氢原子百科 
饱和脂肪酸（saturated fatty acid[1]）是指烃链中不含不饱和键（碳碳双键或三键）的脂肪酸，[5][6]是构成脂质的基本成分之一。[1]饱和脂肪酸在自然界的分布很广，存在于许多植物性油脂和动物性油脂中，[7]它与其他脂肪酸一样，除了构成人体组织外，重要的生理功能是提供能量。饱和脂肪酸摄入量明显影响血脂水平。有证据表明，血脂水平升高，特别是血清胆固醇水平的升高是动脉粥样硬化的重要因素，而膳食中饱和脂肪酸则是增加血清胆固醇升高的主要脂肪酸，故世界卫生组织建议膳食中饱和脂肪酸提供的能量应低于膳食总能量的10%。[8]
饱和脂肪酸应用广泛，在化工工业领域，饱和脂肪酸中的硬脂酸和软脂酸都是重要的有机原料，用于制作各种脂肪酸的金属盐；[9][10]在化妆品领域，饱和脂肪酸中的硬脂酸和软脂酸可用于生产雪花膏和肥皂等；[11][12]在医药工业领域，饱和脂肪酸可以作为压片机的润滑剂之一，减少药片和模具之间的摩擦；[13][14]在食品领域，饱和脂肪酸中的硬脂酸盐和软脂酸甘油酯可作为食品添加剂用于食品生产中。[15][16]
各种饱和脂肪酸的物理性质如凝固点、熔点、沸点、折光率等按照有机化合物的同系原理，随着分子量的增加而增高，但它们在水、甲醇、乙醇、丙酮或苯等溶剂中的溶解度则随着相对分子质量的增加而降低。[4]10碳及以下在室温下一般呈现液体，且气味易挥发，10碳以上为固体。[2][3]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。[2]其中，4个碳原子或4个碳原子以下的脂肪酸能以任何比例与水混和。[3]饱和脂肪酸属于有机酸类、其性状类似弱的无机酸，遇碱能中和并生成盐类。[17]
发现历史
1813年，法国实业化学家谢弗尔对油脂的皂化反应进行了深入研究。[18]他证实了肥皂是由多种脂肪酸盐混合组成的；[19]阐明了脂肪的甘油酯性质；鉴别了硬脂精（硬脂酸甘油酯）和软脂精（软脂酸甘油酯），以及丁酸、戊酸、己酸、硬脂酸和油酸（不纯）等脂肪酸。并将这些研究成果记入了《动物脂肪的化学研究》（1823年）一书之中。[18]
1828年，格塞洛夫利用各种脂肪酸铅盐的不同溶解度成功地分离出了油酸、软脂酸和硬脂酸等。[18]之后，埃德蒙·弗雷米（EdmondFrémy）于1840年在棕榈油的皂化过程中发现了软脂酸，该工艺是生产软脂酸的主要工业途径之一。[20]
种类
饱和脂肪酸根据所含碳原子个数的不同进行分类。动植物脂肪中的饱和脂肪酸以16碳软脂酸和18碳硬脂酸分布广且比较重要，常见的天然饱和脂肪酸还包括10碳的癸酸、12碳的月桂酸14碳的豆蔻酸以及20碳的花生酸等。[6]自癸酸以下的，习惯上又称为低级脂肪酸，月桂酸以上的又通称为高级脂肪酸。[4]饱和脂肪酸系统命名，以直链碳原子数而定。某些酸也有习用名。饱和脂肪酸速记写法是在碳原子数后加冒号，冒号后面再写一个0，表示无双键，例如十六酸，俗称软脂酸或棕榈酸，速记写法为16:0，其余类推。[21]
| 系统命名 | 俗名 | 速记表示 | 分子式 | 相对分子质量 | 来源 |
|---|---|---|---|---|---|
| 正丁酸（Butanoic） | 酪酸 | C4：0 | C4H8O2 | 88.10 | 乳脂 |
| 正己酸（Hexanoic） | 低羊脂酸 | C6：0 | C6H12O2 | 116.5 | 乳脂 |
| 正辛酸（Octanoic） | 亚羊脂酸 | C8：0 | C8H16O2 | 144.21 | 乳脂、椰子油 |
| 正癸酸（Decanoic） | 羊脂酸 | C10：0 | C10H20O2 | 172.26 | 乳脂、椰子油 |
| 十二烷酸（Dodecanoic） | 月桂酸 | C12：0 | C12H24O2 | 200.31 | 椰子油、棕榈仁油 |
| 十四烷酸（Tetradecanoic） | 豆蔻酸 | C14：0 | C14H28O2 | 228.36 | 肉豆蔻种子油 |
| 十六烷酸（Hexadecanoic） | 棕榈酸 | C16：0 | C16H36O2 | 256.42 | 所有动、植物油 |
| 十八烷酸（Octadecanoic） | 硬脂酸 | C18：0 | C18H36O2 | 284.47 | 所有动、植物油 |
| 二十烷酸（Eicosanoic） | 花生酸 | C20：0 | C20H40O2 | 312.52 | 花生油中含少量 |
| 二十二烷酸（Docosanoic） | 山嵛酸 | C22：0 | C22H44O2 | 340.57 | 花生油、菜籽油中含有少量 |
| 二十四烷酸（Tetracosanoic） | 木焦油酸 | C24：0 | C24H48O2 | 368.62 | 花生与豆科种子油含有少量 |
| 二十六烷酸（Hexacosanoic） | 蜡酸 | C26：0 | C26H52O2 | 396.68 | 巴西棕榈蜡、蜂蜡 |
| 二十八烷酸（Octacosanoic） | 褐煤酸 | C28：0 | C28H56O2 | 424.73 | 褐煤蜡、蜂蜡 |
| 三十烷酸（Triacontanoic） | 蜂花酸 | C30：0 | C30H60O2 | 452.78 | 巴西棕榈蜡、蜂蜡 |
硬脂酸
硬脂酸即一种含有十八个碳的饱和脂肪酸，它呈蜡状固体而比较难溶于水，化学式C18H36O2，可溶于乙醇和丙酮，易溶于乙醚、氯仿、四氯化碳、苯和二硫化碳等溶剂中，[7]熔点为69-72℃，沸点383℃。[23]
硬脂酸在自然界的分布很广，存在于许多植物性油脂和动物性油脂中。[7]动物脂肪中的含量比在植物油脂中的含量要高，如牛油中的含量可达24%，茶油为0.8%，棕油为6%，但可可脂中的含量高达34%。将动物油与水在高温高压下反应，使甘油三酯水解。也可以用不饱和植物油与氢气合成得到。商品硬脂酸实际上是45%硬脂酸和55%软脂酸的混合物，并含有少量油酸，略带脂肪气味。用于制蜡、塑料及化妆品，也可以用于软化橡胶或硬化肥皂。硬脂酸酯可以使洗发水香皂和化妆品产生珍珠似的光泽：在烟花中的铝、铁等金属粉末表面涂以硬脂酸可以防止氧化；或在糖果中作硬化剂。硬脂酸具有饱和羧酸的通性，可以被还原为硬脂醇，也可以与多种醇发生酯化生成相应的硬脂酸酯。[7]
软脂酸
软脂酸（palmiticacid），即含有十六个碳原子的饱和脂肪酸，又叫棕榈酸，[24]分子式为C16H32O2，[25][26]外观为白色或微黄色结晶，呈珠光鳞片状，熔点为63.1℃，[27]沸点（2.0kPa）215℃，折光率（80℃）1.4273，[25]相对密度为0.8528，软脂酸不溶于水，易溶于酒精、乙醚、氯仿等有机溶剂，温度超过340℃，软脂酸开始分解。[27]
软脂酸多存在于牛奶、黄油、肉类以及可可脂、棕榈油、大豆油等油类制品中，[28]在生物的很多器官或组织中，软脂酸氧化可以产生能量，一分子软脂酸完全氧化分解后可得到106个ATP分子。[29]软脂酸应用广泛，在食品领域，软脂酸可以作为营养物质和食品添加剂常用于食品生产中；[16]在工业领域，软脂酸可用于生产肥皂、金属皂等，其中金属皂被广泛用于塑料润滑脂、油漆、化妆品、表面活性剂、橡胶、纺织、皮革、造纸等方面；[12]此外，软脂酸还可作为医药工业原料，用于生产无味金霉素和无味氯霉素等；也可作为分析试剂，用于测定水的硬度，沉淀钙、钡、铅和锌等元素；[9]而且在军事领域，软脂酸的铝盐可用于制造凝固汽油燃烧剂。[30]
物理性质
各种饱和脂肪酸的物理性质如凝固点、熔点、沸点、折光率等按照有机化合物的同系原理，随着分子量的增加而增高，但是它们在水、甲醇、乙醇、丙酮或苯等溶剂中的溶解度则随着相对分子质量的增加而降低。[4]分子中含有10个碳原子或少于10个碳原子的脂肪酸在室温中呈易于流动的液体，且气味易挥发，多于10个碳原子的高分子酸呈无味的固态物。[2][3]其中，4个碳原子或4个碳原子以下的脂肪酸能以任何比例与水混合，4个碳原子以上的脂肪酸，其溶解度将碳链长度的堆加而迅速降至零。[3]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。[2]下表是一些饱和脂肪酸的物化常数。[4]
| 脂肪酸名称 | 醋酸 | 丁酸 | 戊酸 | 己酸 | 辛酸 | 癸酸 | 月桂酸 | 豆蔻酸 | 软脂酸 | 硬脂酸 | 花生四烯酸 | 山嵛酸 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 烷基（R） | CH3— | C3H7— | C5H9— | C5H11— | C7H15— | C9H19— | C11H23— | C13H27— | C15H31— | C17H35— | ||
| 相对分子质量 | 60.5 | 88.10 | 102.13 | 116.09 | 144.12 | 172.16 | 200.09 | 228.22 | 256.25 | 284.28 | 312.3 | 340.5. |
| 凝固点/℃ | 11 | -19 | — | -3.2 | 16.3 | 31.2 | 43.9 | 54.1 | 62.8 | 69.3 | 74.9 | 79.7 |
| 熔点/℃ | 16，7 | -6.5 | -34.5 | -3.4 | 16.7 | 31.6 | 44.2 | 53.9 | 63.1 | 69.6 | 77 | 84 |
| 密度（80℃） /g·cm-3 | 1.051 | 0.959 | 0.914 | 0.8751 | 0.8615 | 0.8531 | 0.8477 | 0.8439 | 0.8414 | 0.8390 | 0.824 （100℃） | 01.821 （100℃） |
| 折光率n80D | 1.3715 | 1.3479 | — | 1.3931 | 1.4049 | 1.4130 | 1.4191 | 1.4236 | 1.4272 | 1.4299 | 1.4250 | 1.4270 |
| 沸点 （压力266.6Pa）/℃ | 118.1℃[31] | — | — | 71.9 | 97.6 | 121.1 | 141.8 | 161.1 | 179.0 | 195.9 | — | — |
| 临界胶团浓度/mol·L-1 | — | — | — | 1.0x10-1 | 1.4x10-1 （27℃） | 2.4x10-2 （27℃） | 5.7x10-2 （27℃） | 1.3x10-2 （27℃） | 2.8x10-3 （27℃） | 4.5x10-4 （27℃） | — | — |
| HLB值（亲水亲油平衡） | — | — | — | 6.7 | 5.8 | 4.8 | 3.8 | 2.9 | 2.0 | 1.0 | — | — |
| 钙盐的溶度积（Ksp） | — | — | — | — | 2.7x10-7 | 3.8x10-10 | 8.0x10-13 | 1.0x10-15 | 1.6x10-16 | 1.4x10-18 | — | — |
| 可溶性 | 可任何 比例 | 3.5 （14℃） | 23.8 （20℃） | 1.5 （15℃） | 400 （100℃） | 2000 （100℃） | 不溶 | 不溶 | 不溶 | 不溶 | 不溶 | 不溶 |
化学性质
饱和脂肪酸属于有机酸类、其性状类似弱的无机酸，遇碱能中和并生成盐类。[17]例如硬脂酸可以和氢氧化钠起作用，生成硬脂酸钠，也能与醇或酚反应生成酯。[32][33]具体为脂酸与丁醇在加热条件下经过催化剂ZnO-SnO催化，可以发生酯化反应，生成硬脂酸丁酯，其方程式为：[34]
此外，软脂酸也能与碱发生皂化反应，与醇类能发生酯化反应，又如，软脂酸与醋酸酐在140～160℃及加压条件下，能相互作用生成软脂酸酐，反应式如下：[12]
分布
饱和脂肪酸大多来源于动物脂肪（也有少数例外，如椰子油和棕榈油，可可油、[1]还有氢化或部分氢化的植物油）。[35]并且畜肉、禽肉、鱼肉中也占有相当比例，例如猪牛羊、鸡鸭鱼等。奶类如母乳中饱和脂肪酸占全部脂肪酸含量也有42.4%。[36]
| 油类 | 牛油 | 棕榈油 | 羊油 | 猪油 | 鸭油 | 茶子油 | 花生油 | 玉米油 | 豆油 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 含量（%） | 61.8 | 43.4 | 57.3 | 43.2 | 29.3 | 13.2 | 18.5 | 14.5 | 15.9 |
| 肉类 | 猪肉（肋条） | 羊肉（肥瘦） | 牛肉（肥瘦） | 鸭 | 鸡 | 鲢鱼 | 带鱼 |
| 含量（%） | 36.8 | 48.1 | 52.6 | 30.1 | 34.8 | 32 | 44.1 |
| 奶类 | 奶豆腐 | 奶油 | 牛奶（全脂） | 母乳（天然） | 羊奶 |
| 含量（%） | 88.27 | 76.4 | 64.4 | 42.4 | 71 |
备注：以上表格统计为饱和脂肪酸占总脂肪酸的质量百分数（%）
饱和脂肪酸的β-氧化
1904年，Franz Knoop用不能被机体分解的苯基标记脂肪酸的甲基，然后将这些带有苯基的脂肪酸喂给狗吃。在检查尿液代谢产物时发现，如饲喂标记的偶数碳脂肪酸，不论脂肪酸链长短，尿中排出的代谢物均为苯乙酸的衍生物苯乙尿酸；如饲喂标记的奇数碳脂肪酸，则尿中发现的代谢物为苯甲酸的衍生物马尿酸。根据实验结果，他提出了脂肪酸在体内的氧化分解是从羧基端β-碳原子处开始，每次断裂两个碳原子的脂肪酸“β-氧化学说”。[38]
脂肪酸的β-氧化发生于线粒体基质中。脂酰CoA进入线粒体基质后，在线粒体基质中催化脂肪酸β-氧化的多酶复合体的催化下，从脂酰基的β-碳原子开始进行脱氢，加水、再脱氢和硫解四步连续反应,致使脂酰基断裂生成1分子乙酰CoA和比原来少2个碳原子的脂酰CoA。脂肪酸β-氧化过程如下图所示。[38]
(1)脱氢：脂酰CoA在脂酰CoA脱氢酶的催化下，从α、β碳原子上各脱下一个H，生成反△2-烯脂酰CoA。脱下的2H由脱氢酶的辅基FAD接受生成FADH2。[38]
(2)加水：反△2-烯脂酰CoA在△2-烯脂酰CoA水化酶的作用下，加水生成L-β-羟脂酰CoA。烯脂酰CoA水化酶具有立体异构专一性，专一催化△2-不饱和脂酰CoA的水化。并且催化反式双键生成L-β-羟脂酰CoA，催化顺式双键生成D-β-羟脂酰CoA。[38]
(3)再脱氢：L-β-羟脂酰CoA在L-β-羟脂酰CoA脱氢酶的催化下，从β碳原子上脱下2H，生成L-β-酮脂酰CoA。脱下的2H由NAD+接受生成NADH+H+。L-β-羟脂酰CoA脱氢酶具高度立体异构专一性，只催化L-型羟脂酰CoA的脱氢反应，不能催化D-β-羟脂酰CoA反应。[38]
(4)硫解：β-酮脂酰CoA在β-酮脂酰CoA硫解酶的作用下，裂解为乙酰CoA和比原来少了2个碳原子的脂酰CoA。[38]
由于此反应是高度放能反应，所以整个反应朝裂解方向进行。少2个碳原子的脂酰CoA继续重复上述4步反应，如此循环往复直至全部氧化成乙酰CoA。这些乙酰CoA一部分在线粒体中通过柠檬酸循环彻底氧化，一部分在线粒体中缩合生成酮体，通过血液运送到其他组织氧化利用。[38]
对人体的影响
饱和脂肪酸与其他脂肪酸一样，除了构成人体组织外，重要的生理功能是提供能量。膳食饱和脂肪酸摄入量明显影响血脂水平。有证据表明，血脂水平升高，特别是血清胆固醇水平的升高是动脉粥样硬化的重要因素，而膳食中饱和脂肪酸则是增加血清胆固醇升高的主要脂肪酸，故世界卫生组织建议膳食中饱和脂肪酸提供的能量应低于膳食总能量的10%。[8]
不同类型的饱和脂肪酸对血脂的影响不尽相同：棕榈酸增加血清LDL-胆固醇和总胆固醇水平的作用最为明显，其次为月桂酸和豆蔻酸，现已将月桂酸、豆蔻酸和棕榈酸三种脂肪酸列入升高胆固醇水平的名单中；硬脂酸对升高血清胆固醇或LDL-胆固醇的作用不明显，其原因可能与硬脂酸在体内迅速转变为油酸有关。[8]
应用
饱和脂肪酸种类众多，在化工工业、化妆品、塑料、制药、食品等领域都有广泛的应用。[11][14]
化工工业
在化学工业中，饱和脂肪酸中的硬脂酸和软脂酸都是重要的有机原料。硬脂酸可以制造各种脂肪酸金属盐，在纺织、印染工业中常用作润滑剂、打光剂等，在制革工业利用硬脂酸作为上光剂、保革油及脱模剂，在文化用品制造工业中，利用硬脂酸作原料，生产复写纸及彩色蜡笔等。[10]软脂酸制成的金属皂，也广泛用于塑料润滑脂、油漆、化妆品、表面活性剂、橡胶、纺织、皮革、造纸等方面，[12]软脂酸还可以作为有机合成试剂，用于制作各种软脂酸的金属盐。[9]
化妆品
医药工业
在医药的制造过程中，特别是药片的生产中，压片机模具和药片之间会因为具有一定的摩擦，而给药片、压片机零部件等带来很大的问题，像磨损零部件，造成药片不稳定等。而饱和脂肪酸可以作为一种润滑剂，有效的应用其中，减少药片和模具之间的摩擦。据相关研究提出，合理的使用润滑剂的可以一定程度上较少压片时的出片力，降低压片的动能。这个硬脂酸所具有的润滑性、抗粘好等特点息息相关。需要注意的是，在医药生产中，硬脂酸的用量需要适度，同时，硬脂酸与醇类作用生成酯，与无机碱或有机碱相作用以制备新生皂，为乳剂型软膏基质。亦可用作片剂的缓释剂及润滑剂。[13][14]
食品
硬脂酸盐（钙、镁、钾盐）也做抗结剂被广泛用于食品添加行业。[39]其中，单硬脂酸甘油酯的水解物可参与体内代谢，是世界各国公认的无毒食品添加剂用于香辛料、黄油、糖浆、生湿面制品等；[15]硬脂酸钙可以组织粉状食品的凝聚或黏结，加工时增大流动。[40]软脂酸以饱和甘油酯的形式广泛存在于猪油、牛油等动物油脂，在奶油以及植物油类棕榈油、橄榄油、棉子油、大豆油中含量也非常高，作为营养物质和食品添加剂常用于食品生产中。[16]
毒性
饱和脂肪酸类物质的毒性一般较小，多数属低毒或微毒一般也无体内蓄积作用。此类化合物因其化学结构上的不同、其毒作用可有三种类型，其中最主要的为对组织的原发性刺激作用、其强度与酸的解离度、水溶性蒸气压及其对皮肤和黏膜的穿透力等因素有关；此外，还有对皮肤的致敏作用和对酶的抑制作用。[17]
治疗
与不饱和脂肪酸的区别
参考资料 41
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- 参考 2
- 参考 3
- 参考 4
- 参考 5
- 参考 6
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 参考 10
- 参考 11
- 参考 12
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17
- 参考 18
- 参考 19
- 参考 20
- 参考 21
- 参考 22
- 参考 23
- 参考 24
- 参考 25
- 参考 26
- 参考 27
- 参考 28
- 参考 29
- 参考 30
- 参考 31
- 参考 32
- 参考 33
- 参考 34
- 参考 35
- 参考 36
- 参考 37
- 参考 38
- 参考 39
- 参考 40
- 参考 41