软脂酸

含有16个碳原子的饱和脂肪酸

软脂酸(palmitic acid), 学名 正十六烷[wán]酸,又叫棕榈酸, 分子式 为C 16 H 32 O 2 ,是含有16个 碳 的饱和高级脂肪酸, 外观为白色或微黄色结晶,呈珠光鳞片状, 熔点 为63.1℃, 沸点 (2.0kPa)215℃,折光率(80℃)1.4273, 相对密度为0.8528,软脂酸不溶于水,易溶于 乙醇 、 乙醚 、 三氯甲烷 等有机 溶剂 ,温度超过340℃,软脂酸开始分解。

软脂酸多存在于牛奶、 黄油 、肉类以及 可可脂 、 棕榈油 、 有机大豆油 等油类制品中, 在生物的很多器官或组织中,软脂酸氧化可以产生能量,一分子软脂酸完全氧化分解后可得到106个 atp 分子。 工业软脂酸以桕油或棕榈油为原料,生产过程一般分为常压催化水解、压榨分离不饱和脂肪酸后经重结晶等步骤。

软脂酸应用广泛,在食品领域,软脂酸可以作为营养物质和 食品添加剂 常用于食品生产中; 在工业领域,软脂酸可用于生产肥皂、金属皂等,其中金属皂被广泛用于塑料 润滑脂 、油漆、化妆品、 工业味精 、橡胶、纺织、皮革、 造纸 等方面; 此外,软脂酸还可作为医药工业原料,用于生产无味 金霉素 和无味 氯霉素 等;也可作为分析试剂,用于测定水的硬度,沉淀钙、钡[bèi]、铅和锌等元素; 而且在军事领域,软脂酸的 铝盐 可用于制造 凝固汽油 燃烧剂。

发现历史

1813年, 法国 实业化学家谢弗尔对油脂的 皂化反应 进行了深入研究。 他证实了肥皂是由多种 脂肪酸 盐混合组成的; 阐明了脂肪的甘油 性质;鉴别了 硬脂精 ( 单硬脂酸甘油酯 )和 骨油 精( 软脂酸 甘油酯),以及 丁酸 、 戊酸 、 己酸 、硬脂酸和 油酸 (不纯)等 脂肪酸 。并将这些研究成果记入了《动物脂肪的化学研究》(1823年)一书之中。

1828年,格塞洛夫利用各种脂肪酸铅盐的不同 溶解度 成功地分离出了油酸、软脂酸和硬脂酸等。 之后, 埃德蒙·弗雷米 (Edmond Frémy)于1840年在 棕榈油 的皂化过程中发现了软脂酸,该工艺是生产软脂酸的主要工业途径之一。

理化性质

物理性质

软脂酸为白色或微黄色结晶,呈 珠光 鳞片状, 几乎无嗅,有轻微特殊气味, 熔点 为63-64℃, 沸点 (2.0kPa)215℃,折光率(80℃)1.4273, 相对密度为0.8528,粘度在70℃时为7.80 mPa.sec,蒸气压为96.28 kJ/ 摩尔 (200°C), 软脂酸不溶于水,易溶于 乙醇 、 乙醚 、 三氯甲烷 等有机 溶剂 。

化学性质

软脂酸是一种酸性很弱的 饱和脂肪酸 ,但仍能进行一般饱和脂肪酸的化学反应。例如,它能与碱发生中和反应生成盐,与醇类能发生 酯化反应 ,与胺类化合物反应脱水生成酰胺类化合物,与三氯化磷、五氯化磷、氯化亚砜等生成酰氯,又如, 骨油 酸与 乙酸酐 在140~160℃及加压条件下,能相互作用生成软脂酸酐, 当温度超过340℃,软脂酸开始分解。

生产

生产原料

虽然各种动、植物油脂或油脚的 水解 产物 中都 含有程度不同的软脂酸,不过 棕榈油 和 乌桕 水解产物中,含有软脂酸的量为最高。中国制造软脂酸主要以 油为原料。桕油的主要要求是碘价 应在 33左右。

生产原理

软脂酸的生产一般需要经过油脂水解、 减压病 分馏 、温压压榨及脱色等过程。

桕油在常压下水解,所用 cat (也叫分解剂)与生产 硬脂酸 的 催化剂 相同,也是用硬脂酸 苯磺酸 和硬脂酸 磺酸。反应可用下式表示:

式中R 1 、R 2 和R 3 ;代表不同 碳 数目的 烷基 和烯基,其中以十五烷基为主。这一反应是 可逆反应 。为了使反应向右进行,应不断地将反应产物之一 丙三醇 移出反应系统。

粗 脂肪酸 用 减压病 蒸馏法蒸出中间品软脂酸,中间品软脂酸中仍含有软脂酸以外的脂肪酸,如 油酸 、 亚油酸 等。生产 上将 中间品软脂酸用酸洗涤后,浇盘成 油饼 ,并进行温压。压榨后的 油饼 即为较纯的软脂酸。

膳食来源

在常见的食物中,软脂酸多存在于牛奶、 黄油 、肉类以及 可可脂 、 棕榈油 、 有机大豆油 等油类制品中,如下表所示。 软脂酸作为食品添加剂一般是无安全风险的。 根据《 中国居民膳食指南(2007) 》建议,每天摄入含有软脂酸等 脂肪酸 的肉类大约在100-175克,并且可以根据具体情况适当增加或者减少。

生物合成

软脂酸是在肝、肾、脑、肺、 乳腺 及脂肪等组织的胞液中 脂肪酸合成酶 系的 催化 下合成的,其中以肝脏合成软脂酸的能力最强。肝脏是体内 脂肪酸 合成的主要部位,与 脂肪组织 比较,人体肝脏 合成脂肪酸 的能力为其8~9倍。

合成原料

软脂酸合成的直接原料是 乙酰辅酶A (乙 CoA),在合成过程中尚需NADPH+H + 、 atp 、Mn 2+ 、 生物素 和CO 2 等物质参与作用。凡是体内能合成 乙酰辅酶A 的物质都可以作为合成 脂肪酸 的碳源,其中糖是最主要的碳源,但是 糖类 等物质分解时产生的乙酰辅酶A都是在 线粒体 内生成的,而脂肪酸合成的酶系在胞液,脂肪酸的合成是在胞液中进行的,所以线粒体中的乙酰辅酶A必须进入胞液才能成为脂肪酸的合成原料。

合成过程

软脂酸的合成在胞液中,以乙酰辅酶A羧化成 丙二酸 单酰CoA为起始,在 脂肪酸合酶 体系的作用下,重复的循环 加成反应 。每循环一次延长两个 碳 ,最终合成十六碳软脂酸。

丙二酸单酰CoA的合成: 脂肪酸 合成的第一步反应是在 乙酰辅酶A 酸化酶催化下,乙酰CoA羧化成丙二酸单酰CoA。

乙酰CoA羧化酶存在于胞液,是脂肪酸合成的 限速酶 ,其活性受变构调节及 化学 修饰调节。乙酰CoA羧化酶有两种存在形式,一种是无活性的 单体 形式,分子量约为4万,另一种是有活性的多聚体形式,通常由10~20个单体构成,分子量为60~80万,呈线状排列,催化活性增加10~20倍。 柠檬酸 、 异柠檬酸 可使此酶发生别构而激活。而软脂酰CoA及其他长链脂酰CoA则能使多聚体解聚成单体,抑制 乙酰辅酶A 酸化酶的催化活性。

软脂酸合成: 各种 生物合成 脂肪酸 的过程基本相似,均以 丙二酸 单酰CoA为基础,1分子乙酰CoA和7分子丙二酸单酰CoA在 脂肪酸合酶 的 催化 下,由NADPH供氢。经过连续重复加成,每次重复 加成反应 延长2个 碳 ,十六碳软脂酸的生成,需经过连续的7次重复加成反应。

代谢与生理作用

提供能量: 很多器官或组织中, 脂肪酸 氧化是能量产生的重要途径,在各种生物中普遍存在。正常生理条件下,在 哺乳纲 的心脏和肝脏中, 脂肪酸 水解 产生的能量占所需全部能量的80%。 脂肪酸 氧化时释放的 电子 通过电子传递链驱动 atp 的合成, 一分子软脂酸完全氧化分解后可得到106个ATP分子, 氧化后产生的 乙酰辅酶A 进入 三羧酸循环 完全氧化成CO 2 和H 2 O。在肝脏中,乙酰CoA可以形成 酮体 ,为大脑提供能量。在 维管植物 中,乙酰CoA主要作为 生物合成 的 前体 。另外, 脂肪酸 的氧化也是膜脂正常代谢的一部分。

脂肪酸碳链延长: 软脂酸可通过进一步延长反应合成16碳以上的 饱和脂肪酸 和不饱和脂肪酸。在动物体内,延长过程发生在 线粒体 和滑面 内质网 中。其中滑面内质网中的延长途径与细胞液中 脂肪酸 的 从头合成 途径相同,只是 酰基 载体为CoA而不是ACP,延长的二碳单位来自 丙二酸 单酰CoA。而线粒体中的 脂肪酸 链延长过程是脂肪酸β-氧化过程的逆反应,只是 脱氢 反应变为由还原酶催化的还原反应,并且第一次还原反应以NADH作 还原剂 ,第二次还原反应以NADPH作为还原剂。在植物体内,延长过程发生在内质网、 叶绿体 或前 质体 中,而且在叶绿体或前质体中只是将软脂酸延长为 硬脂酸 ,其延长过程与细胞液中 脂肪酸 从头合成完全相同,18碳以上脂肪酸链的延长则由内质网的延长系统完成。如下图所示。

应用领域

食品领域

软脂酸以饱和甘油酯的形式广泛存在于 猪油 、 牛油 等动物油脂,在奶油以及植物油类 棕榈油 、 橄榄油 、 棉籽油 、 有机大豆油 中含量也非常高,作为营养物质和 食品添加剂 常用于食品生产中。

工业领域

软脂酸制造的肥皂质硬,不易龟裂,去污能力强,价格也较便宜; 其制成的金属皂,广泛用于塑料 润滑脂 、油漆、化妆品、 工业味精 、橡胶、纺织、皮革、 造纸 等方面, 软脂酸还可以作为 有机合成 试剂,用于制作各种软脂酸的金属盐。

其他领域

软脂酸可作为分析试剂,用于测定水的硬度,沉淀钙、钡、铅和锌等元素; 其还可作为医药工业原料,用于生产无味 金霉素 和无味 氯霉素 等。 在 第二次世界大战 期间,软脂酸的 衍生物 被用于制作 凝固汽油弹 , 对 易燃物 的点火和人员杀伤很有成效,在战争中显出巨大的威力。

安全事宜

GHS分类

象形图:

GHS危险说明

H315(84.05%):引起皮肤刺激[皮肤腐蚀/刺激]

H319(87.4%):引起严重的眼睛刺激[严重的眼睛损伤/眼睛刺激]

H335(82.78%):可能引起 呼吸道 刺激[特异性靶器官毒性,单次接触,呼吸道刺激]

H412(11.48%):对 水生生物 有害,并具有持续性影响[对水生环境有害,长期危害]

消防安全

软脂酸可燃,具有着火风险。一旦着火,用干粉,雾状水,泡沫, 二氧化碳 等灭火器灭火。

参考资料

  1. Palmitic Acid pubchem 2024-04-07
  2. 软脂酸 foodmate 2024-04-10
  3. 棕榈酸 国际化学品安全卡 2024-04-07