【閱前提示】本篇出自『數(shù)理化自學叢書6677版』，此版叢書是“數(shù)理化自學叢書編委會”于1963-1966年陸續(xù)出版，并于1977年正式再版的基礎自學教材，本系列叢書共包含17本，層次大致相當于如今的初高中水平，其最大特點就是可用于“自學”。當然由于本書是大半個世紀前的教材，很多概念已經(jīng)與如今迥異，因此不建議零基礎學生直接拿來自學。不過這套叢書卻很適合像我這樣已接受過基礎教育但卻很不扎實的學酥重新自修以查漏補缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我寫的備注。

【山話嵓語】『數(shù)理化自學叢書』其實還有新版，即80年代的改開版，改開版內(nèi)容較新而且還又增添了25本大學基礎自學內(nèi)容，直接搞出了一套從初中到大學的一條龍數(shù)理化自學教材大系列。不過我依然選擇6677版，首先是因為6677版保留了很多古早知識，讓我終于搞明白了和老工程師交流時遇到的奇特專業(yè)術語和計算模式的來由。另外就是6677版的版權風險極小，即使出版社再版也只會再版80年代改開版。我認為6677版不失為一套不錯的自學教材，不該被埋沒在故紙堆中，是故才打算利用業(yè)余時間，將『數(shù)理化自學叢書6677版』上傳成文字版。

第三章碳水化合物

§3-3多糖：淀粉和纖維素

【01】現(xiàn)在討論多糖。多糖可以看作是三個或三個以上的單糖分子，脫水縮合而成的更復雜的碳水化合物：

【02】多糖經(jīng)水解，一般也能生成組成它的單糖：

【03】最常見的多糖是淀粉和纖維素。它們不是同分異構體。

1、淀粉

淀粉的存在、結構和物理性質

【04】淀粉廣布于植物界。大量以顆粒狀貯存在種子和塊莖中，如大米含淀粉80%、小麥含70%、玉蜀黍含50%、山芋含20%等等。還有許多水果中也含有淀粉。

【05】不同植物所含的淀粉，顆粒的大小、形狀是不相同的。圖3·2是在顯微鏡下所看到的三種淀粉顆粒的圖形：

【06】各種淀粉的分子量都很大，它的分子一般都由幾千個“C?H??O?”單位組成的直鏈或分支的鏈所構成（圖3·3）。因此淀粉的分子式以(C?H??O?)n表示，n代表一個巨大數(shù)字，但究竟等于多少，現(xiàn)在還沒有確定。通常植物淀粉粒含有二種多糖，一種是可溶于熱水的直鏈淀粉，約占10~20%，另外80~90%是另一種不溶于水的支鏈淀粉。

【07】淀粉是一種白色粉末，沒有甜味，不溶于冷水。當它與水共熱時，淀粉顆粒會膨脹破裂，破裂后直鏈淀粉部分溶解在水里，支鏈淀粉部分則形成膠狀而有粘性的淀粉糊。我們用面粉調制漿糊時，先要用冷水把面粉調勻成懸濁液，然后必須加熱攪拌才成，其原因就在此。

淀粉的化學性質

1、跟碘的反應

【08】淀粉能跟碘起反應而呈現(xiàn)深藍色，若加熱，藍色又會消失。這是淀粉的一種特征性質，它是鑒定淀粉或碘的依據(jù)。例如無論在米飯、面粉或山芋片上，加碘溶液一滴，立即有藍色出現(xiàn)。

2、水解反應

【09】淀粉沒有還原性，既不能發(fā)生銀鏡反應，也不能使氫氧化銅還原為氧化亞銅。但如與酸共熱或受淀粉酶的作用，就能水解。淀粉的水解是逐步進行的，首先分解為分子較小的糊精，這時碰到碘能呈現(xiàn)紅紫色而不再是藍色；后來變成麥芽糖；最后變成分子更小的葡萄糖，遇碘不變色，但具有還原性：

【10】淀粉的水解反應也在我們?nèi)梭w中進行。人們在吃米飯時把白飯多加咀嚼，會感到有甜味這就是米飯里面所含的淀粉，由于唾液中淀粉酶的作用而水解成了糖。食物進入胃腸后，又受到胰臟所分泌出來的、比睡液里的效力更為強大的淀粉酶的作用而繼續(xù)水解，形成的葡萄糖通過小腸腸壁，被吸入血液中，供人體組織的營養(yǎng)。多余的葡萄糖在肝臟中組成動物性淀粉一肝糖而貯存起來。肝糖與淀粉相似，也能被淀粉酶分解為糊精、麥芽糖和葡萄糖，所以當人體需要營養(yǎng)時，肝糖就能再轉化為葡萄糖。

【11】淀粉水解的中間產(chǎn)物——糊精(C?H??O?)x，是一種黃白色粉末，它的水溶液具有很強的粘性。糊精在人體中比較容易消化，因為它是由比淀粉小的分子所組成的（(C?H??O?)x中的x小于(C?H??O?)n中的n）。當?shù)矸奂訜釙r也能形成糊精，烘烤山芋或面包時外皮變硬，就是因為形成了糊精之故。糊精與淀粉既存在著這樣的相互關系，形狀也很相似，因此糊精又叫做可溶性淀粉。

【12】上面學過，多糖是由單糖失水縮合而成的，這里又學到了多糖的水解，這兩種反應在動植物體內(nèi)是交替進行的。在植物體內(nèi)，由于吸收了日光的能量，經(jīng)過光合作用，形成葡萄糖，葡萄糖再轉變?yōu)榈矸鄣葟碗s物質。這些物質被動物攝取后在體內(nèi)水解，進一步氧化時又有熱量釋放出來。這種熱能歸根到底來自太陽，只不過借助于植物，發(fā)生著能的循環(huán)而已。

【

植物的綠葉吸取空氣中的二氧化碳，在日光和葉綠素的作用下，跟由植物根部所吸入的水分發(fā)生反應，形成葡萄糖，同時放出氧氣：

再由葡萄糖分子形成淀粉：

當?shù)矸墼谌~子里受著酶的作用時又能分解為葡萄糖：

葡萄糖隨著植物液汁散布到整個植物體內(nèi)，成為用以合成各種植物生活所必需的物質的原料。

】

淀粉的用途和制取

【13】淀粉是人類和動物生存的必要養(yǎng)料。由淀粉可以加工成糊精、葡萄糖和酒精。淀粉的這些用途，已在前面學過。此外，淀粉經(jīng)過藥品處理后可以制成樹脂和塑料。所以淀粉應用的范圍是很廣泛的。

【14】淀粉通常用山芋、馬鈴薯或麥粉來制取.如以山芋或馬鈴薯作原料，首先把它們洗滌干凈，然后磨成粉漿，放在細篩上用水沖洗，使淀粉顆粒隨著水流，通過篩孔，最后沉積在水底。如用麥粉作原料，由于麥粉中含有面筋（面筋的主要成分是蛋白質），跟淀粉粘在一起，因此，必須先把麥粉和水揉成面團后放在篩上，用水沖洗，同樣使淀粉通過篩孔而面筋留在篩上，末了從水里分出淀粉，晾干即成。

【15】淀粉的制取和用途，可概括如下：

2、纖維素

纖維素的存在和結構

【16】纖維素存在于一般草本植物的葉、莖、根中。棉花幾乎純是纖維素。木材、竹子和大麻等，則含纖維素50%以上。

【17】纖維素的分子和淀粉相似，是由幾百到幾萬個不等的單糖分子失水縮合而成。因此同樣可以用(C?H??O?)n表示，不過n值遠較淀粉的為大，有的分子量可以大到幾百萬，如亞麻纖維素的分子量便等于5,900,000。

【18】纖維素的結構跟淀粉的不同，它只有直鏈結構而沒有支鏈結構，所以它形成的是細絲狀的物質。

纖維素的性質

【19】纖維素是一種纖維狀的固態(tài)物質，既不能溶于水，也不溶于有機溶劑。在常溫時不跟稀酸或堿起反應，也不能被弱氧化劑所氧化。但它分子中含有多個羥基，因此能跟濃硝酸和濃硫酸的混和酸起酯化反應【醇類和無機酸作用，生成無機酸酯的反應，也是酯化反應】：

【纖維素分子里每個單糖單體中都含有三個羥基，因此可以把它的分子式寫成這個形式。】

【三硝化纖維的正確名稱應當是“三硝酸纖維素酯”，“三硝化纖維”是沿用的舊名?！?/p>

【20】濃硫酸在這里起的是脫水劑作用，加速了反應。生成的硝化纖維，外貌和棉花無甚差別，但在空氣中點燃或加熱到一定溫度時，能立刻燒盡，不象棉花燃燒緩慢。三硝化纖維在密閉器里加熱，會發(fā)生爆炸，這是由于它分子中含有易于放出氧氣的硝基，當受熱時迅速放出大量的氣體和熱量，熱又加速了氣體的膨脹，從而產(chǎn)生了巨大壓力的緣故。所以三硝化纖維又叫做火藥棉，是一種炸藥，它能溶于丙酮而成為膠狀物質，丙酮蒸發(fā)后則成為板狀，容易著火，爆炸后完全變成氣體，沒有形成煙的固態(tài)物質留下，因此稱它為無煙火藥：

【21】纖維素在酯化反應時如果硝酸的量不足，那末每個單糖單體中被酯化的羥基也就較少，得到的是低級的二硝化纖維：

【22】二硝化纖維也易著火，但并不爆炸。它能溶于乙醚和酒精的混和物中成膠狀粘液，俗稱火棉膠。它和樟腦及酒精混和，經(jīng)過加熱處理和機械壓制，即成為賽璐珞，是一種可以制造乒乓球、繪圖儀器、兒童玩具和電影膠片的塑料。把賽璐珞溶于乙酸戊酯，再加入顏料，就成為各色噴漆。

【23】纖維素和淀粉一樣，也能水解為葡萄糖，纖維素的水解反應，可以概括如下式：

【24】纖維素在人的胃里不象淀粉那樣容易水解，因為人胃中沒有能使纖維素水解的酶存在。這種酶只存在于牛、馬等動物的胃里。因此，人們不以纖維素為主食品，而只是在食物中適量配合，用以刺激腸的蠕動而通暢大便。

纖維素的用途

【25】綜上所述，我們已經(jīng)可以知道，利用纖維素跟硝酸的酯化作用，可以制造硝化纖維；利用纖維素的水解反應，可以制取葡萄糖從而制取酒精。此外還有二種重要的纖維素加工工業(yè)，在人類的生活中具有重要的意義，就是造紙和人造絲工業(yè)。

1、造紙

【26】造紙的原理，是用機械法或化學處理法使造紙原料——木材先制成紙漿，再經(jīng)漂白、抄紙（鋪成薄層）、烘干而成紙張。

【27】化學處理法是用化學藥品除去木材中的非纖維素成分，而將纖維素分離出來。因為木材是由纖維素和非纖維素成分——主要是木質素組成的。一般是用氫氧化鈉溶液或亞硫酸鈣CaSO?溶液跟原料——木材的刨花，放在高壓容器中共煮，使不溶性的木質素變成可溶性物質，但對于纖維素則沒有影響。這樣就可以從木材刨花中把纖維素分離出來，經(jīng)過洗凈，就成為化學紙漿。

【28】機械法制漿是用磨石或在磨木機里進行的，得到的纖維里仍雜有非纖維素成分，因此制成的紙張品質較差，容易氧化發(fā)脆和變色。但這種方法手續(xù)簡便，生產(chǎn)成本較低，還是生產(chǎn)紙漿的重要方法之一。

【29】造紙是我國古代的重大發(fā)明之一，起源于西漢.但在解放前的幾十年中，我國所用的紙張還需依靠國外進口。解放后，我國的造紙工業(yè)和其他各業(yè)一樣，有了巨大的發(fā)展。除一般用紙外，還陸續(xù)制造出了各種專用高級紙，如電容器紙、鋼紙、錄音紙等。隨著我國社會主義建設的飛躍發(fā)展，我國的造紙工業(yè)一定還會取得更大的成就。

2、人造絲

【30】纖維素能溶于氫氧化銅的氨溶液（簡稱銅氨溶液）而制成纖維素溶液。纖維素溶液能在鹽酸中重行凝固，仍舊析出纖維素。工業(yè)上就根據(jù)這個實驗原理，把不能直接用于紡織的纖維素原料如飛花、棉絨、木漿等制成紡絲液【飛花是紡織廠里飛揚的短棉纖維；棉絨是由棉花子上剝下的絨毛】，在紡絲時使它凝固，成為纖維狀態(tài)的人造絲。這種人造絲就叫做銅氨絲，它特別堅韌，但成本較大.現(xiàn)在工業(yè)上廣泛采用的是粘液法。

【31】粘液法制人造絲的生產(chǎn)流程是：從木漿、飛花或棉絨中取得纖維素后，先用18%的氫氧化鈉溶液處理成堿纖維，再跟二硫化碳反應，得到黃酸纖維酯，這個酯能溶于6~7%的稀堿溶液中，成為粘性的膠體溶液——這便是粘液法名稱的由來。把這種粘膠液通過抽絲機的細孔而進入酸溶液，黃酸纖維酯被酸分解，細絲狀的纖維素便沉淀下來，再經(jīng)洗凈和干燥等工序，便得到了人造絲：

【32】由人造絲還可以制成人造毛。人造毛的品種很多，由人造絲制取只是人造毛的一種制法。人造絲可以直接用來制成絲織品，人造毛則需要跟棉花或天然毛混紡成織品。人造毛織品光亮柔軟，易于洗滌。我國近年來在大量發(fā)展這一項工業(yè)，目前市上已有多種商品供應。

習題3-3

1、什么叫支鏈淀粉和直鏈淀粉？它們在結構和性質上有什么不同？

2、怎樣證明面粉中含有淀粉？

3、怎樣用化學實驗方法來證明淀粉已水解為葡萄糖？又怎樣證明所有淀粉都已水解完全？

4、人類以淀粉作為食物，淀粉被人體消化時發(fā)生什么化學反應？這種反應由什么引起的？對于人體為什么是必要的？

5、由薯類或面粉得到淀粉，是物理過程呢還是化學過程？為什么？

6、試比較纖維素和淀粉的分子結構和水解反應。

7、纖維素的四種加工工業(yè)（制硝化纖維、葡萄糖、紙、人造絲）各自應用了纖維素的哪些特性？

8、淀粉和纖維素的分子式都是(C?H??O?)n，為什么它們不是同分異構體？

9、賽璐珞是什么？用賽璐珞做的乒乓球、玩具等，為什么不能接近火？