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從反式脂肪認識脂肪
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。
 
 
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。
 
任何提煉自植物蔬菜的油都可以稱為「沙拉油」(圖片來源:李金駿)
▲任何提煉自植物蔬菜的油都可以稱為「沙拉油」(圖片來源:李金駿)


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。
 
上為棕櫚酸(左)及油酸(右)的化學結構及分子模型,下為各種食用油脂肪酸比率(%)表列。
▲上為棕櫚酸(左)及油酸(右)的化學結構及分子模型,下為各種食用油脂肪酸比率(%)表列。
 
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。
 
植物油進行部分氫化處理就能製造出植物奶油
▲植物油進行部分氫化處理就能製造出植物奶油
「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。
 
膽固醇的化學結構(所有類固醇都具有A–D四個環的基本骨架)
▲膽固醇的化學結構(所有類固醇都具有A–D四個環的基本骨架)


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」(或稱二十二碳六烯酸),EPA則是「二十碳五元不飽和脂肪酸」(或稱二十碳五烯酸)。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。
 
市售包裝食品的營養標示自2008年元月起,須加標飽和脂肪及反式脂肪的含量。
▲市售包裝食品的營養標示自2008年元月起,須加標飽和脂肪及反式脂肪的含量。
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!
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