Страшные трансжиры | Научно-популярный журнал "Химия и Жизнь"

Страшные трансжиры
Леенсон И.А.
(«ХиЖ», 2019, №2)

pic_2019_02_26.jpg

Художник Ф.Э.Ниеминен

Жиры, как известно из школьной химии, — это сложные эфиры глицерина и органических кислот. Если кислоты имеют длинную (и чаще всего неразветвленную) цепочку из атомов углерода, их называют жирными. В природных жирах таких кислот больше всего. Например, в свином сале может содержаться до 31% гексадекановой (пальмитиновой) кислоты, до 23% октадекановой (стеариновой) кислоты (это насыщенные кислоты) и до 44% ненасыщенной октадеценовой (олеиновой) кислоты. В молекулах этих кислот 16 или 18 атомов углерода.

В молекуле глицерина три гидроксильные группы, и с каждой из них может связаться одна молекула кислоты. В результате получается молекула триглицерида (анализ на триглицериды в крови проводят для диагностики нарушений жирового обмена и оценки риска развития атеросклероза). При нагревании жиров с растворами щелочей происходит расщепление (омыление) триглицеридов с высвобождением глицерина и мыла — солей жирных кислот. Длительное нагревание жира с чистой водой приводит к образованию свободных жирных кислот. Расщепление триглицеридов значительно ускоряется в присутствии фермента липазы. В организме человека этот процесс происходит в тонком кишечнике, а липаза вырабатывается в поджелудочной железе. Обратный процесс образования триглицеридов из жирных кислот и глицерина называется этерификацией.

В одной молекуле триглицерида три кислотных остатка могут быть одинаковыми или разными. А так как жирных кислот известно множество (только в молоке их найдено около 400), это дает огромное количество различных природных триглицеридов; в том же молочном жире до 98% жирных кислот входят в состав 43 основных триглицеридов. Когда в тонком кишечнике липаза расщепляет триглицериды, то высвободившиеся жирные кислоты организм частично использует для повторного синтеза триглицеридов, специфичных для данного организма, а частично — как источник энергии.

Такие же превращения можно провести и вне организма. В результате частичного гидролиза триглицеридов образуются ди­ и моноглицериды, которые можно снова превратить в синтетические триглицериды, используя уже другие кислоты, причем необязательно жирные. Так получают различные пищевые добавки. Их используют в качестве эмульгаторов, модификаторов и стабилизаторов пищевых продуктов. Например, Е471 — это моно­ и диглицериды жирных кислот; если при их этерификации использовать уксусную кислоту, получается пищевая добавка Е472а, использование молочной кислоты дает Е472b, лимонной кислоты — Е472с, винной кислоты — Е472d. В организме они расщепляются на легко усваиваемые компоненты.

Консистенция жира и его температура плавления зависят от прочности кристаллической решетки триглицеридов. А эта прочность зависит от того, насколько удобно могут упаковываться длинноцепочечные хвосты жирных кислот. Если жирные кислоты насыщенные (например, стеариновая или пальмитиновая) и образуются группами –СН2–, то такие цепочки гибкие, что облегчает их взаимное наиболее выгодное расположение. Гибкость цепочек обеспечивает свободное вращение вокруг одинарной связи С–С. Соответственно, такой жир будет твердым при комнатной температуре. Если жирные кислоты ненасыщенные (например, олеиновая или линолевая) и в составе их цепочек есть одна или несколько двойных связей –СН=СН–, то гибкость таких цепочек резко снижается (вращение вокруг связи С=С невозможно), им намного труднее упаковаться в твердый кристалл. Значит, такой жир при комнатной температуре будет жидким.

Традиционно жидкие жиры называют маслами. В природных жирах можно найти самые разные сочетания насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. От их соотношения в основном и зависят физические свойства жиров и масел. Если преобладают насыщенные жирные кислоты, получается животный жир, если ненасыщенные — растительное масло. В ряде случаев жир при 20°С твердый, но плавится уже при небольшом нагреве. Таково, например, пальмовое масло или масло какао. Поскольку природные жиры — сложные смеси, у них нет определенной температуры плавления (застывания), а только некоторый интервал. Так, говяжий жир (он содержит 53–65% насыщенных жирных кислот) плавится в интервале от 44 до 55°С, тогда как подсолнечное масло (10–12% насыщенных жирных кислот) застывает лишь в интервале от –16 до –19°С. Дело осложняется еще тем, что в твердом виде жиры и масла образуют несколько кристаллических модификаций; например, у масла какао их шесть, и каждая имеет свою температуру плавления. Значительно отличаются и химические свойства насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Первые гораздо стабильнее, тогда как вторые могут окисляться даже кислородом воздуха. В результате окисления (а также гидролиза) растительные масла прогоркают.

Химики хорошо знают, что у соединений с двойной связью возможно существование двух изомеров, в зависимости от взаимного расположения заместителей (в данном случае — атомов водорода) при двойной связи. Если они находятся по одну сторону от связи С=С, к названиям таких изомеров добавляется префикс цис-­, а если по разные стороны — префикс транс-­. Эти термины ввел в 1874 году один из основателей стереохимии Вант­Гофф; на латыни cis — по эту сторону, trans — по ту сторону, за, через (так, трансурановые элементы следуют в Периодической системе за ураном). Молекулы (в том числе и жирных кислот) с цис­конфигурацией имеют уголковую форму, а с транс­ конфигурацией более линейны и по своей форме больше похожи на насыщенные жирные кислоты. У полиненасыщенных жирных кислот с несколькими двойными связями цис­транс­изомерия возможна у каждой двойной связи. Различие в форме цис-­ и транс-­ фрагментов в молекулах жирных кислот имеет важное биологическое значение, поскольку триглицериды входят в состав биологических мембран.

Растительные жиры дешевле животных, поэтому химики давно думали о том, как превратить ненасыщенные соединения в насыщенные. Такой процесс происходит в результате присоединения водорода по двойной связи и называется гидрированием. Свободный молекулярный водород в реакцию вступать не будет, его нужно активировать катализатором. Такой катализатор, в виде нагретого мелкодисперсного никеля, использовали в 1897 году французские химики Поль Сабатье и Жан Батист Сандеран. Реакцию Сабатье — Сандерана широко используют в производстве маргарина. Ее проводят при давлениях от 2 до 10 атм и температурах от 160 до 220°С в присутствии до 0,1% никелевого катализатора. Процесс осложняется тем, что помимо гидрирования двойных связей происходит их изомеризация, а также перемещение по цепи. В результате может образоваться от 5 до 40% транс­жирных кислот.

Насколько опасны транс-ненасыщенные жирные кислоты? Раньше они попадали в продукты питания в основном в виде маргарина: при его производстве широко использовалось гидрирование растительных масел, в результате трансжиров в маргарине могло быть до 9%. Но современные технологии позволяют значительно снизить этот уровень. Более того, появились сорта маргарина, вовсе не содержащие гидрированные жиры. Их заменили водные эмульсии растительных масел и животных жиров. А если все же трансжиры попадут в пищу — что будет? В разных статьях можно прочитать, что они «повреждают стенки артерий, вызывают сердечно-сосудистые и онкологические заболевания, болезнь Альцгеймера и депрессию». И даже что транс-конфигурация «считается неправильной, так как организм человека просто неспособен ее воспринимать на клеточном уровне». Насколько это доказано?

Начнем с того, что в природных жирах и маслах ненасыщенные жирные кислоты присутствуют как в цис­-, так и в транс­конфигурации. Например, молекула олеиновой кислоты имеет цис­форму, а элаидиновой — транс­форму. В молекуле линолевой кислоты — две сопряженные (разделенные одной простой связью) двойные связи, причем одна — в цис­конфигурации, другая — в транс­. Еще в 1979 году в опытах на мышах была обнаружена антираковая активность линолевой кислоты. Более того, предполагают, что эта кислота снижает риск сердечно-­сосудистых заболеваний и воспалительных процессов. Но и эти данные пока основаны только на опытах с животными.

Трансжиры содержатся в коровьем и козьем молоке, в говядине и баранине, а также в жире тропических плодов дуриана: в них может быть до 2,5% элаидиновой (транс-­9­-октадеценовой кислоты). Образование трансжиров в желудке жвачных животных происходит в результате той же цис­транс­изомеризация, только катализатором служит не никель, а ферменты. В результате в мясных и молочных продуктах могут содержатся и трансжиры, их там 5–8%. Поэтому неверно высказываемое иногда мнение, что трансжиры появились в рационе человека недавно и для их усвоения в организме еще «не успели сформироваться нужные ферменты». Интересно, что если коровы много месяцев пасутся на пастбище, а не кормятся комбикормами в стойлах, то в их мясе и молоке содержание трансжиров выше. Кулинарная обработка при высоких температурах повышает содержание трансжиров. Есть они и в женском молоке.

Вообще, биологическая роль трансжиров изучена недостаточно. Например, мало данных о вкусовых привычках исследуемых людей — сколько и чего они съедают каждый день, а без этого нельзя набрать статистику. (Очевидно, что невозможно большую группу людей кормить продуктами с повышенным содержанием трансжиров, а другую группу оставить для контроля.) Кроме того, неблагоприятный эффект от трансжиров трудно отделить от эффекта насыщенных жиров, которые употребляются одновременно. Имеющаяся информация свидетельствует, что трансжиры не влияют на рост тканей в организме человека, на репродукцию, на заболевание раком молочной и предстательной железы и кишечника. Однако они увеличивают риск сердечно-­сосудистых заболеваний, но эффект невелик. Причина — увеличение ЛПНП (липопротеинов низкой плотности, «плохого холестерина») и одновременное снижение ЛПВП (липопротеинов высокой плотности, «хорошего холестерина»). Показано, что употребление продуктов с очень большим (до 40%) содержанием трансжиров повышает шансы развития сахарного диабета.

Врачи и диетологи дружно рекомендуют «сбалансированную диету», тем не менее в разных странах их рекомендации различаются. Все же есть общее мнение о желательности ограничить потребление не только животных жиров, но и растительных масел — чтобы они давали в сумме не более трети всех калорий, причем насыщенные жиры должны давать не больше 10% калорий. Следует учесть, что в обычном рационе люди потребляют намного больше насыщенных жирных кислот, чем транс­ненасыщенных. Поэтому роль последних относительно невелика, и для снижения риска сердечно­сосудистых заболеваний следует ограничить потребление насыщенных жиров.




Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 2/2019) на с. 26 — 27.

Еще по теме

prev_2018_01_18.jpg

В 2005 году в нашем журнале уже публиковались краткие обзоры современных мифов: о воде, о еде и питье, о болезнях и лекарствах. Но тема неисчерпаема, а «химическая мифология» популярности не теряет. Недавно четыре венгерских химика из Дебреценского университета написали монографию «100 химических мифов: недоразумения, неверные трактовки, объяснения», которая была переведена на английский язык и выпущена издательством «Шпрингер».

>>
Мифы о продуктах питания | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

Тезис о том, что «все продукты сейчас отравлены», — типичное проявление хемофобии, а хемофобия — следствие незнания и деятельности нечистоплотных СМИ. Послушать алармистов, в пищевой промышленности работают вредители, которые коварно отравляют продукты. Однако население земли вовсе не вымирает, а увеличивается, причем быстро, и средняя продолжительность жизни постоянно растет.


>>
prev_2018_03_14.jpg

Лишь очень малая часть синтетических соединений, попадающих в наш организм, когда-либо исследовалась на предмет опасности для здоровья, включая канцерогенность, воздействие на репродуктивную функцию, на внутриутробное развитие, иммунную систему и так далее. Те, которые изучают, — изучают на подопытных животных; на людях это делать неэтично. Кроме того, обычно изучается воздействие отдельных веществ, тогда как в реальной жизни на нас действует их смесь. При этом каждый год на рынке появляется до 1800 новых химических соединений.

>>
prev_2018_04_28.jpg

В июне 2007 года вступил в силу регламент Европейского союза по «регистрации, оценке, авторизации, ограничению производства и использования химических веществ» — Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals, сокращенно REACH. В истории Евросоюза это наиболее детально разработанный законодательный акт, занимающий более 1200 страниц текста; в документе 141 статья, дополненная 27 приложениями.


>>
prev_2018_05_24.jpg

«Экологический образ» химической промышленности, мягко выражаясь, оставляет желать лучшего. Когда простой человек слышит или читает что-либо о химических превращениях, то чаще всего это вызывает у него только отрицательные эмоции. Они связаны с загрязнением окружающей среды, с авариями на химических предприятиях, потому что такие аварии благодаря СМИ становятся широко известными. В то же время фармацевтическая промышленность и биотехнология избежали подобной участи: считается, что они не наносят вреда окружающей среде. А как на самом деле?

>>
prev_2018_07_22.jpg

Авторы книги «100 химических мифов» отдают должное Менделееву, его интуиции и уверенности в своей правоте. Ведь он описывал свойства неизвестных элементов, когда многие химики считали, что уже открыты почти все химические элементы! Лишь Менделеев осмелился не только предсказать открытие новых элементов, но и указать их место в таблице и даже их свойства. Потому что он понимал, что периодическая таблица — не просто удобный способ систематики, а закон природы. Всего таких предсказаний он сделал 16. Авторы книги о химических мифах приводят примеры всех таких предсказаний, в том числе и не подтвердившихся.

>>
prev_2018_09_44.jpg

Широкую известность в конце первого десятилетия XXI века получил эксперимент по «удобрению океана» сотрудниками Института полярных и морских исследований в Бременхафене. Они решили проверить, можно ли уменьшить парниковый эффект, вызванный углекислым газом, удобряя океан соединениями железа. Дело в том, что американский океанограф Джон Мартин ранее показал, что для роста планктона в поверхностных слоях океана необходимы микроколичества железа.

>>
prev_2018_10_32.jpg

Свинец — один из семи металлов, известных с древности. Он иногда встречается в самородном виде и легко выплавляется из руды. Однако повышенное содержание свинца в организме приводит к отравлению. Как же он может туда попасть?

>>

prev_2018_11_18.jpg

«Скользкость льда, — пишет известный популяризатор науки Я.И.Перельман в одном из рассказов в «Занимательной физики», — зависит главным образом не от гладкости, а <...> от того, что температура плавления льда понижается при увеличении давления…» Однако ученые и преподаватели продолжают обсуждать физику скольжения коньков на морозе, и приведенное Перельманом «простое объяснение» подвергается сомнению.

>>
prev_2018_12_32.jpg

Пищевые красители, особенно синтетические, вызывают больше всего вопросов и возражений, когда речь заходит о пищевых добавках. Важно еще и то, что часто красители добавляют сверх меры, чтобы придать товару более привлекательный вид. Потому что природные красители в разных фруктах и ягодах часто окрашены недостаточно интенсивно. Не следует думать также, что если краситель «натуральный», то есть выделен из природных источников, то он безвреден — это миф. Вот несколько примеров.

>>