第一節(jié)　脂類的化學(xué)

脂類是廣泛存在于自然界的一大類物質(zhì)，它們在化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)上雖然可以有很大差異，但都有一個共同特性，即難溶于水而易溶于乙醚、氯仿、苯等非極性有機溶劑。脂類的這種特性主要是由其結(jié)構(gòu)組成中碳氫成分含量高所決定的。

一、脂類的概念和分類

脂類是脂肪和類脂的總稱，脂肪是三脂肪酸甘油酯或稱甘油三酯，類脂包括固醇及其酯、磷脂及糖脂等。脂類是一類根據(jù)溶解性質(zhì)定義的生物有機分子，它們是動物和植物體的重要組成部分。

對大多數(shù)脂類而言，其化學(xué)本質(zhì)是脂肪酸和醇所形成的酯類及其衍生物。組成脂類的主要元素有碳、氫、氧，有些還含有氮、磷和硫。

通常脂類按化學(xué)組成分為三類，即單純脂、復(fù)合脂、衍生脂。

（1）單純脂　是由脂肪酸和醇類形成的酯，如甘油三酯及高級醇和脂肪酸形成的蠟。

（2）復(fù)合脂　除脂肪酸和醇之外，還含有其他成分，如含有糖的糖脂；含有磷酸和膽堿等成分的磷脂。

（3）衍生脂　包括了由前兩類衍生或水解的產(chǎn)物，與脂類關(guān)系密切，且具有脂類一般性質(zhì)的一大類物質(zhì)，有固醇類、萜類，以及脂蛋白、脂多糖、脂肪酸、甘油等。

二、脂類的生理功能

脂類是組成生物體的重要成分，脂肪和類脂在人體內(nèi)的分布很不相同。脂肪常以大塊組織的形式分布于皮下結(jié)締組織、腹腔的大網(wǎng)膜和腸系膜等處，且多以乳化狀的微粒存在于細胞漿中。人體脂肪的含量易于受營養(yǎng)和運動等因素的影響而變化，一般占體重的10%～20%。類脂是構(gòu)成細胞生物膜的重要結(jié)構(gòu)和功能成分，通常占膜重的50%以上。

脂類的生理功能因其成分、組成和部位等的不同，而發(fā)揮不同的生理功用和效能，主要有以下幾方面：

（1）貯能供能　脂肪是貯存能量和供應(yīng)能量的重要物質(zhì)。氧化1g脂肪所釋放的能量約37.7kJ，是氧化1g糖或蛋白質(zhì)釋放能量的2倍多。人體20%～30%的能量就是由脂肪提供的。如果攝取的營養(yǎng)物質(zhì)超過了正常的需要量，那么大部分要轉(zhuǎn)變成脂肪并在適宜的組織中積累下來；而當(dāng)營養(yǎng)不夠時，又可以對其進行分解供給機體能量。

（2）構(gòu)成生物膜的主要成分　細胞膜、核膜和各種細胞器的膜總稱為生物膜。參與構(gòu)成生物膜骨架的主要是磷脂、膽固醇、膜蛋白等。脂類作為細胞的表面物質(zhì)，不僅可起到屏障、選擇性通透作用，還與細胞識別、組織免疫等有密切關(guān)系。現(xiàn)在脂質(zhì)體也被用作藥物載體，以提高藥物的組織特異性和藥物效能。

（3）協(xié)助脂溶性維生素和必需脂肪酸的吸收　有些生物活性物質(zhì)必須溶解于脂質(zhì)中才能在機體中運輸并被機體吸收利用。脂類可協(xié)助脂溶性維生素A、維生素D、維生素E、維生素K和胡蘿h素等的吸收。必需脂肪酸是指機體需要，但自身不能合成，必須要靠食物提供的一些多烯脂肪酸，植物油中含有較多的必需脂肪酸。

（4）保護和保溫作用　在生物機體表面的脂類物質(zhì)能有效防止機體機械損傷與熱量散發(fā)，可作為絕緣層抵御低溫、振動等對生物體的傷害。

（5）高效生物活性作用　類固醇激素（包括雄激素、雌激素、腎上腺皮質(zhì)激素）等含量雖很少，但卻具有專一的重要生物活性。此外，有一些還是重要的載體、信使物質(zhì)，以及酶的輔助因子或激活劑等。它們都具有極高的生物活性。

三、脂肪的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

生物體內(nèi)含有的脂類主要有脂肪、脂肪酸、磷脂、糖脂、固醇等，這些脂類不但化學(xué)結(jié)構(gòu)有差異，其性質(zhì)和功能也有所不同。甘油、脂肪酸及其組成的脂肪是構(gòu)成脂類物質(zhì)的重要化學(xué)基礎(chǔ)。

1.脂肪酸

生物體內(nèi)的脂肪酸多以結(jié)合形式存在，如甘油三酯、磷酸、糖脂等；少數(shù)以游離狀態(tài)存在。

表4-1　天然存在的一些脂肪酸

脂肪酸是由一條長的烴鏈和羧基組成的羧酸，在天然脂肪酸的烴鏈中，碳原子的數(shù)目絕大多數(shù)是雙數(shù)的，并且大多數(shù)含16個或18個碳原子。依據(jù)其烴鏈上是否含有雙鍵（或三鍵）而分為飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸兩類（表4-1）。

飽和脂肪酸的碳鏈完全為氫所飽和，如軟脂酸、硬脂酸、花生酸等；不飽和脂肪酸的碳鏈則含有不飽和的雙鍵。

根據(jù)人體能否自身合成又可分為營養(yǎng)必需脂肪酸和非必需脂肪酸。必需脂肪酸因人體不能合成，故需依賴食物提供，如亞油酸（18∶2）、亞麻酸（18∶3）和花生四烯酸（20∶4）等多種不飽和脂肪酸。

脂肪酸和含脂肪酸化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)主要取決于脂肪酸烴鏈的長度與不飽和程度。烴鏈越長，溶解度越低；而在室溫條件下許多飽和脂肪酸為蠟狀固體，同樣鏈長的不飽和脂肪酸則為油狀液體。此外，化學(xué)構(gòu)象的不同，也會造成其理化性質(zhì)的差別。

脂肪酸是體內(nèi)合成甘油三酯和甘油磷脂的重要原料。必需脂肪酸是機體正常生長發(fā)育、代謝所必需的物質(zhì)，尚具有抗氧化、抗血栓、抗炎及增強機體免疫力的作用。

2.甘油三酯

甘油三酯也稱三酰甘油或中性脂肪，是1分子甘油和3分子脂肪酸結(jié)合而成的酯，其結(jié)構(gòu)通式為：

R¹、R²、R³代表脂肪酸的烴鏈，它們可以相同，也可以不同。相同的稱為單純甘油酯，不同則稱為混合甘油酯。

常溫下含不飽和脂肪酸多的脂類呈液態(tài)，稱為油；含不飽和脂肪酸少的呈固態(tài)，則稱為脂，因此總稱為油脂。自然界中，植物性油含不飽和脂肪酸比動物性油多，在普通室溫下以液態(tài)形式存在，動物性油脂多數(shù)以固態(tài)形式存在。

純的甘油三酯為無色、無味、無臭的稠狀液體或蠟狀固體；密度低于水，多在0.91～0.94g/cm³；不溶于水，易溶于乙醚、氯仿、苯等非極性有機溶劑，放也稱作脂溶劑；其熔點與其所含脂肪酸有關(guān)，一般含較多不飽和脂肪酸者熔點較低。

在酸、堿或脂肪酶的作用下，甘油三酯能夠水解為脂肪酸和甘油。其中在堿溶液中水解的重要產(chǎn)物之一是脂肪酸鹽（如鈉鹽、鉀鹽），俗稱皂，因此油脂的堿水鰓作用被稱作皂化作用。

油脂分子中的不飽和脂肪酸也和游離脂肪酸一樣，能夠與氫或鹵素發(fā)生加成反應(yīng)。其中油脂中的雙鍵與氫發(fā)生加成稱為氫化，食品工業(yè)中的人造黃油和半固體的烹調(diào)脂，就是利用氫化反應(yīng)將液態(tài)的植物油轉(zhuǎn)變成了固態(tài)的脂。不飽和油脂與鹵素中的溴或碘發(fā)生加成而生成飽和鹵化脂的過程，稱為鹵化。

長時間暴露在空氣中的天然油脂常產(chǎn)生異味，這種現(xiàn)象稱為酸敗，主要是油脂中不飽和成分發(fā)生自動氧化，產(chǎn)生過氧化物，進而降解成具有揮發(fā)性的醛、酮、酸等物質(zhì)所致。另外，微生物的作用，也是油脂產(chǎn)生異味的重要原因。酸值（價）是用來表示酸敗程度的重要指標，即中和1g油脂中的游離脂肪酸所需KOH的質(zhì)量（mg）。