脂肪酸（fatty acid）是生物體許多脂類化合物的重要組成成分，絕大部分以結合形式存在，同時還有少量以游離狀態(tài)存在。脂肪酸屬于羧酸，帶有一條碳氫鏈。生物體內的脂肪酸絕大多數是含偶數碳的直鏈一元酸，碳原子數目一般在4~26。脂肪酸主要分布在動植物油脂中，其命名常根據碳的數目和不飽和雙鍵的數目、位置來表示，如ω-3脂肪酸、ω-6脂肪酸等。脂肪酸的物理性質主要取決于碳氫鏈的長度和不飽和程度，化學性質取決于所含官能團的種類、數量和位置。脂肪酸常以動、植物油脂或植物油皂腳為原料采用水解法或皂化法生產，再經蒸餾精制而得。
脂肪酸，是一種應用非常廣泛的有機合成基本原料，是制造香料、化妝品、洗滌用品、食品添加劑、醫(yī)藥、塑料和橡膠助劑等精細化工的基礎油化品，是肥皂皂基的主要成分，是動物飼糧的重要組成，其用途和用量在不斷擴大。
發(fā)現歷史
油脂是人類自古以來的食物，但它卻是從19世紀開始才作為化學物質被人們所認識。1813年，法國化學家謝弗羅爾開始研究油脂和油脂制成的肥皂，他將豬油制得的肥皂與無機酸共同熬煮后，獲得兩種酸性物質，一種命名為“珍珠酸”；另一種命名為“油酸”，后來將珍珠酸改稱為硬脂酸。1841年英國一位礦物分析員斯坦豪斯從棕櫚油中發(fā)現了軟脂酸；1846年，德國化學家施瓦茲分析確定它的化學組成是十六酸，又稱軟脂酸；接著德國藥劑師海英茲確定珍珠酸是硬脂酸和軟脂酸的混合物，并確定硬脂酸的化學組成是十八烷酸。1827年，法國化學家比西從蓖麻籽油中發(fā)現麻醇酸；1841年，英籍化學家普萊費爾從肉豆蔻脂中發(fā)現肉豆蔻酸；1842年，德國化學家馬森從月桂脂中發(fā)現月桂酸。一些低級脂肪酸，包括丙酸、丁酸、戊酸、己酸、癸酸和辛酸也在這段時期被發(fā)現。
脂肪酸最初是油脂水解而得到的，具有酸性，因此而得名。根據IUPAC-IUB（國際理論和應用化學國際生物化學聯合會）在1976年修改公布的命名法中，脂肪酸定義為天然油脂水解生成的脂肪族羧酸化合物的總稱，屬于脂肪族的一元羧酸（只有一個羧基和一個烴基）。
命名
脂肪酸的命名包括習慣命名和系統(tǒng)命名兩種方法。習慣命名法主要以脂肪酸的碳數目、來源或性質命名，如十二（烷）酸，月桂酸，軟脂酸等。系統(tǒng)命名法根據碳的數目、不飽和鍵的數目，以及不飽和鍵的位置來表示，分為Δ編號系統(tǒng)和ω編號系統(tǒng)。
Δ編號系統(tǒng)是以含羧基的最長鏈為主鏈，若是不飽和脂肪酸則主鏈應包含雙鍵，脂肪酸的碳原子從羧基功能團端開始計數，不飽和鍵的位置用Δ表示，c或順表示順式，t或反表示反式。
ω編號系統(tǒng)也稱n編號系統(tǒng)，是以含羧基的最長鏈為主鏈，若是不飽和脂肪酸則主鏈應包含雙鍵，脂肪酸的碳從離羧基最遠的碳原子即最遠端的甲基碳原子開始計數，并標出雙鍵的位置。在ω編號系統(tǒng)中，根據第一個雙鍵的位置，可以把不飽和脂肪酸分為ω-3脂肪酸（如亞麻酸、EPA、DHA）、ω-6脂肪酸（如花生四烯酸）、ω-9脂肪酸（如油酸）。
分類
碳鏈長度
脂肪酸根據碳鏈長度的不同可分為：短鏈脂肪酸、中鏈脂肪酸和長鏈脂肪酸。短鏈脂肪酸，指碳鏈上的碳原子數小于6；中鏈脂肪酸，其碳鏈上碳原子數為6～12；長鏈脂肪酸，其碳鏈上碳數大于12。
飽和程度
按脂肪酸飽和程度分類，脂肪酸可分為飽和脂肪酸（saturated fattyacid，SFA）和不飽和脂肪酸（unsaturated fattyacid，USFA）。飽和脂肪酸是分子中碳原子間以單鍵相連的一元羧酸。特點是烴鏈上沒有碳碳雙鍵存在，只有單鍵。
不飽和脂肪酸是烴鏈中含有碳碳雙鍵的脂肪酸。不飽和脂肪酸根據烴鏈上碳碳雙鍵的個數可分為單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid）和多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid）。單不飽和脂肪酸指烴鏈只含有單個雙鍵的脂肪酸；多不飽和脂肪酸是指含2個或2個以上雙鍵的脂肪酸。脂肪酸飽和程度圖：
不飽和脂肪酸根據烴鏈上碳碳雙鍵的結構可分為：順式脂肪酸（cis-fatty acid）和反式脂肪（trans-fatty acid）。順式脂肪酸是指氫原子位于碳碳雙鍵同側的不飽和脂肪酸。反式脂肪酸是指氫原子位于碳碳雙鍵異側的不飽和脂肪酸。脂肪酸的空間結構圖為：
機體需要
按照能夠滿足機體需要的程度分為：必需脂肪酸（essential fatty acid, EFA）和非必需脂肪酸（non-essential fatty acid, NEFA）。必需脂肪酸是指維持人體正常生長所必需，體內又不能合成，必須通過食物供給的脂肪酸，必需脂肪酸有亞油酸和α-亞麻酸兩種。亞油酸可轉變生成1-亞麻酸、花生四烯酸等n-6系列脂肪酸，α-亞麻酸可轉變生成二十碳五烯酸（EPA）、DHA（DHA）等n-3系列脂肪酸。必需脂肪酸的最好食物來源是植物性食品，主要是植物油，其中玉米油、花生油、大豆油、芝麻油、葵花籽油中含有豐富的亞油酸，菜籽油、大豆油、葵花籽油富含亞麻酸，魚油、海魚類等也含大量必需脂肪酸。非必需脂肪酸人體能夠自身合成，可以不從食物中直接攝取的脂肪酸。
來源
天然油脂中含有800種以上的脂肪酸，已經得到鑒別的有500種之多。天然油脂的脂肪酸組成不僅隨植物和動物的種類有重要變化，而且在同樣種類內也隨季節(jié)、地理環(huán)境、飼料等的變化而變化。例如，亞油酸和亞麻酸主要存在于植物油中，如有機大豆油、紅花籽油等含有較高的亞油酸，紫蘇籽油、亞麻籽油等含有極豐富的α-亞麻油，月見草油、聚合草籽油等含有較多的γ-亞麻油。同時，大多數海里生長的藻類、微生物體內以及低等真菌類均含有較多的亞麻油。花生四烯酸廣泛存在于動物組織中，如許多動物的腦、肝臟、血液磷脂和腎上腺中均含有，低等真菌尤其是被孢霉屬真菌也含有大量的花生四烯酸。二十碳五烯酸（EPA）與DHA（DHA）主要存在于海洋生物中，如高脂魚類、海藻和部分真菌、貝類、甲殼亞門中。
人類膳食脂肪主要來源為食用油脂（如花生油、菜籽油、豆油、葵花籽油、紅花籽油，亞麻油、紫蘇油）、動物類食物（如動物的肉、內臟）以及堅果類（如核桃仁、杏仁、花生仁、葵花籽仁）等。不同來源的膳食脂肪由不同的脂肪酸構成。其中動物性食物：豬肉（后臀尖）飽和脂肪酸含量10.8%，單不飽和脂肪酸13.4%，多不飽和脂肪酸3.6%；豬肉（肋條肉）飽和脂肪酸含量達20.7%，單不飽和脂肪酸25.6%，多不飽和脂肪酸6.8%。植物性食物：以油料作物為主，如葵花籽油的飽和脂肪酸含量13.4%，單不飽和脂肪酸18.4%，多不飽和脂肪酸65.2%；黃豆的飽和脂肪酸含量2.4%，單不飽和脂肪酸3.5%，多不飽和脂肪酸9.1%；核桃（干）飽和脂肪酸含量4.8%，單不飽和脂肪酸8.8%，多不飽和脂肪酸42.8%，以不飽和脂肪酸為主。
體內吸收代謝過程
脂肪酸分解
無論是體內儲脂還是從食物中吸收的三基甘油，最終被酶水解成甘油和脂肪酸進行進一步代謝。其反應過程如下：
脂肪酸的氧化部位：原核生物在細胞溶膠中，真核生物在線粒體基質中，植物在乙醛酸體、過氧化物體中。脂肪酸是哺乳動物的主要能源物質之一。在O2供給充足的條件下，脂肪酸可在體內分解成CO2及水的同時釋放出大量能量，以ATP形式供機體利用。除腦組織外，大多數組織均能氧化脂肪酸，但以肝和肌肉最活躍。脂肪酸的分解有β-氧化、ω-氧化、α-氧化等不同方式，其中β-氧化是氧化分解代謝的主要途徑。
1904年Knoop對脂肪酸的氧化研究做出貢獻。他分別選取奇數和偶數碳的脂肪酸的ω位碳原子用苯基來標記，然后喂狗，并檢查尿中的最終產物。結果表明，用苯基標記的含奇數碳原子的脂肪酸喂動物時，尿中排出的是馬酸；用苯基標記的含偶數碳原子的脂肪酸喂動物時，隨尿排出的是苯乙尿酸。由此得出脂肪酸的氧化是從羧基端的β碳原子開始的，叫做β-氧化。Knoop的這一發(fā)現是生物化學中的一個里程碑，因為他第一次利用合成標記來解釋反應機制。
飽和偶碳脂肪酸β-氧化的順序為：
（1）脂肪酸的活化。在細胞質中，脂肪酸由脂酰CoA合成酶催化，由ATP供能，與CoASH反應生成代謝活潑的脂酰CoA，具體過程為：
（2）脂酰CoA的跨膜運輸。在細胞質中合成的脂酰CoA不能自由穿過線粒體內膜進入線粒體，肉堿可以作為載體，將脂酰基轉運至線粒體內，過程為：
（3）脂酰CoA的β-氧化降解。當脂酰CoA進入線粒體后，接著進行β-氧化降解，其過程見圖：
脂肪酸的徹底氧化可產生大量能量，一分子脂酰CoA每經一次β-氧化作用，產生一分子乙酰輔酶A、一分子FADH2，及一分子NADH +H+。如一分子軟脂酸經β-氧化徹底氧化的過程中，經7次β-氧化，可降解成8分子乙酰CoA、7分子FADH2、7分子NADH與H+，凈生成106分子ATP。
脂肪酸合成
人體內的脂肪酸大部分來源于食物，為外源性脂肪酸，在體內可通過改造加工被人體利用。同時機體還可以利用糖和蛋白轉變?yōu)橹舅幔Q為內源性脂肪酸，用于甘油三酯的生成，貯存能量。合成脂肪酸的主要器官是肝臟和哺乳期乳腺，另外脂肪組織、腎臟、小腸均可以合成脂肪酸。脂肪酸的合成主要有兩種方式：一種是通過全程合成的途徑合成；另一種則是在已有的脂肪酸鏈上加上C?物，使碳鏈延長，稱為延伸合成。前者的酶系存在于細胞溶質中，稱為非線粒體系統(tǒng)；后者的酶系存在于線粒體和微粒體中，稱為線粒體系統(tǒng)和微粒體系統(tǒng)。
非線粒體系統(tǒng)是脂肪酸合成的主要途徑。通過此途徑可將乙酰輔酶A轉變成長鏈脂肪酸，反應需要ACP（脂酰載體蛋白)、ATP、CO?、Mn2?和NADPH，合成的主要產物為軟脂酸（十六酸）。所需要的酶系存在于細胞溶質中。脂肪酸合成全過程如下圖所示：
生理作用
肝臟、脂肪組織和乳腺等多種組織的細胞漿中都含有合成脂肪酸的酶系。肝臟是人體合成脂肪酸的主要部位，其合成能力是脂肪組織的8-9倍。而脂肪組織是脂肪貯存的場所，除了本身從糖合成脂肪酸外，主要是攝取食物消化吸收和肝臟合成的脂肪。脂肪酸在體內的功能有：能提供熱量，是很好的能量來源；貯存在脂肪細胞中，以備人體不時之需；作為合成其他化合物的原料；能保持細胞膜的相對流動性，以保證細胞的正常生理功能；使膽固醇化，降低血液中膽固醇和甘油三酯含量；提高腦細胞活性，增強記憶力和思維能力。
理化性質
物理性質
晶體結構
脂肪酸晶體是長柱形。長柱形晶體中的每一個棱上有兩分子脂肪酸，羧基對著羧基成對連結起來。四個棱上共有四對。長柱中心也有一對。棱上的一對與中心的一對共四個分子組成一個單元晶粒，稱為晶胞。脂肪酸的晶體就是由這些晶胞有規(guī)則地呈層狀排列所組成的。每一層脂肪酸分子組成一個晶格，晶格與晶格之間由端甲基形成的平面隔開。
脂肪酸分子能形成氫鍵，氫鍵締合決定了它的晶體結構，對它的熱性質、溶解性、油滑感等都有很大影響。
色澤、氣味
純凈的脂肪酸是無色的，某些脂肪酸具有自己特有氣味。
熔點、沸點
脂肪酸的熔點隨著碳鏈的增長呈不規(guī)則升高，不飽和脂肪酸的熔點通常低于同等鏈長的飽和脂肪酸，雙鍵越多，熔點越低，雙鍵位置越靠近碳鏈兩端，熔點越高，且順式的熔點比反式低。另外，取代基對脂肪酸的熔點也有明顯影響。
脂肪酸的沸點隨碳鏈增長而升高，飽和度不同但碳鏈長度相同的脂肪酸沸點相近。
密度、黏度、溶解性
脂肪酸的相對密度隨相對分子質量的增大而減小，不飽和脂肪酸的相對密度比相應的飽和脂肪酸的相對密度大，帶有共軛雙鍵的脂肪酸相對密度大，相同碳原子數的脂肪酸的相對密度隨不飽和度的增大而增大。脂肪酸的黏度隨著相對分子質量增大而增大。
短碳鏈脂肪酸較易溶解于水，隨著脂肪酸碳鏈的增長其溶解度降低。一般脂肪酸越低級，不飽和度越高，其在有機溶劑中的溶解度也就越大，碳鏈越長溶解度越小。
折射率、電導率
飽和脂肪酸的相對分子質量增大，折射率也隨之增大。飽和脂肪酸的折射率比相對應的不飽和脂肪酸的折射率要小。碳數目相同時，折射率越小，分子內雙鍵數就越大。脂肪酸的電導率會隨相對分子質量變化而變化，相對分子質量增加，脂肪酸的電導率會減小。
化學性質
脂肪酸的化學性質取決于所含官能團的種類、數量、位置。脂肪酸都含有羧基，所以羧基的化學性質是脂肪酸化學性質的重要方面。
酸性
脂肪酸是弱酸，在水溶液中呈弱酸性。脂肪酸與活潑金屬作用放出氫氣，與金屬氧化物、氫氧化物反應生成鹽，與堿反應生成鹽和水。脂肪酸的酸性隨碳鏈的增長而減弱。
2RCOOH+Zn→(RCOO)2Zn+H2
羧基上的反應
脂肪酸與醇作用可生成酯稱為酯化反應，是典型的可逆反應。
RCOOH+HOR=RCOOR’+H2O
另外，脂肪酸分子中羧基的羥基被鹵族元素原子置換生成酰鹵。脂肪酸與氨作用可得到銨鹽，進一步加熱生成酰胺。脂肪酸與酰氧基置換生成酸酐。
脂肪酸的羧基在高溫及適當金屬催化劑存在時可氫化還原成醇羥基，生成脂肪醇。
RCOOH→RCH2OH（LiAlH4為催化劑，無水乙醚為溶劑）
取代、加成反應
脂肪酸中的α-氫可被鹵族元素取代，生成鹵代酸。
RCH2COOH+Br2→RCHBrCOOH+HBr
脂肪酸能被SO?、發(fā)煙硫酸或氯磺酸等磺化劑直接磺化。
不飽和脂肪酸的雙鍵非常活潑，可與很多物質起加成反應。不飽和脂肪酸的雙鍵能與氫在催化劑作用下發(fā)生加成反應，還可以在雙鍵位置上結合鹵素原子和鹵化氫生成相應的飽和酸。
RCH2CH=CH(CH2)nCOOH+H2→RCH2CH2CH2(CH2)nCOOH（催化劑）
熱分解和異構化
脂肪酸在高溫下會發(fā)生熱分解反應，脫水反應生成相應的酸酐。在有金屬存在的情況下，脂肪酸加熱時會發(fā)生熱分解反應，生成和烷烴。
2RCOOH→(RCO2)O+H2O
天然油脂所含脂肪酸的雙鍵絕大多數為順式結構，但在某些反式化催化劑的作用下，順式可轉變?yōu)榉词疆悩嬻w，此反應稱反式化反應。
顯色、聚合反應
脂肪酸特別是一些不飽和脂肪酸，可與某些試劑產生顏色反應。常見的顯色反應主要有：加溴的四氯化碳褪色、加高錳酸鉀褪色、加碘酸鉀-碘化鉀顯藍色。加溴-麝香草酚藍顯藍色。
多雙鍵脂肪酸的分子間容易聚合，聚合有兩種形式，一為高溫缺氧的聚合稱為熱聚合，另一為氧化聚合。前者以碳結合為主，后者既有碳碳結合，也有碳氧結合。例如不飽和脂肪酸在空氣中久置，容易產生難聞的氣味，這種變化就是脂肪酸的氧化聚合稱為酸敗。
制備方法
動植物油脂制備脂肪酸
制備脂肪酸的原料主要有動植物油和皂腳。其中非食用牛脂、椰子油和棕櫚仁油（月桂酸類)及有機大豆油是動植物領域的主要油脂。動植物油脂制取脂肪酸的總化學方程式為：
動植物油脂制取脂肪酸首先需要經過預處理，一般可分為間歇法和連續(xù)法兩種工藝。間歇法中動物脂使用硫酸酸煉處理。連續(xù)法是在連續(xù)酸煉設備中進行預處理。預處理后，進行油脂水解反應。常壓催化水解法是在常壓下使用酸性催化劑（磺酸和硫酸），加新鮮水，用直接蒸汽分級蒸煮來水解油脂。中壓水解法根據水解壓力、水解時間、加水量以及過程中是否采用催化劑的不同有許多種方法，通常情況下分為中壓非催化水解法和中壓催化水解法兩種。中壓非催化水解是依靠控制一定壓力、溫度、加水量以及水解時間使油脂發(fā)生水解，并保證有一定的水解度。中壓催化水解需要額外添加一定量的催化劑（鋅、鎂、鈣的氧化物）提高水解反應速率。連續(xù)高壓逆流水解是使反應物料在高壓下產生較高的反應溫度，即增加水在油相中的溶解度，提高油脂水解的反應速率和水解度，同時將反應過程中產生的脂肪酸和丙三醇兩組分及時地連續(xù)不斷地分離出去，避免酯化反應降低油脂的最終水解度。
植物油皂腳制備脂肪酸（皂化法）
皂化酸解法
植物油皂腳制取脂肪酸原理為皂腳先用堿液補充皂化，使其中的中性油轉化為肥皂和甘油；然后將所得皂腳用硫酸進行酸解，使肥皂轉變脂肪酸。其過程可以用下列反應式表示：
其工藝流程為：
酸化水解法
酸化水解法是將皂腳中的肥皂先經硫酸分解，得到脂肪酸與中性油的混合物，這種混合物通常稱為酸化油，然后再水解其中的中性油得到粗脂肪酸。其生產工藝流程為：皂腳→酸化→（水洗）→水解→水洗→粗脂肪酸。化學反應式是：
精制與分離
脂肪酸的精制一般是采用蒸餾的方法。根據脂肪酸與雜質混合物沸點的不同，控制一定的蒸餾溫度，即可將低沸點雜質和高沸點雜質與脂肪酸分離，從而得到精制的目的。蒸餾精制工藝流程為：粗脂肪酸→預熱→析氣→真空蒸餾→冷凝冷卻→精制混合脂肪酸。
精制的混合脂肪酸只有分離成較純的餾分，才能制備滿足特殊需要的產品。常用的分離方法有：溫控容器結晶法、分盤凈凍壓榨法 、有機溶劑分離法、水媒分離法、Sorbex分離法、超臨界流體萃取法、萃取結晶法、精餾分離法、尿素包合法、色譜法、分子蒸餾法、脂肪酶輔助法等。
應用領域
醫(yī)藥、食品行業(yè)
脂肪酸可用于醫(yī)藥和保健食品，用以調節(jié)脂質代謝，治療和預防心血管疾病，促進生長發(fā)育。ω-6系列多不飽和脂肪酸中，月見草油已被30多個國家批準作為應用補充和功能性食品基料。將γ-亞麻酸包埋后添加到乳制品中，可提高其營養(yǎng)價值，并接近于母乳，而在嬰幼兒乳制品中有良好應用。花生四烯酸和DHA在腦和神經組織中的高含量，許多生產商將兩者配合用于嬰幼兒調合乳的生產。
富含亞油酸的紅花籽油、稻米油、小麥胚芽油等，已被廣泛應用于功能性食品中，可添加于冷凍點心、乳飲料、肉制品等各種食品中，或以營養(yǎng)膠囊的形式出售。
畜牧業(yè)
在畜牧業(yè)，飼糧中可單獨添加中鏈脂肪酸或將其與有機酸、益生菌等聯用，可改善動物生長性能，增強機體免疫性。多不飽和脂肪酸作為一種重要的營養(yǎng)物質，具有提高飼料轉化率、促進蛋白質合成等功能，可應用于家禽生產、豬生產、反芻亞目生產和水產養(yǎng)殖。
咖啡渣脂肪酸提取物，其主要成分為軟脂酸、亞油酸、油酸和硬脂酸，經動物試飼實驗證明，具有顯著的增加動物體重的作用，可用于飼料添加劑。
日用品行業(yè)
以天然脂肪酸為原料制備新型氧化胺表面活性劑，具有增溶、乳化、穩(wěn)泡、洗滌、保濕和抗靜電等多種優(yōu)良性能，且具有低刺激性、極低的生理毒性和良好的生物降解能力，在高檔洗潔精、化妝品、紡織等領域得到廣泛應用。
此外，不飽和脂肪酸又被稱為美容酸，可使肌膚細嫩潤澤，頭發(fā)烏黑發(fā)亮，可以將其作為美容護膚的功能因子添加到護膚品及美容美發(fā)產品中。利用花生四烯酸和C-亞麻酸的營養(yǎng)保護功能作為精油或者膏劑添加至護膚品中。
另外脂肪酸可作為活化劑和乳化劑應用于橡膠工業(yè)，作為熱穩(wěn)定劑和潤滑劑應用于塑料工業(yè)，作為抗靜電劑和柔軟劑應用于紡織工業(yè)，其衍生物或者二聚體可應用于制作油墨、涂料和顏料，脂肪酸衍生物，還可以作為施膠劑、廢紙脫墨劑、脫樹脂劑應用于造紙工業(yè)，改性的醇酸樹脂可用于制作油漆。
健康安全
反式脂肪是人機體不需要的脂肪酸，對人體危害極大。它絕大多數是通過動植物人造脂肪加工或者高溫處理生成的。反式脂肪酸對人體的危害表現在：增加患心血管疾病的危險；導致患糖尿病的危險；導致必需脂肪酸缺乏；抑制嬰幼兒生長發(fā)育等。
參考資料 >