《Molecular Nutrition & Food Research》：The Role of Lipid Molecular Structure in Food Technology and Health
脂质是一类多样化的分子，在食品生产中具有重要作用，并在支持健康方面发挥功能。这些效应部分由脂质分子结构所驱动。对该结构的修饰——包括改变脂肪酸组成、引入特定官能团，或对甘油骨架进行重构——可改变脂质特性。脂质分子结构的改变可通过不同的化学和酶促过程实现，从而产生具有特定应用的特定结构。用于食品生产的脂质结构通常被应用于改善某些食品的乳化性、稳定性和质构。结构化还可能影响脂质的消化和吸收，进而影响脂质代谢、组织分布及其所产生的健康益处。本综述概述了已知的结构化脂质——包括1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油三酯（OPO）、中链甘油三酯（MCT）、长链或中链脂肪酸（分别为LCFAs和MCFAs）与短链脂肪酸（SCFAs）甘油三酯，以及单酰基甘油和甘油二酯——在食品技术应用及其健康作用方面的研究进展，并概述了为更好地理解这些有价值的脂质所需的未来研究方向。
**1 引言**
脂质是一类具有显著结构和功能多样性的分子[1]，是人类饮食中三大营养素之一，提供能量和必需脂肪酸（FA），并促进脂溶性维生素的吸收。在食品科学中，脂质通过赋予食品感官和理化性质而发挥重要功能[1]。脂质结构天然存在于植物（如植物来源的油体）[2]和动物（如乳脂肪球）[3]中。除这些天然脂质结构外，人类饮食主要由甘油三酯（TAGs）组成，其由甘油骨架和脂肪酸尾部构成。对TAG结构的修饰——包括改变脂肪酸组成、引入特定官能团（如双键）或重构甘油骨架——可产生具有不同性质和功能的结构化脂质。此类结构化脂质具有特定的理化特性，使其在食品工业中可用于实现最终产品的期望特性，例如改善乳化性、稳定性和质构，从而在各种烹饪应用中具有价值[4]。
改变脂质分子结构还可影响其消化、吸收和代谢。因此，结构化脂质被用于功能性食品、膳食补充剂和配方奶粉中，不仅提供必需脂肪酸，还赋予额外的有益特性以支持健康[5]。众所周知的脂质结构化方式包括改变连接在甘油骨架上的脂肪酸，如1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油酯（简称OPO），其是人乳中含量最丰富的甘油三酯，因其对婴儿健康的有益影响而被广泛用于配方奶粉[6]。中链甘油三酯（MCT）是另一个例子；它们通过门静脉吸收，与长链甘油三酯（LCT）不同，其吸收不需要胆汁盐和胰脂肪酶，因此代谢速度快于LCT[7]。MCT油——提供中链脂肪酸（MCFA）来源——被用作脂肪吸收不良和消化系统疾病的脂质来源[8, 9]，并显示出对认知功能[10, 11]和代谢健康[12, 13]的益处。类似地，短链甘油三酯（SCT）的酯交换已被用于生成短/中链和短/长链甘油三酯的组合，发现其可改变短链脂肪酸（SCFA）在胃肠道中的释放时间[14]，并改善有益SCFA（如丁酸）的感官特性[15]。虽然TAG是人类饮食中脂质的主要形式，但单酰基甘油和甘油二酯（分别为MAGs和DAGs）天然存在于哺乳动物乳中。除在生理性脂质消化过程中产生外，相同的MAG和DAG分子种类也可通过受控酶促过程（如甘油解）在食品制造过程中产生。由于其两亲性，MAGs和DAGs在食品中用作乳化剂，并被研究用于增强必需脂肪酸吸收和调节胃肠功能的潜力。脂质结构代表了脂质配方的一种创新方法，可在食品和健康产品中实现增强的营养和功能性能。本综述旨在从食品技术功能、生理归宿和健康证据的角度整合多种分子脂质结构的知识，并强调未来研究中尚未充分探索的领域。
**2 特定结构化脂质的生成**
脂质结构可通过不同的化学[16]和酶促[17, 18]过程进行修饰，如直接酯化、酯交换/醇解、酯交换、甘油解、酸解和水解（表1和图1所示）。所有这些过程涉及甘油部分与脂肪酸/酯之间酯键的形成和/或断裂。
酯交换（IE）是这些过程应用的一个关键实例。IE涉及在TAG内部（sn-1、2和3位之间）或TAG之间交换或重排脂肪酸，可通过化学方法（产生随机酯化，脂肪酸被移至非指定位置）或酶促方法（可产生随机或定向酯化，脂肪酸可被移至特定位置）（图1）实现。这种脂肪酸的重新排列产生不同的TAG分子种类，可用于创建具有特定位置组成或物理性质（如改变熔点和固体脂肪含量，而不增加饱和脂肪酸水平）的脂肪[19]。
化学酯交换应用的另一个例子可见于将长链或中链脂肪酸（分别为LCFAs和MCFAs）与短链脂肪酸（SCFAs）一起引入TAGs。SCFAs对人类健康至关重要，影响肠道免疫调节和代谢过程[20, 21]。然而，其在胃肠道中以游离脂肪酸或TAGs（如三丁酸甘油酯）形式[22]的快速吸收可能限制其健康益处。此外，三丁酸甘油酯具有极差的感官特性。改善其肠道稳定性和感官特性的一种策略是将其纳入含MCFAs或LCFAs的TAGs中。这可通过SCT（如三丁酸甘油酯）与MCT/LCT之间的酯交换实现。所得脂质产物是SLCT或SMCT的组合，形成了一种营养补充剂[23]，其具有中性的感官特性以及相较于SCT更低的消化速率，这源于脂肪酶活性的差异[14]。
在这些实例中，发现酯交换可调节脂肪酸在胃肠道中的释放时间而不影响总体消化程度。具体而言，当丁酸与较长链脂肪酸酯交换后，其胃部脂解显著减少，表明这是一种潜在的控制SCFA释放策略，可能对膳食和治疗应用具有重要意义，从而增强这些脂肪酸的健康益处[10]。
化学催化涉及使用甲醇钠、氢氧化钠和氢氧化锂等催化剂在高温下进行的反应。该方法成本效益高，广泛应用于工业；然而，其需要复杂的过程，包括副产物（如二烷基酮）的形成和后续去除[24]，且不具有选择性，导致TAGs中脂肪酸的随机分布。
另一方面，酶促过程具有显著优势，特别是其温和的反应条件限制了副产物的形成，有利于食品应用[25, 26]。此外，使用酶作为催化剂可对最终产物中脂肪酸部分的位置分布提供更好的控制。此类过程中最常用的酶来自脂肪酶家族，以其底物选择性而闻名：型选择性、区域选择性和立体选择性[27]，从而生成特定的TAGs。这些酶促过程的主要缺点是成本和需要特定设备，如固定床反应器系统[26]。
**3 结构化TAGs及其在食品技术和健康中的应用**
虽然TAG是人类饮食中主要的脂质形式，但其脂肪酸的性质及其在TAG骨架上的区域特异性分布影响脂质的物理性质，以及脂肪酸的消化、吸收和代谢归宿。图2中展示了一些脂肪酸分布改变的实例，并在以下章节中描述，包括其生成及对健康的影响。
**3.1 再酯化TAGs**
在二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）补充剂中应用（两步）酯化在膳食补充剂市场中日益增多。浓缩鱼油或藻油的生产通常涉及将TAG水解为其甘油骨架和脂肪酸。水解后，进行浓缩步骤以获得富含EPA和DHA的脂肪酸混合物，同时去除鱼油或藻油中存在的其他脂肪酸。然后将所得EPA和DHA与甘油再酯化，形成新的再酯化TAGs（rTAGs）。该过程可诱导立体修饰，通常导致rTAGs中EPA和DHA主要占据甘油分子上的sn-1(3)位，而原始未修饰TAGs中DHA和EPA通常位于sn-2位[28]。rTAGs中EPA和DHA生物利用度的差异范围从无影响[29]到总红细胞磷脂脂肪酸含量百分比的增加[30]。最近的一篇综述强调文献中由于方法学导致的异质性，这可能解释了研究之间缺乏可比性的原因，并需要进一步研究[28]。
**3.2 酯交换TAGs**
IE对食品配料的结构和功能有影响，并提供了部分氢化脂肪的替代方案，降低了食品中反式脂肪酸（TFA）的含量。由于IE对脂肪熔融特性和所得口感的影响，这些脂肪通常用于涂抹酱。这些IE脂肪还可与菜籽油等植物油混合以达到所需的功能特性。这产生了饱和脂肪酸（SFA）含量较低的食品，具有重要的健康影响[19, 31]。
虽然IE脂肪的健康效应研究较少，但认为不同IE脂肪的健康影响可能来自脂肪酸组成的改变、SFA尤其是TAGsn-2位SFA的百分比以及脂肪的熔点。所有这些都可能影响消化、吸收和代谢[17, 22, 32]。
**3.3 1,3-二油酸-2-棕榈酸甘油酯（OPO）**
TAG由甘油与三个脂肪酸酯化组成。酯化在甘油外部位置的脂肪酸为sn-1(3)或α脂肪酸，而酯化在内部位置的脂肪酸称为sn-2或β脂肪酸。棕榈酸（PA，16:0）是人乳中最丰富的SFA，其浓度相对恒定，约占母乳总脂肪酸的20%–25%，不受母亲饮食影响，素食者除外[33]。在人乳中，超过70%的PA酯化在TAGs的sn-2位[33]，使得母乳喂养婴儿相较于喂养含有PA优先酯化在sn-1(3)位TAGs的配方奶粉的婴儿，具有更优的棕榈酸吸收和利用[34]。通过脂质消化，胰脂肪酶优先释放TAGsn-1(3)位的脂肪酸，产生游离脂肪酸（FFA）和2-MAGs[35]。酯化在TAGs sn-2位的PA在脂肪酶作用后大部分以MAGs形式被吸收。相反，当PA主要酯化在sn-1(3)位时，PA在消化过程中将以游离PA形式释放，并可与钙结合形成不溶性钙皂，限制钙和PA的吸收[33]。观察到SFA钙皂的形成导致婴儿大便变硬和便秘[36, 37]。因此，SFA的区域特异性分布对于支持婴儿棕榈酸和钙吸收的最佳利用至关重要。除人乳中天然存在的OPO外，OPO可在工业规模上酶促合成[38]。
**4 中链甘油三酯**
**4.1 MCT结构**
MCTs是6–12个碳的脂肪酸酯化到甘油骨架上。MCT油中主要的MCFAs是C8:0和C10:0（分别称为辛酸和癸酸）。主要含C8:0和C10:0的MCT油通过棕榈仁油或椰子油水解获得，释放粗脂肪酸和粗甘油。两者均通过蒸馏/分馏/氢化进一步处理，并再酯化为最终产品。MCFAs存在于椰子油和棕榈仁油中[39]。大多数以MCT形式消费的MCFAs来源于这些来源以及较小程度上的乳脂产品。根据NHANES 2021的数据，美国人平均每天摄入1.9克MCFAs[40]。MCTs水解为MCFAs在消化后被认为是完全的。MCTs不需要像LCTs那样依赖胰脂肪酶消化；它们不像LCTs那样被包装成乳糜微粒，而是直接吸收到门静脉，因此所得MCFAs比LCFAs更快、更大量地到达肝脏。由于其独特的代谢，MCTs非常适合脂肪消化障碍患者。在囊性纤维化和其他外分泌胰腺功能不全导致的消化障碍情况下，胰腺脂肪酶分泌受损，MCT油通常用于解决脂肪消化障碍并提供能量[9]。在肝细胞中，MCFAs非常迅速地穿过线粒体双膜，且肉碱棕榈酰转移酶复合物的激活极少。在线粒体内，高流量的MCFAs经历β-氧化产生乙酰辅酶A，当产生过量时，用于产生酮体[7]。由于膳食MCTs比LCTs吸收和代谢更快，它们是酮体形成的良好来源。酮体绕过常规葡萄糖途径进入Krebs循环，使其能够在葡萄糖供应不足、糖酵解酶功能障碍或线粒体功能障碍时作为替代能源。因此，MCFAs可能通过产生酮体为大脑提供能量来源。在食品生产中，MCT油已被用于改善表面脂质的氧化稳定性[41]。
**4.2 MCTs对健康的影响**
多项研究报告了摄入MCT油对健康的影响。Maher等人[42]的一项系统综述报告称，在健康成人中，每日摄入10–约42克MCTs可适度减少自由摄入能量，而不影响主观食欲。
MCTs也被证明可适度促进体重减轻。用MCTs（C8:0/C10:0混合物）替代LCTs（橄榄油）增加了体重和腹部脂肪的减少，一项为期16周的试验显示，与橄榄油组相比，体重多减少1.7公斤[12, 43, 44]。这些益处虽然幅度适中，但伴随着短暂的能量消耗和脂肪氧化增加。
摄入MCTs会增加酮体产生，这可能提供替代能源以支持认知，例如在与脑能量缺乏相关的适应症中（阿尔茨海默病、轻度认知障碍）。Fortier等人发现，通过生酮饮料每天给予30克MCT（C8:0/C10:0）持续六个月，在轻度认知障碍受试者中，与基线测量相比，多个认知领域均有改善[45]。在一项针对非痴呆老年人的系统综述中，Giannos等人[46]报告称，与对照组相比，大多数研究表明MCT补充与记忆功能指标的改善相关。在虚弱老年人中，每日低剂量补充6克MCT（C8:0/C10:0）也已显示可改善肌肉质量和功能[47, 48]。
总体而言，证据表明MCT给药可能影响食物摄入，并增加酮体产生，这可能影响身体和认知健康。
**5 中长链甘油三酯（MLCTs）**
**5.1 MLCT结构**
MLCTs是由MCFAs和LCFAs酯化在TAG分子中组成的TAGs。LCFAs和MCFAs的组合可导致形成几种不同的MLCT构型，取决于甘油骨架上脂肪酸的类型和位置：MLM（即sn-1位为MCFA，sn-2位为LCFA，sn-3位为MCFA）、MML、LMM、LLM、MLL和LML（L代表LCFA，M代表MCFA）。MLCTs可能结合MCFA和LCFA的优势。虽然MCFA/MCT代谢快并提供健康益处，但它们缺乏必需脂肪酸，并且在烹饪方面存在缺点，如烟点低。MLCTs通过掺入LCFAs（如长链必需脂肪酸）来解决这些问题，从而提供两种类型的营养价值并改善氧化稳定性[49]。
**5.2 MLCT对健康的影响**
关于MLCTs消化的大部分信息基于临床前研究。MLCTs经历与其他TAGs相同的消化过程：在胃肠道中，胰脂肪酶——由于其区域特异性——切割TAG分子的sn-1和sn-3位，释放游离脂肪酸和2-单酰基甘油（2-MAGs）。
不同脂肪酸的吸收途径取决于其链长。一旦进入肠细胞，2-MAGs和LCFAs将被重新酯化回TAGs，并以乳糜微粒形式分泌到淋巴系统和血液系统，到达外周组织和肝脏。然而，MCFAs将直接转运至门静脉和肝脏进行β氧化和酮体产生[7, 50, 51]。MLCTs已在人体中显示出健康益处[52, 53]。在中国高甘油三酯血症成人中，8周口服MLCT补充（25–30克/天）在体脂测量和血脂谱方面的改善优于等量LCTs[54]。另一项研究对健康志愿者每日给予14克MLCTs或LCTs，持续12周，观察到人体测量参数、血脂谱、血浆葡萄糖和胰岛素水平的更显著改善[55]。在一项针对健康年轻运动员的小型研究中，每日摄入20克MLCTs和LCTs持续三周，显著降低了血清TAGs和体脂增加[56]。然而，其他研究发现健康男性中MLCTs和LCTs在体重或血脂方面无显著差异[57]。未来需要进一步研究以确认MLCTs的健康影响，特别是在体重管理中的潜在作用。
**6 单酰基甘油和甘油二酯**
**6.1 MAG和DAG结构**
单酰基甘油（MAGs）和甘油二酯（DAGs）是基于甘油的脂质，其独特的化学结构加以区分。MAGs的特征在于甘油骨架与单个脂肪酸链结合，因此归类为单酯。相比之下，DAGs由两个脂肪酸链连接到甘油骨架上，归类为二酯。根据与甘油共价结合的酯键位置，MAGs可分为两种异构体类型：1(3)-MAGs和2-MAGs。类似地，DAGs也可分为1,2(2,3)-DAGs和1,3-DAGs异构体类型。尽管由于分子结构内的空间效应，1,3-DAG异构体表现出更高的热力学稳定性，但重要的是要提及这些不同异构体通常以混合物形式存在，因为它们通过分子间酰基迁移相互转化[58]。
这些结构差异显著影响它们在生物系统中的溶解性和功能性。例如，MAGs通常比DAGs更具极性和水溶性，这有助于其优异的乳化性能。此外，MAGs、DAGs和TAGs之间的结构差异也影响其熔点。具体而言，在相同脂肪酸组成下，1,3-DAGs的熔点比TAGs高约10°C，而1,2-DAGs的熔点比1,3-DAGs低约10°C[58]。这些熔点差异可归因于与游离羟基相关的氢键强度以及DAG异构体中脂肪酸链的排列。
MAGs和DAGs天然以低浓度存在于植物油和动物脂肪中[59]。其浓度可能因加工方法、储存条件以及油料作物品种而有显著差异。例如，在特级初榨橄榄油中，MAGs含量低于0.5%，而DAGs含量在1%–2%范围内[60]。
如前所述，MAGs和DAGs以其乳化性能而闻名，因此广泛用于各个工业领域，包括化妆品、制药和食品[60]。具体而言，在食品应用中，这些分子在欧盟[61]、美国[21 CFR 184.1505]和Codex[NMRS 53/TRS 539-JECFA 17/20]中被授权为人类消费的食品添加剂。脂肪酸单酯和双酯通常标记为“E471”。
**6.2 MAG和DAG对健康的影响**
MAGs和DAGs是遵循与传统TAG基脂肪不同吸收途径的结构化脂质。这种差异影响它们在体内的加工和利用方式，可能导致不同的健康结果。在正常消化过程中，胰脂肪酶优先水解TAGsn-1和sn-3位的脂肪酸，产生2-MAG和游离脂肪酸，它们被肠细胞迅速摄取并重新酯化形成新的TAG分子[62, 63]。相比之下，食用油中的DAGs在胰脂肪酶存在下水解为1(3)-MAGs和脂肪酸，然而生成的1(3)-MAG不能通过2-MAG途径轻易重新合成TAG[64]，将脂肪酸导向β-氧化[62]。
基于这些机制差异，多项研究报告称，与TAGs相比，摄入DAG可导致成人体重、内脏脂肪和腰围减少[66-68]，并且还与较低的餐后TAG和胰岛素水平相关，同时增加能量消耗[69]。
胰岛素是通过介导脂蛋白脂肪酶和激素敏感性脂肪酶来调节餐后脂质代谢的最有效调节因子[70]。根据Saito等人[71]和Yanai等人[72]的研究结果，在健康男性参与者中，富含DAG油的饮食与含（TAG）油的饮食相比，与降低餐后胰岛素水平相关。然而，对空腹血脂和心血管标志物的影响不太一致[73]。
除代谢效应外，MAGs和DAGs因其固有的乳化特性而被有效吸收，这促进小肠中的快速摄取，并在消化障碍条件下支持改善脂质处理。早产仔猪研究的证据表明，饲喂富含FFAs和MAGs的脂肪酶水解配方可加速肠道成熟并增强小肠上皮更新[74]。与此一致，包含MAGs和FFAs的部分水解脂质混合物，通过防止未消化LCTs的细胞内积累和降低氧化应激相关的上皮损伤，也降低了新生小鼠坏死性小肠结肠炎的严重程度[75]。
将这些观察扩展到人体耐受性，富含MAG的油配方在健康受试者中耐受性良好，并可改善循环脂肪酸谱，包括增加n-3多不饱和脂肪酸（EPA、DHA和ALA）[76]。长链n-3脂肪酸（EPA或DHA）的MAG形式（OM3-MAG）显示出优于OM3-乙酯的吸收，在外分泌胰腺功能不全患者中，富含MAG的营养溶液在脂肪吸收和胃肠道耐受性方面与标准TAG基配方联合胰腺酶替代疗法相当[77]。这些发现表明，在消化脂肪酶活性降低或需要高治疗剂量时，OM3-MAG结构可能特别有益[78]。
除上述益处外，使用动物模型的研究表明，含有MAGs、DAGs和磷脂的脂质混合物支持新生小鼠的神经发育[79]，并可能增强仔猪的髓鞘密度[80]。尽管有限的研究直接显示MAGs和DAGs的单独效应。综上所述，当前证据表明，预消化脂质（即部分水解的脂质混合物，而非完全FFAs）可能调节能量和脂质代谢，并赋予消化和其他生理益处；然而，这些观察在机制上仍不完整。
诸如MAG和DAG等脂质结构尚未得到充分探索，需要进一步严格控制的人体研究，以更好地定义其作用下的分子途径，确定特定人群的反应，并增强对MAGs和DAGs在不同健康背景下更广泛应用信心。
**7 结论**
脂质的结构多样性不仅在塑造食品的感官和功能属性方面发挥关键作用，而且影响人类健康。脂质结构化的进展使得开发定制营养解决方案成为可能，特别是针对婴儿配方奶粉和功能性食品。此外，MAGs和DAGs等脂质衍生物突显了脂质消化和吸收途径的相关性。仍需要研究来阐明脂肪酸的健康益处及其潜在的生物学机制。随着研究不断揭示这些分子的细微作用，结构化脂质站在食品科学和营养学创新的前沿，为支持产品开发和健康提供了有前景的途径。
