Обычно принято называть твердые триглицериды жирами, а жидкие — маслами. Но такое деление условно. Действительно, жидкий жир печени трески называют жиром, а твердые сливочное и кокосовое — маслами...
Жиры — незаменимые продукты питания. В процессе обмена веществ жиры в организме распадаются на более простые соединения вплоть до оксида углерода (IV). При этом выделяется значительное количество энергии. Это очень сложный процесс. Поскольку жиры нерастворимы в воде, они не могут непосредственно усваиваться организмом. Но под действием желчи жиры вначале переходят в стойкую эмульсию, а затем с помощью фермента липазы расщепляются на высшие карбоновые кислоты и глицерин. Эти вещества всасываются в ткань стенок кишечника, где вновь происходит синтез жира, но уже характерного для данного организма. Потом этот жир распределяется по другим органам и тканям.
Любая хозяйка знает, что при длительном хранении жиры приобретают неприятный вкус и запах, т. е. происходит прогоркание жиров. Этот процесс протекает под воздействием света, кислорода воздуха и влаги. При этом происходит окисление и гидролиз жиров. Гидролиз идет в присутствии воды, содержащейся в жире, и под влиянием особых микроорганизмов, присутствующих в воздухе. Кислород тоже оказывает свое влияние. Он способствует образованию неустойчивых соединений, которые затем разлагаются с выделением альдегидов и карбоновых кислот с короткими радикалами. При этом часто образуется масляная кислота, которая, как известно, неприятно пахнет.
Русский химик Сергей Александрович Фокин (1865-1917) долгое время занимался изучением жиров. В 1902-1903 гг. ему удалось превратить жидкие масла в твердые жиры. Для этого он пропускал водород через нагретую смесь масла и измельченного катализатора (никеля). Водород присоединялся по месту двойных связей в молекуле жира. В результате остатки непредельных высших кислот, входящих в молекулу масла, превращались в предельные.
Так из жидкого масла получают твердый жир.
Первая установка по гидрированию жидких масел была создана в России в 1909 г. Твердый жир, полученный методом гидрирования жидких масел, стали называть саломасом, или комбижиром. Этот продукт используют для получения ценного пищевого продукта — маргарина (от греч. маргарон — перламутр, жемчуг). Для этого применяют только высококачественные жидкие масла. Известно, что первый маргарин был получен во Франции еще в 1870 г. Однако для его получения использовали другой метод — простое смешение твердых и жидких жиров в таком соотношении, чтобы полученный продукт плавился при температуре человеческого тела. В России первый маргариновый завод был построен в 1874 г., а в начале XX в. таких заводов было уже несколько.
В современном производстве маргарина используют растительные масла, которые содержат в основном непредельные карбоновые кислоты. Вначале эти масла превращают в процессе гидрирования в твердые жиры. Они-то и являются основой маргарина. Затем в полученный продукт добавляют эмульгаторы, консерванты, молоко, ароматические вещества, витамины и небольшое количество сливочного масла. Добавляют туда и пищевой краситель. Различные сорта маргарина различаются характером этих добавок и степенью гидрирования. По питательности и вкусовым качествам маргарин несколько уступает сливочному маслу, но по усвояемости и калорийности не отличается от него. Более того, содержание непредельных триглицеридов в маргарине несколько выше, чем в сливочном масле (конечно, при неполном гидрировании растительных масел). Это, по мнению медиков, препятствует образованию отложений в кровеносных сосудах.
8.3. Сахар, хлеб и бумага
На первый взгляд кажется, что может быть общего между сахаром, хлебом и бумагой! Ведь эти продукты совсем не похожи друг на друга. Но это только кажется. У этих продуктов есть общий «родственник» — глюкоза.
Почти все слышали об этом сладком веществе, которое в виде таблеток продается в любой аптеке. Но не все знают, какую огромную роль играет глюкоза в животном и растительном мире.
Глюкоза принадлежит к обширному классу соединений, которые называют углеводами или сахарами. К углеводам принадлежит не только глюкоза, но и обычный сахар (химики называют его сахарозой), фруктоза, крахмал и целлюлоза (главная составная часть растительных клеток) и многие другие вещества. Углеводы — это природные органические соединения, которые составляют основную массу органического вещества нашей планеты. Ежегодно растения Земли с помощью фотосинтеза создают около 200 миллиардов тонн органического вещества (90% — водоросли и 10% — растения).
Использовать углеводы человек начал очень давно — с тех пор, когда научился перерабатывать дикорастущую флору Земли. Вероятно, еще в палеолите древние люди использовали волокна дикорастущего хлопчатника, который представляет собой почти чистую целлюлозу (полисахарид). Изготовление хлопчатобумажных тканей, переработка древесины, виноделие, изготовление бумаги и бездымного пороха, получение сахара из сахарной свеклы или тростника — все это связано с переработкой углеводсодержащего растительного сырья.
Переработка растительных продуктов начала закладываться еще в середине XVII в. В то время появился и первый научный трактат «Сахарология» итальянского химика и врача Анджело Сала (1576-1637). Однако только в середине XVIII в. начала зарождаться химия углеводов как наука.
Углеводы делят на простые (моносахариды) и сложные (полисахариды). Самым важным и хорошо изученным представителем простых углеводов является глюкоза. Ее эмпирическую формулу (С6Н12O6) установил в 1837 г. Й. Берцелиус. Однако только в 1860 г. П. Бертло обнаружил, что в состав молекулы глюкозы входят гидроксильные группы, а через 9 лет русский химик Александр Андреевич Колли (1840-1916) определил их количество. Их оказалось пять. Было также установлено, что молекула глюкозы содержит альдегидную группу. Однако ее свойства были настолько необычными, что это привело к разногласиям среди химиков.
Только в начале XX в. выяснились особенности этой группы. Для глюкозы химики предложили такую структурную формулу.
Как видите, альдегидная группа находится в начале углеродной цепи. Однако в результате многочисленных исследований А. А. Колли пришел к выводу, что молекула глюкозы может находиться не только в линейной (альдегидной) форме, но и в циклической.
Вот схема перехода линейной формы молекулы глюкозы в циклическую форму в водном растворе.
Почему возможен такой переход? Дело в том, что молекула глюкозы в пространстве, находясь в альдегидной форме, изогнута. Ведь каждый ее углеродный атом — центр тетраэдра. В результате гидроксильная группа при пятом углеродном атоме может оказаться рядом с атомом кислорода альдегидной группы. Поскольку карбонильная группа поляризована, то гидроксильный водород способен перейти к атому кислорода.
При этом устанавливается связь между углеродным атомом альдегидной группы и атомом кислорода гидроксильной группы. В результате между первым и пятым углеродными атомами появляется кислородный «мостик». Так как карбонильная группа превращается в гидроксильную, то число этих групп в шестичленной форме остается таким же, как и в альдегидной форме, — пять. Однако образовавшаяся гидроксильная группа (вместо карбонильной группы) — особая, непохожая на другие. Ее часто называют псевдоальдегидной (от греч. pseudos — ложная) группой. Такое название она получила потому, что способна снова превратиться в альдегидную. И так меняется: то альдегидная, то гидроксильная... Поэтому альдегидная и циклическая формы глюкозы — изомеры. Но все же преобладает шестичленная циклическая форма (99%).{Глюкоза может находиться и. в пятичленной циклической форме (1%).} Еще об одной особенности необходимо сказать. Псевдоальдегидная группа может занимать различное положение относительно плоскости цикла. Если она расположена по ту же сторону, что и гидроксильные группы при втором и четвертом углеродных атомах, то такую форму глюкозы называют α-глюкозой, если по разные стороны — β-глюкозой. Это очень важно. Вы убедитесь в этом, когда мы будем рассматривать строение молекул крахмала и целлюлозы.
Глюкоза — ценное питательное вещество. В организме она окисляется с выделением энергии:
Эта энергия превращается в тепловую, и главным образом в химическую, энергию, которая идет на синтез аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) — универсального «аккумулятора» энергии в организме. Глюкоза — единственный углевод, который постоянно циркулирует в кровеносной системе в значительных (но постоянных!) количествах (0,08-0,11%).
Глюкозу получают из крахмала при его гидролизе в присутствии разбавленных минеральных кислот:
Глюкозу часто используют в кондитерском производстве. Она идет на изготовление карамели, мармелада, пряников и т. д. Применяют ее в ряде производств в качестве восстановителя. Например, при нагревании раствора глюкозы с аммиачным раствором оксида серебра образуются металлическое серебро и продукт окисления глюкозы — глюконовая кислота:
Как известно, такую реакцию называют реакцией «серебряного зеркала». Ее используют для серебрения многих изделий, в том числе елочных игрушек. Глюкоза широко используется в медицине. Из нее получают витамин С (аскорбиновую кислоту), отсутствие или недостаток которого вызывает тяжелое заболевание — цингу.
Другим простым углеводом (моносахаридом) является фруктоза (фруктовый сахар). Отличается она от глюкозы тем, что вместо альдегидной группы содержит карбонильную (кетонную) группу. Эта группа занимает второе место от края цепи в молекуле фруктозы.
Молекула фруктозы, как и молекула глюкозы, содержит шесть углеродных атомов и пять гидроксильных групп. Однако если глюкоза — альдегидоспирт, то фруктоза — кетоноспирт.