營養學/脂類的種類和理化性質

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3.1.1 脂類的種類

(1)脂肪酸的種類 在天然脂肪中,脂肪酸的種類甚多。各種天然脂肪酸分子是由不同碳鏈(4~24C)所組成的直鏈脂肪酸。除個別例外,碳原子均為雙數。此類脂肪酸有兩種分類法:一種是根據碳原子數將脂肪酸分為短鏈(4-6C)、中鏈(8-12C)及長鏈(12C以上)脂肪酸。另一種是將脂肪酸分為飽和不飽和脂肪酸飽和脂肪酸的一般分子式為CnH2nO2,而不飽和脂肪酸帶有1、2、3個以至更多的雙鍵,其一般分子式為CnH2n-2O2、CnH2n-4O2、CnH2n-6O2。其中有兩個以上雙鍵的亞油酸亞麻酸花生四烯酸稱為多不飽和脂肪酸

除直接脂肪酸外,還有環狀脂肪酸,如治療麻風病大楓子油中的大楓子油酸與亞大楓子油酸。

重要的脂肪酸結構如下:

軟脂酸CH3(CH2)14.COOH

硬脂酸CH3(CH2)16.COOH

油酸CH3(CH27CH=CH(CH27COOH

亞油酸CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH

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

花生四烯酸

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

大楓子油酸

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(2)脂肪的種類 脂肪有兩種分類法,一種是根據其化學結構,另一種是根據其來源。脂肪的化學組成是甘油與三分子高級脂肪酸,故又稱為甘油三酯,其結構如下

CH2─O─CO─R1

CH─O─CO─R2

CH2─O─CO─R3

R1、R2及R3分別代表三分子脂肪酸的羥基,根據它們是否相同將脂肪分成單純甘油酯和混合甘油酯兩類。如果其中三分子脂肪酸是相同的,構成的脂肪稱為單純甘油酯,如三油酸甘油酯。如果是不同的,則稱為混合甘油酯,如α-軟脂酸-β-油酸-α'-硬脂酸甘油酯。人體的脂肪一般為混合甘油酯,所含的脂肪酸主要是軟脂酸和油酸。

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根據來源將脂肪分成動物性脂肪和植物性脂肪。動物性脂肪又有兩大類,一類為水產動物脂肪,如魚類、蝦、海豹等,其中的脂肪酸大部分是不飽和脂肪酸,所以這一類脂肪的熔點低,並且也很易消化。另一類是陸生動物脂肪,其中大部分含飽和脂肪酸和較少量的不飽和脂肪酸。奶類中脂肪除含有一般的飽和與不飽和脂肪酸外,經常還有大量短鏈(4~8C)脂肪酸,顯然這些脂肪酸是適於嬰兒發育所需要的。植物性脂肪如棉子油花生油、菜子油、豆油等,其脂肪中主要含不飽和脂肪酸,而且多不飽和脂肪酸(亞油酸)含量很高,占脂肪總量的40~50%。但椰子油中的脂肪酸主要是飽和的。

(3)磷脂的種類 磷脂是包括各種含磷的脂類。它們在自然界的分布很廣,種類繁多。按其化學組成大體上可分為兩大類。一類是分子中含甘油的稱為甘油磷脂,另一類是分子中含神經氨基醇的稱為神經磷脂。甘油磷脂又按性質的不同再分為中性甘油磷脂和酸性甘油磷脂兩類。前者如磷脂醯膽鹼卵磷脂)、磷脂醯乙醇胺腦磷脂縮醛磷脂)、溶血磷脂醯膽鹼等;後者如磷脂酸磷脂醯絲氨酸、二磷脂醯甘油心磷脂)等。神經磷脂中的神經氨基醇是一系列碳鏈長度不同的不飽和氨基醇,其中最常見的是含18個碳原子,在磷脂中常以醯胺即腦醯胺形式存在,如腦醯胺磷酸膽鹼(神經磷脂、鞘磷脂)、腦醯胺磷酸甘油等。將其中幾種主要的磷脂結構列述於下:

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(4)膽固醇的結構 膽固醇是人和動物體內重要的固醇類之一,其結構含有一個環戊烷多氫菲環,大部分膽固醇與脂肪酸結合成為膽固醇脂的形式存在。膽固醇在7,8位上脫氫後的化合物是7-脫氫膽固醇,它存在於皮膚毛髮,經陽光或紫外線照射後能轉變為維生素D3

(5)血漿脂蛋白的種類 脂蛋白存在於血漿、粒線體微粒體細胞膜中,是由脂類和蛋白質結合而成。

根據血漿脂蛋白的比重或電泳速度可分為α脂蛋白(亦稱高密度脂蛋白,簡寫HDL)、β-脂蛋白(亦稱低密度脂蛋白,簡寫LDL)、前β-脂蛋白(亦稱極低密度脂蛋白,簡寫VLDL)和乳糜微粒(簡寫CM)四部分。

這些脂蛋白內的脂類有磷脂、膽固醇、膽固醇酯和甘油三酯。蛋白質有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。其化學組成如表3-1。

表3-1 血漿脂蛋白的化學組成

脂蛋白種類 化學組成(%)
蛋白質 甘油三酯 膽固醇 膽固醇脂 磷脂
高密度脂蛋白 50 4 2 20 24
低密度脂蛋白 23 10 10 36 21
極低度密度脂蛋白 10 52 5 13 20
乳糜微粒 2 87 2 4 5

脫輔基蛋白(apo)中有一部分的結構已搞清楚,如apoA-Ⅰ是一條由243胺基酸殘基組成單多肽鏈,N-端為門冬氨酸,C-端為谷氨醯胺。apoA-Ⅱ含有兩條完全相同的由77個胺基酸殘基組成的多肽鏈,兩條肽鏈在第6位殘基上由二硫鍵聯接成二聚體,它類似A-Ⅰ,C-端是谷氨醯胺。

脂蛋白顆粒的結構常呈球狀,在顆粒的表面是極性分子,如蛋白質、磷脂,它們的親水基團暴露在外,而疏水基團則處於顆粒之內。磷脂的極性部分與apo結合,非極性部分和其它脂類結合,將甘油三酯、膽固醇包裹在顆粒內。三種脂蛋白的結構列於圖3-1、3-2、3-3。

高密度脂蛋白結構模型

低密度脂蛋白結構模型

圖3-1 高密度脂蛋白結構模型 圖3-2 低密度脂蛋白結構模型

極低密度脂蛋白結構模型


圖3-3 極低密度脂蛋白結構模型

3.1.2 脂類的理化性質

(1)脂肪酸和脂肪的性質

①水溶性:脂肪酸分子是由極性烴基和非極性烴基所組成。因此,它具有親水性和疏水性兩種不同的性質。所以,有的脂肪酸能溶於水,有的不能溶於水。烴鏈的長度不同對溶解度有影響,低級脂肪酸如丁酸易溶於水。碳鏈增加則溶解度減小。碳鏈相同,有無不飽和鍵對溶解度無影響。

脂肪一般不溶於水,易溶於有機溶劑如乙醚石油醚、氯仿、二硫化碳、四氯化碳、苯等。由低級脂肪酸構成的脂肪則能在水中溶解。脂肪的比重小於1,故浮於水面上。脂肪雖不溶於水,但經膽酸鹽的作用而變成微粒,就可以和水混勻,形成乳狀液,此一過程稱為乳化作用。

②熔點:飽和脂肪酸的熔點依其分子量而變動,分子量愈大,其熔點就愈高。不飽和脂肪酸的雙鍵愈多,熔點愈低。純脂肪酸和由單一脂肪酸組成的甘油酯,其凝固點和熔點是一致的。而由混合脂肪酸組成的油酯的凝固點和熔點則不同。

脂肪的熔點各不相同,所有的植物油在室溫下是液體,但幾種熱帶植物油例外。例如棕櫚果、椰子和可可豆的脂肪在室溫下是固體。動物性脂肪在室溫下是固體,並且熔點較高。脂肪的溶點決定於脂肪酸鏈的長短及其雙鍵數的多寡。脂肪酸的碳鏈愈長,則脂肪的熔點愈高。帶雙鍵的脂肪酸存在於脂肪中能顯著地降低脂肪的熔點。

③吸收光譜:脂肪酸在紫外和紅外區顯示出特有的吸收光譜,可用來對脂肪酸的定性、定量或結構研究。飽和酸和非共軛酸在220nm以下的波長區域有吸收峰。共軛酸中的二烯酸在230nm附近、三烯酸在260~270nm附近、四烯酸在290~315nm附近各顯示出吸收峰。測定此種吸光度,就能算出其含量。

紅外線吸收光譜可有效地應用於決定脂肪酸的結構。它可以區別有無不飽和鍵、是反式還是順式、脂肪酸側鏈的情況以及檢出過氧化物等特殊原子團。

皂化作用:脂肪內脂肪酸和甘油結合的酯鍵容易被氫氧化鉀氫氧化鈉水解,生成甘油和水溶性的肥皂。這種水解稱為皂化作用。通過皂化作用得到的皂化價(皂化1g脂肪所需氫氧化鉀mg數),可以求出脂肪的分子量。

脂肪的分子量=3.氫氧化鉀分子量.1000/皂化價

⑤加氫作用:脂肪分子中如果含有不飽和脂肪酸,其所含的雙鍵可因加氫而變為飽和脂肪酸。含雙鍵數目愈多,則吸收氫量也愈多。

植物脂肪所含的不飽和脂肪酸比動物脂肪多,在常溫下是液體。植物脂肪加氫後變為比較飽和的固體,它的性質也和動物脂肪相似,人造黃油就是一種加氫的植物油。

⑥加碘作用:脂肪分子中的不飽和雙鍵可以加碘,每100g脂肪所吸收碘的克數稱為碘化價。脂肪所含的不飽和脂肪酸愈多,或不飽和脂肪酸所含的雙鍵愈多,碘價愈高。根據碘價高低可以知道脂肪中脂肪酸的不飽和程度。

⑦氧化和酸敗作用:脂肪分子中的不飽和脂肪酸可受空氣中的氧或各種細菌黴菌所產生的脂肪酶過氧化物酶所氧化,形成一種過氧化物,最終生成短鏈酸、醛和酮類化合物,這些物質能使油脂散發刺激性的臭味,這種現象稱為酸敗作用。

酸敗過程能使油脂的營養價值遭到破壞,脂肪的大部分或全部已變成有毒的過氧化物,蛋白質在其影響下發生變性,維生素亦同時遭到破壞。酸敗產物在烹調中不會被破壞。長期食用變質的油脂,機體會出現中毒現象,輕則會引起噁心嘔吐腹痛腹瀉,重則使機體內幾種酶系統受到損害,或罹患肝疾。有的研究報告還指出,油脂的高度氧化產物能引起癌變。因此,酸敗過的油脂或含油食品不宜食用。

脂類的多不飽和脂肪酸在體內亦容易氧化而生成過氧化脂質,它不僅能破壞生物膜的生理功能,導致機體的衰老,還會伴隨某些溶血現象的發生,促使貧血血栓形成動脈硬化糖尿病、肝肺損害等的發生。也是蛛網膜下出血引起腦血管攣縮,使大腦供血不足而導致死亡的重要原因之一。動物試驗還證實,過氧化脂質具有致突變性,誘發癌瘤。

(2)磷脂的性質 磷脂中因含有甘油和磷酸,故可溶於水。它還含有脂肪酸,故又可溶於脂肪溶劑。但磷脂不同於其它脂類,在丙酮中不溶解。根據此特點,可將磷脂和其它脂類分開。卵磷脂、腦磷脂及神經鞘磷脂的溶解度在不同的脂肪溶劑中具有顯著的差別,可利用來分離此三種磷脂。茲將其溶解性列於表3-2。

神經鞘磷脂很穩定,不溶於醚及冷乙醇,但可溶於苯、氯仿及熱乙醇。

卵磷脂為白色蠟狀物,在空氣中極易氧化,迅速變成暗褐色,可能由於磷脂分子中不飽和脂肪酸氧化所致。神經鞘磷脂對氧較為穩定,這一點與卵磷脂和腦磷脂不同。

表3-2 各種磷脂的溶解性

磷脂 乙醚 乙醇 丙酮
卵磷脂 不溶
腦磷脂 不溶 不溶
神經鞘磷脂 不溶 溶於熱乙醇 不溶

卵磷脂有降低表面張力的能力,若與蛋白質或碳水化和物結合則作用更大,是一種極有效的脂肪乳化劑。它與其它脂類結合後,在體內水系統中均勻擴散。因此,能使不溶於水的脂類處於乳化狀態。

卵磷脂和腦磷脂均可由酶水解眼鏡蛇與響尾蛇等的毒液中含有卵磷脂酶,它使卵磷脂水解,失去一分子脂肪酸變成溶血卵磷脂,它具有強烈的溶血作用。此種酶對腦磷脂亦有相似作用,但其產物的溶血能力較差。

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(3)膽固醇的性質 膽固醇為白蠟狀結晶片,不溶於水而溶於脂肪溶劑,可與卵磷脂或膽鹽在水中形成乳狀物。膽固醇與脂肪混和時能吸收大量水分,如羊毛脂中含有大量的膽固醇,能吸收水分,用以製成油膏能混入水溶性藥物

膽固醇不能皂化,能與脂肪酸結合成膽固醇酯,為血液中運輸脂肪酸的方式之一。腦中含膽固醇很多,約佔濕重的2%,幾乎完全以游離的形式存在。

膽固醇溶於氯仿,加醋酸酐與濃硫酸少許即成藍綠色,膽固醇定性的檢驗方法即根據此原理。洋地黃皂甙可使游離的膽固醇沉澱,如此可與膽固醇分開,分別進行定量分析。

膽汁中有不少膽固醇,由於膽鹽的乳化作用,可形成乳狀液。若膽汁中膽固醇過多或膽鹽過少,膽固醇即可在膽道內沉澱形成膽石。膽固醇若沉澱於血管壁則易形成動脈粥樣硬化

(4)脂蛋白的性質 血漿脂蛋白分為高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)、極低密度脂蛋白(VLDL)及乳糜微粒(CM)。它們的性質列於表3-3[4]

表3-3 血漿脂蛋白的性質

種類 分子大小 上浮率 密度 電泳位置
(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 原點
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