Главным компонентом растительных масел и жиров, запасаемых в клетках масличных семян, являются глицериновые эфиры жирных кислот - ацилглицерины (триглицериды). Если жирными кислотами этерифицированы все три гидроксильные группы глицерина, то такое соединение называется триацилглицерином. В качестве продуктов неполного синтеза или гидролиза триацилглицеринов в масличных семенах присутствуют диацилглицерины, моноацилглицерины и свободные жирные кислоты.
В настоящее время известно более полутора тысяч растительных масел, все многообразие которых обусловлено различными сочетаниями сравнительно небольшого числа жирных кислот.
Известны растительные масла, состоящие из остатков одной и той же жирной кислоты - однокислотные, или простые, триацилглиперины. Более часто встречаются растительные масла, в состав которых входят триацилглицерины, содержащие остатки различных жирных кислот, - смешанные триацилглицерины.
Важнейшие свойства ацилглицеринов определяются свойствами входящих в их состав жирных кислот. Рассмотрим поэтому основные свойства важнейших жирных кислот масличных растений.
Различают насыщенные и ненасыщенные кислоты. Насыщенные кислоты имеют общую формулу СnН2n02; ненасыщенные - в зависимости от степени ненасыщенности описываются формулой при одной двойной связи - СnН2n-202, при двух - СnН2n-402, при трех - СnН2n-602. В природных условиях чаще всего встречаются жирные кислоты, у которых n представляет собой четное число. Обычно n варьирует от 6 до 24 и более, но наиболее широко распространены жирные кислоты, у которых n равно 16 и 18.
В рядах жирных кислот каждые два соседних члена ряда, как правило, отличаются друг от друга на два углеродных атома. Так, в масле семян подсолнечника содержатся кислоты С14, С16, С18, С20, С22, С24 (более низкомолекулярные кислоты не учтены), в масле семян арахиса - С8, С12, С14, С16, С18, С20, С22, С24.
Для наиболее важных растительных масел нашей страны: подсолнечного, хлопкового, льняного, соевого, арахисового - характерно преобладание жирных кислот с 18 углеродными атомами, составляющих 90% и выше общей суммы жирных кислот. Лишь масла растений семейства Капустных, например горчичное и рапсовое, наряду с кислотами С18 содержат большое количество кислот с другим числом атомов углерода (С20 и С22), присутствие которых в пищевых маслах является нежелательным. Масла из тропического сырья (кокосовое и пальмоядровое) содержат главным образом кислоты, число углеродных атомов которых меньше 18 (С14 и С16).
Ненасыщенность жирных кислот определяется двойными связями в углеродных цепях, тройные связи являются исключением. В большинстве случаев двойная связь находится; между 9-м и 10-м атомами углерода. Если двойных связей больше одной, они обычно располагаются через три углеродных атома, редко через два (сопряженные связи). Так как значительная часть углеродной цепи, примыкающей к карбоксильной группе [девятиуглеродный фрагмент =СН(СН2)7-ССОН], оказывается свободной от двойных связей, максимальное число двойных связей в кислотах масличных растений обычно не превышает трех и тем меньше, чем короче углеродная цепь.
Насыщенные и ненасыщенные кислоты различаются по структурной конфигурации. Для насыщенных кислот наиболее вероятна конфигурация вытянутого типа, энергетически наиболее выгодная. В ненасыщенных кислотах двойная связь обусловливает жесткий изгиб углеродной цепи под углом около 30°. Еще более укорачивается за счет изгибов цепь жирной кислоты, имеющей две или три двойных связи, что имеет существенное значение при формировании биологических мембран.
В отличие от насыщенных кислот, относительно стойких к различным воздействиям, ненасыщенные кислоты легко окисляются (масла прогоркают), а также восстанавливаются по месту двойных связей. Восстановление жирных кислот водородом - гидрогенизацию - широко применяют в производственной практике при получении из жидких жиров твердых. Растительные масла, содержащие жирные кислоты с двойными связями в сопряженном положении, отличаются повышенной склонностью к окислению и полимеризации.
Жирные кислоты, содержащие двойные связи, обладают способностью высыхать, образуя пленки. Процесс высыхания обусловлен присоединением кислорода по месту двойных связей при одновременной полимеризации полученного продукта. Высыхание катализируется ферментом липоксигеназой, а также металлами. На способности ненасыщенных кислот количественно присоединять по месту двойной связи галогены основан один из старых методов определения степени ненасыщенности жирных кислот и масел.
Жирные кислоты с числом атомов углерода 16, 18 и выше - практически не растворимы в воде, но их натриевые и калиевые соли - мыла - образуют в воде мицеллы, стабилизированные за счет гидрофобных воздействий.
Большинство природных масел и жиров представляет собой сложную смесь ацилглицеринов, все разнообразие свойств которых определяется различием в составе и расположении жирных кислот, так как второй структурный элемент - глицерин - одинаков для всех масел и жиров.
В табл. 8 приведены жирные кислоты, обнаруженные в масличных растениях и растительных маслах.
Таблица 8. Жирные кислоты растительных масел.
Кислоты | Число атомов углерода и обозначение | Природный источник |
Насыщенные жирные кислоты СnН2n02 |
|
|
n-Бутановая (масляная) | С4:0 | В большинстве растений (следы) |
n-Гексановая (каприловая) | С6:0
| Масло плодов кокосовой и масличной пальмы |
n-Октановая (каприновая) | С8:0
| |
n-Декановая (капроновая) | С10:0
| |
n-Додекановая (лауриновая) | С12:0
| |
n-Тетрадекановая (миристиновая) | С14:0 | Масло мускатного ореха |
n-Гексадекановая (пальмитиновая) | С16:0 | Большинство растений |
n-Октадекановая (стеариновая) | С18:0 | |
n-Эйкозановая (арахисовая) | С20:0 | Масло арахиса |
n-Докозановая (бегеновая) | С22:0 | Масло растений семейства Капустных |
n-Тетракозановая (лигноцериновая) | С24:0 |
Растительные воски |
n-Гексакозановая (церотиновая) | С26:0
| |
n-Октакозановая (монтановая) | С26:0
| |
n-Триакотановая (мелиссиновая) | С30:0
| |
Ненасыщенные жирные кислоты СnН2n-202 |
|
|
Бутен-2-овая (кротоновая) | С4:1 | Масло семян семейства молочайных |
Гексен-3-овая (тиглиновая) | С6:1 | |
Децен-З-овая | С10:1
| Масло плодов семейства пальмовых, а также в виде следов - масло многих растений |
Додецен-5-овая | С12:1
| |
Тетрадецен-0-овая (миристоолеиновая) | С14:1
| |
Гексадецен-3-овая | С16:1 | Большинство растений |
Гексадецен-9-овая (пальмитоолеиновая) | С16:1 | |
Октадецен-6-овая (петрозелиновая) | С18:1 | Масло семян петрушки |
Октадецен-9-овая (олеиновая) | С18:1 | Большинство растений |
Эйкозен-5-овая | С20:1 | Масло семян семейства Капустных
|
Докозен-13-овая (эруковая) | С22:1 | |
Ненасыщенные жирные кислоты СnН2n-402 |
|
|
Октадекадиен-9,12-овая (линолевая) | С18:2 | Большинство растений |
Ненасыщенные жирные кислоты СnН2n-602 |
|
|
Октадекатриен-6,9,12-овая (линоленовая) | С18:3 | Большинство растений |
Октадекатриен-9,11,13-овая (элеостериновая) | С18:2 | Масло плодов тунга |
Оксикислоты |
|
|
12-оксиоктадецен-9-овая (рицинолевая) | 18* | Масло семян клещевины
|
9,10-диоксиоктадекановая | 18* | |
Кетокислоты |
|
|
4-кетооктадекатриен-9,11,13-овая (ликановая) | 18* | Масло семян Розоцветных |
Кислоты, содержащие циклопропановую или циклопропеновую группу |
|
|
Циклопропан-9,10-гексадекановая (циклопропановая) | 17* | Масло семян хлопчатника
|
Циклопропен-9,10-октадекановая (стрекуловая) | 19* | |
Кислоты, содержащие циклопентеновую группу |
|
|
9-(циклопентенил-2)-нонановая (алеприловая) | 14*
| Масло семян из семейства Гиднокарповых |
11-(циклопентенил-2)-ундекановая (гиднокарповая) | 16*
| |
13-(циклопентенил-2)-тридекановая (хаульмугровая) | 18*
|
* Общепринятого сокращенного обозначения нет.
Большинство растительных масел, получаемых в нашей стране, построено при участии 5-8 различных жирных кислот, а количество ацилглицеринов измеряется десятками.
В растительных маслах могут содержаться также и одно-кислотные триацилглицерины, но обычно в небольших количествах. Исключением могут быть масла, в которых одна из кислот является специфической или преобладающей. Так, например, в оливковом масле содержится до 80% олеиновой кислоты, в касторовом масле - до 80% рицинолевой кислоты, в тунговом - примерно столько же элеостеариновой кислоты. В таких маслах значительную долю составляют однокислотные триацилглицерины указанных жирных кислот.
Триацилглицерины в химически чистом виде бесцветны, они не имеют ни вкуса, ни запаха. Разнообразная окраска масел, различные вкусовые свойства и запах их зависят от постоянно находящихся в них структурных липидов.
В воде масла практически не растворимы. Они хорошо растворяются в неполярных органических растворителях. Масла легче воды. Их плотность находится в пределах от 900 до 980 кг/м3 при температуре 15° С, при повышении температуры плотность масла уменьшается.
Показатель преломления, или коэффициент рефракции, является величиной, характерной для каждого масла. У большинства масел он составляет 1,44-1,48. Показатель преломления у масел с большим содержанием непредельных жирных кислот всегда более высокий. Температура застывания жидких растительных масел обычно находится в области отрицательных температур. Жиры, твердые при комнатной температуре, имеют температуру застывания до 4-40° С.
К другим физическим свойствам масел относится их способность растворять газы, сорбировать различные летучие вещества и эфирные масла. Растворимость кислорода в 100 см3 масла при комнатной температуре равна 0,7-1,1 см3, углекислого газа - 4-8 см3. С повышением температуры растворимость газа в масле увеличивается.
Растительные масла вследствие высокой молекулярной массы составляющих их триацилглицеринов (среднее значение для масел подсолнечника, хлопчатника, льна, сои находится в пределах 863-938) нелетучи даже при значительном вакууме.
При температуре масел более 240-250°С они интенсивно разлагаются с образованием летучих продуктов термического распада.
Триацилглицерины при кипячении с кислотами или основаниями расщепляются по месту сложноэфирных связей с образованием глицерина и жирных кислот. Щелочной гидролиз, называемый омылением, дает глицерин и мыла. Аналогично идет гидролиз в присутствии фермента липазы. Окисляются триацилглицерины также кислородом воздуха при повышенных температурах с образованием перекисных соединений, оксикис-лот и продуктов полимеризации.