В каких случаях происходит окисление жиров содержащихся в продуктах
В общественном питании и пищевой технологии большую роль играет группа окислительно-восстановительных ферментов — оксидоредуктазы (180—200 ферментов). Оксидоредуктазы катализируют окисление или восстановление различных химических веществ. Так, относящийся к этому классу фермент алькогольдегидрогеназа катализирует восстановление уксусного альдегида в этиловый спирт и играет большую роль в процессе спиртового брожения. Фермент липокси- геназа окисляет кислородом воздуха ненасыщенные жирные кислоты и их сложные эфиры. Его действие является одной из причин прогоркания муки, крупы. Он участвует в разрушении каратиноидов при сушке и хранении продуктов растительного происхождения.
Жиры и масла, особенно содержащие остатки ненасыщенных жирных кислот (линоленовой, линолевой, олеиновой), также окисляются кислородом воздуха. Начальными продуктами окисления выступают разнообразные по строению пероксиды и гидропероксиды. Именно вторичные продукты окисления, особенно карбонилсодержащие вещества, вызывают появление неприятного привкуса (прогоркание).
Образующиеся продукты могут менять физическое свойство жира, приводить к вспениванию фритюрных масел, способствовать распаду витаминов. Этот процесс получил название окислительного автокаталитического прогоркания или процесса автоокисления жиров. В его основе лежат цепные радикальные процессы, в которых участвуют кислород воздуха и ненасыщенные жирные кислоты или их остатки, содержащиеся в молекулах ацилглицеринов. Окислительное автокаталитическое прогоркание жиров является основной причиной, снижающей их качество при хранении. На автоокисление влияют состав окисляющего жира, наличие кислорода, воздействие энергии веществ, ускоряющих процесс окисления. Например, скорость автоокисления жиров возрастает при увеличении содержания кислорода в окружающей среде (точнее, его парциального давления). На этом основан способ хранения масел и жиров в среде с пониженным содержанием кислорода (например, в среде с повышенным содержанием азота). Окисление жиров ускоряется с повышением температуры хранения и под воздействием световой энергии. Ионы металлов переменной валентности (Си, Fe, Mn, Ni) могут оказывать на процесс автоокисления жиров как каталитическое, так и ингибирующее действие. Большое влияние на скорость окисления оказывают антиоксиданты (ингибиторы), в частности бутилокситолуол.
Ферментативное окислительное прогоркание характерно для масличных семян, зерна, продуктов их переработки, а также пищевых продуктов. При нагревании жира без продукта окисление его усиливается, так как в обжариваемых продуктах содержатся вещества, задерживающие процессы окисления (естественные ингибиторы окисления).
При хранении на воздухе сырого очищенного или нарезанного картофеля происходит его потемнение. Это обусловливается окислением веществ фенольного характера, в частности тирозина, при участии фермента о-дифенолоксидазы. Из тирозина образуется черный пигмент меланин. Один из способов предохранения сырого очищенного картофеля от потемнения заключается в обработке картофеля сернистым ангидридом (сульфитация).
Каталитическое действие на окислительные процессы оказывает металл оборудования (чугун действует активнее, чем нержавеющая сталь), который используют на предприятиях общественного питания.
Окисление жиров не только приводит к ухудшению качества пищевых продуктов и снижению их пищевой ценности, но и к большим их потерям. Поэтому необходимо применять меры по предотвращению или замедлению прогоркания жиров и жиросодержащих продуктов пищевого назначения.
В пищевых продуктах из липидов преобладают жиры. Ими богаты растительные и коровье масла, маргарин, кулинарные и топленые жиры (82—99%), орехи (до 67%). Мало жиров в зернах злаках (1,5—6,0%), плодах и овощах (до 0,5%), макаронных и простых хлебных изделиях (до 0,9%).
Жиры имеют большое значение в питании человека. Они не только выполняют роль энергетического резерва, но и входят в состав всех тканей организма.
Жиры вместе с белками и липоидами образуют соединения, которые входят в состав клеточных оболочек и внутриклеточных образований, регулирующих проникновение внутрь клеток веществ и удаление из них продуктов обмена и т. д.
Жиры являются носителями жирорастворимых витаминов (А, Д, Е, К). В состав жиров входят не синтезируемые организмом человека полиненасыщенные жирные кислоты—динолевая, линоленовая, арахидоновая, которые называются незаменимыми.
Жиры полученные из коровьего молока, и жиры растительные в обыденной жизни носят название млада. Остальные жиры, за исключением жиров рыб и морских животных, называют салом.
По химической природе жиры являются сложными эфирами трехатомного спирта глицерина и жирных кислот. В пищевых жирах преобладают триглицериды (в молекуле глицерина все ионы водорода гидроксильных групп замещены остатками жирных кислот); моно- и диглицериды могут быть в очень малых количествах.
Жирные кислоты, входящие в состав жиров, в зависимости от характера связи углеродных атомов в углеводородной цепи делятся на предельные и непредельные. Большинство жирных кислот содержит четное число (от 4 до 24) атомов углерода и нормальной углеводородной цепи.
В липидах обнаружено небольшое количество (1—5%) жирных кислот с нечетным числом атомов углерода в цепи и жирные кислоты с разветвленной углеводородной цепью.
Предельные жирные кислоты не способны к реакциям присоединения. Они подразделяются на низко- и высокомолекулярные в зависимости от числа углеводородных групп в углеводородной цепи. Предельные жирные кислоты с длиной радикала до девяти углеводородных групп называются низкомолекулярными.
Они растворимы в воде, летучи с водяными парами, при комнатной температуре являются жидкими, обладают специфическим неприятным запахом. Высокомолекулярные предельные жирные кислоты — твердые при комнатной температуре (чем выше их молекулярная масса, тем выше температура плавления), нерастворимы в воде, без запаха.
Непредельные жирные кислоты по числу двойных связей могут быть моноеновые (с одной двойной связью), диеновые (с двумя), триеновые (с тремя), тетраеновые (с четырьмя), пентаеновые (с пятью) и гексаеновые (с шестью двойными связями). В жирах рыб найдены жирные кислоты с семью двойными связями.
По месту двойных связей в радикале жирных кислот могут присоединяться водород, кислород, галогены. При этом изменяются свойства жирных кислот.
Большинство жиров пищевых продуктов состоит из разнокислотных триглицеридов, содержащих в молекуле две или три различные кислоты. Например, в гусином и свином жирах находится двухкислотный триглицерид стеаринодипальмитин, в коровьем масле трехкислотный глицерид бутнропальмитоолеин.
Встречаются также и однокислотные триглицериды, например в оливковом масле — триолеин, коровьем масле — трибутирин, животных жирах — тристеарин.
Физические, химические свойства и пищевая ценность жиров определяются количественным и качественным составом жирных кислот.
Температура плавления и застывания жиров зависит от входящих в их состав жирных кислот. При комнатной температуре жиры имеют твердую, мазеобразную и жидкую консистенцию.
В глицеридах твердых жиров преобладают высокомолекулярные предельные жирные кислоты. Например, в глицеридах говяжьего жира пальмитиновая, стеариновая, миристиновая кислоты составляют 54% общей массы жирных кислот. Температура плавления говяжьего жира находится в пределах 42—52°.
В свином жире по сравнению с говяжьим больше полиненасыщенных жирных кислот, и его температура плавления ниже (28—48°). Твердые жиры переходят в жидкое состояние в пределах некоторого интервала температур, так как они состоят из смеси различных триглицеридов.
Температурой плавления жира считают температуру, когда расплавленный жир полностью осветляется. Она всегда на несколько градусов выше температуры застывания. В растительных жирах и жирах рыб преобладают ненасыщенные жирные кислоты. Так, в глицеридах подсолнечного масла, имеющего температуру плавления —16°, находится непредельных жирных кислот (линолевой, олеиновой и др.) 91% всей массы жирных кислот.
В жирах рыб ненасыщенные жирные кислоты составляют 62—82% (в том числе жирные кислоты с четырьмя, пятью, шестью двойными связями—15—20%), поэтому рыбий жир при комнатной температуре жидкий.
Жидкие жиры при охлаждении загустевают, а некоторые из них, например оливковое масло и другие, мутнеют, так как выпадает осадок кристаллов глицеридов высокомолекулярных предельных кислот. Жиры различаются и по температуре застывания.
Гидролитическое расщепление жиров
Гидролитическое расщепление жиров протекает в процессе изготовления и хранения жиров. Жиры при определенных условиях реагируют с водой, образуя глицерин и жирные кислоты. Степень гидролиза жиров характеризуется содержанием свободных жирных кислот, ухудшающих вкус и запах продукта.
Реакция гидролиза обратима и зависит от содержания в реакционной среде воды. Гидролиз молекулы жира протекает ступенчато. Промежуточными продуктами гидролиза жира являются ди- и моноглицериды, конечными — глицерин и жирные кислоты.
Гидролиз жира может быть неферментативный и ферментативный. Неферментативный гидролиз протекает в жировой фазе и зависит от количества растворенной в жире воды. При низких отрицательных температурах гидролитическое расщепление жиров не происходит.
При пониженных температурах (около 0°) скорость гидролиза ничтожна, так как в жире растворено мало воды. Реакция гидролитического расщепления жиров ускоряется с повышением температуры, а также в присутствии щелочей или кислот.
Реакция гидролиза идет глубоко при нагревании жиров выше 200° в присутствии воды. Под действием щелочей жиры гидролизуются более интенсивно, чем под действием кислот.
Окисление жиров
Окисление жиров— это взаимодействие кислорода воздуха и остатков жирных кислот. Окисление жиров — наиболее распространенный вид порчи жиров во время хранения. Различают самоокисление (неферментативное) и ферментативное (называемое кетонным) окисление жиров.
Процесс самоокисления жиров подразделяется на три периода.
Первый период — индукционный, во время которого не обнаруживаются в жирах окислительные превращения, доступные химическому определению. Длительность этого периода, различная для жиров, показывает устойчивость жира к окислению.
Второй период — образование первичных продуктов окисления жиров, в частности перекисных соединений. Присутствие перекисей установлено даже в свежевыработанных жирах, так как их образование начинается в процессе изготовления продуктов.
Скорость окисления жиров зависит от их химической природы и количественного соотношения жирных кислот, присутствия катализаторов, природных антиокислителей, а также от температуры жира и светового излучения.
С увеличением двойных связей в молекуле жира повышается скорость его окисления. Свободные жирные кислоты окисляются скорее по сравнению с их глицеридами. Насыщенные жирные кислоты устойчивы к окислению.
Но при высокой температуре и они окисляются кислородом воздуха. Из них сначала образуются гидроперекиси, а затем вторичные продукты окисления — карбонильные соединения, моно- и дикарбоновые кислоты.
Свет, особенно ультрафиолетовый, а также ионизирующие излучения ускоряют процесс окисления жиров. Такое же действие оказывают металлы переменной валентности — медь и железо, находящиеся в жирах в малых дозах (в виде следов) и попадающие в жиры из оборудования при производстве.
Особенно высока каталитическая активность металлов переменной валентности, связанных с белками пигментов мяса, крови и др. Поваренная соль (в ней содержится небольшое количество солей железа) и нитриты способствуют окислению жира колбасных изделий.
Окислительное ферментативное прогорание, обычно называемое кетонным, наблюдается при поражении плесенями (Aspergillus, Penicillium и др.) жиров» содержащих много воды, а также жиров, в состав триглицеридов которых входят средне- и низкомолекулярные предельные жирные кислоты.
К таким жирам принадлежат сливочное масло и маргарин. Под действием ферментов плесеней происходит сначала гидролиз жира с образованием свободных жирных кислот, которые затем подвергаются окислению и декарбоксилированию. В результате накапливаются алкилметилкетоны, обладающие неприятным запахом.
На ранних стадиях порчи жиров снижается их пищевая ценность в результате окисления жизненно важных для организма полиненасыщенных кислот — арахидоновой и линолевой, уменьшения содержания сопутствующих жирам витаминов А и Е, а также витаминов группы В (в жирах мясных продуктов).
Последующие стадии окисления приводят к порче жиров: изменяется их вкус, запах, а иногда цвет и консистенция. В жире накапливаются вредные для организма вещества, способствующие развитию атеросклероза взрослых людей, задерживающие рост молодых организмов и т. д.
Окисление растительных масел особенно активизируется в процессе обжаривания. В летучих продуктах окисления, образующихся в нагреваемом масле, найдено более 100 соединений, в том числе карбоновые, кето- и оксикислоты, спирты, альдегиды и кетопы ряда бензола и др.
Восстановление жиров
Восстановление жиров — это реакция присоединения водорода по месту двойных связей в молекулах жира. При полном насыщении всех двойных связей атомами водорода молекула жира превращается в предельный триглицерид. Эта реакция протекает в присутствии катализатора и называется гидрогенизацией. Гидрогенизированный жир, или саломас, является основным сырьем для изготовления маргарина и кулинарных жиров.
В жирах, полученных из растительных и животных тканей, кроме глицеридов, могут находиться свободные жирные кислоты (до 22%), фосфатиды, стерины, пигменты, витамины, ароматизирующие вещества, ферменты и др.
Пигменты обусловливают цвет жиров: хлорофилл придает зеленую окраску конопляному маслу, каротин — желтую окраску говяжьему жиру и сливочному маслу и т. д. Аромат и вкус жиров зависят от эфирных масел, спиртов, альдегидов, кетонов и некоторых жирных кислот. На вкус и запах жиров также оказывают влияние вещества, образующиеся в жирах при хранении.
Качество жиров и их изменение при хранении можно определить по ряду физических и химических показателей: температуре плавления и застывания жира, коэффициенту преломления света (рефракции), плотности, кислотному и йодному числам и др.
Например, кислотное число указывает на свежесть жира, характеризуется количеством свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира
Кислотное число возрастает при хранении жиров. По величине перекисного числа можно судить о глубине процесса прогорания жира.
Наличие в жире отдельных альдегидов, кетонов и низкомолекулярных кислот является причиной прогорклого запаха и вкуса. Поэтому для установления степени окислительной порчи жиров используют методы количественного определения карбонильных соединений. Наиболее распространенный из них метод с использованием 2,4-динитрофенилгидразина.
Для разделения смесей карбонильных соединений применяют метод колоночной, тонкослойной, бумажной и газовой хроматографии.
Смотрите также:
Главная Сырье для косметики BTSA (Испания) Как происходит процесс окисления жиров в косметических продуктах
Окисление жиров является одной из основных причин ухудшения качества косметических продуктов наряду с действием микроорганизмов. Это приводит к изменениям аромата, цвета, потери определенных питательных веществ и образованию потенциально вредных веществ, что приводит к сокращению срока хранения косметики. Этот процесс имеет важные экономические последствия, потому что косметика становится непригодной для потребления.
Окислительный процесс жиров в составе косметического продукта вызывает разрушение жирорастворимых витаминов и деградации полиненасыщенных кислот, также безопасность продукта для человека может быть затронута из-за некоторых летучих веществ: пероксидов и оксикислот, появляющихся в результате этого процесса.
Эта статья посвящена описанию окислительного процесса жиров и, следовательно, важности использования антиоксидантных веществ. Для этого мы сосредоточимся на процессе окисления жиров и основных факторах, которые влияют на их окисление.
Окисление жиров
Основная окислительная форма жиров — это реакция распространения свободных радикалов – процесс автоокисления, в котором пероксиды и гидропероксиды образуются из жирных кислот и кислорода. Эти соединения довольно нестабильны, поэтому их можно сломать, что приводит к появлению большего количества свободных радикалов и образованию цепной реакции.
Исторически считалось, что добавление кислорода к молекуле жирной кислоты образует четырехатомное кольцо в качестве основного продукта реакции. Эта молекула называется «перекисью». Однако фактически образуется гидропероксид из-за добавления кислорода к альфа-углероду двойной связи. Несмотря на это, неточное мнение все еще сохраняется, и пероксиды все еще относятся к продуктам деградации жира.
Автоокисление является необратимым процессом окисления жиров, его невозможно избежать во всей полноте, но его можно отсрочить из-за добавления антиоксидантов.
Механизм окисления состоит из трех фаз:
- Индукция. Инициаторами обычно являются энергия (свет, тепло и т. Д.), следы тяжелых металлов и радикальные перекиси, которые вызывают формирование активных свободных радикалов. Действие энергии вызывает разложение жирной кислоты в свободном радикале и ионе водорода, как показано на следующем рисунке:
- Распространение. При окислении свободных радикалов в сочетании с другими жирными кислотами образуются гидропероксиды и больше свободных радикалов, которые снова входят в цепь окисления. С другой стороны, гидропероксиды с падением энергии, образуют оксирильные группы и окисленную форму свободных радикалов, которые вместе с другими жирными кислотами приводят к увеличению количества гидропероксидов и новых свободных радикалов. Наконец, оксирильные группы вместе с другими жирными кислотами выделяют воду и новые свободные радикалы, подверженные новому окислению.
- Конец. Количество реакционноспособных соединений огромно и начинает взаимодействовать друг с другом. Концентрация пероксидных радикалов падает, поскольку образование ухудшенных продуктов начинает стабилизироваться. Учитывая стабильность продуктов, происходящих в реакциях прекращения, активность окисления прекращается. На автоокисление жиров продолжает влиять свободный радикал и действием температуры и света. Формирование новых цепей способствует ускорению общей реакции, кроме того, реакционная способность благоприятствует наличию определенных металлов, таких как медь и железо.
После полного разрушения жирных кислот образуются вторичные продукты окисления, которые ответственны за возникновение прогорклости.
Чтобы задержать или предотвратить окисление жиров и прогорклость косметических продуктов, необходимо знать, как предотвратить образование первых свободных радикалов или первых гидропероксидов, поскольку это может быть достигнуто только на первой стадии окислительного процесса во время инициирования. Напротив, как только окислительный процесс достигнет фазы распространения, указанный процесс больше не может быть задержан или остановлен.
Факторы, влияющие на окисление
Факторы, которые влияют на окисление, могут быть неотъемлемыми и / или внешними по отношению к косметическому продукту, то есть они могут относиться к продукту и к применяемой технологии. Ниже приводятся некоторые из наиболее актуальных:
Температура. Скорость автоокисления возрастает с температурой. Это может повлиять не только на скорость автоокисления, но и на механизмы реакции.
Свет. Жирные кислоты и их пероксиды — бесцветные вещества, которые не поглощают видимый свет. Таким образом, если не присутствует вспомогательный сенсибилизатор, можно предположить, что эффект видимого света на автоокисление не имеет большого значения. Однако ультрафиолетовый свет сильно поглощается в ненасыщенных соединениях.
Кислород. Скорость автоокисления возрастает с увеличением давления кислорода, пока он не достигнет постоянной скорости реакции.
Влажность. Влияние активности воды на скорость окисления липидов очень сложное. Прогорклость развивается быстро при очень высоком и очень низком уровне влажности. Максимальная стабильность наблюдается при промежуточных уровнях влажности, соответствующих значениям монослоя (защитный эффект воды в виде монослоя).
Ионизирующее излучение. Одним из наиболее заметных эффектов облучения высокой энергией на пищу является заметное увеличение восприимчивости окислительной прогорклости.
Катализаторы: Ионы тяжелых металлов являются мощными катализаторами окисления липидов, уменьшают период индукции и увеличивают скорость реакции.
В качестве вывода можно отметить, что для уменьшения или замедления окисления жиров в косметических продукитах необходимо действовать против одного или нескольких факторов, которые способствуют его развитию.
В широком смысле антиоксидантом считается любое вещество или процесс действия, который помогает ограничить скорость и / или расширение окислительных процессов. Согласно этой концепции, три вида антиоксидантов могут быть рассмотрены в зависимости от их механизма действия. Первые два типа связаны с добавлением химических соединений, в то время как третий обязан своим действием модификациям определенных факторов в конечном косметическом продукте и / или на стадия его производства.
Оригинал статьи читайте в БЛОГЕ компании BTSA https://natural.btsa-es.com/blog/en