Состав и свойства жиров домашних животных
Лабораторная работа №1
«Свойства жиров, белков, углеводов».
А) Жиры (Материал для повторного чтения, для закрепление знаний)
Наряду с углеводами и белками жиры - один из главных компонентов питания.
Жиры - это полные сложные эфиры глицерина (триглицериды) и одноосновных карбоновых (жирных) кислот, входят в класс липидов.
Строение жиров отвечает общей формуле:
СН2 – О – СО - R1
I
CH - O - CO - R2
I
СН2 - О - СО - R3
где Rl, R2, R3 - радикалы жирных кислот.
Все природные жиры содержат в своем составе три различных кислотных радикала, имеющих неразветвленную структуру и, как правило, четное число атомов углерода.
Физико-химические свойства жиров определяются соотношением входящих в их состав насыщенных и ненасыщенных карбоновых (жирных) кислот. В твердых жирах преобладают насыщенные кислоты, и они в обычных условиях имеют твердую консистенцию и сравнительно высокие температуры плавления (см. табл. 7). Жидкие жиры-масла - в основном состоят из ненасыщенных карбоновых кислот. Природные жиры являются смесью различных триглицеридов и не имеют четкой температуры плавления. Все жиры характеризуются значительным увеличением объема при плавлении.
Таблица 7.
Б) Мыла
Мыла – это соли высших жирных карбоновых кислот (С10 – С18). Мыла делятся на растворимые в воде (натриевые, калиевые, аммониевые) и нерастворимые (метал-лические мыла – соли Са, Mg, Ba, Ni, Mn, AI и др.). Растворимость мыл в воде зависти от характера катиона: NH4+> K+ > Na+> Li+. Жидкие калиевые мыла и твердые натриевые мыла получают растворением высших алифатических кислот в водных растворах едких щелочей:
С17Н35СООН + NaOH → C17H35COONa + H2O
С17Н35СООН + КOH → C17H35COOК + H2O
Моющее действие (т.е. способность моющих средств и их растворов удалять с отмываемых поверхностей прилипшие частицы грязи и переводить их во взвешенное состояние в виде эмульсий и суспензий) мыл в жесткой воде сильно падает вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых мыл:
2C17H35COONa + СаСI2 → (С17Н35СОО)2Са+ H2O
Кальциевое мыло
Стеарат кальция
Растворение мыла в воде сопровождается частичным гидролизом с образованием высшей кислоты и щелочи, которая оказывает вредное воздействие на многие ткани:
C17H35COONa + Н2О → С17Н35СООН+ NaOH
Синтетические моющие средства (СМС) – детергенты –не обладают отмеченными недостатками, характеризуются более высокой моющей способностью, доступностью сырья для их производства. Основой СМС являются синтетические ПАВ. Это могут быть и катионоактивные и неиногенные ПАВ. Однако главным компонентом большинства СМС являются анионоактивные синтетические ПАВ.
СМС очень медленно разлагаются, вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. недостаточно эффективны и достаточно дороги. Поэтому предпочтительна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках и естественных условиях (в водоемах) путем биологического окисления под действием гетеротрофных бактерий, которые входят в состав активного ила. Процесс идет до превращения органических веществ в углекислый газ и воды. При биохимической очистке окисление ведется в присутствии ферментов. Микробиологический метод основан на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты и др.
Цель: Изучение свойств жиров.
Оборудование:
Приборы: штатив для пробирок, штатив, обратный холодильник
Посуда: пробирки, стеклянные палочки
Реактивы: растительное масло, этиловый спирт, этиловый эфир, бензин, бензол, вода,
раствор соды, 5 % - ный раствор NaOH, раствор мыла, раствор белка, 15 % - ный
раствор щелочи, раствор уксуснокислого свинца, раствор хлористого кальция,
раствор сернокислой меди.
Пример вывода.
1.Подсолнечное масло + вода = образование неустойчивой эмульсии с последующим быстрым разделением смеси на два слоя.
2.подсолн масло + этиловый спирт = образование мутного раствора в результате недостаточного растворения масла.
3.подсолн масло + бензол = раствор почти прозрачный.
4.подсолнечное масло + бензин= раствор прозрачный.в бензине масло растворимо полностью
В этиловом эфире растворимо полностью
А) Углеводы (Текст для прочтения и повторения)
Углеводы (сахара) распространены в природе и играют важную роль жизни человека. Они составляют до 80 % массы сухого вещества растений и около 2 % сухого вещества животных организмов.
Название углеводы возникло в связи с тем, что сначала были известны вещества, состав которых можно было выразить формулой Сn(H2O)m.
Моносахариды являются многоатомными альдегидо- или кетоспиртами.
Полисахариды делятся на сахароподобные (олигосахариды) и несахароподобные. Низкомолекулярные (сахароподобные) полисахариды содержат в молекуле небольшое число (2-10) остатков моноз. Они хорошо растворяются в воде, имеют сладкий вкус и ярко выраженное кристаллическое строение. Одни из них (мальтоза, лактоза) восстанавливают ионы меди (П) (фелингову жидкость), они называются восстанавливающими, другие (сахароза, трегалоза) нe восстанавливают, и поэтому их относят к невосстанавливающим олигосахаридам.
Высокомолекулярные (несахароподобные) полисахариды содержат от десятков до нескольких десятков тысяч остатков моносахаридов; они нерастворимы в воде, безвкусны и не имеют ярко выраженного кристаллического строения.
Наибольшее значение из моносахаридов имеют глюкоза и фруктоза.
Глюкоза (С6Н12О6) - бесцветное кристаллическое вещество, растворимое в воде.
Изучение строения и свойств показало, что глюкоза может существовать в различных формах: альдегидной и двух циклических формах.
Глюкоза содержится во многих плодах и ягодах (виноград) и образуется в организме при расщеплении дисахаридов и крахмала пищи. Она быстро и легко из кишечника всасывается в кровь и используется организмом как источник энергии для образования гликогена в печени, для питания тканей мозга, мышц и поддержания необходимого уровня сахара в крови.
Под действием ферментов глюкоза подвергается брожению.
Крахмал.
Крахмал является главным запасным питательным веществом растений. По составу он неоднороден и представляет собой смесь нескольких полисахаридов. Все они образуются из ά -D-глюкозы и отличаются строением цепи, числом входящих в их состав остатков глюкозы и фосфорной кислоты.
Полисахариды крахмала делятся на две фракции: амилозу, содержание которой в крахмале различного происхождения составляет от 15 до 25%, и амилопектин, на долю которого приходится от 75 до 85%.
Амилоза (C6H10О5)n. Полисахариды амилозы представляют собой неразветвленные или малоразветвленные цепочки. Амилоза имеет кристаллическое строение. Она может быть получена при обработке нативного крахмала горячей водой, в которой умеренно растворима. При этом лучше растворимый в воде амилопектин не переходит в раствор из-за того, что зерна нативного крахмала окружены белковой оболочкой, через которую проходят молекулы амилозы, но не проходят молекулы амилопектина.
Амилоза дает с раствором йода синее окрашивание. Легко гидролизуется ферментами и кислотами до мальтозы и глюкозы.
Амилопектин (C6H10О5)n. Молекулы амилопектина более сложны, чем амилозы. Они представляют собой сильно разветвленные цепи. Разветвленные макромолекулы амилопектина образуют в зернах крахмала прочную сетчатую структуру. Прочность структуры крахмального зерна обусловлена образованием мостиков между макромолекулами за счет водородных связей.
Чистый амилопектин растворим в горячей воде лучше амилозы. Йодом окрашивается в фиолетовый цвет. Не восстанавливает оксиды металлов. При нагревании с кислотами крахмал гидролизуется по месту глюкозид-глюкозных связей при гидролизе вначале образуются более мелкие осколки - декстрины. Декстрины - твердые вещества, растворимые в воде. Нагревание крахмала до 150оС без воды приводит к разрушению зерен, к потере способности набухания и образованию декстринов. Это имеет место при пассивировании муки, обжаривании круп. Блестящая корочка хлеба состоит из декстринов, которые содержатся и во всей массе хлеба. Сущность хлебопечения состоит как раз в превращении нерастворимого в воде крахмала в легко усваивающиеся декстрины.
В холодной воде крахмал нерастворим, в горячей зерна его набухают и образуют густую жидкость - крахмальный клейстер. Процесс этот проходит в несколько стадий:
1. При нагревании суспензии крахмала до 55 оС зерна крахмала набухают, поглощая до 50% воды от массы крахмала. Суспензия не становится вязкой, процесс обратим, после высушивания свойства крахмала остаются прежними.
2. При дальнейшем нагревании (до t = 600-100 оС) набухание зерен ускоряется, объем их увеличивается в несколько раз, а вязкость резко возрастает и суспензия превращается в клейстер. В центре зерна (ядро роста) образуется полость (пузырек). На этой стадии увеличивается количество растворимой амилозы. Раствор ее частично остается в зерне, превратившись в пузырек, а частично диффундирует в окружающую среду.
3. При длительном нагревании с избытком воды крахмальные пузырьки лопаются и вязкость клейстера снижается.
Консистенция клейстера зависит от количества крахмала: при содержании крахмала 2-
5% он получается жидким, при содержании 6-8% клейстер получается густым,
Гликоген.
Животные организмы запасают глюкозу в виде животного крахмала - гликогена, откладывающегося в основном в печени и мышцах. В отличие от амилопектина eгo молекулы сильно разветвлены.
В некоторых растениях (топинамбур) роль резервного питательного вещества играет инулин (C6H10О5)n. Он хорошо растворим в воде, при гидролитическом расщеплении почти полностью превращается в D-фруктозу. Основой инулина является ß-D-фруктофураноза.
Крахмал - ценное питательное вещество. К продуктам, содержащим крахмал, относятся зерна риса (62-86%), кукурузы (57-72%), пшеницы (57-75%) и клубни картофеля (12-24%).
Б) Белки (текст для чтения и повторения)
Белки - это сложные полимеры, молекулы которых построены из остатков ά -аминокислот. В состав белков входят различных 20 видов ά-аминокислот.
Аминокислоты в белках связаны последовательно пептидной связью
О Н
I
-C-N-
которая образуется в результате взаимодействия -NH2 группы одной молекулы с
-СООН группой другой молекулы аминокислоты.
Фибриллярные белки состоят из макромолекул, имеющих вид тонких вытянутых нитей. В эту группу входят белки мышечных тканей и кожных покровов, белки волос, рогов, перьев, шерсти, шелка. При комнатной температуре эти белки нерастворимы в воде, но могут набухать в ней. При повышенной температуре некоторые из них (желатин) растворяются с образованием очень вязких растворов.
Глобулярные белки пептидных цепей белка состоят измакромолекул эллипсоидальной, реже шаровидной формы. Они хорошо растворимы в воде, причем вязкость их растворов невелика. К ним относятся белки крови, молока.
Наличие в макромолекулах белков двух противоположных по свойствам групп: основной –NH2 и кислотной - СООН, сообщает белкам амфотерные свойства.
В результате приготовления пищи белки претерпевают изменения. Для кулинарных процессов особое внимание имеет тепловая денатурация белков. Типичным приме- ром может служить денатурация куриного белка (альбумина) при варке: из прозрачного растворимого в воде вещества он превращается в более или менее твердую, непрозрачную, нерастворимую в воде массу. Исследования показали, что денатурация или свертывание белка при нагревании большей частью складывается из двух различных процессов:
· понижения растворимости белка (собственно денатурация);
· коагуляции золей денатурированного белка.
Обе стадии невозможно отделить одну от другой.
Сущность тепловой денатурации можно рассмотреть на примере глобулярных белков. Основная молекула глобулярного белка, как известно, состоит из одной или нескольких полипептидных цепей, сложенных складками и образующих клубки. Такая структура стабилизируется непрочными связями, среди которых большую роль играют водородные связи, образующие поперечные мостики между параллельными пептидными цепями или их складками. При нагревании белков происходит усиленное движение полипептидных цепей или их складок, что вызывает разрыв непрочных связей между ними. В результате этого наблюдается развертывание и перегруппировка складок, сопровождаемые перераспределением полярных и неполярных радикалов, причем неполярные радикалы концентрируются на поверхности глобул, понижая их гидрофильность, а, следовательно, и растворимость.
Для денатурации белка необходимо присутствие некоторого минимального содержания воды. Безводный белок при нагревании не подвергается денатурации. Так, сухой альбумин выдерживает нагревание в струе сухого воздуха при температуре 393оК без заметного изменения его растворимости.
При денатурации белки становятся нерастворимыми и утрачивают способность к набуханию.
Денатурация, кроме нагревания, при кулинарной обработке пищевых продуктов может быть вызвана и другими причинами. Например, взбивание яичного белка, сливок превращает их в пену, состоящую из пузырьков воздуха, окруженных тонкими белковыми пленками, образование которых также сопровождается развертыванием пептидных цепей за счет разрыва связей при механическом воздействии. Таким образом, при образовании пленок происходит частичная или полная денатурация белка. В отличие от тепловой она называется поверхностной денатурацией.
Цель: Изучение свойств углеводов и белков.
Оборудование:
Приборы: штатив для пробирок, спиртовая горелка
Посуда: пробирки, тигли
Реактивы: сахароза, крахмальный клейстер, этиловый спирт, дистиллированная вода,
раствор йода, раствор белка, раствор уксуснокислого свинца, концентрирован-
ная азотная кислота, раствор слюны
Лабораторная работа №1
«Свойства жиров, белков, углеводов».
А) Жиры (Материал для повторного чтения, для закрепление знаний)
Наряду с углеводами и белками жиры - один из главных компонентов питания.
Жиры - это полные сложные эфиры глицерина (триглицериды) и одноосновных карбоновых (жирных) кислот, входят в класс липидов.
Строение жиров отвечает общей формуле:
СН2 – О – СО - R1
I
CH - O - CO - R2
I
СН2 - О - СО - R3
где Rl, R2, R3 - радикалы жирных кислот.
Все природные жиры содержат в своем составе три различных кислотных радикала, имеющих неразветвленную структуру и, как правило, четное число атомов углерода.
Физико-химические свойства жиров определяются соотношением входящих в их состав насыщенных и ненасыщенных карбоновых (жирных) кислот. В твердых жирах преобладают насыщенные кислоты, и они в обычных условиях имеют твердую консистенцию и сравнительно высокие температуры плавления (см. табл. 7). Жидкие жиры-масла - в основном состоят из ненасыщенных карбоновых кислот. Природные жиры являются смесью различных триглицеридов и не имеют четкой температуры плавления. Все жиры характеризуются значительным увеличением объема при плавлении.
Таблица 7.
Состав и свойства жиров домашних животных
Показатель | Говяжий | Бараний | Свиной |
Содержание насыщенных кислот (%) | 60.6 | ||
Плотность (с) при 15о С кг/м3 | 937 - 953 | 937 - 961 | 915 - 923 |
Температура плавления | 42 - 52 | 44 - 55 | 30 - 44 |
Температура застывания | 34 - 38 | 34 - 45 | 22 - 32 |
Йодное число | 32 - 47 | 35 - 46 | 46 - 66 |
Калорийность (Дж/кг) | 3980 ·104 | 3956·104 | 3981·104 |
Усвояемость (%) | 80 - 94 | 80 - 90 | 96 - 98 |
Температура воспламенения большинства жиров 270 - 330ОС. Характеристикой жиров является также и так называемая температура дымообразования, при которой происходит визуально заметное образование дыма вследствие разложения жира. Она падает с ростом кислотного числа жира и лежит в пределах 160-230ОС.
Жиры нерастворимы в воде, но образуют с ней эмульсии. Они хорошо растворимы в органических растворителях, но обычно плохо растворимы в спирте. При обработке перегретым паром, минеральными кислотами или щелочью жиры подвергаются гидролизу (омылению) с образованием глицерина и жирных кислот или их солей (мыла). При сильном взбалтывании с водой образуют эмульсии. Примером стойкой эмульсии жиров в воде являетсямолоко, содержание жира в котором от 2,7 до 6,0%. Эмульгирование жиров в кишечнике (необходимое условие их всасывания) осуществляется солями желчных кислот.
Под действием химических и биохимических факторов жиры прогоркают, что приводит к появлению специфического запаха и неприятного вкуса, вызванных образованием низкомолекулярных карбоновых кислот.
Прогоркание жиров обусловлено рядом химических процессов. Различают два вида прогоркания - биохимическое и химическое.
Биохимическое прогоркание характерно для жиров, содержащих значительное ко-
личество воды и примесей белков и углеводов (например, длякоровьего масла). Под воздействием содержащихся в белках ферментов (липаз) происходит гидролиз жиров и образование свободных жирных кислот.
Химическое прогоркание - результат окисления жиров под действием кислорода воздуха (автоокисление).
Природные жиры подразделяют на животные жиры и растительные (масла).
Животные жиры - природные продукты, получаемые из жировых тканей некоторых животных. По консистенции делят на твердые и жидкие, по целевому назначению на пищевые, медицинские, кормовые (ветеринарные) и технические. Твердые жиры содержатся в тканях наземных животных. Жидкие жиры входят в состав тканей морских животных, млекопитающих и рыб, а также костей наземных животных.
Кроме триглицеридов животные жиры содержат глицерин, фосфатиды (лецитин), стерины (холестерин), липохромы - красящие вещества. Витамины А, Е, F, в молочном жире еще витамины К и D.
В организме жиры играют роль резервного материала, используемого при ухудшении питания, и защищают внутренние органы от холода и механических воздействий.
Важнейшими продуктами питания являются такие жиры, как говяжий, бараний и свиной. Их получают из жировых тканей рогатого скота и свиней (см. табл. 7). Животные жиры выделяют из жировой ткани и отделяют от белков и влаги посредством нагревания выше температуры плавления. Вытопку жиров из измельченной ткани производят в открытых котлах, а из неизмельченной - в автоклавах под давлением.
Из тканей морских млекопитающих приготовляют пищевые, медицинские, кормовые и технические жиры.
Пищевые жиры, перерабатываемые путем гидрогенизации в маргарин, производят из жировой ткани усатых китов.
Животные жиры и продукты их переработки применяют как пищевые продукты или как сырье для получения мыла, моющих средств, жирных кислот, глицерина, косметических средств, смазочных материалов, средств обработки кожи, в медицине - как источник витамина А. Жиры рыб используют как добавки к высыхающим растительным маслам в производстве олиф и алкидных смол.
Растительные масла отличаются от животных жиров тем, что в их состав входят в основном ненасыщенные (с одной, двумя и тремя двойными связями) одноосновные жирные кислоты. В зависимости от содержания непредельных жирных кислот меняется консистенция масел и температура их застывания: у жидких масел, содержащих больше непредельных кислот, температура застывания обычно ниже нуля, у твердых масел - достигает 40оС. К твердым растительным маслам относятся масла некоторых тропических растении, например пальмовое.
При контакте с воздухом многие жидкие масла подвергаются окислительной полимеризации («высыхают»), образуя пленки.
Химические свойства жирных растительных масел аналогичны свойствам животных жиров, так как они также являются полными эфирами глицерина и жирных кислот. В присутствии кислот и щелочей они подвергаются гидролизу (омылению), а в организме гидролиз идет под действием фермента липазы. Важным свойством триглицеридов растительных масел является способность присоединять водород по ненасыщенным связям углеводородных радикалов карбоновых кислот в присутствии катализаторов (никелевых, медно-никелевых), на чем основано производство отвержденных жиров - саломасов.
Основными способами получения масел являются отжим и экстрагирование.
По степени очистки пищевые масла разделяют на сырые, нерафинированные и рафинированные. Масла, подвергнутые только фильтрации, называют сырыми, и они являются наиболее полноценными, так как в них полностью сохраняются фосфатиды, токоферолы, стерины и другие биологически ценные компоненты. Они отличаются более высокими вкусовыми свойствами. К нерафинированным относятся масла, подвергнутые частичной очистке -отстаиванию, фильтрации, гидратации и нейтрализации. Эти масла имеют меньшую биологическую ценность, так как в процессе гидратации удаляется часть фосфатидов. Рафинированные масла подвергаются обработке по полной схеме рафинации, включающей механическую очистку, гидратацию, нейтрализацию, адсорбционную рафинацию, дезодорацию. В результате рафинации обеспечивается прозрачность и отсутствие отстоя, а также запаха и вкуса. В биологическом отношении рафинированные масла менее ценны.
Области применения масел многообразны. Масла являются важнейшим пищевым продуктом (подсолнечное, хлопковое, оливковое, арахисовое и др.) и применяются для изготовления консервов; кондитерских изделий, маргарина. В технике из масел производят мыла, олифы, жирные кислоты, глицерин, лаки. Они также входят в состав эмульсионных грунтов и масляных лаков. Высыхающие медленно масла (подсолнечное, соевое) применяются в качестве добавок, которые замедляют высыхание красок на холсте (при длительной работе над картиной, давая возможность художнику очищать и переписывать отдельные участки) или палитре, при долговременном хранении красок.
В медицине из жидких масел готовят масляные эмульсии. Такие масла, как оливковое, миндальное, подсолнечное, являются основой мазей, линиментов.
Б) Мыла
Мыла – это соли высших жирных карбоновых кислот (С10 – С18). Мыла делятся на растворимые в воде (натриевые, калиевые, аммониевые) и нерастворимые (метал-лические мыла – соли Са, Mg, Ba, Ni, Mn, AI и др.). Растворимость мыл в воде зависти от характера катиона: NH4+> K+ > Na+> Li+. Жидкие калиевые мыла и твердые натриевые мыла получают растворением высших алифатических кислот в водных растворах едких щелочей:
С17Н35СООН + NaOH → C17H35COONa + H2O
С17Н35СООН + КOH → C17H35COOК + H2O
Моющее действие (т.е. способность моющих средств и их растворов удалять с отмываемых поверхностей прилипшие частицы грязи и переводить их во взвешенное состояние в виде эмульсий и суспензий) мыл в жесткой воде сильно падает вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых мыл:
2C17H35COONa + СаСI2 → (С17Н35СОО)2Са+ H2O
Кальциевое мыло
Стеарат кальция
Растворение мыла в воде сопровождается частичным гидролизом с образованием высшей кислоты и щелочи, которая оказывает вредное воздействие на многие ткани:
C17H35COONa + Н2О → С17Н35СООН+ NaOH
Синтетические моющие средства (СМС) – детергенты –не обладают отмеченными недостатками, характеризуются более высокой моющей способностью, доступностью сырья для их производства. Основой СМС являются синтетические ПАВ. Это могут быть и катионоактивные и неиногенные ПАВ. Однако главным компонентом большинства СМС являются анионоактивные синтетические ПАВ.
СМС очень медленно разлагаются, вредные результаты их воздействия на природу и живые организмы непредсказуемы. Перевод ПАВ в пену, адсорбция активным углем, использование ионообменных смол, нейтрализация катионактивными веществами и др. недостаточно эффективны и достаточно дороги. Поэтому предпочтительна очистка сточных вод от ПАВ в отстойниках и естественных условиях (в водоемах) путем биологического окисления под действием гетеротрофных бактерий, которые входят в состав активного ила. Процесс идет до превращения органических веществ в углекислый газ и воды. При биохимической очистке окисление ведется в присутствии ферментов. Микробиологический метод основан на использовании высокоактивных культур микроорганизмов. Получены штаммы бактерий, разрушающих алкилсульфаты, алкилсульфонаты, алкилбензолсульфонаты и др.
Цель: Изучение свойств жиров.
Оборудование:
Приборы: штатив для пробирок, штатив, обратный холодильник
Посуда: пробирки, стеклянные палочки
Реактивы: растительное масло, этиловый спирт, этиловый эфир, бензин, бензол, вода,
раствор соды, 5 % - ный раствор NaOH, раствор мыла, раствор белка, 15 % - ный
раствор щелочи, раствор уксуснокислого свинца, раствор хлористого кальция,
раствор сернокислой меди.