营养学/脂类的种类和理化性质

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3.1.1 脂类的种类

(1)脂肪酸的种类 在天然脂肪中,脂肪酸的种类甚多。各种天然脂肪酸分子是由不同碳链(4~24C)所组成的直链脂肪酸。除个别例外,碳原子均为双数。此类脂肪酸有两种分类法:一种是根据碳原子数将脂肪酸分为短链(4-6C)、中链(8-12C)及长链(12C以上)脂肪酸。另一种是将脂肪酸分为饱和不饱和脂肪酸饱和脂肪酸的一般分子式为CnH2nO2,而不饱和脂肪酸带有1、2、3个以至更多的双键,其一般分子式为CnH2n-2O2、CnH2n-4O2、CnH2n-6O2。其中有两个以上双键的亚油酸亚麻酸花生四烯酸称为多不饱和脂肪酸

除直接脂肪酸外,还有环状脂肪酸,如治疗麻风病大枫子油中的大枫子油酸与亚大枫子油酸。

重要的脂肪酸结构如下:

软脂酸CH3(CH2)14.COOH

硬脂酸CH3(CH2)16.COOH

油酸CH3(CH27CH=CH(CH27COOH

亚油酸CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

亚麻酸CH3CH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH(CH2)7C00H

花生四烯酸

CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH

大枫子油酸

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(2)脂肪的种类 脂肪有两种分类法,一种是根据其化学结构,另一种是根据其来源。脂肪的化学组成是甘油与三分子高级脂肪酸,故又称为甘油三酯,其结构如下

CH2─O─CO─R1

CH─O─CO─R2

CH2─O─CO─R3

R1、R2及R3分别代表三分子脂肪酸的羟基,根据它们是否相同将脂肪分成单纯甘油酯和混合甘油酯两类。如果其中三分子脂肪酸是相同的,构成的脂肪称为单纯甘油酯,如三油酸甘油酯。如果是不同的,则称为混合甘油酯,如α-软脂酸-β-油酸-α'-硬脂酸甘油酯。人体的脂肪一般为混合甘油酯,所含的脂肪酸主要是软脂酸和油酸。

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根据来源将脂肪分成动物性脂肪和植物性脂肪。动物性脂肪又有两大类,一类为水产动物脂肪,如鱼类、虾、海豹等,其中的脂肪酸大部分是不饱和脂肪酸,所以这一类脂肪的熔点低,并且也很易消化。另一类是陆生动物脂肪,其中大部分含饱和脂肪酸和较少量的不饱和脂肪酸。奶类中脂肪除含有一般的饱和与不饱和脂肪酸外,经常还有大量短链(4~8C)脂肪酸,显然这些脂肪酸是适于婴儿发育所需要的。植物性脂肪如棉子油花生油、菜子油、豆油等,其脂肪中主要含不饱和脂肪酸,而且多不饱和脂肪酸(亚油酸)含量很高,占脂肪总量的40~50%。但椰子油中的脂肪酸主要是饱和的。

(3)磷脂的种类 磷脂是包括各种含磷的脂类。它们在自然界的分布很广,种类繁多。按其化学组成大体上可分为两大类。一类是分子中含甘油的称为甘油磷脂,另一类是分子中含神经氨基醇的称为神经磷脂。甘油磷脂又按性质的不同再分为中性甘油磷脂和酸性甘油磷脂两类。前者如磷脂酰胆碱卵磷脂)、磷脂酰乙醇胺脑磷脂缩醛磷脂)、溶血磷脂酰胆碱等;后者如磷脂酸磷脂酰丝氨酸、二磷脂酰甘油心磷脂)等。神经磷脂中的神经氨基醇是一系列碳链长度不同的不饱和氨基醇,其中最常见的是含18个碳原子,在磷脂中常以酰胺即脑酰胺形式存在,如脑酰胺磷酸胆碱(神经磷脂、鞘磷脂)、脑酰胺磷酸甘油等。将其中几种主要的磷脂结构列述于下:

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(4)胆固醇的结构 胆固醇是人和动物体内重要的固醇类之一,其结构含有一个环戊烷多氢菲环,大部分胆固醇与脂肪酸结合成为胆固醇脂的形式存在。胆固醇在7,8位上脱氢后的化合物是7-脱氢胆固醇,它存在于皮肤毛发,经阳光或紫外线照射后能转变为维生素D3

(5)血浆脂蛋白的种类 脂蛋白存在于血浆、线粒体微粒体细胞膜中,是由脂类和蛋白质结合而成。

根据血浆脂蛋白的比重或电泳速度可分为α脂蛋白(亦称高密度脂蛋白,简写HDL)、β-脂蛋白(亦称低密度脂蛋白,简写LDL)、前β-脂蛋白(亦称极低密度脂蛋白,简写VLDL)和乳糜微粒(简写CM)四部分。

这些脂蛋白内的脂类有磷脂、胆固醇、胆固醇酯和甘油三酯。蛋白质有apoA(A-Ⅰ、A-Ⅱ、A-Ⅳ)、apoB、apoC(C-Ⅰ、C-Ⅱ、C-Ⅲ)、apoD(A-Ⅲ)、apoE(E1、E2、E3、E4)、apoF等。其化学组成如表3-1。

表3-1 血浆脂蛋白的化学组成

脂蛋白种类 化学组成(%)
蛋白质 甘油三酯 胆固醇 胆固醇脂 磷脂
高密度脂蛋白 50 4 2 20 24
低密度脂蛋白 23 10 10 36 21
极低度密度脂蛋白 10 52 5 13 20
乳糜微粒 2 87 2 4 5

脱辅基蛋白(apo)中有一部分的结构已搞清楚,如apoA-Ⅰ是一条由243氨基酸残基组成单多肽链,N-端为门冬氨酸,C-端为谷氨酰胺。apoA-Ⅱ含有两条完全相同的由77个氨基酸残基组成的多肽链,两条肽链在第6位残基上由二硫键联接成二聚体,它类似A-Ⅰ,C-端是谷氨酰胺。

脂蛋白颗粒的结构常呈球状,在颗粒的表面是极性分子,如蛋白质、磷脂,它们的亲水基团暴露在外,而疏水基团则处于颗粒之内。磷脂的极性部分与apo结合,非极性部分和其它脂类结合,将甘油三酯、胆固醇包裹在颗粒内。三种脂蛋白的结构列于图3-1、3-2、3-3。

高密度脂蛋白结构模型

低密度脂蛋白结构模型

图3-1 高密度脂蛋白结构模型 图3-2 低密度脂蛋白结构模型

极低密度脂蛋白结构模型


图3-3 极低密度脂蛋白结构模型

3.1.2 脂类的理化性质

(1)脂肪酸和脂肪的性质

①水溶性:脂肪酸分子是由极性烃基和非极性烃基所组成。因此,它具有亲水性和疏水性两种不同的性质。所以,有的脂肪酸能溶于水,有的不能溶于水。烃链的长度不同对溶解度有影响,低级脂肪酸如丁酸易溶于水。碳链增加则溶解度减小。碳链相同,有无不饱和键对溶解度无影响。

脂肪一般不溶于水,易溶于有机溶剂如乙醚石油醚、氯仿、二硫化碳、四氯化碳、苯等。由低级脂肪酸构成的脂肪则能在水中溶解。脂肪的比重小于1,故浮于水面上。脂肪虽不溶于水,但经胆酸盐的作用而变成微粒,就可以和水混匀,形成乳状液,此一过程称为乳化作用。

②熔点:饱和脂肪酸的熔点依其分子量而变动,分子量愈大,其熔点就愈高。不饱和脂肪酸的双键愈多,熔点愈低。纯脂肪酸和由单一脂肪酸组成的甘油酯,其凝固点和熔点是一致的。而由混合脂肪酸组成的油酯的凝固点和熔点则不同。

脂肪的熔点各不相同,所有的植物油在室温下是液体,但几种热带植物油例外。例如棕榈果、椰子和可可豆的脂肪在室温下是固体。动物性脂肪在室温下是固体,并且熔点较高。脂肪的溶点决定于脂肪酸链的长短及其双键数的多寡。脂肪酸的碳链愈长,则脂肪的熔点愈高。带双键的脂肪酸存在于脂肪中能显著地降低脂肪的熔点。

③吸收光谱:脂肪酸在紫外和红外区显示出特有的吸收光谱,可用来对脂肪酸的定性、定量或结构研究。饱和酸和非共轭酸在220nm以下的波长区域有吸收峰。共轭酸中的二烯酸在230nm附近、三烯酸在260~270nm附近、四烯酸在290~315nm附近各显示出吸收峰。测定此种吸光度,就能算出其含量。

红外线吸收光谱可有效地应用于决定脂肪酸的结构。它可以区别有无不饱和键、是反式还是顺式、脂肪酸侧链的情况以及检出过氧化物等特殊原子团。

皂化作用:脂肪内脂肪酸和甘油结合的酯键容易被氢氧化钾氢氧化钠水解,生成甘油和水溶性的肥皂。这种水解称为皂化作用。通过皂化作用得到的皂化价(皂化1g脂肪所需氢氧化钾mg数),可以求出脂肪的分子量。

脂肪的分子量=3.氢氧化钾分子量.1000/皂化价

⑤加氢作用:脂肪分子中如果含有不饱和脂肪酸,其所含的双键可因加氢而变为饱和脂肪酸。含双键数目愈多,则吸收氢量也愈多。

植物脂肪所含的不饱和脂肪酸比动物脂肪多,在常温下是液体。植物脂肪加氢后变为比较饱和的固体,它的性质也和动物脂肪相似,人造黄油就是一种加氢的植物油。

⑥加碘作用:脂肪分子中的不饱和双键可以加碘,每100g脂肪所吸收碘的克数称为碘化价。脂肪所含的不饱和脂肪酸愈多,或不饱和脂肪酸所含的双键愈多,碘价愈高。根据碘价高低可以知道脂肪中脂肪酸的不饱和程度。

⑦氧化和酸败作用:脂肪分子中的不饱和脂肪酸可受空气中的氧或各种细菌霉菌所产生的脂肪酶过氧化物酶所氧化,形成一种过氧化物,最终生成短链酸、醛和酮类化合物,这些物质能使油脂散发刺激性的臭味,这种现象称为酸败作用。

酸败过程能使油脂的营养价值遭到破坏,脂肪的大部分或全部已变成有毒的过氧化物,蛋白质在其影响下发生变性,维生素亦同时遭到破坏。酸败产物在烹调中不会被破坏。长期食用变质的油脂,机体会出现中毒现象,轻则会引起恶心呕吐腹痛腹泻,重则使机体内几种酶系统受到损害,或罹患肝疾。有的研究报告还指出,油脂的高度氧化产物能引起癌变。因此,酸败过的油脂或含油食品不宜食用。

脂类的多不饱和脂肪酸在体内亦容易氧化而生成过氧化脂质,它不仅能破坏生物膜的生理功能,导致机体的衰老,还会伴随某些溶血现象的发生,促使贫血血栓形成动脉硬化糖尿病、肝肺损害等的发生。也是蛛网膜下出血引起脑血管挛缩,使大脑供血不足而导致死亡的重要原因之一。动物试验还证实,过氧化脂质具有致突变性,诱发癌瘤。

(2)磷脂的性质 磷脂中因含有甘油和磷酸,故可溶于水。它还含有脂肪酸,故又可溶于脂肪溶剂。但磷脂不同于其它脂类,在丙酮中不溶解。根据此特点,可将磷脂和其它脂类分开。卵磷脂、脑磷脂及神经鞘磷脂的溶解度在不同的脂肪溶剂中具有显著的差别,可利用来分离此三种磷脂。兹将其溶解性列于表3-2。

神经鞘磷脂很稳定,不溶于醚及冷乙醇,但可溶于苯、氯仿及热乙醇。

卵磷脂为白色蜡状物,在空气中极易氧化,迅速变成暗褐色,可能由于磷脂分子中不饱和脂肪酸氧化所致。神经鞘磷脂对氧较为稳定,这一点与卵磷脂和脑磷脂不同。

表3-2 各种磷脂的溶解性

磷脂 乙醚 乙醇 丙酮
卵磷脂 不溶
脑磷脂 不溶 不溶
神经鞘磷脂 不溶 溶于热乙醇 不溶

卵磷脂有降低表面张力的能力,若与蛋白质或碳水化和物结合则作用更大,是一种极有效的脂肪乳化剂。它与其它脂类结合后,在体内水系统中均匀扩散。因此,能使不溶于水的脂类处于乳化状态。

卵磷脂和脑磷脂均可由酶水解眼镜蛇与响尾蛇等的毒液中含有卵磷脂酶,它使卵磷脂水解,失去一分子脂肪酸变成溶血卵磷脂,它具有强烈的溶血作用。此种酶对脑磷脂亦有相似作用,但其产物的溶血能力较差。

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(3)胆固醇的性质 胆固醇为白蜡状结晶片,不溶于水而溶于脂肪溶剂,可与卵磷脂或胆盐在水中形成乳状物。胆固醇与脂肪混和时能吸收大量水分,如羊毛脂中含有大量的胆固醇,能吸收水分,用以制成油膏能混入水溶性药物

胆固醇不能皂化,能与脂肪酸结合成胆固醇酯,为血液中运输脂肪酸的方式之一。脑中含胆固醇很多,约占湿重的2%,几乎完全以游离的形式存在。

胆固醇溶于氯仿,加醋酸酐与浓硫酸少许即成蓝绿色,胆固醇定性的检验方法即根据此原理。洋地黄皂甙可使游离的胆固醇沉淀,如此可与胆固醇分开,分别进行定量分析。

胆汁中有不少胆固醇,由于胆盐的乳化作用,可形成乳状液。若胆汁中胆固醇过多或胆盐过少,胆固醇即可在胆道内沉淀形成胆石。胆固醇若沉淀于血管壁则易形成动脉粥样硬化

(4)脂蛋白的性质 血浆脂蛋白分为高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)、极低密度脂蛋白(VLDL)及乳糜微粒(CM)。它们的性质列于表3-3[4]

表3-3 血浆脂蛋白的性质

种类 分子大小 上浮率 密度 电泳位置
(A) (Sf值)* (gcm-3
HDL** 50×300 0 1.063~1.210 α1
LDL 200~250 0 ~20 1.006 ~1.063 β
VLDL 250~800 20 ~ 400 0.960~1.006 前-β
CM 800~5,000 >400 <0.960 原点
32 脂类 | 脂类的生理功用 32
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