現代造紙原料大多來自於樹木 其主要成份為纖維素 如果把黃褐色的碘液滴在紙張上 竟然變成了深藍色 咦！ 碘液應該是碰到澱粉才會變深藍色呀 這麼說起來是紙張上含有澱粉囉？ 但是纖維素和澱粉都由葡萄糖所組成 為什麼澱粉碰到碘液會變色 而纖維素不會變色呢？ 我們將在影片中解答這個問題 在我們每天的食物中 稻米、小麥、玉米、馬鈴薯、蔬菜和水果中 所攝取的營養素 主要的成分皆為醣類 在過去高一化學【觀念】醣類影片中 我們學過醣類含碳、氫和氧原子 統稱為碳水化合物 其中不能水解的醣稱為單醣 例如互為同分異構物的葡萄糖、半乳糖與果糖 他們的分子式皆為C₆H₁₂O₆ 結構式如圖所示 組成澱粉和纖維素的葡萄糖鏈狀結構在水中時 第五個碳原子上的OH基和第一個碳原子上CHO會發生半縮醛環化反應 以環狀的結構存在 而形成α-葡萄糖和β-葡萄糖兩種異構物 其中α-葡萄糖為1號碳上的羥基和5號碳上的CH₂OH在環的異側 若同側時 則稱為β-葡萄糖 接下來介紹葡萄糖聚合形成的澱粉、纖維素和肝醣 首先介紹的是澱粉 澱粉是人類熱量的主要來源 主要儲存在種子以及可食的植物根部 例如：稻米、小麥、玉米、馬鈴薯 澱粉是由α-葡萄糖縮合聚合而成的聚合物 是1號與4號碳的羥基脫水 形成C－O－C的α-1,4鍵結之聚醚類大分子 化學式如畫面所示 合度n大約在數百到數千之間 結構可分為直鏈澱粉與支鏈澱粉 直鏈澱粉以醚基聚合後形成螺旋型的結構 綠豆與豌豆中 直鏈澱粉比例較高 煮時不易爛、口感較滑順 例如綠豆粉絲 也就是大家常說的冬粉 而支鏈澱粉也是聚醚類大分子 但有部分為1號與6號碳的羥基脫水 形成主鏈之外的α-1,6鍵結支鏈 糯米與馬鈴薯中 支鏈澱粉比例較高 黏性也較高 可由糯米製成的粽子、年糕中吃出來 上述直鏈澱粉的螺旋形狀會形成一個中空穴 恰能容下直線型的碘分子或三碘離子 含碘粒子可藉凡得瓦力與澱粉形成深藍色錯合物 這是常見的澱粉檢驗方式 而影片前面提到的紙張雖然材質為纖維素 但通常會在造紙的過程中添加澱粉液 讓印刷時油墨不易化開 並降低表面粗糙感 使紙張平滑更有質感 因此一般紙張碰到碘液也會呈現深藍色 澱粉會以顆粒狀存在 稱為澱粉粒 將澱粉加入冷水中 會發現澱粉不易溶於冷水 形成懸浮液 若水分子進入澱粉粒中 會讓澱粉粒膨脹 破壞直鏈以及支鏈澱粉的結構 再經由加熱 會加速澱粉顆粒軟化、膨脹、裂開 形成膠狀漿糊 此稱為糊化作用 廚房中勾芡的技巧 先將含澱粉的太白粉、玉米粉或蓮藕粉等 和水混合均勻 再加入快煮好的料理中 使得湯品更濃稠或是食物口感更滑順 就是糊化的應用 另外 經由稀酸或酵素作用 可以將澱粉先水解成聚合度較低的糊精 再水解成麥芽糖 最後水解成葡萄糖 因此飯粒在口中咀嚼很久後 會有甜味產生 若以碘液作為指示劑來檢測澱粉水解的過程 可觀察到顏色由一開始澱粉和碘液形成的深藍色錯合物 逐漸因為澱粉的消失 而變成碘液本身的黃色 同學們答對了嗎？ 問題一可由圖中資訊判斷 B組在飯後1小時內 血糖上升曲線的斜率較大 表示血糖上升速度較快 由結構可以發現支鏈澱粉分支多 所以推測可能是因為支鏈澱粉與澱粉酶的接觸面積大 所以一開始分解速率較快 血糖上升速度較快 大家可以發現 糯米類食物幾乎全部由支鏈澱粉組成的碳水化合物 食用後分解速率較快 所以血糖上升速度快 是高升糖指數的食物 反之 冬粉等直鏈澱粉較高的食物 則因為分解速度慢 是低升糖指數的食物 一般的白米約有80%為支鏈澱粉 升糖指數則介於兩者之間 搭配適當的低升糖指數食物 可以有效幫助糖尿病會者控制血糖 那麼同樣由多個葡萄糖聚合而成的纖維素和澱粉又有什麼不同呢？ 為什麼澱粉會和碘液成深藍色 纖維素卻不會呢？ 澱粉是由α-葡萄糖縮合而成的聚合物 聚合度約在500~2000 而纖維素是由β-葡萄糖縮合聚合的產物 聚合度在2000~14000 與澱粉相同都是1號與4號碳的羥基脫水 形成C－O－C的 β-1,4鍵結之聚醚類大分子 且幾乎不會產生支鏈 纖維素是植物細胞壁主要的成分 為自然界中含量最多、分布最廣的多醣 也可說是地球上最豐富的天然有機物 木材、棉、麻、竹和稻草都富含纖維素 纖維素無法被人體酵素所分解吸收 但能促進腸胃蠕動 增進腸胃健康 但在牛、羊等動物胃中的微生物含有纖維素降解酶 能切斷纖維素的β-1,4鍵結 形成葡萄糖進而吸收 纖維素因為是長鏈的聚合物 雖然具有多個羥基 但因為鏈之間會形成許多氫鍵 所以不易分散 也不易溶於水或有機溶劑中 在生活中常用於造紙或紡織 關於纖維素還有一個有趣的小故事 德國化學家尚班因為他太太不准他在家做實驗 有一天趁著太太外出 偷溜進廚房進行實驗 然而不慎將硫酸與硝酸打翻 情急之下 他拿起太太棉製的圍裙擦拭 隨後放在爐子上烘乾 沒想到布料竟然起火 迅速燃燒並且消失的無影無蹤 原來是因為纖維素與硝酸可在濃硫酸催化下 形成硝化纖維素 硝化纖維是白色或微黃色纖維狀聚合物 具有無臭、無味 耐水、耐稀酸、耐弱鹼等特性 且因為其易燃性 後來變成無煙火藥、閃光紙與硝化棉的成分 將硝化纖維素加入20%的樟腦就可製成熱塑性塑膠－賽璐珞 是乒乓球原料的主要成分 動物也可以將體內的葡萄糖聚合成肝醣的形式 主要儲存在肌肉及肝臟中 作儲備能源 當身體熱能短缺 如運動時 肝醣會快速轉化為葡萄糖 以提供身體額外熱能 那麼肝醣和澱粉與纖維素又有什麼不同呢？ 為了快速提供能量 肝醣的結構類似支鏈澱粉 由α-1,4鍵結形成主鏈 α-1,6鍵結形成支鏈 聚合度約為2000~60000 且肝醣的分支比支鏈澱粉多 支鏈澱粉每20~30個葡萄糖出現一個分支 而肝醣每8~12個葡萄糖就會出現一個分支 這些肝醣分子會圍繞在肝醣核心蛋白外圍 形成球狀顆粒 整個球狀顆粒可能含有約 30,000 個葡萄糖單位 各種多醣的比較如圖所示 讓我們來總結一下這支影片的學習內容 醣類除了直接吃到體內作為人體能量的來源外 還有哪些其他功用、原理又是什麼呢？ 歡迎在底下留言和我們分享唷！