Липиды

ЛИПИДЫ

В зависимости от химического состава липиды подразделяют на несколько классов.

1. Простые липиды включают вещества, молекулы которых состоят только из остатков жирных кислот (или альдегидов) и спиртов. К ним относят
• жиры (триглицериды и другие нейтральные глицериды)
• воски
2. Сложные липиды
• производные ортофосфорной кислоты (фосфолипиды)
• липиды, содержащие остатки сахаров (гликолипиды)
• стерины
• стериды

Жиры и вещества, обычные называемые липидами, объединяют в одну группу. Их общее свойство гидрофобность и нерастворимость в воде. В настоящее время жиры и жироподобные вещества (липоиды) объединяют общим термином – липиды. Вещества этой группы весьма различны по химической природе, некоторые из них растворяются в органических растворителях: эфире, бензине, бензоле, хлороформе. Липиды играют очень важную роль в организме. Одни выполняют запасающую функцию, другие – защитную, например воска.  Фосфолипиды, гликолипиды и стероиды – важнейшие компоненты биологических мембран.

В качестве запасных веществ жиры накапливаются в очень больших количествах в семенах и плодах многих растений, используемых в жировой промышленности для получения растительных жиров (масел). По химическому строению жиры представляют собой смесь жирных эфиров трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. Жирные кислоты, наиболее часто входящие в состав жиров, следующие: пальмитиновая, стеариновая, арахиновая, линолевая, линоленовая. Все жирные кислоты делят на две группы: насыщенные, не содержащие двойных связей, и ненасыщенные – содержащие двойные связи. Растительные жиры богаты насыщенными жирными кислотами.

Содержание жиров в культурных растениях значительно варьирует. Например, содержание жиров  в зерне пшеницы, ржи, ячменя и риса обычно составляет 1,6 – 3,2%, овса 3-8%, проса 3-5%, кукурузы 3-8%.  В последнее время селекционерам  удалось получить сорта кукурузы с очень малым количеством жиров 1%, а также накапливающиеся до 14-15% жиров в зерне. Из сортов кукурузы, содержащих повышенное количество жира в зерне, получают кукурузное масло.

Жиры распространены в зерне злаков неравномерно. Качественный состав жиров примерно одинаков; в них в наибольшем количестве содержатся  пальмитиновая, олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты; преобладают обычно  линолевая и олеиновая кислоты.

Жиры, содержащиеся в зерне, могут окисляться с образованием перекисей и гидроперекисей, которые часто обуславливают,  так называемое, прогоркание муки  и крупы при их длительном хранении.

Наряду  с жирами в зерне злаков присутствуют фосфоглицериды, содержание которых  составляет 0,2-0,5%.

Содержание жира в семенах бобовых культур невелико, не более 2-3%. Исключение составляет нут, люпин и соя: количество жира в семенах нута 6-7%, в семенах люпина 3-21%, в семенах сои 17-27%. Жиры бобовых растений относятся к группе невысыхающих масел, так как в их состав входит много жирных кислот. Так как жиров в семенах бобовых растений мало, то они не имеют какого-либо практического значения. В семенах бобовых культур жир сосредоточен в зародыше.

В вегетативных органах трав жиры присутствуют в количестве 1,4 – 5,0 % сухой массы; в бобовых  (2-5%), в мятликовых  (1,5-3,0%). Больше жиров содержится  в соцветиях  и листьях,  меньше в стеблях. Например, у кукурузы в стеблях с листьями содержится обычно 1,5-1,6% жира, тогда какпочатках 2 – 4%. На 75-85% жиры трав состоят из полиненасыщенных жирных кислот  - линолевой и линоленовой, которые не могут синтезировать в организме животных и обязательно должны быть в кормах.

В картофели содержится в средним 0,10-0,15% жиров. В  клубней картофеля обнаружены пальмитиновая, олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты.

Содержание липидов в овощных культурах невелико и составлянт 0,1-1,0%. Их больше в листовых овощах и капусте, чем в томатах, огурцах или репчатом луке. Липиды овощей изучены слабо, но показано, что в луке, среди них всегда есть жиры, свободные жирные кислоты, фосфоглицериды, воски. Значительное количество жиров сконцентрировано в семенах некоторых овощных культур, например тыквы (45-58%), патиссонов (31-49%), кабачков (45-57%). В составе жирных кислот в них преобладают олеиновая (24-41%) и лизоловая (33-46%) кислоты

Растительные жиры, или масла, очень широко распространены в растениях. Растения, возделываемые человеком ради получения семян с большим количеством масла, называют масличными культурами.

Растительные масла и продукты их переработки широко используют в пищу, а также для промышленных и технических целей. Некоторые из них обладают лекарственными свойствами и применяются в медицине (касторовое, оливковое, молочайное, миндальное и др.).

Масличные культуры выращивают во всех странах земного шара. Ими занято около 100 млн.га. Главнейшие из них – хлопчатник, соя, арахис, лен, рапс, кунжут, подсолнечник, клещевина, конопля.

Наиболее широко растительные масла используют для приготовления пищи, в хлебопечении, кондитерском производстве, производстве маргарина, для консервирования продуктов питания.

Среди основных масличных культур меньше всего жира содержат семена хлопчатника, в среднем 23%, но у некоторых сортов может быть только 17-19%. В семенах конопли и горчицы в среднем содержится 33% жиров (с колебаниями от 30 до 46%), а в семенах льна – 37% (у льна-долгунца 33-40%, у масличного  37-50%). Больше всего жира в семенах мака и клещевины (до 60-70% в ядре).

Основная масличная культура в России – подсолнечник. На ее долю в нашей стране приходится около 90% мирового производства этой культуры. До недавнего времени среднее содержание жиров в семенах подсолнечника составляло 28-38%. Российский селекционер В. С. Пустовойт в содружестве с биохимиками вывел новые сорта подсолнечника, которые содержат в семенах 48-52% жиров. В семенах отдельных форм подсолнечника, полученных этим ученым, было свыше 60% жиров.

Растительные жиры представляют собой смесь триацилглицеринов твердых и жирных кислот. Например, в масле семян льна не менее 15 различных триацилглицеринов. Химический состав жиров отдельных масличных культур неодинаков; различие зависит прежде всего от количества отдельных жирных кислот.

В каждой группе масличных культур преобладают разные жирные кислоты. Низкомолекулярные насыщенные жирные кислоты (капроновая, каприловая, каприновая и лауриновая) образуются главным образом в масличных культурах тропических стран; в маслах растений умеренных и северных широт они не найдены. Высокомолекулярные насыщенные жирные кислоты встречаются  в основном в маслах растений северных и умеренных широт.

Ненасыщенные жирные кислоты наиболее интенсивно синтезируются в растениях умеренных  и северных широт, где на их долю приходится обычно не менее 80% общего количества жирных кислот растительного масла. В тропических растениях содержание ненасыщенных кислот значительно ниже.

Для большинства масличных культур, выращиваемых в нашей стране, характерно наличие в масле двух насыщенных – пальмитиновой и стеариновой и трех ненасыщенных – олеиновой, линолевой и линоленовой. Однако масло клещевины, например, содержит до 95% ненасыщенных жирных кислот, но основной для него является рицинолевая кислота, на долю которой приходится 85% общего их количества. В масле капустных (горчица, рыжик, рапс) много ненасыщенной эруковой кислоты (50-60% всех кислот). Их этих данных видно, что отдельные масличные культуры отличаются не только по содержанию в них масла, но и по химическому его составу, т. е. составу жирных кислот.

Чем больше насыщенных кислот, тем выше температура плавления жира. Животные жиры содержат значительно больше насыщенных кислот, чем растительные, и при комнатной температуре они находятся в твердом состоянии. Большинство растительных жиров (за исключением кокосового, масла какао и некоторых других) содержит очень мало насыщенных кислот и при обычной температуре остается жидким. В масле кокосовых орехов насыщенные кислоты составляют свыше 80% общего содержания жирных кислот; они твердые при обычной температуре.

Масла в зависимости от интенсивности их высыхания и содержания различных жирных кислот делят на следующие группы.

Хорошо высыхающие масла – льняное, конопляное, тунговое, перилловое. В них много линоленовой кислоты с тремя двойными связями, а количество насыщенных кислот не превышает 8-10%. Йодные числа этих масел наиболее высокие; образующаяся при их высыхании пленка не плавится при нагревании и не растворяется в органических растворителях.

Полувысыхающие или слабовысыхающие масла – подсолнечное, хлопковое, соевое, горчичное, оливковое. Они имеют более низкие йодные числа. Пленка этих масел растворяется частично или полностью в органических растворителях. На воздухе она растрескивается.

Невысыхающие масла – касторовое, арахисовое. Они содержат рицинолевую, арахиновую и другие кислоты, которые определяют особые свойства масел и их невысыхаемость на воздухе.

Твердые растительные масла – масло кокосовых орехов, пальмовое. Они содержат много насыщенных жирных кислот, а ненасыщенных в них почти нет.

Однако следует отметить, что классификация масел по высыхаемости недостаточно совершенна, так как некоторые масла нельзя с уверенностью отнести к той или иной группе.

Ниже дана краткая характеристика масел основных масличных культур, выращиваемых в РФ.

Подсолнечное масло – основное пищевое масло нашей страны, на долю которого приходится примерно три четверти всего производства растительных масел. Оно золотисто-желтого цвета, со специфическим, приятным запахом. Широко применяется гидрогенизация этого масла для изготовления маргарина. В смеси с другими маслами оно может использоваться для приготовления олифы. Химический состав подсолнечного масла, как и других растительных масел, значительно колеблется  в зависимости от сорта и условий произрастания растений. В состав масла входят следующие основные жирные кислоты, %: пальмитиновая – 3-6, стеариновая – 2-5, олеиновая – 25-35, линолевая – 55-70. Содержание фосфоглицеридов в масле – 0,5-1,2%.

Льняное масло получают из масличного льна-кудряша, возделываемого в южных районах, и льна-долгунца, культивируемого в более северных районах главным образом для получения волокна. Масло льна-кудряша характеризуется меньшим содержанием ненасыщенных кислот, что снижает его техническую ценность. Свежее масло можно употреблять в пищу. Оно быстро высыхает, поэтому применяется для изготовления олиф, масляных лаков, линолеума и клеенки. Содержание насыщенных жирных кислот в этом масле – 8-11%, олеиновой кислоты - 5-20, линолевой – 25-50, линоленовой – 35-55%. Под действием кислорода воздуха льняное масло быстро прогоркает  и густеет.

Конопляное масло высыхает несколько дольше, чем льняное. В его состав входит, %: насыщенных кислот – 6-10, олеиновой кислоты – 6-16, линолевой – 46-70 и линоленовой – 14-28. Свежее масло, предназначенное для пищевых целей, обладает приятным запахом и вкусом. Конопляное масло используют также для приготовления олифы и зеленого медицинского мыла.

Хлопковое масло. В сыром виде имеет неприятный запах, горький вкус и темно-коричневый цвет, после рафинации приобретает желтую окраску, приятный вкус и запах и становится пригодным для пищевых целей. После подсолнечного хлопковое масло – наиболее распространенное сырье для жироперерабатывающей промышленности. Его широко используют в мыловарении и при приготовлении маргарина. В составе хлопкового масла очень много пальмитиновой кислоты (18-22%) содержание других кислот колеблется в следующих пределах, %: стеариновой – 1-5, арахиновой – 1-2, олеиновой – 20-30, линолевой – 40-60.

Кукурузное масло получают из зародышей семян кукурузы, которые содержат до 50% жира. Это хорошее пищевое масло. Его используют также для приготовления жидких мыл и в лакокрасочной промышленности. В кукурузном масле содержится около 0,1% токоферолов, которые предохраняют его от окисления и значительно повышают питательную ценность этого масла. Основные кислоты масла – пальмитиновая (7-8%), стеариновая (2-4%), олеиновая (42-46%), линолевая (40-48%), линоленовая (около 1%).

Соевое масло сразу после извлечения интенсивно окрашено, а после рафинирования имеет золотисто-желтый цвет. В соевом масле много фосфоглицеридов (1,5-2,0%). Соевое масло используют в консервной промышленности, а после гидрогенизации – в маргариновом и мыловаренном производствах. В этом масле – 6-8% пальмитиновой кислоты, 3-5% - стеариновой, 25-35% - олеиновой, 50-60% - линолевой и до 5% линоленовой кислоты.

Горчичное масло получают из горчицы сарептской и белой. Хорошо рафинированное горчичное масло светло-желтого цвета, с приятным мягким вкусом и запахом. Его применяют при выпечке хлебобулочных изделий, изготовлении пищевых жиров и в консервной промышленности. Оно используется также непосредственно в пищу, особенно  в районах возделывания горчицы (Волгоградская и Саратовская области). Состав жирных кислот горчичного масла следующий, %:  пальмитиновой и стеариновой – не более 4, олеиновой – 20-30, линолевой- 12-26, линоленовой – 1-3, эруковой – 40-55. Жмых сарептской горчицы используют для приготовления горчичного порошка.

Арахисовое масло бесцветно или слабоокрашено, имеет приятный вкус и запах. Его применяют главным образом для пищевых целей, а также используют в маргариновом и консервном производствах. В арахисовом масле до 20% насыщенных жирных кислот, в том числе 2-5% арахиновой кислоты. Кроме того, в масле содержится 50-80% олеиновой и 10-20% линолевой кислоты. Арахисовый жмых применяют в кондитерской промышленности для приготовления халвы.

Оливковое масло получают из дробленой мякоти и косточек плодов оливкового дерева. Содержание его в плодах достигает 50%. Оливковое масло обладает приятным вкусом и запахом, имеет золотисто-желтый цвет. Его также называют прованским маслом. Это масло характеризуется очень высоким содержанием олеиновой кислоты (65-85%). Кроме того, в его состав входят линолевая (5-15%) и пальмитиновая (8-10 %) кислоты. Оливковое масло широко используется в консервной промышленности, а также в качестве пищевого жира.

Касторовое масло получают из семян клещевины. Оно бледно-желтого цвета, отличается высоким содержанием рицинолевой кислоты (80-90%), которая представляет собой ненасыщенную оксикислоту с одной двойной связью. Вследствие такого строения касторовое масло по сравнению с другими имеет большую плотность и более высокую вязкость. Характерная особенность этого масла – легкая растворимость в этиловом спирте. Кроме рициловой кислоты, касторовое масло содержит 3-4% насыщенных жирных кислот, 4-8% олеиновой и 2-6% линолевой кислоты. Жмых клещевины содержит ядовитый алкалоид рицинин, но после пропаривания этот алкалоид теряет свои ядовитые свойства.

Кроме жиров, в семенах масличных культур содержатся фосфоглицериды, главным образом в связанном состоянии. В семенах большинства масличных культур они составляют около 1%, а в семенах хлопчатника и сои – 1,5-2,0%. В семенах масличных найдено также значительное количество фитина. Фосфоглицериды и фитин переходят в масло в процессе экстракции. Это довольно ценные пищевые компоненты растительных масел.

При экстракции растительных масел в них переходят жирорастворимые витамины. В некоторых маслах содержится много витаминов Е – токоферолов) и F. В частности, общее содержание токоферолов в подсолнечном масле составляет 50-100мг %, в соевом – 100-200мг %.

Лигнин. Другим веществом, которое содержится в стеблях трав и может резко снижать их питательную ценность, является лигнин. Сосуды и волокна, обусловливающие прочность растений, образованы одревесневшими целлюлозными волокнами, между которыми находится прочно связанный с ними лигнин. В наибольшем количестве 925-35%) он содержится в древесине. В кормовых травах может накапливаться до 10% лигнина. Ранее мы указывали, что самыми распространенными органическим веществом на Земле является целлюлоза; на втором месте после нее стоит лигнин. Его содержание составляет около 60% количества целлюлозы на Земле.

По химическому строению лигнин – полимерное ароматическое соединение с молекулярной массой около 10 тыс. В травянистых растениях в его составе примерно 50% кониферилового спирта,30% n-оксикоричного спирта и 20% синапового спирта и их производных.
Эти спирты и их производные, нерегулярно соединяясь, между собой, образуют сложную разветвленную молекулу лигнина.

Химическое строение лигнина не установлено. Лигнин, выделенный из различных растительных объектов, в каждом отдельном случае имел свой состав и соотношение компонентов, поэтому более правильно говорить о лигнинах или о фракции лигнина в растениях.

Лигнин - очень устойчивое вещество. Он не растворяется в органических растворителях ,лишь некоторые микроорганизмы способны разрушать его, и то в течение длительного времени. До сих пор не известны ферменты, которые катализируют расщепление лигнина.
Накопление лигнина в травах крайне нежелательно, так как при его повышенном содержании резко снижается доступность питательных веществ и переваримость органического вещества трав животными. В молодой траве его содержится 3-5%. В перезревшей соломе и стеблях трав может накапливаться до 12-14% лигнина, в результате чего переваримость содержащихся в них питательных веществ снижается, по крайней мере в два раза.

Эфирные масла н другие специфические вещества. Характерный вкус и запах многих овощей зависит от присутствия в них эфирных масел и других специфических веществ. Лук, чеснок, хрен и так называемые пряные овощи (петрушка, укроп и др), содержащие большое количество эфирных масел h других веществ используются главным образом Для придании пищевым продуктам аппетитного вкуса и запаха. Количество эфирных масел в некоторых овощах довольно значительно: в луке 10-35 мг, до 100, перцах 10 25, редьке 10-50, в хрене 50-200 мг на 100 г сырой массы. Эфирные масла большинства овощей летучие жидкости с сильным запахом. В состав эфирного масла чеснока входит лактон аллицин.  Аллицин его гомологи есть также в эфирном масле лука, составе которого присутствуют метиловый спирт, пропионовый альдегид и небольшое количество уксусного альдегида. Острые сорта лука содержат больше эфирного масла, чем сладкие. Уже довольно давно установлено, что эфирные масла лука особенно чеснока обладают антибактерицидными свойствами. Вещества такого типа, содержащиеся в растениях, называются фитонцидами. Аллицин один из наиболее эффективных фи тoнцидов. Он подавляет многие микроорганизмы даже при концентрации 1:200 000. В состав корнеплодов семейства капустных входят микозиды. Например, в корнях репы содержится гликозидrлюконаcтурцин, состоящий из остатков глюкозы фенилэтилового спирты. А содержится гликозид синигрин корнях хрена брюк не найден гликозид, содержащий в своем составе кротилrоричноe масло сHаNCs. Все эти вещества, содержащиеся в овощах семейства капустные, при употреблении в пищу вызывают ощущение жжения во рту и обладают бактерицидными свойствами. Острый вкус горького перца объясняется наличием в нем

Эфирные масла. Аромат плодов и ягод зависит от содержания в них эфирных масел. Ввиду малой концентрации этих веществ их состав еще мало изучен. Исключение составляют плоды цитрусовых, где эфирные масла присутствуют в значительном количестве в кожуре.
В яблоках эфирного масла – 0,007 – 0,01% сырой массы, в его состав входят уксусный альдегид и сложные амилового спирта с муравьиной, уксусной и капроновой кислотами.

Эфирные масла цитрусовых состоят главным образом из терпенов – углеводородов алифатического и циклического рядов с общей формулой С10Н16 и их кислородных производных.
Эфирные масла цитрусовых находят широкое применение в парфюмерии и при составлении фруктовых эссенций для кондитерского и ликерного производства.