脂肪酸

化合物

脂肪酸是由碳、氢、氧三种元素组成的一类化合物，是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分。脂肪酸代谢脂肪酸根据碳链长度的不同又可将其分为：短链脂肪酸，其碳链上的碳原子数小于6，也称作挥发性脂肪酸；中链脂肪酸，指碳链上碳原子数为6-12的脂肪酸，主要成分是辛酸（C8）和癸酸（C10）；长链脂肪酸，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。脂肪酸根据碳氢链饱和与不饱和的不同可分为3类，即：饱和脂肪酸，碳氢上没有不饱和键；单不饱和脂肪酸，其碳氢链有一个不饱和键；多不饱和脂肪酸，其碳氢链有二个或二个以上不饱和键。

简介

脂肪酸是自然界中广泛存在的一类有机化合物，以其长链状的碳氢化合物结构为特征，并在生物体内发挥着重要的生理作用。脂肪酸根据碳链的饱和程度，可分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸两大类。饱和脂肪酸的碳链中仅含有单键，而不饱和脂肪酸的碳链中至少含有一个双键。

在分子结构上，脂肪酸由一个长的烃链和一个末端的羧酸基团组成。烃链的长度通常在4到36个碳原子之间，而自然界中最常见的脂肪酸碳链长度为16到18个碳原子。脂肪酸的物理和化学性质，如熔点、溶解度和疏水性，均受到烃链长度和不饱和程度的影响。

脂肪酸参与能量代谢，是细胞内能量储存（如脂肪）和传递（如甘油三酯的运输）的主要形式。在人体内，脂肪酸通过β-氧化过程被分解，释放出能量供生理活动所需。

不饱和脂肪酸中的多不饱和脂肪酸，如ω-3和ω-6脂肪酸它们是人体必需的脂肪酸，因为人体无法自行合成这些脂肪酸，必须通过饮食摄取。这些多不饱和脂肪酸对于调节血脂、减少心血管疾病风险、促进大脑发育等方面具有显著效果。然而，过多摄入饱和脂肪酸可能会增加心血管疾病的风险。因此，脂肪酸的摄入平衡和种类选择是营养学和健康管理中的重要议题

研究简史

1789年，法国Antoine Lavoisier 首次确定了脂肪和油的元素组成，发现它们主要由碳和氢原子组成，而淀粉和糖类则含有氧原子，他将后者视为脂肪的氧化物。

1805年， Michel-Eugene Chevreul 对动物脂肪进行了深入研究，首次分离出具有酸性性质的脂肪酸分子，并阐明了皂化反应的原理，即通过碱处理脂肪或油，使甘油与脂肪酸分离。

1805-1806年， Chevreul 等人发展了基于脂肪酸在多种溶剂中的溶解度差异、多次结晶和熔点测定的纯化和鉴定技术。

1854年， Marcellin Berthelot 成功地合成了脂肪，这是首次在实验室中合成自然界中不存在的有机物质。

1840年： Justus von Liebig 研究了脂肪酸的代谢，提出了糖类转化为脂肪的方程式，为后来的代谢研究奠定了基础。

1870年代： Felix Hoppe-Seyler 发现了磷脂。

1878年： Johann Ludwig WilhelmThudichum 描述了脑脂肪的化学组成。

1929年： George 和 Mildred Burr 的研究表明，缺乏膳食脂肪酸会导致大鼠出现缺乏症，证明了脂肪酸是人体必需的营养物质，其中亚油酸和α-亚麻酸是必需脂肪酸。

物理性质

纯净的脂肪酸通常是无色的，某些脂肪酸具有自己特有的气味，

脂肪酸的相对密度一般小于1，与其相对分子质量成反比，随温度升高而降低，随碳链增长而减小。不饱和键越多，密度越大。

随着碳链的增长，脂肪酸的熔点呈不规则升高。奇数碳原子链脂肪酸的熔点低于其相邻的偶数碳脂肪酸。不饱和脂肪酸的熔点通常低于饱和脂肪酸，双键越多，熔点越低，双键位置越靠近碳链两端，熔点越高。

脂肪酸的沸点随碳链增长而升高，饱和度不同但碳链长度相同的脂肪酸沸点相近。

低级脂肪酸易溶于水，但随着相对分子质量的增加，在水中的溶解度减小，以至溶或不溶于水，而溶于有机溶剂。一般脂肪酸越低级，不饱和度越高确认级数与饱和度的关系，其在有机溶剂中的溶解度也就越大，温度越高溶解度越大，碳链越长溶解度越小。

在高级脂肪酸中，存在非极性的长碳链和极性的-COOH基与-COOR基。碳链长短与不饱和键的多少各有差异。

置于前文分子结构介绍脂肪酸可以用下面的方式表达它们的名称、碳原子数、不饱和双键的数目和位置。在表达它们的名称时，先写出碳原子的数目，再写出双键的数目，最后用△及右上角的数字表示双键的位置，并在双键位置数字后面加上c（cis，顺式）或t（trans，反式）表示双键的构型。例如，亚油酸的化学名称是顺，顺-9，12-十八烯酸。

分子结构：天然脂肪酸的分子结构存在一些共同规律，如碳数为偶数的长链脂肪酸、顺式结构、双键位置规律等，例如：脂肪酸的碳链长度一般为偶数，多为16-20个碳原子。高等动植物的不饱和脂肪酸一般都是顺式结构（cis），反式（trans）很少。不饱和脂肪酸的双键位置有一定的规律：一个双键者，位置在9和10碳原子之间；多个双键者，也常有9位的双键，其余双键在C9与碳链甲基末端之间，两个双键之间有亚甲基间隔。

化学性质

脂肪酸在有充足氧供给的情况下，可氧化分解为CO2和H2O，释放大量能量，是生物体的主要能量来源之一，例如：软脂酸（C16:0）经7次β-氧化可生成8个乙酰CoA、7个NADH和7个FADH2，最终释放出能量。

奇数碳原子脂肪酸和不饱和脂肪酸的氧化分解途径有所不同，例如：奇数碳原子脂肪酸的β-氧化除了生成乙酰CoA外，还会生成1分子丙酰CoA，后者需经进一步转化才能被彻底氧化。不饱和脂肪酸的氧化分解需要异构酶和还原酶参与，例如油酸的氧化分解需要异构酶将其转化为trans-△2-十二碳烯脂酰CoA，才能进行正常的β-氧化。

脂肪酸在肝脏进行正常分解代谢时，会生成酮体，但在某些生理或病理情况下，酮体生成过多会导致酮血症和酮尿症，例如：饥饿或禁食时，糖的来源或氧化供能障碍，脂动员增强，脂肪酸就成了人体的主要供能物质，导致酮体生成增多。糖尿病患者由于胰岛素分泌不足或细胞对胰岛素不敏感，导致糖的利用受阻，脂肪酸分解增加，酮体生成增多。酮体（acetone bodies）是脂肪酸在肝脏进行正常分解代谢所生成的特殊中间产物，包括有乙酰乙酸（约占30%），β-羟丁酸（约占70%）和极少量的丙酮。正常人血液中酮体含量极少，这是人体利用脂肪氧化供能的正常现象。但在某些生理情况（饥饿、禁食）或病理情况下（如糖尿病），糖的来源或氧化供能障碍，脂动员增强，脂肪酸就成了人体的主要供能物质。若肝中合成酮体的量超过肝外组织利用酮体的能力，二者之间失去平衡，血中浓度就会过高，导致酮血症和酮尿症。乙酰乙酸和β-羟丁酸都是酸性物质，因此酮体在体内大量堆积还会引起酸中毒。

检测方法

内标法

1、水解-提取法:加入内标物的试样经水解-乙醚溶液提取其中的脂肪后,在碱性条件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,经毛细管柱气相色谱分析,内标法定量测定脂肪酸甲酯含量。依据各种脂肪酸甲酯含量和转换系数计算出总脂肪、饱和脂肪(酸)、单不饱和脂肪(酸)、多不饱和脂肪(酸)含量。动植物油脂试样不经脂肪提取,加入内标物后直接进行皂化和脂肪酸甲酯化。

2、酯交换法(适用于游离脂肪酸含量不大于2%的油脂):将油脂溶解在异辛烷中,加入内标物后,加入氢氧化钾甲醇溶液通过酯交换甲酯化,反应完全后,用硫酸氢钠中和剩余氢氧化钾,以避免甲酯皂化。

外标法

1、水解-提取法:试样经水解-乙醚溶液提取其中的脂肪后,在碱性条件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,经毛细管柱气相色谱分析,外标法定量测定脂肪酸的含量。动植物纯油脂试样不经脂肪提取,直接进行皂化和脂肪酸甲酯化。

2、乙酰氯-甲醇法(适用于含水量小于5%的乳粉和无水奶油试样):乙酰氯与甲醇反应得到的盐酸甲醇使其中的脂肪和游离脂肪酸甲酯化,用甲苯提取后,经气相色谱仪分离检测,外标法定量。

3、酯交换法(适用于游离脂肪酸含量不大于2%的油脂):将油脂溶解在异辛烷中,加入氢氧化钾甲醇溶液通过酯交换甲酯化,反应完全后,用硫酸氢钠中和剩余氢氧化钾,外标法定量测定脂肪酸的含量。

归一化法

1、水解-提取法:试样经水解-乙醚溶液提取其中的脂肪后,在碱性条件下皂化和甲酯化,生成脂肪酸甲酯,经毛细管柱气相色谱分析,面积归一化法定量测定脂肪酸百分含量。动植物油脂试样不经脂肪提取,直接进行皂化和脂肪酸甲酯化。

2、酯交换法(适用于游离脂肪酸含量不大于2%的油脂):将油脂试样溶解在异辛烷中,加入氢氧化钾甲醇溶液通过酯交换甲酯化,反应完全后,用硫酸氢钠中和剩余氢氧化钾,面积归一化法定量测定脂肪酸百分含量。

结构种类

根据碳链长度和饱和程度，脂肪酸可分为短链、中链、长链脂肪酸，以及饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸，例如：

短链脂肪酸（SCFA）：碳链上的碳原子数小于6，也称作挥发性脂肪酸（VFA），如丁酸、己酸。

中链脂肪酸（MCFA）：碳链上碳原子数为6-12，主要成分是辛酸（C8）和癸酸（C10）。

长链脂肪酸（LCFA）：碳链上碳原子数大于12，如软脂酸、硬脂酸、油酸。

饱和脂肪酸（SFA）：碳氢上没有不饱和键，如软脂酸、硬脂酸。

单不饱和脂肪酸（MUFA）：其碳氢链有一个不饱和键，如油酸。

多不饱和脂肪酸（PUFA）：其碳氢链有两个或两个以上不饱和键，如亚油酸、亚麻酸。

前置命名：脂肪酸的命名方式包括碳原子数、不饱和双键的数目和位置，以及双键的构型，例如：亚油酸：化学名称是顺，顺-9，12-十八烯酸。

一般动物脂肪中含饱和脂肪酸多；而高等植物和在低温条件下生长的动物的脂肪中，不饱和脂肪酸的含量较高。

天然三酰基甘油的饱和脂肪酸绝大多数都是偶碳数直链的，奇碳数链的极个别，含量也极少。

饱和脂肪酸是非常柔韧的分子，理论上围绕每个C-C键都能相对自由地旋转，因而有的构像范围很广。但是，其充分伸展的构象具有的能量最小，也最稳定；因为这种构象在毗邻的亚甲基间的位阻最小。

来源

天然来源

脂肪酸主要是从天然油脂经水解、精馏，石蜡氧化或从松木造纸废液中回收妥尔油经精馏等三种方法制得。从石蜡氧化生产脂肪酸，主要是生产天然油脂中不具有的单碳数脂肪酸。随着世界各国对生态环境和环境保护的重视，对天然林的保护和禁伐，使得妥尔油资源产量、质量逐年下降。目前从天然油脂经水解、精馏生产的脂肪酸占脂肪酸总量的4/5以上，利用天然动植物油脂及精炼副产品分离提纯的脂肪酸，是世界脂肪酸的主要来源。

在原料资源分布上，东南亚地区拥有“植物油生产王国”的称号，是世界油脂重要的输出地区，有丰富的棕榈油和椰子油。棕榈仁油和椰子油是提供生产C8-14脂肪酸的原料，C8-14主要用于生产表面活性剂。棕榈油是提供生产C16-18脂肪酸的原料。C16-18主要用于生产硬脂酸及酯类、脂肪酸盐、阳离子表面活性剂和合成树脂等。

橄榄油、菜籽油、棉籽油、大豆油、妥尔油和动物脂为原料制得C16-22脂肪酸。美国则从大豆油、妥尔油、动物脂、棉籽油、菜籽油和海甘蓝为原料制得C16-22脂肪酸，其中海甘蓝已成为比高芥酸菜籽油芥酸含量更高、性能更好的一种生产芥酸的原料。

油脂消费按国际标准推荐量:24Kg/(人、年)，世界人均消费量18.6Kg/(人、年)，新加坡、我国香港和台湾15Kg/(人、年)。我国食用油消费按国内贸易局统计:1993年我国人均消费量6.87Kg/(人、年)，1998年达8.47Kg/(人、年)，2001年8Kg/(人、年)，2003年9.98Kg/(人、年)，其人均油脂年消费量仅为世界人均消费量的一半左右。除非用于生产食品添加剂，并不要求使用食用级的油脂，因此通常选用最便宜的原料，如从食用油豆油，菜籽油、棉籽油、米糠油和棕榈油等精炼加工的副产品酸化油为原料生产脂肪酸是经济可行的，同时充分利用植物油精炼下脚料酸化油、餐饮废油、废次油脂、骨油等动植物油生产脂肪酸，是我国脂肪酸工业发展的一条出路。

人工来源

通过基因改造，植物可以产生更高水平的PUFAs，例如通过将海洋生物的脂肪酸合成酶基因导入植物中。这种方法有望提供可持续且经济实惠的PUFAs来源。

工程微生物：通过基因改造和代谢工程，微生物可以被设计成高效地生产特定类型的脂肪酸，包括PUFAs和生物燃料生产所需的脂肪酸。这种方法具有可控性强、生产效率高和环境影响小等优点。

生物炼制：利用有机废物（如食品废物和农业废物）生产脂肪酸和生物燃料，这是一种可持续的循环经济方法。生物炼制可以将废物转化为有价值的资源，减少环境污染，并为生物燃料生产提供可持续的原料来源。

合成方法

生物合成

动物和植物细胞内合成：脂肪酸的合成主要发生在动物和植物细胞的内质网中。这个过程以葡萄糖为原料，经过一系列酶促反应，最终合成各种脂肪酸。

体内肝、肾、脑、肺、乳腺、脂肪等组织的细胞质中均存在脂肪酸的合成酶系，因此这些组织均能合成脂肪酸，但以肝的脂肪酸合成酶系活性最高，因此肝细胞是人体内合成脂肪酸的主要部位。

脂肪组织虽然也能以葡萄糖代谢的中间产物为原料合成脂肪酸，其主要来源是小肠吸收的外源性脂肪酸和肝合成的内源性脂肪酸。

脂肪酸合成软脂酸的合成是在细胞质完成，但脂肪酸链延长则是在线粒体和内质网完成。

脂肪酸合成原料：合成脂肪酸的原料有乙酰辅酶A、HCO3-（CO2）、NADPH和ATP，Mn2+可作为酶的激活剂。

脂肪酸合成途径：生物体内由乙酰CoA合成脂肪酸的有：①非线粒体酶系合成途径：即胞浆酶系合成饱和脂肪酸途径。该途径的终产物是软脂酸，故又称为软脂酸合成途径，它是脂肪酸合成的主要途径。②线粒体酶系合成途径：又称饱和脂肪酸碳链延长途径。微生物发酵：某些微生物，如酵母、真菌和藻类，可以发酵糖类或其他碳源，产生脂肪酸。通过基因工程和代谢工程，可以改造这些微生物，使其生产特定类型的脂肪酸，包括多不饱和脂肪酸（PUFAs）。

化学合成

生产合成脂肪酸的方法有石蜡氧化法、羰基合成法、齐格勒法和科赫法等

目前，我国油脂生产脂肪酸工艺有：碱深度皂化一酸化法；常压催化水解法；加压(中高压)无催化水解法等。由于前两种生产方法成本高，脂肪酸质量差，收得率低，废水污染严重等原因，仅在小规模脂肪酸生产企业仍在应用。有规模的脂肪酸厂普遍采用加压塔式无催化水解工艺。用酸化油为原料时，一般采用中低压无催化塔式水解工艺；用油脂为原料时，一般采用高压无催化连续塔式水解工艺。

混合脂肪酸分离工艺有:冷冻压榨法、有机溶剂分离法，表面活性剂分离法、精馏分离法、尿素包合分离法等。精馏分离法是目前使用最广泛的脂肪酸分离技术；主要用于分离不同碳数的脂肪酸；其次是冷冻压榨法，主要用于饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的分离。

安全事项

使用脂肪酸补充剂时应按照说明书的剂量使用，避免过量摄入。

某些脂肪酸可能与其他药物或保健品相互作用，使用时应咨询医生。

法律法规

根据《食品安全国家标准预包装食品营养标签通则》（GB 28050-2011），在营养成分表中，脂肪为强制标示的营养素，企业可根据实际情况选择标示饱和脂肪（酸）、反式脂肪（酸）、单不饱和脂肪（酸）、多不饱和脂肪（酸）等。如果在食品标签上对相关营养素进行了含量声称或功能声称，如“低饱和脂肪”“饱和脂肪摄入过多有害健康”等，则应该在营养成分表中标注其含量及NRV%。

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