脂肪的功能、分类和特性

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EUFIC 的评论 Facts on Fats 为读者提供了广泛但易于理解的与我们通过饮食消耗的脂肪相关的各个方面的概述。为了使这些信息更容易消化,评论分为两部分;第一篇,即当前文章,解释了膳食脂肪的基础知识。它阐明了膳食脂肪是什么,脂肪从分子角度有何不同,它们在人体中扮演的角色(简要)以及脂肪在食品技术中的重要性。第二部分是对有关膳食脂肪与健康的科学文献的回顾。它解释了营养科学在膳食脂肪消耗方面的最新进展以及这如何影响健康。它还涵盖了国际权威机构和不同成员国的饮食建议,以及整个欧洲的当前消费水平。

1。什么是膳食脂肪?

膳食脂肪是天然存在的分子,是我们饮食的一部分。它们属于名为脂质的一大类化合物 还包括蜡、甾醇(例如胆固醇)和脂溶性维生素。但是,这种区别并不总是很清楚,有时脂肪一词还包括其他脂质,例如胆固醇。

膳食脂肪分子来源于植物和动物。在植物中,它们存在于种子(例如油菜籽、棉籽、向日葵、花生、玉米和大豆)、水果(例如橄榄、棕榈果和鳄梨)和坚果(例如核桃和杏仁)中。常见的动物脂肪来源是肉类、(油性)鱼(例如鲑鱼、鲭鱼)、鸡蛋和牛奶。植物脂肪或通常所说的植物脂肪和动物脂肪都可以直接食用,也可以间接食用,例如在糕点和酱汁中,用于改善质地和味道。牛奶生产许多流行的动物脂肪产品,例如奶酪、黄油和奶油。除牛奶外,动物脂肪主要是从家畜提炼的组织脂肪中提取的。

膳食脂肪与碳水化合物和蛋白质一起,是膳食中能量的主要来源,并具有许多其他重要的生物学功能。除了是我们体内细胞和细胞膜的结构成分(例如我们的大脑主要由脂肪组成)之外,它们还是我们饮食中脂溶性维生素的载体。脂肪代谢物参与神经发育和炎症反应等过程。储存时,体脂在身体需要时提供能量,缓冲和保护重要器官,并有助于身体绝缘。

在奶酪、鸡蛋、肉类和贝类等产品中发现的脂质胆固醇对于身体细胞膜的流动性和渗透性至关重要。它还是维生素D、一些激素和胆汁盐的前体,能增强肠道对脂肪的吸收。

膳食脂肪和胆固醇对人体健康的重要性在脂肪在体内的功能的第二部分中进一步解释 .

2。放大分子结构,膳食脂肪是如何形成的?

了解脂肪的基本化学成分将有助于了解脂肪在我们的健康和食品技术中所起的作用。 90%以上的膳食脂肪以甘油三酯的形式存在,它由甘油主链和甘油分子的三个羟基上的脂肪酸酯化组成。

图 1。 甘油三酯与饱和、单不饱和和多不饱和脂肪酸的结构。

脂肪酸

脂肪酸具有由碳原子构成的主链。它们的碳原子数量以及它们之间的双键数量不同。例如,丁酸 (C4:0)、棕榈酸 (C16:0) 和花生酸 (C20:0) 在其链中分别含有 4、16 或 20 个碳原子。短链脂肪酸 (SCFA) 是含有最多 5 个碳原子的脂肪酸,中链脂肪酸 (MCFA) 有 6 至 12 个,长链脂肪酸 (LCFA) 有 13 至 21 个,而超长链脂肪酸 ( VLCFA) 是具有超过 22 个碳原子的脂肪酸。大多数天然存在的脂肪酸,无论是在饮食中还是在体内,都含有 16-18 个碳原子。附件 1 列出了最常见的脂肪酸、它们的碳原子数、双键的数量和位置,以及这些脂肪酸可以在哪些产品中找到。

脂肪酸根据其碳链中双键的存在和数量进行分类。 饱和 脂肪酸 (SFA) 不含双键,单不饱和 脂肪酸 (MUFA) 含有一种,多不饱和脂肪酸 脂肪酸(PUFA)含有一个以上的双键。

脂肪酸的长度和饱和度都会影响我们身体细胞中膜的排列,从而影响其流动性。较短链的脂肪酸和不饱和度较高的脂肪酸较不坚硬且较不粘稠,从而使膜更柔韧。这会影响一系列重要的生物学功能(参见 脂肪在体内的作用 )。

不饱和脂肪酸的分类(顺式和反式)

不饱和脂肪酸也可以分类为“顺式 " (弯曲形式) 或 "trans "(直式),取决于氢是结合在分子的同一侧还是另一侧。大多数天然存在的不饱和脂肪酸存在于 顺式 形式。 翻译 脂肪酸 (TFA) 可分为两类:人工 TFA(工业)和天然 TFA(反刍动物)。工业 TFA 由人类生产,可以在含有植物油/脂肪的产品中找到,这些植物油/脂肪经过了称为部分氢化的硬化过程(这将在第 4 节中进一步解释)。在植物油/脂肪的除臭过程中也会产生少量的 TFA,这是食用油/脂肪精炼的最后一步。存在一系列 TFA 异构体(变体),并且在沿脂肪酸分子的双键位置上结构不同。反刍动物和工业 TFA 都含有相同的异构体,工业 TFA 的结构范围更广,但比例不同。 TFA 消耗与对健康的不利影响有关,这在 EUFIC 的体内脂肪的功能中得到了进一步解释 .

图 2。 反式脂肪的结构

PUFA(欧米茄脂肪酸)的分类

根据脂肪酸链甲基端(甘油分子的另一侧)开始的第一个双键的位置,PUFA可进一步分为三大类:

  • Omega-3 (或 n-3)脂肪酸在第三个碳原子处具有第一个双键,主要包括 α 亚麻酸 (ALA) 及其衍生物二十碳五烯酸 (EPA) 和二十二碳六烯酸 (DHA)。
  • Omega-6 (或n-6)脂肪酸在第六个碳原子处具有第一个双键,主要包括亚油酸(LA)及其衍生物花生四烯酸(AA)。
  • Omega-9 (或 n-9)脂肪酸在第 9 个碳原子上具有第一个双键,主要包括油酸。

图 3。 omega-3和omega-6脂肪酸的结构。

脂肪酸术语

除了正式名称外,脂肪酸通常由基于长度(碳原子数)、双键数和它们所属的欧米茄类别的缩短数字名称表示(见附件 1)。命名的例子是;亚油酸(LA),也称为C18:2 n-6,表示它有18个碳原子,2个双键,属于omega-6脂肪酸家族。 α亚麻酸(ALA),即C18:3 n-3,具有18个碳原子,3个双键,属于omega-3脂肪酸家族。

它们在细胞膜的形成中很重要,并参与许多生理过程,如凝血、伤口愈合和炎症。尽管身体能够将 LA 和 ALA 转化为长链形式——花生四烯酸 (AA)、二十碳五烯酸 (EPA) 和少量的二十二碳六烯酸 (DHA),但这种转化似乎有限。出于这个原因,我们的饮食中可能还需要这些特殊长链脂肪酸的直接来源。 EPA 和 DHA 最丰富的来源是油性鱼类,包括鳀鱼、鲑鱼、金枪鱼和鲭鱼。 AA 的来源是花生(油)。

3。脂肪在食品技术中扮演什么角色?

脂肪可以通过增强食物的质地和口感、外观以及携带脂溶性风味来使食物更令人愉悦。脂肪还具有在食品制造和烹饪中很重要的物理特性。本节讨论这些食品技术方面,并将讨论与食品重新配方相关的一些问题。例如,替代 TFA 作为减少这些脂肪酸摄入量的策略(另请参阅 体内脂肪的功能 )。更换可能是一项挑战,因为通常需要固体脂肪来维持产品的功能、味道和保质期。

应用程序

脂肪的应用范围很广,并且具有许多有助于最终产品的功能特性(见表 1)。

表 1。 食品中脂肪的功能。

函数 说明 曝气 蛋糕或慕斯等产品需要在混合物中加入空气,以提供充分发酵的质地。这通常是通过在脂肪-糖混合物中捕获气泡以形成稳定的泡沫来实现的。 涂层(用于易碎纹理) 在一些糕点和饼干中发现的易碎质地是通过脂肪(起酥油)包裹面粉颗粒以防止它们吸收水分来实现的。 片状 在制作片状或酥皮点心或饼干时,脂肪有助于分离面团中形成的面筋和淀粉层。脂肪在烹饪过程中融化,留下很少的气穴,而液体产生蒸汽,蒸发并导致脂肪层上升。 保湿 脂肪有助于保持产品的水分含量,从而延长其保质期。 玻璃 脂肪使食物看起来有光泽,例如浇在热蔬菜上时,并为酱汁增添光泽。 可塑性 固体脂肪不会立即融化,而是在一定温度范围内软化。可以加工脂肪以重新排列脂肪酸并改变它们的熔点。该技术已被用于生产直接从冰箱中涂抹的涂抹酱和奶酪。 传热 在油炸过程中,食物完全被炸油包围,炸油是一种高效的传热介质。

加热脂肪

脂肪对食品制造的适用性取决于其物理特性,例如熔化温度和热稳定性。脂肪由不同脂肪酸的组合组成,但通常以一种脂肪酸为主,这决定了其物理特性。含有高比例 SFA 的脂肪,如黄油或猪油,在室温下是固体,并且具有相对较高的熔化温度。大多数含有较高水平的 MUFA 或 PUFA 的植物油在室温下通常是液体。

脂肪酸的不饱和度越高,它们就越不稳定;富含 MUFA 的油(如橄榄油或花生油)比富含 PUFA 的油(如玉米油或大豆油)更稳定,可在更大程度上重复使用。油炸食物时,重要的是不要使油过热并经常更换。暴露在空气和湿气中会通过游离脂肪酸的形成或降解影响油的质量。阳光可以分解植物油中的维生素 E 和 n-3 脂肪酸。

植物油改性技术

植物油是通过清洗和压碎种子、水果或坚果,然后加热分离油而获得的。然后将油精炼以去除任何不需要的味道、气味或颜色。然而,一些油,如各种橄榄油(初榨/特级初榨)、核桃油和葡萄籽油,是直接从种子或果实中压榨而成,无需进一步精炼。后者只占所生产植物油总量的一小部分。不同植物油的脂肪酸组成差异很大,并且使用诸如氢化和酯交换等技术过程来获得优选的特性。这些过程已经从人类健康的角度进行了辩论,并在下面讨论。改变油品特性的其他技术解决方案包括混合和分馏。传统的种子育种或基因工程是生产具有改进的脂肪酸组成的新型或“性状增强”油的生物解决方案的例子。

加氢

氢化是一种转化液态植物油的过程,具体取决于氢化程度(来自部分 氢化)成半固体或固体脂肪,使其适用于食品制造目的。氢化植物油通常比具有相同物理特性的动物脂肪便宜,它们更热稳定,并且保质期更长。氢化过程需要将氢原子直接添加到甘油三酯的脂肪酸链中的双键上(参见第 3 节),从而使分子变得更加“饱和”,因此随着双键的消失,脂肪变得更加坚固。 部分 氢化减少了大部分但不是全部的双键并改变了油的性质,而不会在很大程度上增加 SFA 含量。可以控制脂肪酸的饱和水平,从而可以实现一系列稠度,随着粘度和熔化温度的增加。然而,部分 氢化导致部分顺式 不饱和脂肪酸的异构体被转化为反式 异构体。 已满 另一方面,氢化不会产生 TFA,因为所有脂肪酸分子都已饱和。因此,未经过完全氢化过程的油含有 TFA,这与对健康的不利影响有关(请参阅关于脂肪的事实 - 膳食脂肪与健康 )。出于这个原因,食品行业正在通过减少部分氢化脂肪的使用来重新设计他们的产品。

酯交换(或脂肪酸重排)

作为氢化过程的替代方法,脂肪可以进行酯交换,而不形成 TFA。在这个化学过程中,脂肪酸链在甘油三酯分子内或之间重新排列,产生新的甘油三酯。大多数植物脂肪中的 SFA 位于甘油三酯分子的外部位置(sn-1 和 sn-3 位置)。酯交换导致在 sn-2(中间)位置产生具有更高比例 SFA 的脂肪,类似于猪油等动物脂肪。该过程是通过混合不同的油(例如液体和完全氢化的油)来进行的。在化学催化剂或酶的帮助下,脂肪酸被重新分配,而不改变实际的脂肪酸分子。新形成的甘油三酯改变了脂肪的硬度、可塑性和耐热性等特性。

反式脂肪替代(重组)

从健康的角度来看,部分氢化植物油中的 TFA 最好用富含 MUFA 和 PUFA 的植物油代替(而不是富含 SFA 的动物脂肪和油)。其中一种方法可能是用新型或“特性增强”油代替 TFA。这些油由具有新型脂肪酸组成的种子制成,具有高含量的不饱和脂肪酸。他们可以替换 trans 脂肪,同时保持食品质量。然而,这些替代油的有限市场供应可能是一个瓶颈。此外,对于某些应用,需要在室温下为固体的脂肪,而 TFA 的替代物需要在一定程度上通过 SFA 进行补偿,以免影响产品的质量。为此,最广泛使用的替代品是全氢化植物油,其中含有酯交换硬脂酸(如上所述)和棕榈油,两者均富含 SFA。

棕榈油

与菜籽油或葵花油等任何植物油一样,棕榈油几乎不含 TFA(以脂肪计最多 2%),并且含有约 50% 的 SFA,使其在室温下自然呈固态。这些特性允许广泛的应用,它已被广泛用于替代部分氢化植物油。从营养的角度来看,与所有饱和脂肪一样,建议减少其摄入量。

由于与其生产相关的环境和社会问题,棕榈油已成为争论的话题。因此,可持续棕榈油圆桌会议 (RSPO) 颁发认证证书和批准印章,前提是棕榈油的生产没有对环境或社会造成不当危害,并且产品是否可通过供应链进行追溯。

4。总结

膳食脂肪是我们饮食的重要组成部分,可提供我们日常能量需求的 20-35%。除了能量之外,它们对于包括生长和发育在内的许多重要生物功能都是必不可少的。 EUFIC 评论的第一部分Facts on Fats - The Basics ,解释了膳食脂肪实际上是什么,它们在哪里可以找到,它们的分子结构是什么,以及它们具有哪些技术特性来改善食物的味道、质地和外观。综述的第二部分,脂肪在体内的作用 ,解决膳食脂肪的消耗及其与人类健康的关系。

有关更多信息,请参阅我们的 膳食脂肪信息图表 可供下载、打印和分享。

附件 1. 最常见的脂肪酸列表

通用名 符号 (*) 典型的饮食来源 饱和脂肪酸 丁酸 C4:0 黄油 辛酸 C8:0 棕榈仁油 随变 C10:0 椰子油 月桂树 C12:0 椰子油 神秘主义 C14:0 黄油、椰子油 棕榈油 C16:0 大多数脂肪和油 硬脂酸 C18:0 大多数脂肪和油 花生属 C20:0 猪油、花生油 单不饱和脂肪酸 棕榈油酸 C16:1 n-7 大多数脂肪和油 油酸 C18:1 n-9 (顺式) 大多数脂肪和油 Elaidic C18:1 n-9(反式) 氢化植物油、乳脂、牛肉脂肪 多不饱和脂肪酸 亚油酸 C18:2 n-6(全顺式) 大多数植物油 α-亚麻酸 C18:3 n-3(全顺式) 大豆油、菜籽油/菜籽油​​ 伽玛亚麻酸 C18:3 n-6 黑醋栗籽油、琉璃苣油、月见草油 花生四烯酸 C20:4 n-6(全顺式) 猪肉脂肪、家禽脂肪 二十碳五烯 C20:5 n-3(全顺式) 鱼油 二十二碳六烯 C22:6 n-3(全顺式) 鱼油

(*) 冒号前的数字表示脂肪酸分子所含的碳原子数,冒号后的数字表示双键的总数。 n-(omega)表示从脂肪酸分子的甲基端数起第一个双键的位置。