植物油、動物油都是油，為什麼常溫時一個液體、一個固體？

什麼是構象式

從宏觀的引數來講，豬油、牛油這些動物油

熔點

高於室溫，需要升溫才能變成液體，所以是室溫下是固體。而花生油、橄欖油這些植物油熔點低於室溫，所以是液體。

這麼說太偷懶，宏觀現象背後一定有微觀的機理對應：

豬油、花生油的成分

食用油裡的油脂主要是

甘油三酯

，是

一個甘油

分子與

三個脂肪酸

分子（鏈狀）組合成的：

一個甘油三酯分子

因為甘油三酯中，甘油這一物質在所有油脂裡都是一樣的，所以可以說，正是脂肪酸的不同導致了豬油和花生油的熔點不一樣。

脂肪酸的不同主要體現在脂肪鏈的長度和種類

。

考慮到固體脂肪中，甘油三酯分子是以結晶的形式存在。換言之，

結晶越容易的甘油三酯，就越容易在常溫下呈固體，即熔點越低

。

晶體結構意味著規整

接下來，討論

脂肪酸

分子鏈

長度

和

種類

對甘油三酯結晶難易的影響。

甘油三酯的結晶

因降溫而發生的

結晶

現象是廣泛存在的，金屬、玻璃、陶瓷和塑膠都有這個屬性。

這個視角下的“結晶”可以被理解為是：液體中無序的分子或原子，因為降溫，變得不再穩定，有自發規整排列的趨勢。具體可看此文：

科普：如何用“小學生”做出世界上最棒的冰糕？

兩種脂肪酸的β型晶體結構

有研究表明，甘油三酯分子在固體脂肪中呈“音叉式”（tuning-fork）構象（也有部分是chair式）。

具體地，甘油分子中那三個碳原子中間的碳上連線的脂肪酸是音叉的把手，另外兩個碳連的脂肪酸作為音叉的耳朵。

在從液體降溫結晶時，本身歪七扭八的甘油三酯分子會調整構象，變成音叉的形狀，然後按照特殊的規整的排列方式（主要是α、β和β‘晶型）形成

微晶

，之後這些微晶透過次級力等一步步結合成我們看到的脂肪。

TAG（甘油三酯）

微晶能否形成根本上決定了甘油三酯的結晶難易，也影響著脂肪熔點的高低。

脂肪酸長度

簡單地說，

脂肪酸鏈越長，熔點越高

。

脂肪酸鏈越長，柔性越好，它們更輕鬆地旋轉，從而更快地變成“音叉”形狀，為規整堆疊為微晶束做準備。

另外，形成微晶的力有一種是脂肪酸長鏈烷烴之間的疏水作用，因為鏈長，所以單位體積內烷烴就多，疏水作用力強，微晶結合力更強，熔點高。這裡說的疏水作用實際上是一種範德華力，具體可見：

水能變成氣態，那麼橡膠和塑膠行嗎？

有意思的是，“鏈越長，熔點越高”這個結論更多地出現在有機化學和食品化學的教科書上。

實際上，脂肪酸的熔點隨著碳鏈的增長呈不規則升高

，奇數碳原子鏈脂肪酸的熔點低於其相鄰的偶數碳脂肪酸。

例如，17酸的熔點（61。3℃），既低於18酸的（69。6℃），也低於16酸的（62。7℃）。這個現象被稱為“鋸齒規律”。

基於前期X射線衍射和熱化學等測試的基礎上，Malkin認為鋸齒規律是由晶體中脂肪鏈的

鋸齒鏈對末端平面的傾斜造成的

。

當鋸齒鏈處於豎直狀態時，奇數鏈和偶數鏈兩個末端基團的距離是完全相同的，即圖中無論甲基間的距離或者羧基間距都是相等的。

從下圖可以看出，當

脂肪酸鏈發生傾斜時

，雖然兩者甲基間的距離也還是相等的，但是兩者

羧基間的距離就有了很大的差別

（下圖中段的b和c）。

因此兩個偶數鏈分子的羧基靠得比較緊，而兩個奇數鏈分子之間靠得比較松。所以，偶數脂肪酸必然比奇數脂肪酸來得穩定，即具有較高的熔點。

傾斜的脂肪鏈，可以往上劃，本文前面有，回看一下β晶型

這是一種解釋思路，其他思路也主要是圍繞鏈末端的甲基和羧基導致鏈間作用不同，從而影響熔點。

不過，這是針對脂肪酸的解釋，每個甘油三脂“音叉”都有三個脂肪酸，而且經常不一樣長，所以直接引申過來可能有些不妥。

更重要的是，由於生物體內脂肪酸的合成基本都是從二碳開始（乙醯CoA的形式），所以最終合成出的脂肪酸中，碳原子都是偶數倍。所以簡單地說，結論還是鏈越長，熔點越高。

扯得有點遠。

除了脂肪鏈長度，

脂肪酸種類

對甘油三酯熔點也有重要影響。

脂肪酸種類

上面圖中的脂肪鏈（單折線）都是

飽和脂肪酸

，沒有雙鍵，不缺氫。還有一類脂肪酸叫

不飽和脂肪酸

，這類脂肪鏈上有雙鍵，可以加氫飽和。

碳-碳雙鍵使得甘油三酯上的脂肪鏈以一種“怪異的姿勢”扭轉（如果是cis，後面會說），“音叉”的把手彎了，這下就難把甘油三酯規整地排列起來，形成微晶更難，換言之，更低溫下就能破壞晶體結構。

也因為這種對結構的破壞，單位體積內能形成的疏水鍵少，綜合之後就是熔點下降。

DOI： 10。1021/acs。cgd。9b01406

類似地，脂肪鏈上還有可能含多個不飽和雙鍵，比如有“腦黃金”之稱的DHA（二十二碳六烯酸）。這類多不飽和脂肪酸的熔點更低。原因可能也是微晶難以按緊密的結構排列。

想象一下音叉的把手長這樣

實際上，雙鍵除了cis（順式）以外，還有trans（反式）這種構象。從下圖可以看出，trans脂肪鏈和飽和（沒雙鍵的）脂肪鏈長的很像，對結構破壞不太大，不過也會對結晶效能有一些影響。

動物油 VS 植物油

先總結一下前面的內容：

鏈越長，熔點越高；雙鍵越少（越飽和），熔點越高

。

考慮到題目中的豬油和花生油太樸實，和本文高大上的氛圍不搭（逃），我們看牛油和橄欖油的成分：

從鏈長的角度分析，兩者區別不大，因為C4-C14的短鏈飽和脂肪酸含量幾乎一樣。

兩種油最大的不同就是牛油的長鏈飽和脂肪酸多（上圖深藍色），橄欖油的少，考慮到雙鍵越少（越飽和），熔點越高的趨勢，牛油熔點應比橄欖油高。

下圖更全一些，可以看出，豬油牛油這些動物油脂的飽和脂肪酸含量都很大。

最好選擇食用富含不飽和脂肪酸的油

順便一提，短鏈脂肪酸（上上圖中的C4-C14）在食物裡不多，無論何種油脂，幾乎含量最多的都是16碳和18碳的脂肪酸，所以根據油脂飽和度就能大概判斷常溫下是否是液體，不必太在意鏈長。

我是生物材料小小蟲，專注於軟物質材料相關內容，偶爾跑偏到美食類，點我的頭像，更多有趣內容。

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