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(2)氧化和卤化(加成反应) 油脂分子中的不饱和脂肪酸也和游离不饱和脂肪酸一样,能与氢或卤素起加成反应(addition reaction)。
在催化剂如 Ni 的存在下油脂中的双键与氢发生加成称氢化(hydrogenation)。氢化作用可以将液态的植物油转变成固态的脂,在食品工业中被用于制造人造黄油(margarine)和半固体的烹调脂。
不饱和油脂与卤素中的溴或碘发生加成而成饱和的卤化脂,此过程称卤化(halogenation)。卤化机制属于离子型亲电加成,反应中碘分子(1:1)发生异裂(heterolysis)1:1,生成$I^+$和$I^-$,首先$I^+$进攻极化的烯键电子云密度较大的碳原子(δ⁻)形成不稳定的中间体正碳离子(carbonium ion),然后$I^-$与之结合完成反应:
C($\delta^+$)=C($\delta^-$) $\xrightarrow{\text{I+}}$ $\smiles{CCI}$ $\xrightarrow{\text{I-}}$ $\smiles{ICCI}$
极化的双键 中间体 卤化物
卤化反应中吸收卤素的量反映不饱和键的多少。通常用碘值(价)(iodine value)来表示油脂的不饱和程度。碘值指100 g油脂卤化时所能吸收碘的克数。
(3) 乙酰化(acetylation) 含羟脂肪酸(如蓖麻油酸)的油脂可与乙酸酐或其他酰化剂作用形成乙酰化油脂或其他酰化油脂。油脂的羟基化程度一般用乙酰[化]值(价)(acetylation number)表示。乙酰值指中和从1g乙酰化产物中释放的乙酸所需的KOH mg数。蓖麻油(costor oil)含88%~94%的蓖麻油酸(表2-2续表2),因此它的乙酰价很高(124-150),但其他常见的油脂乙酰价在2和20之间。
(4)酸败与自动氧化 天然油脂长时间暴露在空气中会产生难闻的气味,这种现象称为酸败(rancidity)。酸败的原因主要是油脂的不饱和成分发生自动氧化(autoxidation),产生过氧化物并进而降解成挥发性醛、酮、酸的复杂混合物;所谓自动氧化是指空气中的分子氧在常温常压下对化合物的直接作用,从而导致氧化的发生。其次是微生物的作用,它们把油脂分解为游离的脂肪酸和甘油,一些低级脂肪酸本身就有臭味,而且脂肪酸经系列酶促反应也产生挥发性的低级酮,甘油可被氧化成具有异臭的1,2-环氧丙醛。
酸败程度一般用酸值(价)(acid value)来表示。酸值即是中和1g油脂中的游离脂肪酸所需的KOH mg数。
为防止自动氧化,可在新鲜油脂和含油脂食物中加入合成抗氧化剂如丁化羟基苯甲醚(butylated hydroxyanisole, BHA)和2,6-二叔丁基对甲酚或称丁化羟基甲苯(butylated hydroxytoluene, BHT)或天然抗氧化剂如$\alpha$-生育酚($\alpha$-tocopherol)等。植物油的抗自动氧化能力比动物油脂强,就是因为存在天然的$\alpha$-生育酚和$\beta$-胡萝卜素。此外,排除氧气(真空、充氮),降低温度(冷藏),消去其他促进自动氧化的因素(如光,高能辐射)也能防止和延缓酸败发生。
油脂自动氧化的结果之一是形成粘稠、胶状乃至固化的聚合物。油漆、涂料成分中的高不饱和油也称干性油(如我国特有的桐油、南美的亚麻子油)在干燥过程中变硬就是这种聚合作用的结果。
(五) 蜡
蜡(wax)是长链脂肪酸和长链一元醇或固醇形成的酯。长链是指羟基碳数为16或16以上者(表2-2)。简单蜡酯的通式为RCOOR'。实际上天然的蜡是多种蜡酯的混合物,还常含有烃类以及二元酸,羟基酸和二元醇的酯。蔗蜡甚至不含酯,主要是由蜂花醇(melissyl alcohol,即三十醇),$C_{35}$烃和聚合醛组成。蜡中发现的脂肪酸一般为饱和脂肪酸,醇可以是饱和醇和不饱和醇,或是固醇,如胆固醇(见本章后面)。蜡分子含一个很弱的极性头(酯基部分)和一个非极性尾(一般为两条长烃链),因此蜡完全不溶于水。蜡的硬度由烃链的长度和饱和度决定。
蜡的生物学功能见前述“脂质的生物学作用”部分。
(1) 蜂蜡(beewax) 是蜂建造蜂巢的物质,完全不透水,熔点为60~82℃,皂化时主要产生$C_{26}$和$C_{28}$烷酸和$C_{30}$和$C_{32}$醇。总脂肪酸中25%是羟基酸,其中有14-羟棕榈酸,10%-14%是烃类,以$C_{31}$为主。
(2) 白蜡(Chinese wax) 也称中国虫蜡,是胭脂虫属(Coccus)的一种昆虫(C. Cerifera)俗称白蜡虫