1、5.4 实验：还原性糖 -甜味剂 1 还原性糖实验 1-1 实验过程 我们通过一个实验来分析一下糖尿病患者应该如何来安全的使用甜味剂。 实验的原料是三种甜味剂，葡萄糖 、 木糖醇和阿斯巴甜 ， 所用的检测试剂是菲林试剂。首先 ， 我们各取一定量的三种甜味剂 ，溶于 三毫升的去离子水中 ， 配制成水溶液，此时 ，我们 发现 ， 溶液都是无色透明的。 接着 ， 我们取等体积各五毫升的菲林试剂甲液和 乙液 ， 进行混合均匀 ，来配制菲林试剂检查液，这种液体为蓝色透明的液体。 我们再在甜味剂试管中 ， 注入两毫升的菲林试剂，这 时， 我们发现 ， 甜味剂的试管 溶液 也变成了蓝色液体，然后将试剂 试管
2、均 放入盛有 50到 60摄氏度热 水的大烧杯中 ，使 体系受热升温。 请同学们注意观察现象。我们会发现，在装有 葡萄糖的试管中，会有明显的颜色变化 ， 溶液中逐渐出现棕红色，最后出现砖红色的沉淀。而 另 两种溶液，基本没有颜色的变化，仍然为蓝色。 1-2 实验原理 及分析 那么 ， 实验中的颜色变化是由什么引起的？为什么同样都是甜味剂，却发生了不同的颜色变化 ？ 糖尿病患者是否可以根据颜色变化 ， 来辨别可以食用的 甜味剂吗？ 我们来一一解答这些问题。 我们先来看菲林试剂的蓝色来源于 哪个化学物质 ？菲林试剂是由甲液和 乙液混合而成的 ， 甲液 包括 氢氧化钠 和 酒石酸 ， 乙液 包括硫酸
3、铜和硫酸，混合之后依然是蓝色，这个蓝色也就是铜离子所呈现出来的蓝色 。 而我们实验当中出现了砖红色的沉淀，那么这个沉淀应该 也是铜 元素 所呈现出来的， 铜的 沉淀包括 氢氧化铜 ，而氢氧化铜是蓝色的， 那么砖红色的沉淀是什么呐？是氢氧化铜还原之后，得到的氧化亚铜。也就是说 ， 在甜味剂当中 ， 有具有可以还原性的物质，才可以使 铜 元素 由蓝色的铜离子还原成了氧化亚铜砖红色沉淀 。 我们来看葡萄糖 、 木糖醇和阿斯巴甜三种甜味剂 是否有这种还原性，从图 1中 三种甜味剂的 分子结构 会发现， 葡萄糖含有醛基，它是具有还原性的，所以，葡萄糖在与菲林试剂接触加热之后，发生了颜色变化， 这 与实验
4、现象是吻合的。 图 1 三种甜味剂分子式 物质变化 的 机理便是，过量的碱性条件下， 氢 氧化铜转变为 氢氧化铜 的负离子，这个负离子呢 ， 被还原糖葡萄糖所还原，而生成氧化 亚 铜砖红色的沉淀。 在这个过程中，葡萄糖是被氧化的。决定葡萄糖氧化过程是葡萄糖的一个烯醇 式的 变化，它的 烯醇式 结构呢，也就是如图 2中所示。 如图 3所示， 烯二醇 负离子会与 氢氧化铜 负离子进行反应，生成氧化亚铜。 图 2 葡萄糖的烯醇化 图 3 生成氧化亚铜反应原理 这样 ， 我们也就解决了第一个问题，这个颜色变化是什么引起的？铜离子转化成氧化亚铜被还原所导致的。 第二个问题为 ， 同样是甜味剂，为什么发生
5、了不同的颜色变化呢？是由于 ， 木糖醇和阿斯巴甜分子中 ，都 没有 具有 还原性的 基团 。 也就是它们 不具有还原性 ，不能讲蓝色的铜离子转换成氧化亚铜砖红色 。 葡萄糖具有 这种 还原性，我们把它称为还原性的葡萄糖，那么这个实验呢，也就是验证还原性糖的一个实验。 这个实验跟糖尿病 患者 可以吃哪些糖有什么样的关系呢？我们能否通过这个实验来鉴别呢？这是回答我们的第 3个问题。 我们先来看一下 ， 什么是糖尿病，糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性的疾病，而糖尿病的高血糖，是由于糖尿病 患者 本身胰岛素分泌的缺陷，或者其他生物作用受损引起的， 不能分解葡萄糖，而 导致血液当中葡萄糖浓度偏高的现象
6、。 注意 ， 这里面所说的是血液中葡萄糖的浓度，那么 ， 我们只要控制身体或者血液当中葡萄糖的浓度低，那么就可以 避免糖尿病 患者 的高血糖病症。也就是 ， 只要摄入 的 甜味剂，不要在人体中转化成葡萄糖， 便 不会导致血糖快速升高，那么就可以放心食用。 2 糖尿病患者可吃的甜味剂 我们来 具体 看一下 ， 哪些糖可以被代谢为葡萄糖 。 葡萄糖是一种单糖，具有很高的甜度。我们通常所说的白砂糖，它是由 95%的蔗糖组成的，是一种二 糖，它可以水解成葡萄糖和果糖 两种单糖 ； 麦芽糖也是一种二糖，它是由两分子的葡萄糖组成的 ； 乳糖也是一种 二 糖，是由葡萄糖和半乳糖组成的，而淀粉类的糖呢，也就是
7、我们食品当中所有含淀粉类的物质，最终全部会水解成葡萄糖。那也就是说 ， 葡萄糖本身 、 白砂糖 、 麦芽糖 、 乳糖和淀粉糖都 会在水解过程中转化成葡萄糖，这些糖是不能被糖尿病 患者 所食用的。但是， 麦芽糖 、乳糖和淀粉糖， 在 没有水解之前，分子里面也是没有 醛基还原性基团 的， 也就是不能使斐林试剂变色， 所以， 我们 并 不 能仅仅 通过 菲林试剂的 实验来验证它们 。 在代谢过程中没有转化为葡萄糖的甜味剂包括果糖 、阿斯巴甜、 木糖醇糖精 、 甜蜜素 和 安赛蜜 等。这些糖对糖尿病患者 来说 ， 是比较安全的。 但是 ， 我们来看一下果糖的分子式 如图 4，在它的分子里面呢，是有一个
8、羰基的， 也具有还原性，所以，果糖 也是还原性糖，它也可以 使斐林试剂 发生颜色变化，但 ， 它 不会转化成葡萄糖，是可以被糖尿病 患者 所食用的 ；所以，我们发现， 不能直接用 还原性糖 的 实验来鉴定哪些糖可以糖尿病患者使用。 还原性糖的实验可以区分糖尿病患者使用的单糖，不能使斐林试剂变色的单糖，都可以被安全使用，也就是我们试验中所用的阿斯巴甜 和 木糖醇。 图 4 果糖分子式 图 5 饮料配料表 来分析一下这几种可以糖尿病患者食用的 甜味剂 。 第一个是 果糖 ， 虽然糖尿病患者可以食用，但是果糖通常 是同葡萄糖一起存在的，例如 ， 水果和蜂蜜中的果糖含量高，同时也含有葡萄糖，所以呢，糖
9、尿病患者尽量也要少吃水果和蜂蜜。 阿斯巴甜和木糖醇，它的甜度都比 白 砂糖要高，是目前比较安全的在食品当中使用的甜味剂。 糖精钠 ，也就是我们普通说的糖精，它 的甜度比蔗糖 也就是白砂糖， 要高 300到 500度，但他在后期会有苦味，而且， 这种甜味剂 有过 致癌 报道 ， 是一种比较有争议的食品添加剂 ，目前 ， 在 我国是允许使用的。 甜蜜素 也是一种甜味剂， 甜度是蔗糖的 30到 40倍， 1969年 ， 美国国家科学院研究委员会收到了关于甜蜜素可以致癌的一个动物实验证据之后，美国开始全面禁止使用 甜蜜素，随后， 英 、 日 、 加拿大等国家也禁止使用甜蜜素，但 ，目前， 在 我国 ，
10、 甜蜜素还是被合法所使用的 。 安赛蜜 也是一种合成的甜味剂，如果短时间内大量食用的话，会造成血小板减少，导致急性大出血，在我国 ， 它也是一个合法的添加剂。不过， 我 国均 制定了限用量， 如果 在国家规定的范围内使用它 ， 还 是比较安全的。 我们建议大家在食用食品之前 ，注意看一下它的配料表，不要在同一天或者短时间内食用过多 含有同类甜味剂的食品。 3 拓展 -饮料与甜味剂 讲到甜味剂呢，我们再往外拓展一点。我们生活中会提到垃圾食品，哪些是垃圾食品呢？通常是指 ， 不能提供给人体全面的营养，而且 还会造成负面作用 的食品 。比如我们说的油炸食品 ， 它的热量超高，而 所含的 营养物质呢，
11、主要是碳水化合物，比较单一。 又比如说饮料，特别是碳酸饮料，我们来看 一下他们的 配方表 如图 5，以芬达和美年达为例 。 他们都含有可以提供气体的碳酸水。第二种成分都是白砂糖甜味剂，美年达中还加了果葡糖浆甜味剂，也就是果糖 。配方表中的 食用香精、 VC、柠檬酸，柠檬酸钠 和 香料主要用来调节味道 的调味剂 ，苯甲酸钠为防腐剂，柠檬黄 和日落黄为色素。 图 6 饮料中的糖 通过这么一分析，我们发现 ， 在碳酸饮料中除了白砂糖算是碳水化合物外， 并 没有其它营养成分，也就是说 ，喝碳酸饮料等于吃糖。饮料中 糖的含量有多高呐？ 有人将 一杯或一瓶饮料中白砂糖换算成方糖， 如图 5， 给出了 每瓶饮料 对应 的方糖数 ，可以看到， 一杯 普通的碳酸 饮料 ， 接近有 20多块方糖，可以说，糖的含量 非常高，所以这类饮料热量才会那么高，长期饮用，容易导致肥胖 症 。
