3.4 Изменения жиров пищевых продуктов

Наличие липидов в первую очередь определяет высокую энер­гетическую ценность (калорийность) отдельных продуктов пита­ния, чрезмерное потребление которых приводит к избыточной массе тела. Вместе с тем многие изделия, содержащие много липидов, портятся, так как жиры легко подвергаются окислению, или прогорканию.

Липиды — природные биологически активные соединения и их синтетические аналоги, структурные компоненты которых постро­ены из остатков высокомолекулярных жирных кислот, спиртов, альдегидов, полиолов (главным образом, глицерин и диолы). Эти функциональные группы соединены между собой сложноэфирной, простой эфирной, амидной, фосфоэфирной, гликозидной и дру­гими связями.

Все липиды нерастворимы в воде (гидрофобны) и хорошо ра­створяются в органических растворителях (бензин, диэтиловый эфир, хлороформ и др.).

К липидам относятся триацилглицерины, или собственно жиры (простые липиды), а также сложные липиды. Наиболее важная и распространенная группа сложных липидов — фосфолипиды. Мо­лекула их построена из остатков спиртов, высокомолекулярных жирных кислот, фосфорной кислоты, азотистых оснований. Фос­фолипиды — обязательный компонент клеток, вместе с белками и углеводами они участвуют в построении мембран клеток и суб­клеточных структур, выполняя роль своеобразного каркаса. Фос­фолипиды — хорошие эмульгаторы, применяются в хлебопе­карной и кондитерской промышленности, в маргариновом про­изводстве.

В состав сложных липидов могут входить гликолипиды, содер­жащие в качестве структурных компонентов углеводные фрагмен­ты (остатки глюкозы, галактозы и т.д.). Липиды могут образовы­вать комплексы с белками — липопротеины.

Липиды являются источниками энергии. При окислении в орга­низме человека 1 г жира выделяется 9 ккал, причем это сопровождается образованием большого количества воды: при полном распаде (окислении) из 100 г жира выделяется 107 г эндо­генной воды.

Липиды выполняют структурно-пластическую функцию как компонент клеточных и внутриклеточных мембран всех тканей. Мем­бранные структуры клеток, образованные двумя слоями фосфолипидов и белковой прослойкой, содержат ферменты, при участии которых обеспечивается упорядоченность потоков продуктов об­мена в клетки и из них.

В организме человека и животных жир находится в двух видах: структурный (протоплазматический) и резервный. Структурный жир входит в состав клеточных структур. Резервный накапливается в жировых депо (подкожный жировой слой, околопочечный жир, в брюшной полости).

Жиры являются растворителями витаминов A, D, Е, К и спо­собствуют их усвоению.

В состав жиров входят насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Насыщенные жирные кислоты масляная, пальмитино­вая, стеариновая используются организмом в целом как энерге­тический материал. Больше всего их содержится в животных жи­рах и они могут синтезироваться в организме из углеводов (или белков).

Ненасыщенные жирные кислоты делятся на моно- и полине­насыщенные. Наиболее распространенной мононенасыщенной жир­ной кислотой является олеиновая, ее также много в животных жирах. Особое значение для организма человека имеют полиненасыщен­ные жирные кислоты (ПНЖК) — линолевая, линоленовая и арахидоновая. Наиболее ценная из них линолевая, при постоянном ее недостатке организм погибает.

Полиненасыщенные жирные кислоты иначе называют витами­ном F (от англ, «fat» — жир), так как они практически не синтези­руются в организме и должны поступать с пищей. Полиненасы­щенные жирные кислоты содержатся в растительных жирах.

Важнейшими источниками растительных жиров являются расти­тельные масла - 99,9 % жира, орехи - (53—65) %, овсяная крупа - 6,9 %. Источники животных жиров — свиной шпик - (90—92) %, сливоч­ное масло - (72—82) %, жирная свинина - 49 %, сметана - 30 %, сыры – (15-30)%.

Во многих пищевых продуктах содержится определенное ко­личество жироподобных веществ — стеринов, наиболее важен из них холестерин. Холестерин является нормальным компо­нентом большинства клеток здорового организма: входит в со­став оболочек и других частей клеток и тканей организма, ис­пользуется для образования ряда высокоактивных веществ, в том числе желчных кислот, половых гормонов, гормонов над­почечников. Особенно много холестерина в тканях головного мозга (2 %). Суточная потребность в холестерине составляет 0,5 г. Из них 20% поступает с пищей, 80% синтезируется нашим орга­низмом.

Однако холестерин не относится к незаменимым веществам пищи, поскольку он легко синтезируется в организме из про­дуктов окисления углеводов и жиров. Таким образом, содержа­ние холестерина в тканях зависит не только от количества его в пище, но и от интенсивности синтеза в организме. У здорового взрослого человека количество холестерина, поступающего с пищей и синтезирующегося, с одной стороны, и холестерина, распадающегося и удаляемого из организма — с другой, урав­новешено.

В крови, желчи холестерин удерживается в виде коллоидного раствора благодаря связыванию с фосфатидами, ненасыщенными жирными кислотами, белками. При нарушении обмена этих ве­ществ или их недостатке холестерин выпадает в виде мелких кри­сталлов, оседающих на стенках кровеносных сосудов, в желчных путях, что обусловливает нарушение их функций, способствует появлению атеросклеротических бляшек в сосудах, образованию желчного камня. Наиболее богаты холестерином яйца, сливочное масло, сыр, мясо, сердце, печень.

Для глицеридов, составляющих основную массу масел и жи­ров, характерны следующие превращения: окисление, обмен остатков жирных кислот, входящих в их молекулы, гидролиз и др.

Жиры являются составной частью многих кулинарных изделий, выполняют роль теплопередающей и антиадгезионной среды при тепловой обработке продуктов.

Если жир используется в качестве теплопередающей среды, особенно при жарке продуктов во фритюре, первостепенное зна- чение приобретают такие его показатели, как термостойкость, низ- кие влажность и вязкость в нагретом состоянии, отсутствие резко выраженных вкуса и запаха. Не следует также использовать для фритюрной жарки высоконепредельные растительные масла, так как пищевая ценность их при продолжи- тельном нагреве существенно снижается.

При свободном доступе воздуха происходит окисление жиров, которое ускоряется с повышением их температуры. При темпера- турах хранения (от 2 до 25)⁰С в жире происходит автоокисление, при температурах жарки (от 140 до 200)⁰С — термическое окис- ление.

В начальный период автоокисления имеет место длительный индукционный период, в течение которого накапливаются свобод- ные радикалы. Однако, как только концентрация их достигнет определенного значения, индукционный период заканчивается и начинается автокаталитическая цепная реакция — процесс быст- рого присоединения к радикалам кислорода. Первичными продуктами автокаталитической цепной реакции являются гидропере- киси, склонные к реакциям распада, в результате которых обра- зуются два новых радикала, увеличивающие скорость цепной реакции. При соединении двух радикалов с образованием неактив- ной молекулы может произойти обрыв цепи автокаталитической цепной реакции.

Если жир нагрет до температуры от (140 до 200)⁰С - (жарка продуктов), индук- ционный период резко сокращается. Присоединение кислорода к углеводородным радикалам жирных кислот происходит более беспорядочно, минуя некоторые стадии, имеющие место при авто окислении. Некоторые продукты окислении жиров (гидропере- киси, эпоксиды, альдегиды и др.), относительно устойчивые при температурах автоокисления, не могут длительно существовать при высоких температурах термического окисления и распадаются по мере образования. В результате их распада образуется много- численная группа новых реакционноспособных веществ, увеличи- вающих возможность вторичных химических реакций в нагретом жире и их многообразие.

Продукты, образующиеся при авто- и термическом окислении. можно подразделить на три группы:

• продукты окислительной деструкции жирных кислот, в резуль- тате которой образуются вещества с укороченной цепью;

• продукты изомеризации, а также окисленные триглицериды, которые содержат то же количество углеродных атомов, что и исходные триглицериды, но отличаются от последних наличием в углеводородных частях молекул жирных кислот новых функцио- нальных групп, содержащих кислород;

• продукты окисления, содержащие полимеризованные или кон- денсированные жирные кислоты, в которых могут находиться и новые функциональные группы, содержащие кислород.

Помимо окислительных изменений, при любом способе тепло- вой обработки в жирах происходят гидролитические процессы, обусловленные воздействием на жир воды и высокой температуры.

В присутствии воды гидролиз жира протекает в три стадии. На первой стадии от молекулы триглицерида отщепляется одна молекула жирной кислоты с образованием диглицерида. Затем от диглицерида отщепляется вторая молекула жирной кислоты с об- разованием моноглицерида. И наконец, в результате отделения от моноглицерида последней молекулы жирной кислоты образуется свободный глицерин. Ди- и моноглицериды, образующиеся на промежуточных стадиях, способствуют ускорению гидролиза. При полном гидролитическом расщеплении молекулы триглицерида об- разуется одна молекула глицерина и три молекулы свободных жирных кислот.

Преобладание в жире гидролитического или окислительного процесса зависит от интенсивности воздействия на него темпе- ратуры, кислорода воздуха и воды, а также продолжительности нагревании и присутствия веществ, ускоряющих или замедляю- щих эти процессы.

Изменения жиров при варке

Содержащийся в продуктах жир в процессе варки плавится и переходит в жидкость. Количество поступающего в варочную среду жира зависит от его содержания и характера отложения в продукте, продолжительности варки, величины кусков.

Основная масса извлеченного жира (90—95) % собирается на поверхности бульона, и лишь небольшая часть (3,5 – 10) % распре- деляется по всему объему бульона в виде мельчайших жировых капелек (эмульгирует). Что придает бульону мутность.

Количество жира, эмульгированного при варке, увеличивается с возрастанием интенсивности кипения и количества жидкости по отношению к продукту. При совместном воздействии этих факторов количество эмульгированного жира может увеличиться в несколько раз. Так, при изменении соотношения между количе- ством воды и костей с (3 : 1) до (8 : 1) при слабом кипении количество эмульгированного жира возрастает почти вдвое, а при сильном кипении — более чем в 5 раз.

О частичном гидролитическом расщеплении жира при варке свидетельствует возрастание его кислотного числа. При темпера- туре варки (около 100⁰С) вода и жир практически взаимно нерас- творимы, поэтому гидролиз протекает на поверхности раздела жировой и водной фаз. При эмульгировании увеличивается по- верхность соприкосновения жира с водой, что способствует его гидролизу. Наличие в варочной среде поваренной соли и продук- тов, содержащих кислоты, усиливает гидролиз жира. Одна- ко полного расщепления жиров при варке не происходит, и поэто- му в варочной среде наряду со свободными жирными кислотами и глицерином всегда присутствуют моно- и диглицериды.

Образующиеся в результате гидролиза высокомолекулярные жирные кислоты придают бульону неприятный салистый привкус. Чем больше эмульгирует и гидролизуется жира, тем ниже каче- ство бульона.

Изменения жиров при жарке

Из всех способов жарки наиболее распространенными являются два: с небольшим количеством жира и в большом количестве жира (во фритюре). Жарка во фритюре может быть непрерывной (отно- шение жира и продукта (20:1)) и периодической (отношение жира и продукта от (4:1) до (6:1)).

Несмотря на значительную аэрацию и действие высоких температур (140 — 200) ⁰С, глубоких окислительных изменений в жире не наблюдается из-за небольшой продолжительности нагре- вания.

При жарке с небольшим количеством жира, нагреваемого в ви- де тонкого слоя, возможен его перегрев. Даже при кратковремен- ном перегреве (температура свыше 200⁰ С) может произойти тер- мическое разложение жира с выделением дыма (пиролиз). Темпе- ратура, при которой начинается выделение дыма из жира, называется температурой или точкой дымообразования. Различ- ные жиры при одинаковых условиях нагревания имеют разную температуру дымообразования (⁰С): свиной жир — 221, хлопковое масло — 223, пищевой саломас — 230. -

На температуру дымообразования, помимо вида жира, влияют содержание в нем свободных жирных кислот, отношение нагре- ваемой поверхности жира к его объему и материал посуды, в ко- торой производится нагрев. Присутствие в жире даже небольших количеств свободных жирных кислот заметно снижает темпера- туру дымообразования. Так, при повышении содержания свобод- ных жирных кислот в свином жире (от 0,02 до 0,81)% температура его дымообразования снижается (с 221 до 150)⁰С. При нагревании одного и того же количества жира одного вида на двух сковородах диаметром (15 и 20) см температура дымообразования оказалась соответственно (185 и 169)⁰С.

Некоторые металлы переменной валентности (железо, медь и др.) способны катализировать пиролиз жира, снижая таким образом температуру дымообразования.

На крупных пищевых предприятиях применяются аппараты непрерывной фритюрной жарки, тепловая обработка продуктов в которых производится в большом количестве жира (отношение жира к продукту до 20 : 1). В таких аппаратах жарят рыбные полу- фабрикаты, картофельные чипсы и крекеры. Увеличение коли- чества жира позволяет ускорить процесс жарки, поддерживать более низкие температуры фритюра (150 — 160)⁰С, снижать ско- рость его термического разложения и окисления, а следователь- но, и расход.

При непрерывной жарке качество фритюрного жира зависит от коэффициента сменяемости (К):

К = П/ М

где П — количество жира, поглощаемого и адсорбируемого обжариваемым продуктом за 24 ч, кг;

М — средняя масса жира в жарочном аппарате, кг.

Чем выше коэффициент сменяемости жира, тем меньше он подвергается окислительным изменениям. В результате постоян- ной сменяемости нагреваемого жира степень окисления его быстро достигает стабильного состояния и в дальнейшем мало изме- няется.

Наиболее глубокие изменения происходят в жире при периоди- ческой фритюрной жарке. При таком способе жарки жир может длительно нагреваться без продукта (холостой нагрев) и периоди- чески использоваться для жарки различных продуктов при сравни- тельно низком коэффициенте сменяемости. Причем циклы охлаждения и нагревания многократно повторяются. Ве- роятность окисления жиров при таком циклическом нагреве даже выше, чем при непрерывном.

Таблица 1 - Режимы фритюрной жарки некоторых полуфабрикатов