油脂的组成及性能
出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《焙烤工业实用手册》第58页（8456字）
油脂是油与脂肪的总称，在常温下呈液态的称为油，呈固态的称为脂，但很多油脂随温度变化而改变其状况。因此，不易严格划分油和脂而统称为油脂。
天然油脂是由1分子甘油与3分子脂肪酸所形成的甘油酯，亦称中性脂肪。按照组成脂肪的脂肪酸种类不同，把由单一脂肪酸形成的脂肪称为简单甘油酯，把由不同脂肪酸形成的脂肪称为复杂甘油酯。天然油脂多属于复杂甘油酯。
在油脂中，脂肪酸所占的比例最大，因此脂肪酸在很大程度上决定着油脂的性状。在液态油中的油酸甘油酯居多，在固态脂中硬脂酸和软脂酸甘油酯占多数。
油脂中的脂肪酸按结构中有无双键分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。脂肪酸分子碳链中有1个双键存在的称为单不饱和脂肪酸，有2个或2个以上双键存在的称为多不饱和脂肪酸。
(一)饱和脂肪酸
脂肪酸碳链之间以一价相连的称为饱和脂肪酸。分子中碳原子数不高于10的脂肪酸叫低级饱和脂肪酸，分子中碳原子数大于10的脂肪酸叫高级饱和脂肪酸。
饱和脂肪酸的物理性状随其相对分子质量而变化：低分子酸在室温下呈易于流动的液体，且气味易挥发，中分子酸是气味较弱的油状物质，高分子酸呈无味的固态物。
饱和脂肪酸可溶于乙醚、乙醇、汽油、二硫化碳及氯仿等有机溶剂中。高分子的饱和脂肪酸难溶于冷乙醇中。
饱和脂肪酸的熔点和凝固点随着脂肪酸分子中碳原子数的增加而增高。脂肪酸混合物的熔点常低于形成该混合物的各种酸的平均熔点。脂肪酸的沸点也随其相对分子质量的增加而增高。饱和脂肪酸的物理性质见表1－1－50。
表1－1－50 油脂中饱和脂肪酸的物理性质
油脂中的饱和脂肪酸主要是硬脂酸、棕榈酸、花生酸等。
硬脂酸即十八酸，以牛脂和羊脂中含量最多。硬脂酸易溶于醚和热乙醇中，但难溶于冷乙醇，几乎不溶于水，在压力减小或与过热蒸汽在一起的条件下易于馏出。从乙醇中结晶出的硬脂酸为白色，有光泽，有细腻感，没有气味和滋味，呈鳞片状。
棕榈酸又称软脂酸或十六酸，它与硬脂酸一起含于各种油脂中。通常动物脂肪中的棕榈酸含量高于植物油脂，但棕榈油例外，棕榈油中含有大量棕榈酸。棕榈酸不溶于无机酸的稀溶液中，易溶于热乙醇中，棕榈酸为结晶体。
花生酸即二十酸，主要含在花生内，蓖麻油、可可脂及乳酪中也含有少量花生酸。它呈鳞片状结晶，微溶于冷乙醇，易溶于热乙醇、醚和三氯甲烷。
(二)单不饱和脂肪酸
不饱和脂肪酸易发生加成反应，加氢后变成固态的饱和脂肪酸，这个反应称为氢化反应，这种性质在油脂加工中被广泛应用。
在油脂中，不饱和脂肪酸的含量大于饱和脂肪酸的含量，不饱和脂肪酸的形成与油料生长的地区及其气候等条件有关。
不饱和脂肪酸分子结构中含有一个或多个双键，且在生物体内主要以顺式结构存在(桐油及个别植物油中的脂肪酸例外)。脂肪酸分子中含有一个双键的称为单不饱和脂肪酸，含有多个双键的称为多不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸的化学性质很不稳定，易与其他物质发生反应。不饱和脂肪酸的酸性、相对密度、水溶性、挥发性等都伴随其相对分子质量的增加而降低。
油脂中常见的单不饱和脂肪酸有油酸、棕榈油酸、芥酸、月桂烯酸、肉豆蔻油酸等。
油酸即9－十八烯酸，是最常见的单不饱和脂肪酸，是香油、花生油、牛油、羊油和奶油中主要的单不饱和脂肪酸。它在室温下呈液态，无味，不溶于水，易溶于乙醇，其溶解度随乙醇浓度降低而减小。液体油酸极易被空气中的氧作用而出现酸败现象。油酸的熔点为16℃，皂化值为198．63，碘值为89．87。
棕榈油酸即9－十六烯酸，主要存在于棕榈油中，也存在于多数动、植物油中。其熔点为14℃，皂化值为220．53，碘值为99．78。
芥酸即13－二十二烯酸，在菜籽油中的含量约为50%，在其他油脂中很少存在。其熔点为33℃，皂化值为165．72，碘值为74．98。
(三)多不饱和脂肪酸
现在，人们普遍认为脂肪的种类与数量是心血管疾病的一个重要影响因素。富含饱和脂肪酸的脂肪摄入量过多，与严重危害人体健康的肥胖症、动脉硬化和冠心病等密切相关。当膳食中高熔点的动物脂肪(如猪油、牛油和奶油)占优势时，因其40%～70%的组成为饱和脂肪酸，所形成的饱和脂肪酸胆甾醇熔点高，不易乳化，也不易在动脉血管中流动，因而较易形成沉淀物沉积在动脉血管壁，这样逐渐就发展成为动脉硬化症状。反之，植物油的饱和脂肪酸含量很低，大量存在的是低熔点多不饱和脂肪酸，所形成的胆甾醇酯熔点较低，易于乳化、输送和代谢，因而不易在动脉血管壁上积聚沉淀物而诱发动脉硬化症及冠心病。实验证明，用富含多不饱和脂肪酸的油脂代替膳食中富含饱和脂肪酸的动物脂肪，可明显降低血清胆甾醇的含量。
天然存在的多不饱和脂肪酸种类繁多，其中以亚油酸、亚麻酸和花生四烯酸最为重要，通常被称为必需脂肪酸。事实上只有亚油酸是人体不可缺乏的，且在人体体内不能自行合成，必须从食物中摄取。而其他两种脂肪酸均可由亚油酸在体内部分转化而得，但其转化率受多种因素影响而较低。有研究表明，亚麻酸仍必须从膳食中摄取，而花生四烯酸则不强求在膳食中供应。需要说明的是，必需脂肪酸是全顺式多烯酸，反式异构体起不到必需脂肪酸的生理功能。
多不饱和脂肪酸一般根据系统命名。习惯上把距羧基最远的双键出现在倒数第3个碳原子上的称为ω－3系列多不饱和脂肪酸；距羧基最远的双键出现在倒数第6个碳原子上的，则称为ω－6系列多不饱和脂肪酸。
多不饱和脂肪酸有一种简单的表示方法，例如EPA为C20∶5ω－3、DHA为C22∶6ω－3，α－亚麻酸为C18∶3ω－3；亚油酸为C18∶2ω－6，γ－亚麻酸为C18∶3ω－6，花生四烯酸为C20∶4ω－6。在表示式中每项相应的意义以EPA说明如下：C表示碳原子，20表示碳数，5表示双键数，ω－3表示从距羧基最远的碳原子数起，第3个碳原子开始有双键出现。
有时人们也用n来代替ω，如用n代替ω则可表示为C20∶6n－3，C20∶4n－6等。
ω－3和ω－6这两个系列多不饱和脂肪酸的主要品种如下：
ω－3系列多不饱和脂肪酸主要有：α－亚麻酸(C18∶3ω－3)，二十碳五烯酸(EPA)(C20∶5ω－3)，二十二碳五烯酸(DPA)(C22∶5ω－3)，二十二碳六烯酸(DHA)(C22∶6ω－3)。
ω－6系列多不饱和脂肪酸主要有：亚油酸(LA)(C18∶2ω－6)，γ－亚麻酸(GLA)(C18∶3ω－6)，二高－γ－亚麻酸(C20∶3ω－6)，花生四烯酸(AA)(C20∶4ω－6)。
ω－3与ω－6系列多不饱和脂肪酸在人体内是从亚油酸和α－亚麻酸开始经一系列的脱饱和作用而分别逐步代谢的，它们按顺序轮流交替地增加1个双键和2个碳原子。在整个过程中，ω－3和ω－6这两类多不饱和脂肪酸难以相互转换，只有植物体内的叶绿体能将ω－6的亚油酸脱饱和成为ω－3的α－亚麻酸。
1．亚油酸
亚油酸(LA)为全顺－9，12－十八碳二烯酸，是分布最广的一种多不饱和脂肪酸。各种食用油脂中亚油酸的平均含量为：红花油(75%)、月见草油(70%)、葵花籽油(60%)、棉籽油(45%)、大豆油(50%)、玉米胚芽油(50%)、米糠(带胚乳)油(35%)、花生油(25%)、香油(45%)、菜籽油(12%～24%)、茶油(4%～14．3%)、橄榄油(4%～15%)、椰子油(1．5%～2．5%)、棕榈油(0．5%～2%)。
亚油酸是人体最重要的必需脂肪酸，属于ω－6系列多不饱和脂肪酸，在人体内可转化为γ－亚麻酸、二高－γ－亚麻酸和花生四烯酸。必需脂肪酸在体内具有重要的生理意义，它是组织细胞的组成成分，参与磷脂合成。所有生物膜组织的正常功能均需必需脂肪酸的作用，脂肪酸对细胞膜磷脂所发挥的作用具有决定性的影响，具有降低血液胆甾醇的作用，是重要的激素化合物前列腺素的前体物质。
2．亚麻酸
亚麻酸有α－亚麻酸和γ－亚麻酸两种同分异构体。通常所说的亚麻酸是指α－亚麻酸，为全顺－9，12，15－十八碳三烯酸，存在于许多植物油中，如大麻籽油(35%)、亚麻籽油(45%～50%)和苏籽油(65%)等。动物性脂肪的亚麻酸含量一般少于1%，但马脂中的含量却高达15%。如果油脂中亚麻酸含量达到35%，则因其极易被氧化而不能食用，只适于作为干性油。
γ－亚麻酸为全顺－6，9，12－十八碳三烯酸，在月见草油中含量较为丰富(5%～15%，典型值为8%)，玻璃苣油(15%～25%)和黑醋栗油(12%～20%)也含有一定量的γ－亚麻酸。此外，在母乳中也含有γ－亚麻酸，螺旋藻属是γ－亚麻酸的另一来源。
α－亚麻酸属于ω－3系列，而γ－亚麻酸则属于ω－6系列的多不饱和脂肪酸。γ－亚麻酸既是亚油酸在人体内的一种代谢中间产物，又是一种必需脂肪酸。二高－γ－亚麻酸也是亚油酸或亚麻酸在人体内代谢的一种中间产物，存在于大部分组织的磷脂中。
母乳中含有天然存在的γ－亚麻酸、二高－γ－亚麻酸和花生四烯酸，从食物中摄取这些脂肪酸对人体许多组织，特别是脑组织的生长发育至关重要。试验证明，γ－亚麻酸及其进一步代谢产物，对婴儿生长发育有重要作用。γ－亚麻酸对降低血清胆甾醇的效果良好。研究表明，人体内γ－亚麻酸、二高－γ－亚麻酸和花生四烯酸的水平太低会引起一系列健康问题，而这些问题通过补充亚油酸往往是不能得到解决的。
3．花生四烯酸
花生四烯酸为全顺－5，8，11，14－二十碳四烯酸，是一种重要的ω－6系列多不饱和脂肪酸。它是亚油酸的一种代谢产物，作为人体主要调节物质前列腺素的前体物质，具有必需脂肪酸的生理功能。母乳中含有一定数量的花生四烯酸，授乳开始后第一周在母乳中的数量约占类脂物总量的0．4%。花生四烯酸主要来源于鱼油，含量为0．2%，也存在于动物的中性脂肪、阿米巴、藻类及其他微生物中。花生四烯酸在油料种子中的分布比人们预先估计的要广泛一些。
4．EPA和DHA
EPA为5，8，11，14，17－二十碳五烯酸，DHA为4，7，10，13，16，19－二十二碳六烯酸，同属于ω－3系列多不饱和脂肪酸，它们均是ω－3多不饱和脂肪酸α－亚麻酸的代谢产物。EPA和DHA在海水鱼及海藻中含量较高，在高等动物的某些器官与组织中，如眼、脑、睾丸及精液中含有较多的DHA，一般的陆地动植物油中几乎不含EPA与DHA。从鱼的种类来看EPA与DHA的含量，前者在沙丁鱼等小型青背鱼油中含量居多，后者在金枪鱼和松鱼等大型青背鱼油中含量较多，特别是金枪鱼和松鱼的头部DHA含量较高，而其眼窝脂肪中DHA含量最高。
在人体内饱和脂肪酸与单不饱和脂肪酸分别作为能源和细胞膜的成分，ω－6系列和ω－3系列多不饱和脂肪酸在人体内根据需要各自产生相关的代谢，但相互之间不发生转换，其在人体内的作用亦不能相互替代。因此，ω－6和ω－3系列多不饱和脂肪酸的摄入量只有按一定的比例，才能保证代谢平衡。FAO／WHO为保证婴儿的大脑及视网膜发育正常，把多不饱和脂肪酸ω－6／ω－3的摄入比例定为5，但有的企业也将婴儿乳粉中的添加比例定为6。
人们对EPA和DHA的关注源于居住在格陵兰岛的爱斯基摩人的流行病学调查，常食用鱼类、海兽或鱼油的人群，他们的心血管疾病的发病率很低。爱斯基摩人冠心病死亡率大约仅是同龄丹麦人或北美人的10%。日本的资料也表明，沿海渔民的心脑血管意外与缺血性心脏病的死亡率明显低于农民。研究表明，ω－3多不饱和脂肪酸对人类的心血管疾病有明显的影响。世界各国对ω－3多不饱和脂肪酸的生理功能进行了广泛研究，有关EPA与DHA的生理作用和摄取效果汇总为表1－1－51。
表1－1－51EPA与DHA的生理作用和摄取效果
注：表中“+”表示通过动物试验证明有效。
*表示已用于治疗动脉硬化。
* *表示已用于治疗高血脂症。
多不饱和脂肪酸对人体具有重要的生理功能，但过量摄入也可能会带来某些不良的效果或副作用。因此，推荐膳食中多不饱和脂肪酸提供的能量不超过总能量的10%。另一方面，多不饱和脂肪酸分子中不饱和双键的化学性质很活泼，暴露在空气中易被氧化分解而引起酸败，受热时氧化反应加快，氧化生成的挥发或不挥发降解物对人体健康有损害作用。植物油长时间受热对保持多不饱和脂肪酸的生理功能是至关重要的。研究表明，在正常烹调或加工过程中，受热的油脂对人体是无毒、无害的。在加工含有多不饱和脂肪酸油脂的食品时，同样也应避免其长期暴露在空气中或长时间加热油炸。
(四)磷脂
磷脂是含有磷酸根的类脂化合物，在动、植物油脂中均有存在。大豆油中含有1．2%～3．2%的磷脂，其他植物油中磷脂的含量为：花生油0．44%～0．62%、棉籽油1．8%、菜籽油0．9%～1．2%、玉米胚芽油1%～2%、大米糠油0．5%；而动物油脂中的磷脂含量一般小于0．1%。
磷脂为含磷的单脂衍生物，按其分子结构可分为甘油醇磷脂和神经氨基醇磷脂两类。甘油醇磷脂是磷脂酸(PA)的衍生物，常见的有卵磷脂(磷脂酰胆碱，简称PC)、脑磷脂(磷脂酰乙醇胺，简称PE)、肌醇磷脂(磷脂酰肌醇，简称PI)以及丝氨酸磷脂(磷脂酰丝氨酸，简称PS)等。神经氨基醇磷脂的主要种类是神经鞘磷脂。
卵磷脂和脑磷脂均为白色蜡状固体，在低温下也可结晶，易吸水变成棕黑色胶状物。它们很易被氧化而发黄，甚至变成褐色以至棕黑色。所有的磷脂都不耐高温，在100℃以上便逐渐氧化变色直至分解，280℃时生成黑色沉淀。
磷脂难溶于水，但吸水后膨胀成为胶体。磷脂溶于乙醚，但不溶于丙酮和乙酸乙酯。卵磷脂溶于乙醇，而脑磷脂不溶，鞘磷脂溶于热乙醇。磷脂多存在于各种粗制植物毛油中，精制油中的含量较少。在植物毛油采用水法脱胶精炼时，磷脂水合物从油中沉淀出来成为油脚，精制后可制得磷脂产品。磷脂可以被酸、碱或酶水解，得到各自不同的水解产物。
磷脂分子既含有疏水性脂肪基，又含有亲水性磷酸酯基，所以是一种良好的天然乳化剂。通常磷脂添加量达水、油混合液的0．05%～0．1%时，便能具有显着的乳化作用。目前，大豆磷脂作为一种天然乳化剂已在食品工业中得到广泛应用，其添加量一般不超过1%。
在生产面包等焙烤食品时，添加磷脂可使面粉、糖、起酥油和水相互之间更好地混合、融合、成坯，增加面粉对水的吸收性，使产品膨松可口，且保水性好。例如，在面包配料中加入12%的脱脂大豆粉，同时添加1%的大豆磷脂起乳化润湿作用，制出的面包表皮柔软光泽，内部结构均匀细密，焦香风味浓郁。
磷脂普遍存在于动植物细胞的原生质和生物膜中，对生物膜的生物活性和机体的正常代谢有重要的调节功能。胆碱是卵磷脂和鞘磷脂的关键组成部分，还是乙酰胆碱的前体化合物，对细胞的生命活动有重要的调节作用。因此，磷脂和胆碱是功能性食品的重要活性物质。
(五)油脂中的其他化合物
油脂中的其他化合物包括甾醇、蜡、色素、维生素、黏液、游离酸和酚类化合物等。
1．甾醇
甾醇又称固醇，为一种高级碳环醇，是含有环戊烷并氢化菲结构母核的重要天然产物。甾醇在油脂中，有游离的、也有与脂肪酸相结合成酯存在。油脂甾醇含量见表1－1－52。
表1－1－52 油脂的甾醇含量
甾醇按来源可分动物甾醇和植物甾醇。动物甾醇主要是胆甾醇(胆固醇)，它是构成人体细胞的成分，人体皮肤部分的胆甾醇在紫外线照射下可变成维生素D2。但人体内胆甾醇含量过多时，会使人体血浆胆甾醇含量升高，造成胆甾醇在血管壁沉积而致动脉粥样硬化，易发生心肌梗塞、脑血栓等症。所以，人们不宜多食含胆甾醇较高的食物。
植物甾醇主要有谷甾醇、豆甾醇、麦角甾醇，它们不易被人体吸收，但能竞争性地抑制人体对胆甾醇的吸收。所以，它们有降低人体血浆胆甾醇的作用，故对患有心血管病的人多食用植物油比较好。
2．色素
色素会加深油脂的颜色，纯的油脂是无色的，但各种油脂之所以呈现不同颜色，主要是油料本身含有各种色素，这些色素在加工中溶解于油脂中而表现出来的。
3．维生素
油脂中主要存在脂溶性维生素A、维生素D、维生素E、维生素K四种。
维生素E即生育酚，它同维生素D一起可以提高油脂的营养价值，且维生素E又是抗氧化剂，能延长食用油脂的保存期。
常见食用植物油中的总维生素E含量(mg／100g油)分别为：大豆油137．2、玉米油72．5、香油70．3、菜籽油60．8、花生油52．8、葵花籽油74．4、红花籽油146。
4．蜡和黏液
蜡和黏液会使油脂混浊，透明度差。它们在人体消化道中不能被水解，故无营养价值。