冯大诚
杂说“油”(2) 精选
2021-4-10 08:12
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杂说“油”(2)

我们最常见的两种液体是水和油,可是我们都知道,水和油是不相溶的。把水和油放在一起,即使搅拌得很均匀,静置一会儿水和油就会相互分离,水是水油是油,各自分层。

当然,这也是它们分子的性质不同所致。水分子,H2O,一个氧原子两个氢原子呈三角形,氧原子吸引电子的能力比氢原子大得多,所以水分子的正负电荷中心相离较远,有很大的偶极矩。所谓“油”,一般成分都以碳原子和氢原子为主,偶极矩较小。

水H2O与甲烷CH4的质量和大小相差不多,但是由于水有很大的偶极矩,而甲烷是非极性分子,所以他们的熔点和沸点相差很大。甲烷的熔点: -182.5℃,比水低182.5℃;沸点 :-161.5℃,比水低261.5℃。

如果从结构上简要地看,导致水有较大偶极矩的标志性官能团是羟基OH,而油的标志性官能团是甲基CH3和亚甲基CH2。

而从结构上又有羟基这样的极性基团,又有甲基亚甲基这样的极性很小基团的最简单的化合物是醇。甲醇,CH3OH;乙醇,CH3CH2OH等就是如此。这两个醇能够与水混溶,又能够溶解一点油。低级的醇如甲醇、乙醇看起来更像水,而随着碳链的增加,就越来越像油。如戊醇在水中的溶解度就很小,辛醇就基本上不溶于水了。

这里,还有一些常常被人误认为是油的化合物,例如甘油。甘油看上去油乎乎的,像油,实际上它与水能够以任意比例互溶,但是却难溶于油。它是一种有三个羟基的醇,丙三醇。

脂肪1.jpg

甘油不是油,它却来自油。把我们的食用油水解,就能够得到甘油。食用油,无论是植物油还是动物油,其组成都是各类脂肪酸的甘油酯。

我们从甘油的结构上可以看到,甘油在三个不同的方向上有三个羟基,它们都能够与酸形成酯。如果这三个位置上都与脂肪酸形成酯,那就是所谓三酰基甘油,或者称为甘油三脂肪酸酯,即甘油三酯,也就是人们所说的脂肪。

脂肪酸1.jpg

我们在医院体检查血,有一项甘油三酯,就是检查血液中的脂肪含量。

在甘油成酯的三个位置中,如果某一个位置上与磷酸形成酯,其余位置还是与脂肪酸形成酯,那就称为磷酸酰基甘油,或者称为甘油磷脂。这是一种最重要的磷脂,有时候就简称磷脂,是生物细胞膜的重要组成部分。

与甘油组成脂肪的脂肪酸,主要是直链烃氧化所形成的酸,也就是在直链烃的一端生成了一个羧基。

对于碳链上都是碳-碳单键的脂肪酸,就与烷烃一样,以碳原子的个数来称呼,四个碳称丁酸;八个碳称辛酸;十二个碳称十二烷酸,或十二酸,俗称月桂酸;十四个碳称十四烷酸,或十四酸,俗称肉豆蔻酸;十六个碳称十六烷酸,或十六酸,俗称棕榈酸或软脂酸;十八个碳称十八烷酸,或十八酸,俗称硬脂酸。二十个碳称二十烷酸,或二十酸,俗称花生酸。

对于碳链上含有双键的,除了表明碳原子个数和双键个数,还应当指明双键的位置。人们把最远离羰基的端点原子用希腊字母的最后一个ω表示,也把双键所在的原子也标出来。例如,油酸

最后2.jpg

它有十八个碳原子,一个双键,位置在端点开始的第9和第10原子之间,所以称十八烯酸(ω-9),或十八烯酸ω9,简写18:1(ω9)。

又如亚油酸

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共计十八个碳原子,两个双键,双键在端点开始的第6与第7原子之间以及第9与第10原子之间,所以称为十八碳二烯酸(ω—6),或者十八碳二烯酸ω6,或18:2(ω6)。为什么只标第一个双键所在的原子呢?这是因为几乎所有的天然脂肪酸,每两个双键之间只隔一个亚甲基,所以标明了第一个双键所在的原子,其余双键的位置也就定下来了。

又如,alpha-亚麻酸

最后3.jpg

称十八碳三烯酸(ω-3),或十八碳三烯酸ω3,简写18:3(ω3)。

由于名称写起来比较麻烦,所以人们往往就称呼它们的俗称,油酸、亚油酸、亚酸等。

碳链都是单键的脂肪酸称饱和脂肪酸,如上面所说的月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸。具有双键的脂肪酸称为不饱和脂肪酸,其中只有一个双键的称单不饱和脂肪酸,如油酸;有两个或两个以上双键的称多不饱和脂肪酸,如亚油酸、亚麻酸等。

如上面所说,脂肪就是脂肪酸与甘油生成的酯。各种脂肪即各种甘油三酯之所以不同,就是它们由不同的脂肪酸组成。也就是说,这个不同就是在甘油的三个不同位置上,接入了不同的脂肪酸。

我们的脂肪,通常有两种最重要的来源,一个是动物,例如猪牛羊,一个是植物,例如花生、大豆、棕榈的种子。不管从哪一种途径,得到的脂肪都是许多种甘油三酯(即三酰基甘油)的混合物。也正因为如此,它们都没有固定的凝固点。它们凝固的过程,都是先形成粘稠体,在很低的温度下,形成玻璃体。

在一定的条件下,脂肪都可以水解,生成脂肪酸和甘油。

在我们的身体内部,每天都在进行着这个化学过程。在我们的胃肠内,脂肪(甘油三酯)在各种脂肪酶的作用下,依次被水解为甘油二酯和甘油一酯,最后水解成甘油以及脂肪酸。这些甘油和脂肪酸在肠道被吸收进体内,在肝脏或其他组织内被重新组成人体需要的各种脂肪。

大多数脂肪酸可以在高等动物(当然包括人)的体内合成,但是有一些脂肪酸却不能,必须依靠摄入,这些脂肪酸称为必需脂肪酸。必需脂肪酸主要有两类,它们都是多不饱和脂肪酸:亚油酸和亚麻酸。由它们出发而生成的其他不饱和脂肪酸是人体细胞的不可缺少的化合物。

脂肪是人类生存最重要的营养元素之一,各种脂肪所含有的脂肪酸也有差异,了解这些脂肪中所含有的脂肪酸,对于我们适当合理的摄入脂肪是必要的。

下面的一些油脂中所含各种脂肪酸的百分比

猪油含有,棕榈酸:26~32;硬脂酸:12~16;棕榈油酸:3~5;油酸:41~51;亚油酸:3~14。

花生油含有,棕榈酸:6~9;硬脂酸:3~6;花生酸:2~4;油酸:53~71;亚油酸:23~27。

大豆油含有,棕榈酸:8;硬脂酸:4;油酸:28;亚油酸:53;亚麻酸:6。

棕榈油含有,棕榈酸:32~45;硬脂酸:2~7;油酸:38~52;亚油酸:5~11。

椰子油含有,月桂酸:48;肉豆蔻酸:17;棕榈酸:9;硬脂酸:2;油酸:7;亚油酸:1。

由于采集的来源不同,动植物油脂中脂肪酸的组成也会有较大的差别。

与烷烃的熔点随着碳链的增加而升高一样,饱和脂肪酸的熔点也随碳原子数的增加而增加,看它们的熔点:十四烷酸(肉豆蔻酸)58℃;十六烷酸(棕榈酸)64℃;十八烷酸(硬脂酸)69℃;二十烷酸(花生酸)75℃。在室温下,他们都是固体。

从上一篇烷烃和烯烃的熔点比较中我们已经看到,碳链长度相同,烯烃的熔点比烷烃要低30~50摄氏度。脂肪酸也是如此,相同碳原子个数的不饱和脂肪酸的熔点也大大低于对应的饱和脂肪酸。例如,同样由18个碳原子形成的碳链,硬脂酸的熔点为70℃,油酸的熔点只有4℃,而亚油酸的熔点则为更低的-12℃。

总的来看,牛油、羊油中的饱和脂肪酸(特别是硬脂酸)含量很高,牛油达63,羊油为57,所以它们在常温下就为很硬的固体。

猪油的饱和脂肪酸含量只有43,而有相当大含量的不饱和脂肪酸其中还有一些多不饱和脂肪酸,所以猪油在常温下,多为较软的粘稠体。

有些植物油例如花生油、大豆油、菜籽油中不饱和脂肪酸的含量都在百分之八九十以上,所以它们在常温下都是液体。

但是花生油中饱和脂肪酸的含量比较高,随着温度的下降,花生油中的一部分会比较容易凝结。当然由于品种不同,开始凝结的温度也会有较大的差别。

有些植物油如棕榈酸和椰子油中的脂肪酸则有许多饱和脂肪酸。棕榈油的脂肪酸差不多一半是饱和脂肪酸,所以它呈现半固态。椰子油中的饱和脂肪酸达四分之三,但主要是链长较短的月桂酸,所以它在室温较低时呈固态,室温较高时呈液态。

我们可以看到,植物油中饱和脂肪酸含量高的都是热带作物,如椰子、棕榈。不饱和脂肪酸较高的如大豆、油菜等作物则可以在温度较低的寒温带生存。花生原产南美洲,也应当是热带或亚热带地区,但是可以在温带生长,其中饱和脂肪酸的含量也比较高。

饱和脂肪酸的熔点高,容易凝固,这就决定了含有很多饱和脂肪酸的植物不宜在较寒冷的环境中生活。要能够在较寒冷的环境中生活,植物中的不饱和脂肪酸含量必须较高,以保证这些脂肪在较低的温度下还能够在植物细胞中运动。所以,较寒冷地带植物中的不饱和脂肪酸含量高是自然选择的结果。深海鱼油中多不饱和脂肪酸,其原因也是深海环境中水温很低,不饱和脂肪酸才能够不凝结。这也是自然选择的结果。

那么,人们还是会问,为什么在热带作物中要多含饱和脂肪酸,全都是不饱和脂肪酸不也行吗?

我们要看到,饱和脂肪酸的热值要略高于不饱和脂肪酸。在0℃和标准大气压下,乙烷(乙烯)、丙烷(丙烯)、正丁烷(丁烯)和正戊烷(戊烯)的热值分别为70(63)、101(94)、134(126)和169(159)兆焦耳/立方米。可以看出括号中烯烃的热值都小于对应的烷烃的热值。这是因为烷烃中氢原子的比例比烯烃中高,而氢氧键的键能比碳氧键大的缘故。饱和脂肪酸的热值大于不饱和脂肪酸也是同样的道理。

在可能的条件下,生物总是以较高的能量密度来储存能量。所以,热带作物中脂肪中的脂肪酸总是饱和脂肪酸要尽可能地多,这也是自然界自然选择的神奇结果。

 


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