书城童书《化学知识篇》(下)
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第8章 日常生活的化学(8)

大家都知道,糖是现在人们生活中最主要的甜味剂。不过,化学上的糖不只是我们平常所吃的食糖,而是一大类有机化合物,包括多糖(淀粉、纤维素)、双糖(蔗糖、麦芽糖)、单糖(葡萄糖、果糖等)。其中,最甜的是果糖。

蜂蜜和水果中都含有果糖,所以吃起来很甜。甜味仅次于果糖的是蔗糖,现在它是最主要的食用糖。

衡量甜味剂的甜度,通常是以蔗糖为标准的。科学家规定蔗糖的甜度为100。在同样浓度下比蔗糖甜5倍者,其甜度为500;甜10倍者,其甜度为1000。

按照此方法进行测定,葡萄糖的甜度为64,果糖的甜度为173……长期以来,人们就试图弄清楚糖为什么是甜的,然而时至今日,此谜仍然没有被揭开。

探究甜味之谜,还得从认识舌头的功能说起。舌头除了能帮助说话外,还用以品尝味道。舌头之所以能够品尝味道,主要是因为舌头上布满了味蕾,在众多味蕾的尖端小孔内还有许多味觉感受器。人类就是靠着这些味觉感受器来感觉各种味道。

早在本世纪60年代,就有人提出了解释糖类之所以有甜味的理论。该理论认为,糖类分子中都含有多羟基,多羟基中两个氢原子之间有一定的距离,此距离大约等于2.4×10-8厘米~4×10-8厘米,恰好能与舌头上的味觉感受器形成化学吻合物。这种化学吻合物可以刺激味觉感受器,使其产生脉冲,进而由神经将脉冲传入大脑,使人感受到甜味。

不过,这一理论产生后,就遇到许多挑战,有许多事实难以用此理论加以解释。例如,大家知道,有一种物质叫糖精,它不是糖类,其化学名称叫邻磺酰苯甲酰亚胺,其钠盐叫糖精钠,过去常用它作为糖的代用品,甜度为蔗糖的500倍。后来,经过科学家实验发现,它是一种弱的致癌物质,所以近几年来才被禁止食用。在糖精的分子结构中,根本没有多羟基,在苯环上虽然含有氢原子,但氢原子之间的距离也不是2.4×10-8厘米~4×10-8厘米。按照上述理论,它根本不可能有甜味,但实际上它比蔗糖要甜得多。

现在,人们都已认识到食糖太多可以使人发胖,易引发心血管等疾病。世界卫生组织对23个国家人口死亡原因做了调查分析后指出,长期过量食用含糖多的食物,可使人寿命缩短大约20年。这一结论无疑给嗜糖的人们敲响了警钟,并促使许多科学家积极研究寻找对人体无害的新的糖类代用品。

蛋白质是人类最重要的营养物质之一,用它做甜味剂可以一举两得,既可以满足甜味,又可以增加营养。可是,常见的含蛋白质丰富的物质,如鸡蛋、豆制品等都没有甜味。为此,许多科学家都在寻求甜蛋白。不久前,生物学家终于在非洲丛林中发现了有关植物,他们的果实中含有毛雷宁和索马丁两种甜蛋白,这两种甜蛋白的甜度比蔗糖甜3000倍以上。

我国在广西和云南也找到一种含甜蛋白的植物,它是一种叫马槟榔的白花菜科攀援植物,其果仁含有高浓度的甜蛋白。

上述这些甜蛋白质,其结构都很复杂,而且性质也不够稳定,对于它们为什么具有甜味而且甜度大得惊人,人们并不清楚,显然更不能用其分子中氢原子的距离来解释。不过,甜蛋白很有发展前途,它不仅使甜味剂的供应有了新的途径,而且也为科学家研究味觉生理提供了新的材料。

味精,也是人们常用的调味剂,炒菜炖汤时放点味精就会使菜肴变得鲜美可口,使人胃口大开,食欲大增。

味精的学名叫谷氨酸钠。谷氨酸本身只有酸味,很少鲜味,只有变成钠盐后才显鲜味。特别是当它与一定量的食盐混合后,其鲜味会大增,这叫食盐的助鲜作用。市场上出售的味精,有的袋上标有“80°”的字样,就是指含有80%谷氨酸钠和20%的食盐。

当然,鲜味物质不只是味精,还有肌苷酸、乌苷酸、天冬氨酸等,而且它们的鲜味比味精还强。经测定,肌苷酸比味精鲜40倍,乌苷酸比味精鲜160倍。

有人认为味精之所以具有鲜味,可能与味精分子中含有羧基、羰基等带负电荷的基团有关,但究竟有什么关系,尚不清楚,因此这也只是一种推测。

假如物质的鲜味真与一些带负电荷的基团有关的话,那么在肌苷酸的分子结构中根本就没有上述基团,为什么也具有鲜味而且鲜味比味精还强呢?“基团”理论对此无法做出解释。

再有,味精与一定量食盐混合,或与一定量的肌苷酸混合,鲜味不仅不减弱,反而会进一步增强,其奥秘何在,人们也说不明白。

总而言之,与对甜味物质的研究一样,人们至今还没有找到物质显鲜味的真正原因。

刨根问底话麻醉

也许你看过电视连续剧《三国演义》,剧中有一组华佗为关羽刮骨疗毒的镜头,由于在刮毒时没有使用麻醉药,致使关羽两眉紧锁,牙关咬紧。这可能是作者有意刻画关羽的英雄形象吧,因为据历史记载,那时华佗已掌握了一种称为麻沸散的麻醉药,既然如此,他怎么能不给关羽服用呢?

现代麻醉药的使用是从乙醚开始的,它是1846年由美国医生威廉·摩顿首先使用的。乙醚麻醉的成功,为医生实施手术治疗铺平了道路。

至今,历史前进了一个多世纪,麻醉手术治疗已成了司空见惯的事,普通医院都能实施。

所谓麻醉,即在外科手术或诊断性检查时,为了解除病人的疼痛,并使肌肉适当松弛,以利于手术或检查所采用的方法。

麻醉多数是利用化学药物抑制中枢神经或局部神经,使病人对外来刺激不产生感觉和反应。常见的麻醉药有普鲁卡因、氯仿、笑气、环丙烷、乙醚、联乙烯酸等。

人们在研究麻醉药物的过程中,发现这众多药物虽然组成结构不相同,但它们的介电常数(表示分子极性大小的常数)却很相近,都易溶于脂肪。显然,药物的麻醉作用,可能与它们所具有的这些共性有关。

基于对麻醉药物性质的上述分析,有人提出麻醉剂之所以能使人麻醉,失去知觉感觉不到疼痛,可能是麻醉剂溶于神经细胞的脂肪中,阻挡了疼痛信号向大脑传递,使人感觉不到疼痛。因为,据有关研究证明,疼痛实际上是在大脑支配下,一些化学物质如钾离子、氢离子、组织胺、缓激肽等,作用于痛觉感受器的结果。

不过,这种理论也受到了严重的挑战,因为它对麻醉作用都有一定的时效性这一实际情况,难以做出解释。既然过了一段时间后麻醉剂就不起作用了,那怀疑者们不仅要问:麻醉剂在神经细胞中,不可能一会儿溶解,一会儿又不溶解了吧?

另外,也有人认为,麻醉剂之所以能使人失去痛觉,可能与它阻碍输氧、影响新陈代谢的进行有关。这种理论更令人怀疑,如果真的大脑供氧不足,对人会有致命的危险。

不仅药物能使人麻醉,针灸也有麻醉作用。针刺麻醉是我国医务人员1958年创造出来的。人们惊奇地发现,只要针灸师将几根小小的银针扎到病人的有关穴位上,外科医生就可以顺利地进行手术,这时病人竟然毫无疼痛之感,这真是一大奇迹!

显然,不能用药物麻醉剂阻断信号传递的理论来解释针刺麻醉,因为银针不可能把传递刺激信号的神经完全阻断。对此,有人提出分泌镇痛剂的理论加以解释。这种理论认为,当人体上的穴位受到银针刺激后,神经组织就会发出分泌内啡肽的信号,内啡肽很快被分泌出来。内啡肽是一种很好的镇痛剂,会使人失去痛觉。当然,去掉银针后,内啡肽的分泌减少了,人也就恢复了痛觉。

然而,上述理论也很不成熟,例如有人试验,针刺麻醉有一定的局限性,对有些人效果很好,而对有的人则基本无效。难道无效的人受到针刺后,就不分泌镇痛剂了吗?对此,实在令人费解。

铝是不是痴呆症的“罪魁祸首”

铝是我们非常熟悉的金属,它的年产量已居各种金属产量的第二位。