快速的能源——糖
快速的能源——糖
糖在自然界分布极广，是自然界中含量最丰富的一类有机化合物。化学家最初在分析各种糖的成分时，发现糖是由碳、氢、氧3种元素组成的，而且其中氢和氧的比例是2∶1，恰好与水分子中氢和氧的比例一样，于是，化学家们便把糖叫做碳水化合物。后来，他们又发现鼠李糖的分子式是C6 H12 O5，脱氧核糖的分子式是C5 H10 O4，在这两种糖的分子中，氢和氧的比例都不是2∶1，当然不能把这两种糖也称为碳水化合物。严格地讲，把糖称为碳水化合物并不恰当，所以现在的书刊上都把这一类化合物统称为糖。
在自然界，糖广泛分布于动物、植物(尤其以甘蔗、甜菜等含量最丰富)和微生物内，其中尤以植物中所含的糖多。植物靠水和空气中的二氧化碳合成糖，因为这个合成反应是由具有光能的光子所激发的，因此这个合成过程称为光合作用。由水和二氧化碳合成糖的过程是一个吸收能量的过程，因此糖是一种具有高能量的化合物，它们是植物、动物和微生物新陈代谢过程的重要能量来源。
糖
生物体的细胞内和血液里都含有葡萄糖，是细胞发挥其功能所必需的，葡萄糖的新陈代射的正常调节对于生命活动是非常重要的。葡萄糖容易被人体吸收，容易与氧气发生反应，生成二氧化碳和水，并放出能量，是细胞的快速能量来源。
葡萄糖属于单糖，但自然界大量存在的都是低聚糖(如蔗糖)和多糖(如淀粉)。多糖中也存在着大量能量，但它们很难为人体消化和吸收，多糖必须被分解成葡萄糖以后，其中贮存的能量才能被细胞利用。
葡萄糖结构图
单 糖
单糖是最简单的糖，都是结晶体，能溶于水，具有甜味，主要有葡萄糖、果糖、阿拉伯糖。
葡萄糖的分子式是C5 H11O5 CHO。在自然界中通过光合作用合成，由于葡萄糖最初是从葡萄汁中分离出来的结晶，因此就得到了“葡萄糖”这个名称。葡萄糖存在于血浆、淋巴液中。在正常人的血液中，葡萄糖的含量可达0.08%～0.1%。
葡萄糖以游离的形式存在于植物的浆汁中，尤其以水果和蜂蜜中的含量为多。可是，葡萄糖的大规模生产方法却不是从含葡萄糖多的水果中提取，而是用玉米和马铃薯中所含的淀粉制取，在淀粉糖化酶的作用下，玉米和马铃薯中的淀粉发生水解反应，可得到含量为90%的葡萄糖水溶液，溶液在低于50℃时结晶，可生成α－葡萄糖的水合物;在高于50℃时结晶，可生成无水的α－葡萄糖;当再超过115℃时结晶，生成的是无水的β－葡萄糖。
葡萄糖是生命不可缺少的物质，它在人体内能直接进入新陈代谢过程。在消化道中，葡萄糖比任何其他单糖都容易被吸收，而且被吸收后能直接为人体组织利用。人体摄取的蔗糖和淀粉也都必须先转化为葡萄糖，再被人体组织吸收和利用。葡萄糖在人体内被氧气氧化，生成二氧化碳和水，每克葡萄糖被氧化时，释放出17.1千焦热量，人和动物所需要的能量有50%来自葡萄糖。
葡萄糖的甜味约为蔗糖的3/4，主要用于食品工业，如用于生产面包、糖果、糕点、饮料等。在医疗上，葡萄糖被大量用于病人输液，这是因为葡萄糖非常容易被直接吸收作为病人的重要营养。葡萄糖被氧化时还能生成葡萄糖酸，葡萄糖酸钙是最能有效地提供钙离子的药物。
另一种重要的单糖是果糖，它的分子式是C5 H12 O5 CO5 CO，以游离状态大量存在于水果的浆汁和蜂蜜中。
果糖并不从水果中制取，而是用稀盐酸或转化酶使蔗糖发生水解反应，产物是果糖和葡萄糖的混合溶液。由于果糖是不容易从水溶液中结晶出来的物质，所以从混合溶液中离析出果糖，要采用使果糖与氢氧化钙形成不溶性的复合物的方法，最后将复合物从水溶液中分离出来，并将钙沉淀为碳酸钙，果糖就成为结晶体。
果糖是所有的糖中最甜的一种，它比蔗糖甜1倍，广泛用于食品工业，如制糖果、糕点、饮料等。
低聚糖
低聚糖指双糖、三糖等。双糖中的蔗糖、麦芽糖和乳糖最有用。蔗糖是最普通的食用糖，也是世界上生产数量最多的有机化合物之一。
甘蔗中含蔗糖15%～20%，甜菜中含蔗糖10%～17%，其他植物的果实、种子、叶、花、根中也有不同含量的蔗糖。
蔗糖的分式为C12 H22 O11。它很甜，容易溶解在水中，而且很容易从水溶液中结晶。
如果将红糖溶解在水里，加入适量的骨炭或活性炭，就可以将溶液的颜色脱掉，然后将溶液过滤，经过减压蒸发和冷却，溶液中就会产生白色细小的晶体，这就是白糖，白糖中含一定量水分，把白糖加热到适当温度，可以将水分除掉，再把它冷却，如果冷却速度很快，得到比较细的晶体，这就是砂糖;如果冷却速度慢，就会得到无色透明的大晶体，这就是冰糖。
蔗糖主要用于食品工业，高浓度的蔗糖能抑制细菌的生长，在医药上用作防腐剂和抗氧剂。
麦芽糖也是一种双糖，在自然界中麦芽糖主要存在于发芽的谷粒，特别是麦芽中，故得此名称。麦芽糖发生水解反应以后，生成两分子葡萄糖，可用作甜味剂，甜度是蔗糖的1/3。麦芽糖还是一种廉价的营养食品，过去在农村有很大市场。
乳糖是哺乳动物乳汁中主要的糖，人乳含乳糖5%～7%，牛乳含乳糖4%，它们是乳婴食物中的糖分。在工业上，乳糖是由牛乳制干酪时所得的副产品。在水中的溶解度小，也不很甜。在乳酸杆菌的作用下，乳糖可以被氧化成乳酸，牛奶变酸就是因为其中的乳糖被氧化，变成了乳酸所引起。乳酸饮料具有较高的营养价值。
多 糖
多糖结构
多个单糖分子发生缩合反应，失去水便形成多糖。已知多糖的分子量可以超过1 000 000原子质量单位。
淀粉是植物界中存在的极为丰富的多糖，分子式是(C6 H10 O5)。大量存在于植物的种子、块茎等部位。淀粉以球状颗粒贮藏在植物中，颗粒的直径为3～100微米，是植物贮存营养的一种形式。
多糖结构
天然的淀粉由直链淀粉和支链淀粉组成，大多数淀粉含直链淀粉10%～12%，含支链淀粉80%～90%。玉米淀粉含27%直链淀粉;马铃薯淀粉含20%直链淀粉(两者的其余部分均为支链淀粉);糯米淀粉几乎全部是支链淀粉;有些豆类的淀粉则全部是直链淀粉。
直链淀粉又称可溶性淀粉。溶解于热水后成胶体溶液，容易被人体消化。直链淀粉是一种没有分支的长链线形分子，与碘发生作用后，生成深蓝色物质，这一反应可用来检验淀粉或碘。
支链淀粉具有支链结构，它不溶于热水，分子量很大，约100 000～600 000，它也能与碘作用，生成蓝紫色物质。淀粉可供食用，在人体内淀粉首先被淀粉酶作用，发生水解反应，生成糊精，它进一步水解生成麦芽糖，最后可以水解成葡萄糖，便于人体吸收。因此，我们即使不吃蔗糖、葡萄糖、果糖、麦芽糖，仍然可以从淀粉(粮食及含淀粉多的蔬菜)摄取糖分，而且是人体内糖分的主要来源。
纤维素也是一种多糖。绿色植物通过光合作用合成纤维素，它在植物体中构成细胞壁网络，支撑着植物躯干。纤维素的分子式是(C6H10 O5)x，它对人体没有营养价值，我们每天要吃进很多纤维素(存在于粮食、蔬菜、水果等中)，基本上被排泄掉，但它对帮助肠的蠕动有一定作用，有利于防止肠癌。