作者：吳嘉麗 淡江大學化學系 張貼日期：2009/3/4
牛油、奶油、人造奶油、玉米油、橄欖油等都是各種脂肪酸的來源。一般人對「脂肪」的認識，就是覺得它油膩膩、不溶於水，而烹調最常用的油脂是液態的沙拉油，或是固態的豬油、牛油。為什麼有的油是液態？有的是固態？還有「沙拉油」究竟是什麼油？從哪裡提煉出來的？
近 年來在新聞媒體、食品廣告或電子信件中經常見到有關「反式脂肪」的警語，上網鍵入這個名詞，也可以立即查到一大籮筐的相關資訊。但是身為化學專業者，卻很 少看到在化學方面有比較深入的介紹。平常給文法商科同學上通識化學課時，發現大多數同學都不知道「脂肪」是什麼樣的分子結構？健康檢查表上常有一項「三酸 甘油酯」的數據，它與「脂肪」又有什麼關係呢？
一般人對「脂肪」的認識，就是覺得它油膩膩、不溶於水，而烹調最常用的油脂是液態的沙拉油，或是固態的豬油、牛油。讀到這裡，會立即想到一連串疑問—為什麼有的油是液態？有的是固態？還有「沙拉油」究竟是什麼油？從哪裡提煉出來的？
沙拉油是什麼油
非常明顯地，豬油、牛油來自動物。相對地，任何提煉自植物的油都可以稱為「沙拉油」，換句話說，都可以用來拌沙拉。不過一般市場賣的沙拉油多取自黃豆，或標示為「大豆沙拉油」，或是幾種植物油的混合物。
植物或動物油的組成確有顯著的差別，植物油含的脂肪酸主要是不飽和的，飽和脂肪酸的比率多在 20％ 以下，但是椰子油和棕櫚油除外。豬油、牛油含的飽和脂肪酸則至少在 40％ 以上。各種食用油脂肪酸比率表。
為什麼油會有不同的狀態
為什麼飽和脂肪酸含量高的油在室溫就會呈固態呢？這與分子的排列有關。分子排列得越整齊，分子和分子之間的作用力就越強，要想打散這種整齊的排列， 就需要費更大的力氣，或者說較高的能量或熱量。固態就是分子排列得很整齊、很緊密的狀態，所占的體積較小。如果整齊的分子被打散，分子與分子間的距離拉大 了，但是彼此之間仍然具有一定吸引力時，呈現的狀態就是液態。
由此推理，氣態分子自然是更自由自在，分子間距離很大，幾乎不再具有任何的吸引力或約束力。室溫下成固態的豬油、牛油，受熱融解成液態的溫度就是它 們的「融點」。反之，從液態凝固成固態的溫度稱為「凝固點」，而融點與凝固點其實就是同一個溫度。那麼飽和脂肪酸分子究竟長什麼樣子？為什麼可以排列整齊 呢？
自然界中最常見的脂肪酸大多含有 16、18 或 20 個碳。通常根據實際「飽和」脂肪酸的分子模型，以鋸齒狀表示長鏈。如果是「不飽和」脂肪酸，則長鏈部分有一個或數個「雙鍵」，以二條線來代表雙鍵。
雙鍵上的二個氫原子（H）在同一邊，就稱為「順式雙鍵」，自然界的不飽和脂肪酸所含的「雙鍵」都是順式的，因此稱為順式脂肪酸，有時簡稱為「順式脂 肪」。若雙鍵上的二個氫原子在雙鍵的異邊，就稱為「反式雙鍵」，自然界的「反式脂肪酸」只有在反芻動物的牛油或牛奶裡面以極低量（約 2 ~ 5％）存在，是由反芻動物胃部的某些細菌合成的。
比較飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸的分子結構，你一定同意近似直線型的飽和脂肪酸分子應該較容易整齊排列。不飽和脂肪酸分子的結構轉了一個大彎，要讓它 們整齊排列，就必須把溫度降得很低，因此像不飽和的油酸，凝固點（融點）是攝氏 13 度，飽和的棕櫚酸融點則在攝氏 63 度。所有的分子只有在絕對零度（攝氏零下 273 度）時才一動也不動，溫度越高，分子運動的幅度越大。
在融點時，表示分子動亂得已經無法維持整齊排列，而從整齊排列的固態散亂成液體狀態。不飽和脂肪酸分子不容易排列整齊，也就容易形成液體狀態，因此不飽和脂肪酸含量較高的植物油常以液態存在。
反式脂肪的來源
自然界的不飽和脂肪酸大多是順式的，那麼反式脂肪從何而來呢？原來這與融點有關。我們要塗麵包時，總不便用液體的沙拉油吧？如果用牛油，剛從冰箱拿 出來時又嫌太硬，不容易塗抹，在室溫放置一段時間後，軟硬才恰好適用。可是多數時間我們都不耐煩等待，最好從冰箱一取出，軟硬就剛好方便塗抹，「人造奶 油」因此有了市場。
「人造」奶油並非完全人工合成，只是把天然的植物油加工而成。前面說過植物油含不飽和的脂肪酸較多，在室溫下呈液態；動物油含飽和的脂肪酸較多，在 室溫下呈固態。如果可以把兩者所含的脂肪酸成分調整一下，譬如把植物油中的飽和脂肪酸比率調高一點，讓它的融點略微升高；或者把動物油中的不飽和比率調高 一點，讓它的融點略為下降，不就可以滿足需求了嗎？
在化學應用上前者很容易做到，就是使植物油進行「部分氫化」處理，把部分不飽和脂肪酸在加入氫氣氫化後轉化成飽和的脂肪酸，只要適當地調整氫化程 度，就可以製造出軟硬恰好的固態「植物奶油」了。賣場上所稱的「乳瑪琳」，就是一種植物奶油，是從英文名「Margarine」而來。另外食品業者烘培油 炸時用的軟軟的固態酥油（shortening），也是屬於這種氫化植物油。事實上，沙拉油也多經由輕度的氫化以延長其保存期限。
飽和或不飽和脂肪酸的「飽和」兩字，其實就是針對「氫原子」的數目而言。當「碳—碳」化學鍵上鍵結的氫原子數目完全滿足的時候，就稱為「飽和」的單 鍵，尚缺 2 個氫原子時，就稱為「不飽和」的雙鍵。因此含有不飽和雙鍵的脂肪酸，在適當的條件下，會與提供氫原子的氫氣進行化學反應，吸收了 2 個氫原子後，就從雙鍵變成飽和的單鍵。如果提供的氫原子數目不足以讓所有的雙鍵都變成單鍵，就稱為「部分氫化」。
反式脂肪的負面影響
「反式脂肪」的來源實與「氫化」過程有關，是氫化過程的中間副產物。在進行這個化學反應時，因為反式雙鍵的分子能量較低、較穩定，部分的天然順式雙 鍵會轉變成反式雙鍵。氫化後的「植物奶油」像乳瑪琳，所含的反式脂肪約占其重量的 10 ~ 15％。這種植物奶油的使用，至少已有百年的歷史，直到近一、二十年才被醫學上懷疑其中所含的「反式脂肪」可能與心血管類疾病有關。
多篇研究報告都指出，反式脂肪不僅會增加血液中低密度膽固醇（LDL，所謂的壞膽固醇）的濃度，更會降低高密度膽固醇（HDL，好膽固醇）的濃度。換句話說，就是大大增加了冠狀心血管疾病的發生。
為什麼反式脂肪會引起這些健康上的問題呢？目前最被大家接受的理論是人體的脂肪酶具有高度的選擇性，只會分解具順式脂肪酸的脂肪，無法分解反式脂肪。因此反式脂肪長期滯留在血液中亂竄，容易在血管壁上沉積，導致血管的窄化。
脂肪究竟何所指
一般泛稱的人體脂肪，主要包含兩種成分——三酸甘油酯和膽固醇。那麼前面介紹了大半篇幅的「脂肪酸」，難道不是人體脂肪的主要成分嗎？它是的，只是很少單獨存在，絕大多數的脂肪酸都是與甘油結合成中性的甘油酯，也就是說，脂肪是以甘油酯的形式存在於人體內。
甘油有 3 個醇基，非常容易溶於水，是很多皮膚保養劑的主要成分。這 3 個醇基可以和 3 個相同或不同的脂肪酸作用，生成不再溶於水的「三酸甘油酯」，酯就是脂肪酸與醇作用產生的產物。其實各種動植物油的脂肪酸也都是以這種甘油酯的狀態存在， 被吃入身體後，小腸的脂肪酶會把甘油酯水解成自由狀態的脂肪酸加以利用，如有多餘未被利用的，再組合成甘油酯儲存在皮下脂肪組織中。
好壞膽固醇
膽固醇分子的化學結構與脂肪酸完全不同，它是類固醇一類的分子，不溶於水，溶於油脂。人體血液 80 ~ 90％ 是水分子，因此膽固醇在血液中無法溶解。那要如何運送膽固醇呢？只好借助血液中的脂蛋白，這種蛋白分子很大，外圈具有一些可溶於水的官能基，內圈則是脂溶 性的，可把膽固醇包在裡面。
一般所謂好的膽固醇是指高密度的脂蛋白（high density lipoprotein, HDL），可把體內周邊組織中多餘的膽固醇運回肝臟分解，還會順便攜回血液中游離的膽固醇，這種脂蛋白約含 50％ 的脂質及 50％ 的蛋白質。壞的膽固醇則是指低密度的脂蛋白（LDL），負責把肝臟中的膽固醇運送至身體各周邊組織，所含的脂質約占 80％，極易在血管壁上沉積，生成斑塊，導致血管的狹窄。
膽固醇主要由飽和脂肪酸合成
膽固醇濃度過高易引發心血管疾病，難道它對身體沒有好處嗎？有，有很多重要的功能。膽固醇是細胞膜的重要組成，體內約半量的膽固醇都在這裡。膽固醇是很多類固醇譬如男女性荷爾蒙、膽酸、甚至維他命Ｄ的前驅物，因此絕對不可缺少膽固醇。
膽固醇的來源除了部分直接來自食物中的動物脂肪外，約 70％ 是由體內合成。合成的原料是什麼呢？就是飽和脂肪酸！不飽和的脂肪酸不會合成膽固醇。由各種動植物油的組成可看出，奶油、牛油及椰子油的飽和脂肪酸比率特 別高，豬油也不低，也就是說比較容易在人體內產生膽固醇。相對地，各種植物油的不飽和脂肪酸比率則較高，因此不易產生膽固醇。這也是為什麼從健康的觀點植 物油受到推崇的原因。
單元與多元
近年看到很多健康食品的廣告，鼓勵大家補充魚油，諸如 DHA、EPA、ω-3 酸、ω-6 酸等。一般魚油所含的「多元不飽和脂肪酸」可能高達 60％，那「單元」、「多元」又代表什麼意思呢？
原來「單元」是指脂肪酸化學結構中只含有一個雙鍵，「多元」當然就是指結構中含有多個雙鍵。我們身體也會自行合成脂肪酸，但是只會合成飽和的及單元 不飽和的脂肪酸。不幸的是，身體又非常需要多元不飽和脂肪酸，因此只好自食物中攝取，同時也把多元不飽和脂肪酸稱為「必需脂肪酸」，像維他命一樣不可或 缺。多元不飽和脂肪酸的另一化學特性是較不安定，比較容易在空氣中氧化成有異味的小分子。
多元不飽和脂肪酸
DHA 的原文全名是「二十二碳六元不飽和脂肪酸」，EPA則是「二十碳五元不飽和脂肪酸」。植物油中最常見的多元不飽和脂肪酸，是 18 個碳含 2 個雙鍵的亞油酸（linoleic acid）和 18 個碳含 3 個雙鍵的亞麻油酸（linolenic acid），我們需要這些不飽和脂肪酸去合成 20 個碳的各種前列腺素（作用類似荷爾蒙）。
那麼廣告中常出現的 ω-3、ω-6 酸，又是什麼酸呢？要解釋「ω-3、ω-6」，最好藉由化學結構來說明。「ω」（omega）是希臘字母的最後一個字母，用來代表尾端，「ω-3 酸」表示從尾端算來第３個碳上有雙鍵的酸。同樣地，「ω-6 酸」代表從尾端算來第６個碳上有雙鍵的酸。因此立即可以看出亞油酸和花生四烯酸都屬於 ω-6 酸，EPA、DHA 和亞麻油酸則屬於 ω-3 酸。
由於人類缺少某些酵素，無法合成自尾端數來 7 個碳以內的雙鍵，但是這些多元不飽和酸又是身體必需的酸，只好設法自食物中攝取。植物油中含 ω-6 酸較多，ω-3 酸很少，海產類如深海魚油含 ω-3 酸特別豐富。但是專家建議各種飽和、不飽和脂肪酸的食用，應維持接近某一比例，過量補充 ω-3 酸絕非明智之舉。
零反式脂肪
最後再回到反式脂肪的課題。自從反式脂肪的負面效應越來越明確後，很多國家都開始限制它在人造奶油中的含量，美國甚至規定從 2008 年 7 月起，食品中不得含有反式脂肪。臺灣則自 2008 年元月起，所有市售包裝食品營養標示的脂肪項下，須加標飽和脂肪及反式脂肪的含量。由於這些嚴格的限制，各國也競相研發出數種改良的氫化反應條件，諸如高 壓、低溫、改用較貴重的金屬觸媒等，以降低或避免反式脂肪的產生。
認識了這些與脂肪、健康相關的專有名詞後，希望大家不再被一些誇大的廣告用語矇騙，不必草木皆兵，而學習做一個聰明的消費者，並更加知道如何維護自己和家人的健康！
