Жиры

Шариковая модель триглицерида
Шариковая модель триглицерида. Красным цветом выделен кислород, чёрным — углерод, белым — водород

Жиры́ (триглицери́ды, триацилглицери́ды) — сложные эфиры трёхатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. Относятся к группе нейтральных липидов. Основные функции жиров включают структурные, энергетические и регуляторные: соединения входят в состав клеточных мембран, депонируются в жировой ткани, участвуют в регуляции обменных процессов и физиологических функций организма человека[1][2].

Энергетическая ценность жиров составляет приблизительно 9,3 ккал/г. При полном окислении 1 г жира выделяется 38,9 кДж энергии, тогда как аналогичная масса углеводов или белков даёт 17,6 или 19 кДж[3].

История изучения

Систематическое изучение химической природы жиров началось в начале XIX века. Мишель Шеврёль выделил из жиров глицерин (ранее открытый Карлом Шееле) и жирные кислоты, установив тем самым основной состав этих соединений[2]. Шеврёль доказал, что жиры являются эфирами глицерина и высших жирных кислот[4][5].

В 1854 году Марселен Бертло впервые осуществил целенаправленный синтез жиров путём этерификации глицерина жирными кислотами. Этот эксперимент подтвердил правильность представлений о составе природных жиров. В 1859 году Адольф Вюрц разработал другой метод получения жиров: нагревание трибромпропана с солями жирных кислот. Способ Вюрца позволял синтезировать соединения с заданной длиной углеродных цепей, что открыло новые возможности для исследования свойств жиров различной структуры[5][6].

Номенклатура и классификация

Для обозначения жиров используются термины «глицериды», при этом различают простые и смешанные триглицериды. Простые включают три одинаковых остатка жирных кислот: тристеарин — из стеариновой, триолеин — из олеиновой, трипальмитин — из пальмитиновой. Смешанные триглицериды характеризуются наличием различных кислотных остатков. Нумерация положений на глицериновом остове осуществляется по системе 1–2–3 (или sn-1/sn-2/sn-3)[1][7].

По степени насыщенности жирных кислот триглицериды делятся на насыщенные (без двойных связей между атомами углерода) и ненасыщенные (содержат одну или несколько двойных связей, преимущественно в цис-конфигурации). По технологическому назначению выделяют пищевые, кормовые (ветеринарные) и технические жиры. По степени модификации различают неизменённые жиры (нерафинированные или рафинированные) и изменённые (фракционированные, переэтерифицированные, гидрогенизированные, комбинированные)[7][8].

Классификация по способности к полимеризации («высыханию») основана на содержании ненасыщенных остатков. Высыхающие масла (льняное, тунговое, конопляное) характеризуются высоким содержанием остатков линолевой и линоленовой кислот. Полувысыхающие масла (подсолнечное, соевое, маковое) имеют промежуточный состав. Невысыхающие масла (касторовое, оливковое, хлопковое, рапсовое) и жиры, богатые насыщенными кислотами (лауриновая, пальмитиновая, стеариновая), практически не полимеризуются на воздухе[7][8][9].

Химический состав

Животные жиры и растительные масла на 98,5 % состоят из триглицеридов высших, реже средних, карбоновых кислот c трёхатомным спиртом глицерином. Практическое значение имеют чуть более двух десятков жирных кислот, все из которых содержат чётное число атомов углерода — наиболее часто встречаются кислоты с C₁₆ до C₁₈ атомами углерода. Наиболее распространёнными являются пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и линолевая кислоты. Также часто встречаются масляная, капроновая, пальмитолеиновая и арахидоновая кислоты[1][10].

Общая формула состава жиров[8]:

Общая структурная формула триглицеридов
Общая структурная формула триглицеридов


R¹, R², R³ — радикалы жирных кислот. Строение углеродных цепей в природных жирах характеризуется определённой закономерностью: как правило, цепи линейные, содержат не менее четырёх атомов углерода[11]. Доля кислот с нечётным числом атомов углерода обычно не превышает 0,1 %. В триглицеридах растительных масел наблюдаются закономерности позиционного распределения жирных кислот: ненасыщенные чаще локализуются в положении sn-2, тогда как насыщенные — во внешних положениях sn-1 и sn-3[10].

Сопутствующие компоненты жиров включают моноглицериды и диглицериды (1–3 %), фосфолипиды (1–4 %), гликолипиды и диольные липиды (0,5–3 %), свободные жирные кислоты, стерины и их эфиры (0,05–1,7 %), пигменты (каротиноиды, хлорофилл), жирорастворимые витамины, полифенолы и их эфиры[12]. Жирнокислотный профиль различных жиров представлен в следующей таблице (массовые доли остатков кислот, %)[1]:

Жиры, масла Ненасыщенные кислоты Насыщенные кислоты
Олеиновая Линолевая Линоленовая Миристиновая Пальмитиновая Стеариновая
Растительные жиры (масла)
Оливковое 54–80 7–15 – – 9–20 –
Подсолнечное 24–40 46–62 1 – 3,5–6,6 1,6–4,6
Льняное 13–29 15–30 44–61 – 6–10 –
Кедровое 11–22 53–59 17–25 – – –
Соевое 23–29 51–57 3–6 0,4 2–6 4,5–7,3
Кукурузное 30–49 40–56 – 0,1–0,7 8–11 2,5–4,5
Рапсовое 28–54 13,9–22,5 8,5–9,9 – 2,3–4,8 0,7–1,4
Животные жиры
Говяжий 41–42 2 0,4 3,3 24–29 21–25
Бараний 35 4 3 3 24 32
Свиной 41 6 1 1 30 18
Молочный 18,6–37,6 2,0–5,2 0,5–2,2 7,6–15,3 20–38 5,5–15,7

Физико-химические свойства

Агрегатное состояние жиров при комнатной температуре определяется составом жирных кислот. Растительные масла преимущественно жидкие, исключения составляют твёрдые пальмовое, кокосовое и масло какао. Животные жиры (свиной, говяжий, бараний и другие) чаще твёрдые, однако рыбий жир и ворвань остаются жидкими при комнатной температуре[13].

Температура плавления возрастает с увеличением длины углеродных цепей и доли насыщенных остатков. Увеличение числа двойных связей и укорочение цепи приводят к снижению температуры плавления[12]. При ~20–25 °C большинство жиров и масел имеют плотность ниже 1 г/см³. Для длинноцепочечного триглицерида (например, триолеина) плотность составляет около 0,91 г/см³[14], для соединений со средней длиной цепи — ~0,93–0,96 г/см³ при 20 °C, для короткоцепочечных триглицеридов плотность может быть < 1,0 г/см³[15].

Жиры гидрофобны и нерастворимы в воде, в водной среде образуют эмульсии. В неполярных органических растворителях (диэтиловый эфир, бензол, дихлорэтан) жиры хорошо растворимы[13]. Растворимость в этаноле ограничена. Простые триглицериды проявляют полиморфизм: существуют три кристаллические модификации (α, β, β′) с различными температурами плавления[16].

При контакте с кислородом многие масла способны окисляться и образовывать плёнку — линоксин[13]. Жиры в молоке в холодном состоянии находятся в виде суспензии, в теплом — в виде эмульсии[17].

Биологическая роль и обмен

Жиры выполняют функцию основного энергетического резерва организма: калорийность жиров примерно вдвое превышает калорийность углеводов при нормальном усвоении. Структурная функция связана с участием жиров в построении клеточных мембран и внутриклеточных образований. Регуляторная роль жиров проявляется в их влиянии на проницаемость мембран и активность ферментов[1][18].

Жиры обеспечивают транспорт и усвоение жирорастворимых витаминов A, D, E и K. Защитные и терморегуляторные функции включают термоизоляцию и механическую защиту внутренних органов[1][12].

Депонирование избытка пищевых жиров происходит в адипоцитах жировой ткани. Избыток углеводов частично конвертируется в жир и также откладывается в жировых депо. Пути накопления жира в жировой ткани включают два основных механизма: поступление жирных кислот, высвобождаемых из хиломикронов и липопротеинов очень низкой плотности под действием липопротеинлипазы, а также синтез из глюкозы с образованием глицерол-3-фосфата и жирных кислот[19].

Содержание жира существенно варьирует в зависимости от организма и типа ткани. У микроорганизмов доля жира может достигать 70 % от массы клеток. В растениях жиры концентрируются преимущественно в плодах и семенах: в масличных культурах их содержание составляет 50 % и выше, в вегетативных органах — около 5 %. У животных обычное содержание жира составляет 10–30 %, у человека — 10–20 %. При нарушениях жирового обмена доля жира может возрастать до 50 %[2][19].

Триглицериды
Триглицериды. Зелёным цветом выделен остов глицерина, чёрным на белом фоне — часть молекулы жирных кислот (на рисунке — это радикалы пальмитиновой кислоты)

Химические реакции и переработка

Гидролиз сложноэфирных связей в жирах представляет собой обратимую реакцию:

C₃H₅(OOCR)₃ + 3 H₂O ↔ C₃H₅(OH)₃ + 3 RCOOH.

Триглицерид реагирует с тремя молекулами воды, образуя глицерин и три молекулы жирных кислот[13].

Щелочной гидролиз (омыление) является необратимым процессом. При омылении тристеарина гидроксидом натрия протекает следующая реакция:

C₃H₅(OOC–C₁₇H₃₅)₃ + 3 NaOH → C₃H₅(OH)₃ + 3 C₁₇H₃₅COONa.

В результате образуются глицерин и стеарат натрия (мыло)[13].

Гидрогенизация жиров осуществляется с использованием никелевого или медно-никелевого катализатора: молекулы водорода присоединяются по двойным связям ненасыщенных кислот. Процесс превращает жидкие масла (триолеин глицерина) в твёрдые или полутвёрдые жиры (тристеарин глицерина). При жёстких режимах гидрогенизации происходит изомеризация остаточных двойных связей с образованием транс-изомеров (транс жиры токсичны и запрещены в ряде стран в качестве пищевой продукции)[20][21].

C3H5(OOC–C17H33)3 + 3H2 → C3H5(OOC–C17H35)3

Окисление и автоокисление (прогоркание) жиров сопровождается накоплением свободных жирных кислот, пероксидов, альдегидов и кетонов. Ненасыщенные жиры более подвержены окислению. Антиоксиданты замедляют процесс пероксидации[20][21].

Переэтерификация (трансэстерификация) с метанолом приводит к образованию метиловых эфиров жирных кислот (биодизель) и глицерина. Высыхающие масла (льняное и другие) при контакте с воздухом образуют твёрдые полимерные плёнки, что используется в производстве красок и лаков[22].

Аналитика и контроль качества

Идентификация и оценка чистоты жиров основана на определении диапазонов температур плавления и застывания, содержания высокоплавких триглицеридов, показателя преломления[2]. Количественные характеристики включают кислотное число (выражается в мг гидроксида калия на грамм жира, необходимых для нейтрализации свободных кислот)[23] и йодное число (выражается в граммах йода на 100 г жира)[24].

Определение жирнокислотного состава проводится методом газожидкостной хроматографии, триглицеридного состава — методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. В биологии для окрашивания липидов применяют жирорастворимые красители Sudan IV, Oil Red O, Sudan Black B[24][25].

Источники и получение

Сырьём для получения жиров служат животные ткани (вытапливание) и растительное сырьё (прессование или экстракция). Очистка и доведение до товарной кондиции включают фильтрование, винтеризацию (вымораживание), гидратацию, рафинацию и дезодорацию. Последующие технологические операции могут включать фракционирование, гидролиз и гидрогенизацию[2].

Консистенция жиров определяется соотношением насыщенных и ненасыщенных триглицеридов, а также длиной углеродных цепей. Жидкие масла часто застывают при температурах ниже +5 °C. Твёрдые жиры имеют температуру застывания около 40 °C[2].

Применение

По функциональному назначению жиры классифицируются на пищевые, кормовые (ветеринарные) и технические. Подавляющая часть производимых жиров предназначена для пищевого потребления, в то время как около трети приходится на технические жиры. Технические жиры находят применение в производстве мыла и косметических средств, олиф и алкидных смол, а также в обработке кож и других промышленных процессах. В медицинской практике жиры используются как источник витаминов, а также в производстве мазей и кремов. Ветеринарные жиры применяются для подкормки сельскохозяйственных животных[2].

Согласно систематике пищевых жиров, учитывающей их химический состав и области применения, различают неизменные, изменённые и сложные жиры. Неизменённые жиры включают сырые (нерафинированные) и рафинированные продукты. Изменённые жиры представляют собой результат фракционирования (без химического модифицирования), переэтерификации или сочетания переэтерификации и фракционирования, а также гидрогенизированные жиры, включая те, что получены путём сочетания гидрогенизации и переэтерификации. Сложные жиры включают неэмульсионные системы на основе неизменных и изменённых жиров (комбинированные жиры для кулинарии, хлебопечения и кондитерского производства), эмульсионные системы, состоящие из неизменных и изменённых жиров, водной или молочной основы с различными добавками (маргарины, майонезы и другие жировые эмульсии), а также порошкообразные жиры[2].

Мировое производство растительных масел в 2021 году достигло 252,13 млн тонн, согласно данным FAOSTAT (рубрики World; Production Quantity; Oilcrops, Oil Equivalent; 2021). Производство животных жиров в 2022 году составило 28,64 млн тонн, согласно Global Animal Fat Market Outlook // EMR[2].

Литература

  • Беззубов, Л. П. Химия жиров / Л. П. Беззубов. — 3-е изд. — М.: Пищевая промышленность, 1975. — 280 с.
  • Евстигнеева Р. П. Химия липидов / Р. П. Евстигнеева, Е. Н. Звонкова, Г. А. Серебренникова, В. И. Швец. — М.: Химия, 1983. — 296 с.
  • Жиры // Большая российская энциклопедия : в 35 т. / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М.: ОАО «Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2004-2017. — Т. 10 Железное дерево – Излучение. — С. 98—99. — 766 с. — ISBN 978-5-85270-341-5.
  • Триглицериды // Большая российская энциклопедия : в 35 т. / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М.: ОАО «Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2004-2017. — Т. 32 Телевизионная башня – Улан-Батор. — С. 389. — 767 с. — ISBN 978-5-85270-369-9.
  • Тютюнников Б. Н. Химия жиров / Б. Н. Тютюнников, 3. И. Бухштаб, Гладкий и др.. — 3-е изд. — М.: Колос, 1992. — 448 с. — ISBN 5-10-001446-6.
  • Щербаков, В. Г. Химия и биохимия переработки масличных семян / В. Г. Щербаков. — М.: Пищевая промышленность, 1977. — 180 с.

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Котович И. В. Простые липиды // Статическая биохимия : пособие. — Мозырь: УО МТПУ им. И. П. Шамякина, 2012. — С. 54–75. — 179 с. — ISBN 978-985-477-495-4.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 Паронян В. Х. Жиры. Большая российская энциклопедия (26 июня 2023). Дата обращения: 7 октября 2025.
  3. ↑ Обмен органических соединений (белков, жиров и углеводов). ЯКласс. Дата обращения: 29 ноября 2025.
  4. ↑ Дятловицкая, Э. В. Липиды. Большая российская энциклопедия (18 апреля 2023). Дата обращения: 7 октября 2025.
  5. ↑ 5,0 5,1 Черемичкина И. А., Гусева А. Ф. Органическая химия: учебник для 10–11 классов лицеев, гимназий и средних школ с углублённым изучением химии. — Екатеринбург: УрГУ, 2002. — С. 239–240. — 327 с.
  6. ↑ Овчинников Ю. А. Липиды // Биоорганическая химия. — М.: Просвещение, 1987. — С. 514. — 815 с.
  7. ↑ 7,0 7,1 7,2 Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Химия липидов // Биологическая химия: Учебник.– 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, 1998. — С. 188–194. — 704 с. — ISBN 5-225-02709-1.
  8. ↑ 8,0 8,1 8,2 Пояснения к товарной позиции ТН ВЭД 1516. Решение Совета Евразийской экономической комиссии от 14.09.2021 N 80. Альта Софт. Дата обращения: 7 октября 2025.
  9. ↑ Масла растительные. Термины и определения // ГОСТ 21314-75. — М.: Издательство стандартов, 1976. — 30 с.
  10. ↑ 10,0 10,1 Калинин А.В. и др. Спектрометрия изомеров триглицеридов жирных кислот в жиромасляных продуктах: сливочном и пальмовом маслах // Клиническая лабораторная диагностика : журнал. — М.: Медицина, 2018. — № 63(5). — С. 260–267. — ISSN 0869-2084.
  11. ↑ Кольман, Я. Жирные кислоты и нейтральные жиры // Наглядная биохимия / пер. с нем. Л. В. Козлова, Е. С. Левиной, П. Д. Решетова. — 2-е изд. — М.: Мир, 2004. — С. 54–55. — 469 с. — ISBN 5-03-003593-1.
  12. ↑ 12,0 12,1 12,2 Жиры // Химическая энциклопедия: в 5 т. / под ред. И. Л. Кнунянца. — М.: Советская энциклопедия, 1988-1998. — Т. 2. — С. 156. — 671 с. — ISBN 5-85270-035-5.
  13. ↑ 13,0 13,1 13,2 13,3 13,4 Барабанщикова Л. Н., Киршина М. К., Рыбачук О. В., Разманова В. Е. Органическая химия. Часть 2: учебно-методическое пособие. — Тюмень: ГАУ Северного Зауралья, 2023. — С. 11. — 113 с. — ISBN 978-5-98346-140-6.
  14. ↑ Safety Data Sheet T7752. Regulation (EC) No. 1907/2006 (англ.). Sigma-Aldrich. Merck KGaA (25 августа 2025). Дата обращения: 7 октября 2025.
  15. ↑ MCT (Medium-Chain Triglyceride) Specification Sheet (англ.). Kraft Chemical (17 мая 2018). Дата обращения: 7 октября 2025.
  16. ↑ Верещагин, А. Г. Структурный анализ природных триглицеридов // Успехи химии. — М.: АНО «Успехи химии», 1971. — Т. 40, № 11. — С. 1995–2028.
  17. ↑ Крючкова, В. В. Молоко как сырьё для молочной промышленность // Технология молока и молочных продуктов : учебное пособие / В. В. Крючкова. — Ростов-на-Дону: Донской ГАУ, 2018. — С. 4. — 232 с.
  18. ↑ Орёл, Н. М. Основные приёмы работы с липидами // Биохимия липидов: практикум для студентов биол. факультета. — Минск: БГУ, 2007. — С. 4. — 35 с.
  19. ↑ 19,0 19,1 Ratledge C. Regulation of lipid accumulation in oleaginous micro-organisms (англ.) // Biochemical Society Transactions : журнал. — London: Portland Press, 2002. — Vol. 30. — Iss. 6. — P. 1047–1050. — ISSN 1470-8752.
  20. ↑ 20,0 20,1 Перегончая, О.В. Ацилглицерины // Химия жиров / О. В. Перегончая, В. В. Фролова, В. В. Котов, Г. Н. Данилова. Лабораторный практикум. — Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2016. — С. 50–52. — 105 с.
  21. ↑ 21,0 21,1 Захарова, О. М. Жиры и масла // Органическая химия. Основы курса : учебное пособие / О. М. Захарова, И. И. Пестова. — Н. Новгород: ННГАСУ, 2014. — С. 75–76. — 87 с.
  22. ↑ Боргес, К. А. и др. Получение биодизеля из масла пекуи (Caryocar brasiliensis Camb) // Химия и технология топлив и масел. — М.: ООО ТУМА ГРУПП, 2012. — № 2(570). — С. 3–7.
  23. ↑ Жиры и масла животные и растительные. Определение кислотного числа и кислотности // ГОСТ Р 50457-92. — М.: Госстандарт России, 1994. — 6 с.
  24. ↑ 24,0 24,1 Жиры и масла животные и масла животные и растительные. Определение йодного числа // ГОСТ ISO 3961-2020. — М.: Стандартинформ, 2020. — 11 с.
  25. ↑ Масла растительные. Метод определения жирнокислотного состава // ГОСТ 30418-96. — Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 1996. — 5 с.
Источник — https://znanierussia.ru/articles/index.php?title=Жиры&oldid=2157437