К липидам относятся разные по химическому составу и строению соединения, нерастворимые в воде и извлекаемые из природных объектов органическими растворителями. Они широко распространены в природе и являются обязательной составной частью рационального питания. Липиды включают различные классы химических соединений: высшие жирные кислоты, высшие спирты, сложные и редко простые эфиры, чаще эфиры глицерина и других многоатомных спиртов, амиды жирных кислот – производные длинноцепочечных амидов. Обычно к липидам относят также стерины и терпены.
По одной классификации, липиды делят на простые, или нейтральные (триацилглицериды, сложные эфиры холестерола, простые эфиры воска), и сложные, или полярные, липиды. Сложные липиды, содержащие остатки сахаров, называют гликолипидами (гликозилдиацилглицериды, цереброзиды, ганглиозиды); липиды, содержащие остаток фосфорной кислоты – фосфолипидами (лецитины, кефалины, полиглицерофосфатиды, сфингомиелины и др.); липиды, содержащие сульфогруппу – сульфолипидами.
По другой классификации, липиды делят на омыляемые, которые подвергаются гидролизу, и неомыляемые, для которых гидролиз затруднен.
Химические и физические свойства липидов определяются наличием в молекулах полярных группировок (–COOH, –OH, –NH2, –РO43- и др.) – гидрофильная часть молекулы – и неполярных углеводородных цепей, определяющих их гидрофобные свойства. Благодаря такому строению большинство липидов являются поверхностно-активными веществами. Смеси липидов упаковываются в упорядоченные бислои, и из таких слоев состоят клеточные мембраны (рис. 1).
Рис. 1. Двойной слой липидов, пронизанный различными белками
Липиды входят в состав всех животных и растительных тканей. Функции их в организме очень разнообразны. Они являются источником энергетического и пластического материала; поставщиком биологически активных веществ, выполняющих ряд важнейших регуляторных функций; структурным компонентом клеточных мембран; осуществляют защитную функцию за счет создания водоотталкивающих и термоизоляционных покровов у животных и растений.
Для получения многих пищевых (растительные масла, животные жиры, маргарин, различные кондитерские и хлебобулочные изделия) и некоторых технических продуктов (глицерин, карбоновые кислоты, натуральная олифа и т. д.) используют свободные липиды, те, которые легко выделяются из жиросодержащего сырья растительного и животного происхождения.
Свободные липиды растительного происхождения на 90–95% состоят из ацилглицеридов (триацилглицериды, диацилглицериды, моноацилглицериды), содержат и другие липиды – воски, фосфолипиды, стерины, а также большую группу сопутствующих веществ (пигменты, жирорастворимые витамины). Продолжительность хранения и технологические режимы переработки пищевого сырья, выделения жира определяют триацилглицериды как основной компонент сырого жира. Растения накапливают липиды преимущественно в плодах и семенах, реже в корнях, коре и листьях. Содержание липидов в растениях зависит от вида, сорта и условий произрастания. Плоды и семена некоторых растений с высоким содержанием жира используют для промышленного получения растительных масел (табл. 1.1.1).
Таблица 1.1.1. Содержание липидов в семенах масличных культур
|
Наименование семян |
Массовая доля липидов, % |
|
Подсолнечник (зародыш) |
51–63 |
|
Какао (бобы) |
49–57 |
|
Кунжут |
49–55 |
|
Арахис (ядро) |
41–56 |
|
Хлопчатник (зародыш) |
36–43 |
|
Рапс (семена) |
35–50 |
|
Подсолнечник (семена) |
30–58 |
|
Кукуруза (зародыш) |
32–37 |
|
Конопля (семена) |
31–38 |
|
Маслины (мякоть) |
28–50 |
|
Хлопчатник (семена) |
20–29 |
|
Лен (семена) |
29–45 |
|
Соя (семена) |
16–27 |
|
Кукуруза (зерно) |
5,6 |
У животных липиды накапливаются в подкожных тканях, вокруг жизненно важных органов, содержаться в нервной и мозговой тканях (табл. 1.1.2).
Таблица 1.1.2. Содержание жира-сырца у животных
|
Вид животного |
Массовая доля жира-сырца |
|
Крупный рогатый скот |
1,2–8,0 |
|
Овцы курдючные |
4,5–16,5 |
|
Овцы простые |
1,5–5,0 |
|
Свиньи откормленные (шпик) |
25,0–30,0 |
|
• внутренний жир |
5,0–8,0 |
|
Свиньи тощие (шпик) |
5,0–10,0 |
|
• внутренний жир |
1,5–2,0 |
Липиды животного происхождения представляют собой смесь в различных соотношениях простых и смешанных триацилглицеридов. Окраска животных жиров обусловлена присутствием каротиноидов – пигментов, окрашивающих жиры в желтый цвет.
Таблица 1.1.3. Содержание жиров в молоке различных животных
|
Вид молока |
Массовая доля липидов |
|
Коровье |
3,7 |
|
Кобылье |
1,0 |
|
Козье |
4,8 |
|
Верблюжье |
5,1 |
|
Овечье |
6,9 |
|
Северного оленя |
17,0 |
|
Дельфина |
около 46,0 |
Источником полноценных липидов является молоко млекопитающих, которое сильно отличается по содержанию липидов и по составу у разных животных (табл. 1.1.3). Основным компонентом молочного жира являются триацилглицериды, но присутствуют ди-, моноацилглицериды, стерины, каротиноиды и жирорастворимые витамины (А, D, Е, К) и другие компоненты. Липиды молока отличает их высокая диспергированность, размер жировых шариков в коровьем молоке составляет 0,1–2 мкм. По данным электронной микроскопии, липиды в жировых шариках кристаллизуется в мономолекулярные слои (рис. 2) с одновременным фракционированием.
Рис. 2. Фракционирование липидов молока внутри жирового шарика
При этом кристаллический жир, имеющий более низкую плотность, в отличие от жиров, находящихся в жидком состоянии, располагается во внешних слоях, поэтому внешняя сфера жировых шариков состоит из триацилглицеридов с высокой температурой плавления, а внутри накапливаются триацилглицериды с низкой температурой плавления. Стабильность жировой эмульсии в молоке определяет наличие оболочки, размер которой составляет 5–10 нм, которая представлена в основном фосфолипидами, липопротеинами, цереброзидами, белками и связанной водой.
Высокое содержание липидов характерно для рыб, особенно рыб северных морей (табл. 1.1.4), чей жир отличается высокой пищевой ценностью.
Таблица 1.1.4. Содержание липидов в различных рыбах
|
Название рыбы |
Массовая доля липидов, % |
|
Треска |
0,6 |
|
Минтай |
0,9 |
|
Судак |
1,1 |
|
Ледяная рыба |
2,2 |
|
Окунь морской |
3,3 |
|
Тунец |
4,3 |
|
Карп |
5,3 |
|
Горбуша |
7,0 |
|
Мойва весенняя |
7,1 |
|
Севрюга |
10,3 |
|
Сельдь атлантическая |
12,1 |
|
Мойва осенняя |
18,1 |
МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ЛИПИДОВ
Сложность выделения липидов из биологических материалов обусловлена их гетерогенностью. Экстракция должна обеспечивать максимальное извлечение липидов, при этом липидный экстракт не должен содержать нелипидных веществ. Эффективность экстракции в значительной степени зависит от химической природы липидных компонентов и от вида комплексов, которые они образуют с другими классами природных соединений. Для липидов характерно три вида взаимодействия с биомолекулами:
ван-дер-ваальсовое (гидрофобное) взаимодействие характерно для нейтральных липидов и характеризует нековалентное связывание между углеводородными цепями отдельных молекул липидов или гидрофобными участками белковых молекул;
электростатическое взаимодействие обусловлено водородными связями между полярными липидами и протеинами в надмолекулярных структурах (плазматических мембранах, митохондриях, эндоплазматическом ретикулуме, липопротеинах сыворотки);
ковалентное взаимодействие встречается в конъюгированных липидах (липополисахариды, липопротеины).
Комплексы липидов, образованные за счет ван-дер-ваальсового взаимодействия, достаточно легко экстрагируют неполярными растворителями (диэтиловым эфиром, хлороформом, бензолом). Липиды, связанные с мембранами, экстрагируют с использованием полярных растворителей (этанола, метанола), разрушающих водородные связи и нарушающих электростатическое взаимодействие липидов с белками. Количественное извлечение ковалентно связанных липидов возможно только с применением кислотного или щелочного гидролиза.