полиненасыщенные (пента- и гексаеновые).

Пероксидным числом называют число граммов йода, выделяемого в кислой среде из йодистого калия при действии перекисей, содержащихся в 100 г жира. Перекисное число выражают обычно в процентах йода. В таблице приведены пероксидные числа некоторых жиров и масел в зависимости от их свежести..

Прогорканию жиров способствуют: повышенная температура, наличие влаги, света, присутствие микрофлоры и ферментов (липоксигеназа, каталаза, липаза и др.), контакт с металлами (кобальт, марганец, железо, медь и др.), особенно переменной валентности.

Растительные масла получают прессованием, экстрагированием или комбинированным способом из масличного сырья. Для экстракции чаще используется бензин специальной очистки, который полностью отгоняется при обработке масла. Лучшее масло получают холодным прессованием, так называемый «первый отжим». Масла после механической обработки (фильтрации, очистки) называются нерафинированными. С целью удале6ния из масел белковых веществ и слизей используют гидратацию (через нагретое масло пропускают рарспыленную горячую воду или 1% рарствор поваренной соли). Свободные жирные кислоты удаляют способом нейтрализации (щелочной обработкой), при котором образуется мыло, удаляемое водой. После этого масло подвергают сушке. Для удаления из масла красящих веществ осуществляют отбеливание, применяя отбельные глины, активированный уголь и др. Масло после механической очистки, гидратации, нейтрализации и отбеливания называется рафинированным недезодорированным. При дезодорации удаляют природные ароматические вещества и следы бензина под вакуумом при 170-230^оС, когда через слой масла пропускают острый перегретый пар. После этого масло считается рафинированным дезодорированным. Иногда для очистки масла применяется вымораживание.

Животные жиры получают вытопкой и гидромеханическим способом (из костей). Животные жиры очищают от механических примесей, свободных жирных кислот и красящих веществ. Коровье масло производят методом преобразования высокожирных сливок или сбиванием.

При органолептической оценке масел определяют вкус, запах, цвет и прозрачность (наличие отстоя). Для твердых и непрозрачных животных жиров оценивают их консистенцию. По запаху и вкусу масел и жиров можно определить степень их свежести. Прогорклый вкус и запах свидетельствует о длительном хранении и окислительной порче жировых продуктов.

Ход работы