第1章 食品脂类的组成与来源
　　脂类（lipids）又称脂质，是一类由脂肪酸与醇作用脱水缩合生成的酯及其衍生物的统称，不溶于水而易溶于醇、醚、氯仿（三氯甲烷）、苯等非极性溶剂。食品脂类是指食品中的脂肪及一些脂肪伴随物，其分类见图1-1。脂类是人体需要的重要营养素之一，供给机体所需能量、提供机体必需脂肪酸，是人体细胞、组织的组分。食品脂类具有一些特殊功能，如烹调时赋予食物特殊的色、香、味，增进食欲；促进维生素A、维生素E等脂溶性维生素的吸收和利用等。适量摄入脂类对满足机体生理需要、维持人体健康发挥着重要作用。食品中脂类的存在形式有游离态的，如动物性脂肪及植物性的油脂；也有结合态的，如天然存在的磷脂、糖脂、脂蛋白中的脂肪及某些加工食品等。以游离态的脂肪为主，结合态的脂肪含量较少。
　　图1-1 食品脂类的分类
　　1.1 甘油三酯
　　甘油三酯（triglyceride）又称三酰甘油、中性脂肪，是由甘油的三个羟基与三个脂肪酸分子酯化生成的酯类物质。植物性甘油三酯多为油，常温下呈液态；动物性甘油三酯多为脂，常温下呈固态，二者统称为油脂。油脂主要是由甘油三酯构成的混合物，其甘油三酯的脂肪酸种类、碳链长度、不饱和度及几何构型对油脂的性质起着重要作用，同时，脂肪的酰基与甘油的三个羟基的结合位置，即脂肪酸在甘油三酯的位置分布对油脂的理化和营养性质也有很大影响。
　　1.1.1 结构及命名
　　甘油三酯的结构式如图1-2所示。1960年，赫斯曼（Hirschmann）提出了立体专一编号命名法（stereospecific numbering，sn）；1950年，Cahn等提出了R/S系统命名法。但后者不适用于甘油骨架1位和3位上脂肪酸相同的情况，应用有一定的限制。sn命名法首先将甘油骨架按Fisher平面投影形式在平面上写成与L-甘油醛的Fisher平面投影形式一致的平面结构，如图1-3所示，中间的羟基位于中心碳原子的左边，另外两个位于其他碳原子的右边，习惯上将碳原子从顶部到底部的次序编号为1～3，并规定将该式中从上到下的三个羟基在甘油碳架上的连接位点分别标记为sn-1、sn-2和sn-3。
　　图1-2 甘油三酯的结构式
　　图1-3 甘油的Fisher平面投影形式
　　基于此，当对甘油三酯命名时，只要标明这三个位点上的羟基分别与何种脂肪酸成酯，就可对任何甘油三酯进行准确的命名，并且可以由任何一个已知名称的甘油三酯写出其平面结构式。这种方法在1967年被国际理论与应用化学联合会（IUPAC）及国际生物化学联合会（IUB）共同认可。当硬脂酸在甘油的sn-1位酯化，油酸在sn-2位酯化，豆蔻酸在sn-3位酯化时，形成的甘油三酯可表示为sn-甘油-1-硬脂酰酯-2-油酰酯-3-豆蔻酰酯。甘油三酯的sn命名也可用更简单的形式表示，如脂肪酸可以用简单的数字表示，则命名为sn-18:0-18:1-14:0。用英文缩写表示，则命名为sn-StOM（St表示硬脂酸，O表示油酸，M表示豆蔻酸）。
　　由于sn命名比较烦琐，有时仍采用传统的α、β命名法，该方法也可部分表示出甘油三酯的立体结构，其中α指sn-1和sn-3位，β指sn-2位。
　　1.1.2 功能及应用
　　一般高级植物油脂中可能存在的甘油三酯多达125～1000种，含10～40种脂肪酸的部分油脂则可能存在1000～64000种不同的甘油三酯。但是研究表明，这些理论计算所得的甘油三酯实际只有50%～80%存在于天然油脂中。尽管如此，天然油脂的甘油三酯组成依旧十分复杂，这为甘油三酯的分离和同分异构体的鉴定工作带来了极大的困难。通常，一种天然油脂中的不同脂肪酸碳链之间的长度相差2～6个碳，双键仅相差1～3个。因而它们之间的物理化学性质彼此接近，尤其是脂肪酸交叉形成的混合甘油三酯的性质更为接近。所以，许多天然油脂的甘油三酯的种类并未得到完全确定。
　　食物中的脂肪都是甘油三酯，是人体不可缺少的三大营养素之一，摄入后90%由肠道吸收，甘油三酯的主要生理功能是为机体提供能量和必需脂肪酸。1 g甘油三酯在体内完全氧化所产生的能量约为37.6 kJ（9 kcal），比等量糖类和蛋白质产生的能量多出1倍以上。脂肪乳剂在肠外营养制剂中占有一定地位，因为脂肪在代谢时可产生能量，满足成人每日能量需要的20%～50%。甘油三酯还可协助脂溶性维生素和类胡萝卜素的吸收。患有肝、胆系统疾病的患者发生脂肪消化吸收功能障碍时，会伴有脂溶性维生素吸收障碍而造成的缺乏症。脂肪在胃中停留时间较长，因此富含脂肪的食物具有较强的饱腹感。
　　甘油三酯可以被合成制备或来源于天然产品。在天然产品中，酰基通常是不同脂肪酸残基的混合物。一些天然产生的甘油三酯是有价值的商业产品。例如，来源于棕榈的甘油三酯油在食品工业中被广泛地应用；来源于鱼的甘油三酯油在健康补充品中被应用。甘油三酯广泛应用于多种食品的配制和加工，既可用于溶解并赋予食品以特有的滋气味及颜色、促进食欲、降低微生物和卵磷脂之类的亲油性食品配料的黏性，还可作为混浊剂用于饮料中或者用作香肠压膜的润滑剂和脱模剂。
　　1.2 脂肪酸
　　脂肪酸是由碳氢组成的烃类基团连接羧基所构成的一类羧酸化合物，是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。脂肪酸最初是油脂水解得到的，具有酸性，因此而得名。在IUPAC-IUB于1976年修改公布的命名法中，脂肪酸被定义为天然油脂加水分解生成的脂肪酸羧酸化合物的总称，属于脂肪族的一元羧酸（只有一个羧基和一个羟基）。天然油脂中含有800种以上的脂肪酸，已经得到鉴定的有500种。
　　1.2.1 分类
　　根据碳链长度的不同，可将脂肪酸分为：短链脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），其碳链上的碳原子数小于6；中链脂肪酸（medium-chain fatty acid，MCFA），其碳链上碳原子数为6～12的脂肪酸，主要成分是辛酸（C8）和癸酸（C10）；长链脂肪酸（long-chain fatty acid，LCFA），其碳链上碳原子数大于12。一般食物所含的大多是长链脂肪酸。
　　根据碳氢链饱和与不饱和，可将脂肪酸分为三类，即饱和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA），其烃类基团全由单键构成；单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA），其烃类基团包含一个碳碳双键；多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA），其烃类基团包含两个或两个以上碳碳双键。富含单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的脂肪在室温下呈液态，大多为植物油，如花生油、玉米油、大豆油、坚果油、菜籽油等。而富含饱和脂肪酸的脂肪在室温下呈固态，多为动物脂，如牛油、羊油、猪油等。但也有例外，如深海鱼油是动物脂，因它富含多不饱和脂肪酸，如二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA），室温下呈液态。
　　—CH=CHCH2CH=CH—
　　非共轭酸（1，4-不饱和系统）
　　—CH=CHCH=CH—
　　共轭酸（1，3-不饱和系统）
　　图1-4 非共轭酸和共轭酸的结构
　　1.2.2 命名
　　天然脂肪酸绝大多数为偶数碳链直链的酸，极少数为奇数碳链和具有支链的酸。不饱和脂肪酸根据碳链中所含双键的多少，分为一烯酸、二烯酸和二烯以上的多烯脂肪酸。二烯以上的不饱和酸有共轭酸和非共轭酸之分。非共轭酸是指碳链的双键被一个亚甲基隔开的脂肪酸（1，4-不饱和系统），而共轭酸是指在某些碳原子间交替出现单键与双键的脂肪酸（1，3-不饱和系统），结构式如图1-4所示。
　　不饱和脂肪酸除少数为共轭酸和反式酸外，大部分是顺式结构的非共轭酸。不饱和脂肪酸的顺、反式几何异构体是指双键两边碳原子上相连的原子或原子团在空间排列上不同，氢原子在双键同侧为顺式，异侧为反式。
　　天然脂肪酸中，脂肪酸碳链上的氢原子被其他原子或原子团取代的酸为取代酸，其种类不是很多，主要是甲基取代、环取代、含氢酸、环氧酸、炔酸等，存在于少数几种油脂中，含量也很少。
　　1. IUPAC命名法
　　1）饱和脂肪酸饱和脂肪酸常用IUPAC命名法命名，以含同一数量的碳原子的烃而命名。例如，相应烷烃为正十二烷，则称为正十二烷酸，有时“正”字可以省略，称为十二烷酸。十碳以下的饱和脂肪酸一般用天干命名法表示，如CH3(CH2)2COOH称为丁酸；CH3(CH2)6COOH称为辛酸等。另外也可以用速记写法表示饱和脂肪酸，原则是在碳原子数后面加冒号，冒号后面再写一个0（表示无双键），如十四烷酸的速记写法为C14:0或14:0。普通脂肪酸一般都用俗名相称，如月桂酸（C12:0）、棕榈酸（C16:0）、硬脂酸（C18:0）、花生酸（C20:0）等。
　　2）不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸含有双键，其命名比较复杂。命名时需写出双键的数目、位置及几何构型。将脂肪酸羧基上的碳原子编号为1，然后依次编排至碳链末端，顺式酸以cis或c表示，反式酸以trans或t表示。例如，称为顺-13-二十二碳一烯酸，速记表示为13c-22:1；称为反-9-十八碳一烯酸，速记为9t-C18:1或9t-18:1。
　　另外，不饱和脂肪酸也常用能表明脂肪酸中双键离甲基的位置的n、ω速记法表示，以离甲基端最近的双键第一个碳原子的位置表示双键的位置：可表示为18:2(n-6)或18:2ω6。因此，油酸则表示为18:1(n-9)或18:1ω-6。
　　n、ω速记法仅限于：双键为顺式；若有多个双键，应为五碳双烯型（—CH= CHCH2CH=CH—）直链的不饱和脂肪酸。由于脂肪酸的生理活性和合成过程与分子中双键距离末端甲基碳原子的远近有关，因此n、ω速记法是生物化学领域中常用的表示方法。
　　其他类型的不饱和脂肪酸一般采用系统命名法命名。例如，CCH2COOH称为3α，8c-十六碳烯炔酸或8c-十六碳一烯-3-炔酸等。
　　2.习惯命名法
　　许多常见的脂肪酸都具有俗名，其命名一般根据其首先发现时的来源物名称而定。英文俗名的缩写常为第一个字母，俗名和其缩写至今仍然在科学界广为应用。例如，乙酸称为醋酸，十二烷酸称为月桂酸，顺-9，顺-12-十八碳二烯酸称为亚油酸。
　　1.2.3 常见的脂肪酸
　　常见的脂肪酸包括棕榈酸、棕榈油酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、花生四烯酸、EPA和DHA等。为了便于学习，下面就常见脂肪酸的结构和来源进行介绍。
　　1.棕榈酸
　　棕榈酸（palmitic acid，PA），又称软脂酸，学名为“十六烷酸”，分子式是C16H32O2，相对分子质量为256.42，结构式如图1-5所示。棕榈酸熔点为61～62.5℃，沸点为351.5℃，密度为0.85 g/mL。常温下是白色晶体，不溶于水，溶于醚、氯仿、丙酮等有机溶剂。它是一种长链饱和的高级脂肪酸，是人体内含量最多的游离脂肪酸，占血液中游离脂肪酸的20%～30%。棕榈酸以甘油酯的形式广泛存在于各种油脂，如桕脂、棕榈油、漆蜡、棉籽油、大豆油、花生油、玉米胚芽油、鱼油、乳脂、牛脂肪、羊脂肪、猪脂肪等中。
　　棕榈酸的生产工艺有三种，一是直接从棕榈果中提取；二是以牛油（含50%棕榈酸）、木蜡（含77%棕榈酸）为原料，在高温（250℃）、高压（50.67×105 Pa）下水解，可制得多种脂肪酸的混合物，再进行水解及碱性处理；三是以油酸为原料，在350℃碱熔，双键发生异构，与羧基处于共轭位置，进一步催化氧化，可分解为棕榈酸。