РАСТИ́ТЕЛЬНЫЕ МАСЛА́ ЖИ́РНЫЕ
-
Рубрика: Химия
-
Скопировать библиографическую ссылку:
РАСТИ́ТЕЛЬНЫЕ МАСЛА́ ЖИ́РНЫЕ (жиры растительные), продукты, получаемые из семян и плодов растений, которые содержат липиды в количествах, экономически оправдывающих их пром. использование. Осн. компонентами Р. м. ж. являются триглицериды высших жирных кислот. В мировой практике произ-ва Р. м. ж. широко используются следующие масличные культуры: соя, хлопчатник, арахис, подсолнечник, оливы, рапс, кокосовая пальма, масличная пальма, кунжут, лён, кукуруза, конопля, тунг, мак, рыжик, сафлор, кориандр, какао и др.
В качестве сырья для получения Р. м. ж., кроме масличных семян и плодов, используются также разнообразные маслосодержащие отходы пищевых и др. производств, перерабатывающих с.-х. сырьё. Благодаря специфич. свойствам Р. м. ж. и возрастающему интересу к их использованию, переработке маслосодержащих отходов придаётся важное значение. К таким отходам относятся зародыши зерновых культур: пшеничные, рисовые отруби, отруби проса, кукурузные зародыши, кориандровые отходы, плодовые косточки абрикоса, персика, сливы, вишни, черешни, миндаля, виноградные семена, семена томатов, арбуза, табака и чая.
Свойства
Р. м. ж. – жидкие (темп-ра застывания ниже 0 °C) или (реже) твёрдые (темп-ра застывания до 40 °C) окрашенные вещества; некоторые токсичны; плотность 870–980 кг/м3; способны растворять газы, сорбировать летучие вещества и эфирные масла; за редким исключением смешиваются в любых соотношениях с большинством органич. растворителей (гексаном, бензином, бензолом, дихлорэтаном и др.), в воде практически не растворяются; окисляются с выделением большого количества энергии (38–40 кДж/г); некоторые полимеризуются при нагревании или под действием кислорода воздуха (в тонком слое «высыхают» – образуют плёнки).
Классификация
Р. м. ж. в зависимости от их физич. состояния и жирнокислотного состава можно классифицировать: на жидкие (напр., соевое, подсолнечное, рапсовое, оливковое, хлопковое, кукурузное); твёрдые (масло какао, кокосовое, пальмовое, пальмоядровое); высыхающие (льняное, конопляное, тунговое); полувысыхающие (подсолнечное, кукурузное); невысыхающие (касторовое, оливковое, рапсовое); линолевая группа (подсолнечное, кукурузное); линоленовая группа (льняное); олеиновая группа (оливковое, арахисовое); олеиново-линолевая группа (кунжутное); эруковая группа (рапсовое, горчичное); пальмитиновая группа (пальмовое); лауриновая группа (кокосовое, пальмоядровое).
Состав
Природные Р. м. ж. являются смесью разл. однокислотных и разнокислотных (двух- и трёхкислотных) глицеридов. Однокислотными глицеридами являются такие, в которых три гидроксила глицерина этерифицированы жирной кислотой одного вида, напр. С3Н5(ОСОС17Н35)3 – тристеарин; разнокислотными – те, в которых гидроксилы глицерина этерифицированы разными кислотами, напр. пальмитостеароолеин С3Н5(ОСОС15Н31)(ОСОС17Н35)(ОСОС17Н33). Одна или две гидроксильные группы глицеридов могут быть незамещёнными (соответственно диглицериды и моноглицериды). В природе моно- и диглицериды встречаются редко, обычно они образуются в результате частичного гидролиза или являются составной частью жира в разных стадиях его биосинтеза; различаются местом расположения свободных гидроксилов. Триглицериды, содержащие три эфирные группы, изомеров не имеют, если в их состав входит одна жирная кислота. Разнокислотные глицериды встречаются в виде нескольких изомеров, различающихся местом расположения радикалов разных жирных кислот.
Свойства Р. м. ж. определяются в осн. составом и содержанием высших жирных кислот, образующих триглицериды. Подавляющее большинство Р. м. ж. представляют собой смесь разнокислотных глицеридов, хотя в некоторых Р. м. ж., где одна к.-л. кислота превалирует над остальными, присутствуют и однокислотные глицериды. Напр., в оливковом масле, где содержится ок. 80% олеиновой кислоты, содержатся однокислотные глицериды этой кислоты. В зависимости от строения жирных кислот различают тринасыщенные, динасыщенные, мононасыщенные и триненасыщенные глицериды. В состав тринасыщенных глицеридов входят только насыщенные жирные кислоты, причём такие глицериды могут быть как однокислотными, так и разнокислотными. Динасыщенные глицериды содержат два разных или одинаковых радикала насыщенных жирных кислот и один радикал ненасыщенной кислоты. В мононасыщенных глицеридах содержится один радикал насыщенной кислоты и два одинаковых или разл. радикала ненасыщенных кислот. Триненасыщенные глицериды содержат радикалы ненасыщенных жирных кислот, разные или одинаковые.
В состав триглицеридов входят насыщенные (в осн. миристиновая, пальмитиновая, стеариновая, арахиновая, бегеновая, лигноцериновая) и ненасыщенные (в осн. олеиновая, линолевая, линоленовая, арахидоновая, эруковая) жирные кислоты. Ненасыщенные жирные кислоты ряда СnH2n–4О2 (диеновые) в природных жирах представлены в осн. линолевой кислотой (в большом количестве содержится в жидких Р. м. ж.). Ненасыщенные кислоты ряда СnH2n–6О2 (триеновые) содержатся гл. обр. в жидких Р. м. ж. Наличие этих кислот в маслах обусловливает их хорошую высыхаемость и способность к образованию устойчивых плёнок. Важнейшими представителями этого ряда кислот являются линоленовая и элеостеариновая. Иногда в Р. м. ж. содержатся кислоты с четырьмя двойными связями СnH2n–8О2 (тетраеновые), осн. представителем которых является арахидоновая кислота.
Кроме триглицеридов, в состав Р. м. ж. входят сопутствующие вещества и примеси, что отражается на вкусовых и ароматич. качествах, обусловливает цвет, иногда токсичность или лечебные свойства масел. Количество и состав сопутствующих веществ в Р. м. ж. непостоянны и зависят от качества исходного сырья, способа извлечения из него масла и технологич. режима процесса извлечения. Содержание сопутствующих веществ чаще всего не превышает 2–4%. Однако поскольку эти компоненты оказывают значит. влияние на качество Р. м. ж. и на их дальнейшую обработку, в одних случаях приходится принимать меры для сохранения таких веществ в Р. м. ж., в других – заботиться о возможно более полном их удалении. При хранении Р. м. ж. в результате разнообразных химич. и биохимич. процессов могут образовываться новые вещества, которые также оказывают влияние на качество масла.
Р. м. ж. содержат ок. 1–2% свободных жирных кислот. Свободные жирные кислоты образуются в результате гидролиза глицеридов при хранении и транспортировке сырья или в процессе извлечения масел из масличных культур под действием технологич. воды. В небольшом количестве (порядка 0,1–0,2%) свободные жирные кислоты не ухудшают пищевых достоинств Р. м. ж. и не мешают пром. переработке. Содержание свободных жирных кислот может быть значительным в Р. м. ж., полученных из несозревших семян и семян, подвергшихся самосогреванию из-за хранения во влажном состоянии. Суммарное процентное содержание в масле свободных жирных кислот определяет его кислотность. В технологич. практике кислотность обычно оценивается кислотным числом, которое показывает количество миллиграммов KОН, расходуемого на нейтрализацию свободных жирных кислот, находящихся в 1 г жира. При повышении кислотного числа в Р. м. ж. начинают интенсивно протекать химич. реакции, сопровождающиеся значит. изменениями состава глицеридов.
Р. м. ж. в качестве сопутствующих веществ содержат также значит. количество фосфолипидов (0,05–4%), в осн. глицерофосфатидов и (реже) инозитфосфатидов. Молекулы глицерофосфатидов имеют дифильное строение: гидрофобная часть представлена радикалами жирных кислот, а гидрофильная – эфирными, гидроксильными, азотсодержащими и др. полярными группами. В Р. м. ж. фосфолипиды образуют коллоидные растворы ограниченной стабильности. При поглощении воды фосфолипиды коагулируют из коллоидных растворов с образованием осадков (называемых фузами), в которых могут происходить гидролитич. процессы, приводящие к потере масла и технологич. затруднениям при переработке. Фосфолипиды легко окисляются кислородом воздуха, в условиях получения и переработки Р. м. ж. взаимодействуют с восстанавливающими углеводами и продуктами их распада, в частности с фурфуролом и 5-гидроксиметилфурфуролом, что приводит к образованию разнообразных темноокрашенных соединений. Из-за своей активности фосфолипиды оказывают существенное влияние на качество масла и его свойства, что обусловливает необходимость извлечения фосфолипидов из нерафинированного масла. Гидратируемые фосфолипиды в виде набухшей массы в смеси с глицеридами теряют растворимость в масле и выделяются из него в виде осадка. Этот эффект лежит в основе пром. методов удаления фосфолипидов. Для удаления негидратируемых фосфолипидов используют спец. химич. реагенты. Учитывая высокие физиологич. и пищевые достоинства фосфолипидов, а также их важное значение как эмульгаторов и др. добавок, обычно предусматривается не только извлечение фосфолипидов, но и их облагораживание с целью произ-ва самостоят. пищевых и кормовых продуктов.
В Р. м. ж., не подвергшихся действию сильных реагентов, содержатся стерины (обычно 0,3–0,5%). Из стеринов растит. происхождения (фитостерины) наиболее распространёнными в Р. м. ж. являются ситостерин С29Н50О с одной двойной связью и стигмастерин С29Н48О с двумя двойными связями.
В небольших количествах в Р. м. ж. (в подсолнечном масле до 0,4%, в льняном – ок. 0,01%, в соевом – до 0,002%) содержатся воски и воскоподобные вещества, представляющие собой смеси разл. соединений с преобладающим присутствием сложных эфиров жирных кислот и спиртов с высокой молекулярной массой. Воски вызывают помутнение Р. м. ж., в результате чего последние приобретают нетоварный вид. Для удаления восков масло охлаждается до темп-ры 8–12 °C, после чего фильтруется (вымораживание).
В состав Р. м. ж. входят разл. пигменты. При произ-ве Р. м. ж. красящие вещества, содержащиеся в масличных семенах, попадают в масла и придают им соответствующую окраску. Жёлтые и красные оттенки окраски Р. м. ж. определяются присутствием в них каротиноидов (каротинов, ксантофиллов), которые, являясь сильно ненасыщенными веществами, легко окисляются и обесцвечиваются при этом. Зелёный оттенок Р. м. ж. определяется присутствием в них хлорофиллов (a и b). В хлопковом масле содержится токсичный пигмент госсипол. Содержание госсипола и продуктов его химич. превращений в хлопковом масле от 0,14 до 2,5%. Повышенное количество этих веществ содержится в масле, полученном из низкосортных и недозрелых хлопковых семян. Госсипол удаляется из хлопкового масла в результате реакции с антраниловой (2-аминобензойной) кислотой, с которой образует нерастворимые в масле соединения.
Белки в Р. м. ж. содержатся в количестве 0,1–0,15%. Осн. массу белков, содержащихся в клетках зрелых масличных семян, составляют альбумины и глобулины. Белки способствуют порче Р. м. ж., ухудшают их товарный вид, увеличивают потери при рафинировании и хранении. Белки обладают способностью вступать в химич. взаимодействие с др. веществами растит. жирных масел.
Углеводы – моно-, ди- и олигосахариды, декстрины, пектины, крахмал, целлюлоза, гемицеллюлоза – содержатся в Р. м. ж. в небольших количествах. Взаимодействуя с белками и фосфолипидами, углеводы обусловливают стабилизацию эмульсии, потемнение масел при тепловых воздействиях, придают маслам специфич. вкус и запах.
В состав Р. м. ж. входят жирорастворимые витамины: А, D, Е, K. Витамин Е содержится в Р. м. ж. в осн. в виде α-, β-, γ- и δ-токоферолов.
Углеводороды Р. м. ж. в значит. степени определяют вкус и запах масла. Присутствуют насыщенные и ненасыщенные углеводороды с разветвлённой цепью углеродных атомов. В частности, в состав подсолнечного масла входит ациклический полиненасыщенный углеводород сквален С30Н50 с шестью двойными связями (до 0,012%). Сквален содержится также в хлопковом и соевых маслах. Некоторые ароматич. и вкусовые вещества переходят в Р. м. ж. из сырья, образуются и накапливаются в маслах при их извлечении из семян и переработке.
Отд. Р. м. ж. содержат также гликозиды, дубящие вещества, алкалоиды, эфирные масла и пр. компоненты.
Получение и применение
Наиболее распространённым способом извлечения Р. м. ж. из масличного сырья является экстракция. У предварительно очищенных семян отделяют шелуху от ядра, ядерную фракцию измельчают. Семена, у которых оболочка прочно связана с ядром (лён, рапс), измельчают целиком. Измельчённый материал (мятка) обрабатывается при 50–65 °С растворителем (бензин, гексан, этанол) в экстракторах для макс. полного извлечения масла. Из полученного раствора масла в растворителе (мисцеллы) отгоняют растворитель, масло охлаждают и фильтруют. Для извлечения Р. м. ж. применяется также метод прессования, при котором мятка увлажняется и подвергается тепловой обработке при 100–115 °C, после чего прожаренный материал (мезга) прессуется. Как экстракционные, так прессовые Р. м. ж. для удаления примесей подлежат очистке (рафинированию). Мировое произ-во Р. м. ж. ок. 150 млн. т/год.
Подсолнечное, оливковое, кукурузное, соевое, льняное, горчичное, арахисовое и некоторые др. Р. м. ж. используются в осн. для пищевых целей – потребляются непосредственно или вводятся в состав маргаринов, майонезов, кулинарных, кондитерских, хлебопекарных жиров, соусов и т. д. в натуральном или модифицированном (см. Гидрогенизация жиров) виде. Специалисты в области питания придают важное значение увеличению доли Р. м. ж., используемых в пищу, т. к. они обладают специфич. физиологич. действием, обусловленным содержанием в их составе полиненасыщенных незаменимых жирных кислот.
Значит. количества Р. м. ж. применяются для технич. целей – для произ-ва биотоплива (напр., рапсовое масло), в составе красок и лаков, мед. препаратов, для получения глицерина и жирных кислот, как компоненты сырья в произ-ве мыла, косметич. средств и пр.