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作者：佚名 文章来源：本站原创 点击数： 更新时间：2006-12-11  |
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1.葡萄糖的工业制法 以前工业上生产葡萄糖，主要用淀粉或纤维素在酸的作用下加压水解。
目前已改用酶催化淀粉水解法。主要是将淀粉加淀粉酶液化，再以糖化酶糖化，淀粉在常压下完全水解成葡萄糖。生产流程如下：
2.葡萄糖的代谢
淀粉、蔗糖等糖类摄入人体内都转变为葡萄糖。进入机体内的葡萄糖惟一的结果是经磷酸化作用生成葡萄糖-6-磷酸。 这是一个耗能的反应，需要ATP和Mg2+参加。 ATP是一种高能化合物，就是腺苷三磷酸，它的分子式如下图所示。
分子式中的符号“～”表示高能键，表示1 mol ATP水解而释出1 mol H3PO4时将放出30.6 kJ/mol的自由能。所以，高能键是生物化学中的一个概念，这跟化学课本中的键能概念是不同的。ADP是ATP脱去1个H3PO4的产物，叫腺苷二磷酸。它再脱去1个H3PO4就成为AMP，叫腺苷-磷酸。不过，葡萄糖-6-磷酸经过进一步复杂的代谢过程，会生成更多的ATP。 在有氧存在的条件下，葡萄糖的代谢产物丙酮酸能够被氧化成二氧化碳和水，并在氧化过程中以形成ATP的方式贮备大量能量。 一部分葡萄糖在人体内缩合而成糖元(一种动物体内存在的多糖)。糖元的相对分子质量在100万～1 000万之间，是动物细胞贮存糖的形式。合成糖元的过程，包括由酶催化的好几步化学反应，需要Mg2+和K+参加，并消耗能量。机体各组织细胞都能利用葡萄糖合成糖元。但各组织中糖元含量并不相同。肝脏和肌肉中贮存的糖元最多，分别称为肝糖元和肌糖元。当机体需要葡萄糖的代谢提供能量时，糖元即在酶催化下分解成为葡萄糖。如比较剧烈的体力活动等都需要由糖元供给葡萄糖。此外，脑组织虽然活动旺盛，消耗的能量很大，但它的糖元贮备却非常少。因此，必须不断地从血液中摄取葡萄糖来维持能量的需要。 从上面极其简要的介绍已经可以看出，葡萄糖在人体内的代谢是非常复杂的过程，需要酶、高能化合物和无机盐等的参加，并且在不断地摄取和消耗、贮存和释出的过程中起着提供能量以及转变成别的重要物质等的生理作用。 3.蔗糖的甜味 甜味通常用舌尖感觉。有一种联系到分子结构的甜味理论，认为许多有甜味的化学物质存在着距离为0.3 nm的两个能形成氢键的基团，这两个基团必须是分离的而不致互相结合。舌头上有配合形成氢键的一边，这可以表示如图7-1。
图7-1 甜味感觉的示意图 当甜味物质的一部分键合到舌头上的一边，特殊的神经细胞就传出一系列的信息，感觉到甜味。蔗糖和糖精(邻磺酰苯甲酰亚胺)的甜味基团表示如图7-2。
图7-2 蔗糖和糖精的甜味基团 糖精的甜味比蔗糖高300倍～500倍。这个甜味理论没有能够解释这一点，需要进一步探索。 4.尿糖的检验 糖尿病患者的尿液中，含有较多的葡萄糖。根据含糖的多少可以确定病情轻重。由于葡萄糖分子中含有醛基而具有还原性，检验尿液中含糖量的方法就是利用葡萄糖的还原性。检验的药液可以按下列方法配制。 将3.5 g CuSO4·5H2O溶解于100 mL水中；另将17.3 g酒石酸钾钠(NaKC4H4O6·4H2O)和6 g氢氧化钠溶解于100 mL水中，取相同体积的上述两种溶液相混合，形成蓝色的氢氧化铜的碱性溶液。在试管里放入少量尿液，滴加几滴上述试液，振荡试管，使尿液与试液混合均匀，在酒精灯上加热。如果出现红色沉淀，说明有大量Cu2O生成，尿液中葡萄糖含量较高，患者病情较重，用“＋＋＋＋”表示；如果出现土黄色，含糖量为中等(＋＋＋)；如果出现黄绿色，含糖量为少量(＋＋)；如果出现绿色，含糖量为微量(＋)；如仍保持原来的蓝色，证明尿液中不含葡萄糖，用“-”表示。 现在医院中检验尿糖，还使用斑氏试剂。这种试剂长期存放不易变质。配制方法如下： 将20 g柠檬酸和11.5 g无水碳酸钠溶于100 mL热水中，将20 mL质量分数为10%的硫酸铜溶液慢慢加入上述溶液中，振荡，混合均匀。若溶液不澄清，需进行过滤，蓝色透明的溶液即为斑氏试剂。 为了快捷方便，现在医院使用仪器检验尿糖。 5.淀粉和碘的显色机理 直链淀粉遇碘呈蓝色，支链淀粉遇碘呈紫红色，糊精遇碘呈蓝紫、紫、橙等颜色。这些显色反应的灵敏度很高，可以用作鉴别淀粉的定量和定性的方法，也可以用它来分析碘的含量。纺织工业上用它来衡量布匹退浆的完全度。 为什么碘遇淀粉或糊精会出现不同的颜色呢? 以前认为，淀粉能吸附碘，使碘吸收的可见光的波长向短的波长方向移动，棕色的碘液就变成蓝色。同理，支链淀粉和糊精也能吸附碘，不过吸附的程度不同，因此呈现的颜色不同。这种解释的有力根据是碘的淀粉液在加热时蓝色消失。这就被认为是加热后分子动能增大，引起解吸的缘故。 近年来用先进的分析技术(如X射线、红外光谱等)研究碘跟淀粉生成的蓝色物，证明碘和淀粉的显色除吸附原因外，主要是由于生成包合物的缘故。 什么是包合物呢?直链淀粉是由α-葡萄糖分子缩合而成螺旋状的长长的螺旋体，每个葡萄糖单元都仍有羟基暴露在螺旋外。碘分子跟这些羟基作用，使碘分子嵌入淀粉螺旋体的轴心部位。碘跟淀粉的这种作用叫做包合作用，生成物叫做包合物。 在淀粉跟碘生成的包合物中，每个碘分子跟6个葡萄糖单元配合，淀粉链以直径0.13 pm绕成螺旋状，碘分子处在螺旋的轴心部位。 淀粉跟碘生成的包合物的颜色，跟淀粉的聚合度或相对分子质量有关。在一定的聚合度或相对分子质量范围内，随聚合度或相对分子质量的增加，包合物的颜色的变化由无色、橙色、淡红、紫色到蓝色。例如，直链淀粉的聚合度是200～980或相对分子质量范围是32 000～160 000时，包合物的颜色是蓝色。分支很多的支链淀粉，在支链上的直链平均聚合度20～28，这样形成的包合物是紫色的。糊精的聚合度更低，显棕红色、红色、淡红色等。下表就是淀粉的聚合度和生成碘包合物的颜色。 表7-1淀粉的聚合度和生成碘包合物的颜色
淀粉跟碘生成的包合物在pH＝4时最稳定，所以它的显色反应在微酸性溶液里最明显。 6.淀粉在人体内的代谢 当人们摄入含淀粉的食物时，经过咀嚼食物被磨碎。淀粉跟唾液混合，在近乎中性的条件下，淀粉经唾液淀粉酶的作用，其中一部分被水解，形成麦芽糖。当食物团被吞咽入胃，在没有被胃酸浸透以前，唾液淀粉酶还可以起作用。食物团被胃液浸透后，酸性条件阻止了唾液淀粉酶的继续作用。 当食物进入十二指肠时，胃酸被胰液中的碳酸氢钠中和，为小肠中酶的作用提供必要的碱性条件。这时，由口腔、胃转运来的淀粉和麦芽糖等，经胰液淀粉酶、麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶等作用相继水解为葡萄糖等单糖。 7.为什么人不能消化纤维素 食草动物(如牛、羊、马等)主要以纤维素为食物，也能吃淀粉类食物。草和谷物在它们的身体里都能水解生成葡萄糖。这是因为它们的消化器官里既有α-葡萄糖酶，又有β-葡萄糖酶。淀粉是由α-葡萄糖组成的，只有α-葡萄糖酶才能使它水解。纤维素是由β-葡萄糖组成的，只有β-葡萄糖酶才能使它水解。而人类的消化器官里只有α-葡萄糖酶，因此只能消化淀粉而不能消化纤维素。 8.油脂的氢化 一般油脂成分中多少都含有不同比率的不饱和脂肪酸。由于这些不饱和脂肪酸的存在，一方面降低了油脂的熔点，使其在常温下呈现液态，给运输和储存带来不便；另一方面也降低了油脂的化学稳定性，这些含有不饱和键的脂肪酸，在酸、碱、光或微生物的作用下，能够跟空气中的氧气发生反应，生成低碳原子数的醛、酮一类化合物。这些化合物常具有难闻的气味，这就是油脂的酸败。 为了克服这些缺点，我们常对天然油脂进行氢化，实际上就是 硬化油性质稳定(因其 9.干性油 有些含有不饱和脂肪酸的油脂具有特殊的性质，如我国的特产桐油中的桐油酸有3个双键形成共轭体系，它的结构简式如下： CH3(CH2)3CH＝CH－CH＝CH－CH＝CH(CH2)7COOH 把桐油刷在一个平面上并和空气接触时，它就逐渐变成一层干硬而有弹性的膜，因此像桐油这样的油脂又叫干性油。干性油形成硬膜的详细过程还不十分清楚，但是跟氧化和聚合很有关系。干性油在油漆工业中得到广泛应用。 9.油脂的酸性水解 把已经脱水并经加热到105 ℃～110 ℃的油脂，在搅拌下加入密度为1.84 g/cm3的硫酸，其用量为油脂质量的3%～5%，油脂的颜色即变成青紫色、褐色，最后是黑色。如果反应液在玻璃片上能生成良好的晶体，即说明反应已经完成。静置0.5 h～1 h。待黑色的酸性沥青沉淀，分出上层的酸化油脂，分阶段加水水解约15 h，再用水洗涤脂肪酸使硫酸完全除去。 水解所得的高级脂肪酸主要用于制香皂、化妆品和医药。 水解副产物甘油可回收利用。 10.油脂的碱性水解──皂化 制肥皂的关键问题是各种原料的配料比和皂化反应进行的程度。通常制皂所用油脂都是混合油脂，即是用各种不同来源的油脂经过试验，确定一个恰当的比。皂化时碱的用量一般为混合油脂的15%以上。皂化进行得愈完全，游离的碱和油脂的含量愈少，肥皂的质量也愈高。 皂化作用完成后加食盐盐析，肥皂即凝结在液面上。 制取肥皂时，还要加入多种填料，主要有： 松香先把松香跟Na2CO3作用制得松香皂，然后混入制皂的混合油脂中，它有能增加肥皂的泡沫等作用。 水玻璃能增加水对纺织品的润湿能力，对肥皂有防腐作用。 陶土或高岭土能增加洗涤时的摩擦力。 香料或消毒药物等。 11.肥皂的去污原理 不仅是肥皂，任何洗涤剂的去污都是由于下列几种作用： (1)润湿作用使纺织品或其他固态物质能被水所润湿，为此要求任何洗涤剂都必须是表面活性剂，能降低水的表面张力，使水分子易于渗透到织物组织中去。 (2)乳化力污物被肥皂或洗涤剂分子包围后，易于分散到液体中去形成乳状液，因此，也要求洗涤剂能降低水的表面张力。 (3)分散作用或胶溶作用这就要求洗涤剂分子是分散剂，把油渍、污物变成分散的胶体溶液，其中主要靠洗涤剂分子和水形成的双电层的吸附引力。 (4)保护作用保护胶体粒子不发生聚沉作用。 (5)携污能力防止污垢重新沉积在织物上的能力。 (6)泡沫力起泡是洗涤过程中很普遍的现象，但并不是洗涤剂中表面活性物质的主要性质。起泡决定于界面上洗涤剂分子的定向吸附作用，它和表面张力的降低有密切的关系，它间接地增加了洗涤剂的携污能力。 综上所述，肥皂去污的过程是一个相当复杂的过程，洗涤污水实际上是乳浊液、悬浊液、泡沫和胶体溶液的综合分散体系，去污过程是多种胶体现象的综合。 12.合成洗涤剂 合成洗涤剂按其活性基团可分为以下几类: (1)阴离子型 主要是烷基磺酸钠(R—SO3-Na+)、烷基苯磺酸钠（ 我们目前用量最多、产量最大的合成洗涤剂主要是烷基苯磺酸钠，其中R的平均碳原子数为12，范围在C10～C14之间。烃基过小，在水中溶解度增大，携污能力降低；烃基过大，憎水性过大，亲水能力太差，不容易形成胶体溶液，洗涤效果不好。 (2)阳离子型 主要是季铵盐类。例如，氯化三甲基十二烷基铵、溴化二甲基十二烷基苄基铵等。 (3)两性离子型 具有正、负两种电荷。例如，十六烷基氨基乙酸。 (4)非离子型 在水中不电离，起表面活性作用的是整个分子。例如，聚乙二醇单烷基醚等。它们的疏水基是长链烷基，亲水基是羟基、醚中的氧原子等。 家用洗衣粉中除上述合成洗涤剂外，常含有以下各种填料。例如：硅酸钠(Na2SiO3)和三聚磷酸钠(Na5P3O10）(使洗涤水呈弱碱性，使硬水软化)、硫酸钠(使粉末疏松)、漂白剂(如过硼酸钠)、酶(可除去蛋白质污渍)、荧光增白剂等。 13.肥皂与合成洗涤剂的比较 (1)制造肥皂需要消耗大量油脂，但是油脂是可以再生的；制造合成洗涤剂以石油化工产品为原料，可以节省食用油脂，但是石油资源是有限的。 (2)肥皂在自然界能被微生物分解，不会累积污染水源。有些合成洗涤剂很稳定，不能被微生物分解，能积累而污染水源。近年来用直链烃基来代替洗涤剂分子中的支链烃基，而具有直链烃基的洗涤剂是能被微生物所分解的。 (3)肥皂在硬水中使用时能跟Ca2+和Mg2+形成不溶于水的钙盐和镁盐，浪费了部分肥皂。合成洗涤剂跟Ca2+和Mg2+不能形成不溶性盐，所以，它可以有效地在硬水中使用。 (4)肥皂经长时间储存容易变质，合成洗涤剂不易变质。 14.表面活性剂的应用 像烷基苯磺酸钠和肥皂那样，凡具有能显著降低水的表面张力或两种液体(如水和油等)之间界面张力特性的物质，总称为表面活性物质或表面活性剂。它们的应用很广泛，现举例简介如下： (1)洗涤剂：除去污垢和油渍。 (2)用于矿物浮选：使矿物跟岩石分离。 (3)用于除莠剂、杀虫剂、杀菌剂等的喷雾操作，使农药液的润湿性、渗透性更好。 (4)在食品工业中用于防止香精油从饮料、冰激凌中分离。 (5)用于电镀工业，使电镀液能更好地润湿镀件。 (6)在建筑业中，在沙浆中加入少量表面活性剂，能使沙浆更好地跟砖接触，更容易在砖面上展开。 (7)在油漆工业中，使高分子涂料与颜料能均匀地混合。 (8)用于化妆品，能防止乳状液分为两层。 (9)在金属铸造中，使模具与铸件易于分离。 (10)用作防止腐蚀剂，如它能在输油管内壁形成保护膜。 15.油脂的消化 油脂进入小肠后即与胆盐混合。胆盐能使油脂乳化成微滴，还可以使脂肪酶的活力增强。因此，胆盐是促使油脂消化的一个重要因素。小肠内接近中性的环境，也有利于脂肪酶的作用。胰液中含有消化油脂的脂肪酶。在脂肪酶的作用下，油脂被水解为甘油和脂肪酸。小肠既能吸收完全被水解的油脂，也可吸收部分被水解或未经水解的油脂微滴。吸收后，主要经淋巴系统进入血液循环，也有小部分经门静脉进入肝脏。未被小肠吸收的油脂进入大肠后，被细菌分解成甘油和脂肪酸后再加以吸收。 由淋巴系统进入血液循环中的脂肪或由甘油与脂肪酸在肝脏内合成的脂肪，是与脂蛋白结合在一起运送的。脂肪在脂肪组织中，经β-脂蛋白酶水解成游离的脂肪酸和甘油，然后再合成脂肪而储存起来。 16.蛋白质的颜色反应 (1)双缩脲反应 双缩脲是由2分子尿素失去1分子氨后的缩合产物，多肽分子中含有许多和双缩脲结构相似的肽键。因此在蛋白质溶液中加入碱和少量的硫酸铜就有紫红色铜的络合物生成。任何蛋白质或蛋白质水解中间产物都有双缩脲反应。这个性质的显示与蛋白质分子中所含肽键的数目有一定关系。肽键数目越多，颜色越深。它能显色是由于生成了2价铜的络合物。 (2)蛋白质黄色反应 某些蛋白质跟浓硝酸作用时呈黄色，如再以氨处理又变成橙色。有这种反应的蛋白质分子一般都存在苯环。 (3)蛋白质跟茚三酮反应 蛋白质和氨基酸一样，也能和茚三酮水合物试剂产生紫色的颜色反应，用这个反应可鉴别蛋白质。 17.鸡蛋为什么不宜生吃 鸡蛋中含有10种以上蛋白质。鸡蛋煮熟以后，蛋白质分子中多肽链特有的规则排列发生了变化，变为较混乱的排列，这就是蛋白质的变性。由于变性蛋白质的空间结构已经打乱，比原来有序的排列更容易分解，因而容易被人体消化吸收。 有人认为生鸡蛋比熟鸡蛋更容易消化吸收、更有营养是没有科学依据的。生吃鸡蛋有以下几点害处： (1)生鸡蛋难消化，浪费营养物质。人体消化吸收鸡蛋中的蛋白质主要靠胃蛋白酶和小肠里的胰蛋白酶。而生鸡蛋中的蛋清里有一种抗胰蛋白酶的物质，会阻碍蛋白质的消化和吸收。煮熟的鸡蛋，抗胰蛋白酶的物质不再存在，所以容易被人体消化吸收。 (2)生鸡蛋中含有卵白素和一种抗生素蛋白，常吃生鸡蛋，其中的卵白素可以使食物中的维生素B失去效能，而抗生素蛋白会在人体内积累，积累多了，会妨碍人体对生物素的吸收，而生物素是人体需要的多种维生素之一。人体缺乏生物素，就会食欲不振，精神怠倦，皮肤发炎，脱屑脱毛，体重减轻，影响人的身体健康。 (3)大约10%的鲜蛋里含有致病的沙门氏菌、霉菌或寄生虫卵。如果鸡蛋不新鲜，带菌率就更高。细菌可以从母鸡卵巢直接进入鸡蛋，也可以在下蛋时由肛门里的细菌污染到蛋壳上，再经蛋壳上的气孔进入鸡蛋。这些细菌都怕高温，煮沸8 min～10 min，鸡蛋内外的细菌就会被杀灭。 18.酶 酶是生物体内一种具有催化能力的蛋白质，它具有其他催化剂所不可比拟的特点。 酶的催化效率极高，超过通常化学催化剂的108倍～1010倍，如果消化道中没有酶，消化一餐饭需要约50年的时间。因此酶的高度催化活性一直是最吸引人的研究课题之一。 一般催化剂虽有一定的选择性，但有时亦可催化几个反应。例如，盐酸作为催化剂，能催化淀粉水解成葡萄糖，也能催化蛋白质水解成氨基酸。因此在一般催化反应的生成物中，往往或多或少地伴有副产物。酶却不然，每一种酶只能催化某一化合物或某一组性质相似化合物的反应，并且不会有副产物生成，因而酶的命名是以它的专一性为依据的。例如，唾液淀粉酶是专门催化淀粉分解的，胃蛋白酶是专门催化蛋白质或蛋白胨(比蛋白质简单的一类有机物，简称胨)分解的，脲酶是专门催化尿素水解的。由于酶的分工如此细致，所以，人体内酶的种类极其繁多，这样才保证了人体中众多的复杂化学反应有条不紊地进行。 酶催化的反应条件非常严格，因为酶只有在很小的pH和温度范围内，才能保持较大的活性，酶的活性和pH的关系如图7-3所示。因此，在生产和使用酶制剂时，都必须注意酸碱度这一因素。
图 7-3 酶最理想活性对应有最佳的pH 某些物质的存在可使酶的活性降低，这些物质称为酶的抑制剂。例如，千分之一的硫酸铜或三氯化铁对纤维素酶有抑制作用。故在使用酶制剂时，应注意避免抑制剂的干扰。反之，也有一些物质对酶的催化作用有利，能提高酶的活性，这些物质称为酶的激活剂。例如，氯化钙对纤维素酶有激活作用。
图 7-4 温度对酶反应速率的影响 体内的大多数酶在35 ℃～45 ℃范围内表现出最大的活性，继续升高温度，酶的活性会显著下降，以致完全丧失催化能力。这是因为酶是一种蛋白质，蛋白质加热到70 ℃～90 ℃就会变性凝聚，如将鸡蛋清放在开水里就会凝固成白色固体。温度超过80 ℃，酶就会发生永久性变性。所以，防止食物变质的另一方法就是将它们加热，以“杀死”能使食物变质的酶。低于35 ℃，反应速率就会慢慢降低，直到酶失去活性而使反应基本停止，如图7-4所示。然而，酶在低温下并不变性，如果温度回升，它又能恢复活性。用冰箱保存食物之所以成为可能，是因为引起食物腐败的酶催化反应，在低温下显著减慢或停止。0 ℃时，酶的活动几乎完全停止。如果将人体细胞迅速冷到-196 ℃，它们就能完整无损地保存下来，随着温度的回升，酶的活力逐渐增加，“死”去的细胞便可复活。 根据以上设想，目前美国科学家已进行了冷冻人体的试验，在对病入膏肓的垂死患者进行冷冻的同时，以一种化学液体取代血液，当抽出最后一滴血时，“尸体”已被冷冻到-196 ℃，此时，细胞的新陈代谢活动完全停止，然后，把“尸体”安放到冰墓中，墓中温度为-200 ℃。自1967年1月19日把第一具“尸体”冷藏以来，美国又相继建立了好几个这样的地下贮存室，企图有朝一日，有了能对症治疗的有效药物时，再使“尸体”解冻、复苏、治疗，成为一个健康的人。也许真有一天，我们将会看到“死”而复活、重返人间的人。 由于酶具有以上特点，我们可利用酶制剂来提高产品产量和质量，降低生产成本。现在酶已广泛用于轻工业、食品工业、制药工业、兽医学和临床医学。过去由于酶的不稳定性和难于与反应产物分离的缺点，使它的工业应用受到限制。近年来，开创了“酶固定化”的技术(称为固相酶固相酶是将一种酶溶液经物理或化学方法处理，使之成为不溶于水、稳定性强、但仍具有酶催化活性的酶。)，使酶能在高达100 ℃的温度下保存好几个月。在美国和日本，已将固相酶用于各种生产过程，如使用固相酶进行饱和碳氢化合物或烯的氧化；使淀粉和纤维素(如木屑、茎叶、藁秆或由于某种原因不能重新使用的废纸以及其他纤维素物质)变成葡萄糖，再用另一种酶进一步将其变为果糖。美国的卡普郎(kaplan)在研究报告中还证实，如使某些叶绿体酶固相化，那么借助它的作用，在太阳光的作用下就可以把水分解成氢和氧： 2H2O 这为太阳能的利用，开辟了无比广阔的前景。 我们相信，随着今后酶的本质和特性的不断被揭示，科学家将会模仿生物催化机理，建立起崭新而高效的催化系统。有朝一日，人们将能把各种固相酶做成颗粒或薄膜，将其装进一系列相互连接的反应管和反应器，从一端通入大自然中取之不尽、用之不竭的空气和水以及工厂排出的废气，经过几步酶反应，就可以从另一端生产出各种各样的化工产品。这是一幅多么令人神往的图画啊!毋庸置疑，生物催化这一十分重要的领域定将取得更惊人的成就。 |
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的催化加氢。氢化所用的催化剂为镍粉，把它悬浮在液态的油脂中，然后在搅拌下通入氢气(最好还要加压)。为了保持逐渐氢化的油脂有一定的流动性，在加氢过程中要维持一定的温度。待氢化反应完成，分离催化剂，提纯，即得常温下为固体的氢化油脂，俗称硬化油。
）等。肥皂实际上也属于这一类。
2H2 ＋ O2
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