脂肪酸

脂肪酸是由碳、氫、氧三種元素組成的一類化合物，是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。脂肪酸代謝脂肪酸根據碳鏈長度的不同又可將其分為：短鏈脂肪酸，其碳鏈上的碳原子數小于6，也稱作揮發(fā)性脂肪酸；中鏈脂肪酸，指碳鏈上碳原子數為6-12的脂肪酸，主要成分是辛酸（C8）和癸酸（C10）；長鏈脂肪酸，其碳鏈上碳原子數大于12。一般食物所含的大多是長鏈脂肪酸。脂肪酸根據碳氫鏈飽和與不飽和的不同可分為3類，即：飽和脂肪酸，碳氫上沒有不飽和鍵；單不飽和脂肪酸，其碳氫鏈有一個不飽和鍵；多不飽和脂肪酸，其碳氫鏈有二個或二個以上不飽和鍵。

簡介

脂肪酸是自然界中廣泛存在的一類有機化合物，以其長鏈狀的碳氫化合物結構為特征，并在生物體內發(fā)揮著重要的生理作用。脂肪酸根據碳鏈的飽和程度，可分為飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸兩大類。飽和脂肪酸的碳鏈中僅含有單鍵，而不飽和脂肪酸的碳鏈中至少含有一個雙鍵。

在分子結構上，脂肪酸由一個長的烴鏈和一個末端的羧酸基團組成。烴鏈的長度通常在4到36個碳原子之間，而自然界中最常見的脂肪酸碳鏈長度為16到18個碳原子。脂肪酸的物理和化學性質，如熔點、溶解度和疏水性，均受到烴鏈長度和不飽和程度的影響1。

脂肪酸參與能量代謝，是細胞內能量儲存（如脂肪）和傳遞（如甘油三酯的運輸）的主要形式。在人體內，脂肪酸通過β-氧化過程被分解，釋放出能量供生理活動所需。

不飽和脂肪酸中的多不飽和脂肪酸，如ω-3和ω-6脂肪酸它們是人體必需的脂肪酸，因為人體無法自行合成這些脂肪酸，必須通過飲食攝取。這些多不飽和脂肪酸對于調節(jié)血脂、減少心血管疾病風險、促進大腦發(fā)育等方面具有顯著效果。然而，過多攝入飽和脂肪酸可能會增加心血管疾病的風險。因此，脂肪酸的攝入平衡和種類選擇是營養(yǎng)學和健康管理中的重要議題

研究簡史

1789年，法國Antoine Lavoisier 首次確定了脂肪和油的元素組成，發(fā)現它們主要由碳和氫原子組成，而淀粉和糖類則含有氧原子，他將后者視為脂肪的氧化物。

1805年， Michel-Eugene Chevreul 對動物脂肪進行了深入研究，首次分離出具有酸性性質的脂肪酸分子，并闡明了皂化反應的原理，即通過堿處理脂肪或油，使甘油與脂肪酸分離。

1805-1806年， Chevreul 等人發(fā)展了基于脂肪酸在多種溶劑中的溶解度差異、多次結晶和熔點測定的純化和鑒定技術。

1854年， Marcellin Berthelot 成功地合成了脂肪，這是首次在實驗室中合成自然界中不存在的有機物質。

1840年： Justus von Liebig 研究了脂肪酸的代謝，提出了糖類轉化為脂肪的方程式，為后來的代謝研究奠定了基礎。

1870年代： Felix Hoppe-Seyler 發(fā)現了磷脂。

1878年： Johann Ludwig WilhelmThudichum 描述了腦脂肪的化學組成。

1929年： George 和 Mildred Burr 的研究表明，缺乏膳食脂肪酸會導致大鼠出現缺乏癥，證明了脂肪酸是人體必需的營養(yǎng)物質，其中亞油酸和α-亞麻酸是必需脂肪酸。

物理性質

純凈的脂肪酸通常是無色的，某些脂肪酸具有自己特有的氣味，

脂肪酸的相對密度一般小于1，與其相對分子質量成反比，隨溫度升高而降低，隨碳鏈增長而減小。不飽和鍵越多，密度越大。

隨著碳鏈的增長，脂肪酸的熔點呈不規(guī)則升高。奇數碳原子鏈脂肪酸的熔點低于其相鄰的偶數碳脂肪酸。不飽和脂肪酸的熔點通常低于飽和脂肪酸，雙鍵越多，熔點越低，雙鍵位置越靠近碳鏈兩端，熔點越高。

脂肪酸的沸點隨碳鏈增長而升高，飽和度不同但碳鏈長度相同的脂肪酸沸點相近。

低級脂肪酸易溶于水，但隨著相對分子質量的增加，在水中的溶解度減小，以至溶或不溶于水，而溶于有機溶劑。一般脂肪酸越低級，不飽和度越高確認級數與飽和度的關系，其在有機溶劑中的溶解度也就越大，溫度越高溶解度越大，碳鏈越長溶解度越小。

在高級脂肪酸中，存在非極性的長碳鏈和極性的-COOH基與-COOR基。碳鏈長短與不飽和鍵的多少各有差異。

置于前文分子結構介紹脂肪酸可以用下面的方式表達它們的名稱、碳原子數、不飽和雙鍵的數目和位置。在表達它們的名稱時，先寫出碳原子的數目，再寫出雙鍵的數目，最后用△及右上角的數字表示雙鍵的位置，并在雙鍵位置數字后面加上c（cis，順式）或t（trans，反式）表示雙鍵的構型。例如，亞油酸的化學名稱是順，順-9，12-十八烯酸。

分子結構：天然脂肪酸的分子結構存在一些共同規(guī)律，如碳數為偶數的長鏈脂肪酸、順式結構、雙鍵位置規(guī)律等，例如：脂肪酸的碳鏈長度一般為偶數，多為16-20個碳原子。高等動植物的不飽和脂肪酸一般都是順式結構（cis），反式（trans）很少。不飽和脂肪酸的雙鍵位置有一定的規(guī)律：一個雙鍵者，位置在9和10碳原子之間；多個雙鍵者，也常有9位的雙鍵，其余雙鍵在C9與碳鏈甲基末端之間，兩個雙鍵之間有亞甲基間隔。23

化學性質

脂肪酸在有充足氧供給的情況下，可氧化分解為CO2和H2O，釋放大量能量，是生物體的主要能量來源之一，例如：軟脂酸（C16:0）經7次β-氧化可生成8個乙酰CoA、7個NADH和7個FADH2，最終釋放出能量。

奇數碳原子脂肪酸和不飽和脂肪酸的氧化分解途徑有所不同，例如：奇數碳原子脂肪酸的β-氧化除了生成乙酰CoA外，還會生成1分子丙酰CoA，后者需經進一步轉化才能被徹底氧化。不飽和脂肪酸的氧化分解需要異構酶和還原酶參與，例如油酸的氧化分解需要異構酶將其轉化為trans-△2-十二碳烯脂酰CoA，才能進行正常的β-氧化。

脂肪酸在肝臟進行正常分解代謝時，會生成酮體，但在某些生理或病理情況下，酮體生成過多會導致酮血癥和酮尿癥，例如：饑餓或禁食時，糖的來源或氧化供能障礙，脂動員增強，脂肪酸就成了人體的主要供能物質，導致酮體生成增多。糖尿病患者由于胰島素分泌不足或細胞對胰島素不敏感，導致糖的利用受阻，脂肪酸分解增加，酮體生成增多。酮體（acetone bodies）是脂肪酸在肝臟進行正常分解代謝所生成的特殊中間產物，包括有乙酰乙酸（約占30%），β-羥丁酸（約占70%）和極少量的丙酮。正常人血液中酮體含量極少，這是人體利用脂肪氧化供能的正?，F象。但在某些生理情況（饑餓、禁食）或病理情況下（如糖尿?。?，糖的來源或氧化供能障礙，脂動員增強，脂肪酸就成了人體的主要供能物質。若肝中合成酮體的量超過肝外組織利用酮體的能力，二者之間失去平衡，血中濃度就會過高，導致酮血癥和酮尿癥。乙酰乙酸和β-羥丁酸都是酸性物質，因此酮體在體內大量堆積還會引起酸中毒。45

檢測方法

內標法

1、 水解-提取法:加入內標物的試樣經水解-乙醚溶液提取其中的脂肪后,在堿性條件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,經毛細管柱氣相色譜分析,內標法定量測定脂肪酸甲酯含量。依據各種脂肪酸甲酯含量和轉換系數計算出總脂肪、飽和脂肪(酸)、單不飽和脂肪(酸)、多不飽和脂肪(酸)含量。動植物油脂試樣不經脂肪提取,加入內標物后直接進行皂化和脂肪酸甲酯化。

2、 酯交換法(適用于游離脂肪酸含量不大于2%的油脂):將油脂溶解在異辛烷中,加入內標物后,加入氫氧化鉀甲醇溶液通過酯交換甲酯化,反應完全后,用硫酸氫鈉中和剩余氫氧化鉀,以避免甲酯皂化。

外標法

1、水解-提取法:試樣經水解-乙醚溶液提取其中的脂肪后,在堿性條件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,經毛細管柱氣相色譜分析,外標法定量測定脂肪酸的含量。動植物純油脂試樣不經脂肪提取,直接進行皂化和脂肪酸甲酯化。

2、 乙酰氯-甲醇法(適用于含水量小于5%的乳粉和無水奶油試樣):乙酰氯與甲醇反應得到的鹽酸甲醇使其中的脂肪和游離脂肪酸甲酯化,用甲苯提取后,經氣相色譜儀分離檢測,外標法定量。

3、 酯交換法(適用于游離脂肪酸含量不大于2%的油脂):將油脂溶解在異辛烷中,加入氫氧化鉀甲醇溶液通過酯交換甲酯化,反應完全后,用硫酸氫鈉中和剩余氫氧化鉀,外標法定量測定脂肪酸的含量。

歸一化法

1、水解-提取法:試樣經水解-乙醚溶液提取其中的脂肪后,在堿性條件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,經毛細管柱氣相色譜分析,面積歸一化法定量測定脂肪酸百分含量。動植物油脂試樣不經脂肪提取,直接進行皂化和脂肪酸甲酯化。

2、 酯交換法(適用于游離脂肪酸含量不大于2%的油脂):將油脂試樣溶解在異辛烷中,加入氫氧化鉀甲醇溶液通過酯交換甲酯化,反應完全后,用硫酸氫鈉中和剩余氫氧化鉀,面積歸一化法定量測定脂肪酸百分含量。

結構種類

根據碳鏈長度和飽和程度，脂肪酸可分為短鏈、中鏈、長鏈脂肪酸，以及飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸、多不飽和脂肪酸，例如：

短鏈脂肪酸（SCFA）：碳鏈上的碳原子數小于6，也稱作揮發(fā)性脂肪酸（VFA），如丁酸、己酸。

中鏈脂肪酸（MCFA）：碳鏈上碳原子數為6-12，主要成分是辛酸（C8）和癸酸（C10）。

長鏈脂肪酸（LCFA）：碳鏈上碳原子數大于12，如軟脂酸、硬脂酸、油酸。

飽和脂肪酸（SFA）：碳氫上沒有不飽和鍵，如軟脂酸、硬脂酸。

單不飽和脂肪酸（MUFA）：其碳氫鏈有一個不飽和鍵，如油酸。

多不飽和脂肪酸（PUFA）：其碳氫鏈有兩個或兩個以上不飽和鍵，如亞油酸、亞麻酸。

前置命名： 脂肪酸的命名方式包括碳原子數、不飽和雙鍵的數目和位置，以及雙鍵的構型，例如：亞油酸：化學名稱是順，順-9，12-十八烯酸。

一般動物脂肪中含飽和脂肪酸多；而高等植物和在低溫條件下生長的動物的脂肪中，不飽和脂肪酸的含量較高。

天然三?；视偷娘柡椭舅峤^大多數都是偶碳數直鏈的，奇碳數鏈的極個別，含量也極少。

飽和脂肪酸是非常柔韌的分子，理論上圍繞每個C-C鍵都能相對自由地旋轉，因而有的構像范圍很廣。但是，其充分伸展的構象具有的能量最小，也最穩(wěn)定；因為這種構象在毗鄰的亞甲基間的位阻最小。378

來源

天然來源

脂肪酸主要是從天然油脂經水解、精餾，石蠟氧化或從松木造紙廢液中回收妥爾油經精餾等三種方法制得。從石蠟氧化生產脂肪酸，主要是生產天然油脂中不具有的單碳數脂肪酸。隨著世界各國對生態(tài)環(huán)境和環(huán)境保護的重視，對天然林的保護和禁伐，使得妥爾油資源產量、質量逐年下降。目前從天然油脂經水解、精餾生產的脂肪酸占脂肪酸總量的4/5以上，利用天然動植物油脂及精煉副產品分離提純的脂肪酸，是世界脂肪酸的主要來源。

在原料資源分布上，東南亞地區(qū)擁有“植物油生產王國”的稱號，是世界油脂重要的輸出地區(qū)，有豐富的棕櫚油和椰子油。棕櫚仁油和椰子油是提供生產C8-14脂肪酸的原料，C8-14主要用于生產表面活性劑。棕櫚油是提供生產C16-18脂肪酸的原料。C16-18主要用于生產硬脂酸及酯類、脂肪酸鹽、陽離子表面活性劑和合成樹脂等。

橄欖油、菜籽油、棉籽油、大豆油、妥爾油和動物脂為原料制得C16-22脂肪酸。美國則從大豆油、妥爾油、動物脂、棉籽油、菜籽油和海甘藍為原料制得C16-22脂肪酸，其中海甘藍已成為比高芥酸菜籽油芥酸含量更高、性能更好的一種生產芥酸的原料。

油脂消費按國際標準推薦量:24Kg/(人、年)，世界人均消費量18.6Kg/(人、年)，新加坡、我國香港和臺灣15Kg/(人、年)。我國食用油消費按國內貿易局統(tǒng)計:1993年我國人均消費量6.87Kg/(人、年)，1998年達8.47Kg/(人、年)，2001年8Kg/(人、年)，2003年9.98Kg/(人、年)，其人均油脂年消費量僅為世界人均消費量的一半左右。除非用于生產食品添加劑，并不要求使用食用級的油脂，因此通常選用最便宜的原料，如從食用油豆油，菜籽油、棉籽油、米糠油和棕櫚油等精煉加工的副產品酸化油為原料生產脂肪酸是經濟可行的，同時充分利用植物油精煉下腳料酸化油、餐飲廢油、廢次油脂、骨油等動植物油生產脂肪酸，是我國脂肪酸工業(yè)發(fā)展的一條出路。

人工來源

通過基因改造，植物可以產生更高水平的PUFAs，例如通過將海洋生物的脂肪酸合成酶基因導入植物中。這種方法有望提供可持續(xù)且經濟實惠的PUFAs來源。10

工程微生物：通過基因改造和代謝工程，微生物可以被設計成高效地生產特定類型的脂肪酸，包括PUFAs和生物燃料生產所需的脂肪酸。這種方法具有可控性強、生產效率高和環(huán)境影響小等優(yōu)點。11

生物煉制：利用有機廢物（如食品廢物和農業(yè)廢物）生產脂肪酸和生物燃料，這是一種可持續(xù)的循環(huán)經濟方法。生物煉制可以將廢物轉化為有價值的資源，減少環(huán)境污染，并為生物燃料生產提供可持續(xù)的原料來源。12

合成方法

生物合成

動物和植物細胞內合成：脂肪酸的合成主要發(fā)生在動物和植物細胞的內質網中。這個過程以葡萄糖為原料，經過一系列酶促反應，最終合成各種脂肪酸**。**

體內肝、腎、腦、肺、乳腺、脂肪等組織的細胞質中均存在脂肪酸的合成酶系，因此這些組織均能合成脂肪酸，但以肝的脂肪酸合成酶系活性最高，因此肝細胞是人體內合成脂肪酸的主要部位。

脂肪組織雖然也能以葡萄糖代謝的中間產物為原料合成脂肪酸，其主要來源是小腸吸收的外源性脂肪酸和肝合成的內源性脂肪酸。

脂肪酸合成軟脂酸的合成是在細胞質完成，但脂肪酸鏈延長則是在線粒體和內質網完成。

脂肪酸合成原料：合成脂肪酸的原料有乙酰輔酶A、HCO3-（CO2）、NADPH和ATP，Mn2+可作為酶的激活劑。

脂肪酸合成途徑：生物體內由乙酰CoA合成脂肪酸的有：①非線粒體酶系合成途徑：即胞漿酶系合成飽和脂肪酸途徑。該途徑的終產物是軟脂酸，故又稱為軟脂酸合成途徑，它是脂肪酸合成的主要途徑。②線粒體酶系合成途徑：又稱飽和脂肪酸碳鏈延長途徑。 微生物發(fā)酵：某些微生物，如酵母、真菌和藻類，可以發(fā)酵糖類或其他碳源，產生脂肪酸。通過基因工程和代謝工程，可以改造這些微生物，使其生產特定類型的脂肪酸，包括多不飽和脂肪酸（PUFAs）。313

化學合成

生產合成脂肪酸的方法有石蠟氧化法、羰基合成法、齊格勒法和科赫法等

目前，我國油脂生產脂肪酸工藝有：堿深度皂化一酸化法；常壓催化水解法；加壓(中高壓)無催化水解法等。由于前兩種生產方法成本高，脂肪酸質量差，收得率低，廢水污染嚴重等原因，僅在小規(guī)模脂肪酸生產企業(yè)仍在應用。有規(guī)模的脂肪酸廠普遍采用加壓塔式無催化水解工藝。用酸化油為原料時，一般采用中低壓無催化塔式水解工藝；用油脂為原料時，一般采用高壓無催化連續(xù)塔式水解工藝。

混合脂肪酸分離工藝有:冷凍壓榨法、有機溶劑分離法，表面活性劑分離法、精餾分離法、尿素包合分離法等。精餾分離法是目前使用最廣泛的脂肪酸分離技術；主要用于分離不同碳數的脂肪酸；其次是冷凍壓榨法，主要用于飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的分離。

安全事項

使用脂肪酸補充劑時應按照說明書的劑量使用，避免過量攝入。

某些脂肪酸可能與其他藥物或保健品相互作用，使用時應咨詢醫(yī)生。

法律法規(guī)

根據《食品安全國家標準 預包裝食品營養(yǎng)標簽通則》（GB 28050-2011），在營養(yǎng)成分表中，脂肪為強制標示的營養(yǎng)素，企業(yè)可根據實際情況選擇標示飽和脂肪（酸）、反式脂肪（酸）、單不飽和脂肪（酸）、多不飽和脂肪（酸）等。如果在食品標簽上對相關營養(yǎng)素進行了含量聲稱或功能聲稱，如“低飽和脂肪”“飽和脂肪攝入過多有害健康”等，則應該在營養(yǎng)成分表中標注其含量及NRV%。