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上一篇文章回顧：化學是什么？-第7章 化學是環(huán)境的保護者（2）

8.1　化學為人類提供健康的飲食

8.1.1　食物的營養(yǎng)素

吃喝是人的基本需要。在解決人類的飲食問題上，化學是最有成效的學科之一。要使人們吃飽飯，就要多生產(chǎn)糧食。據(jù)統(tǒng)計，近五十年來，世界人口翻了一番，糧食總產(chǎn)量也增加了一倍。促進糧食增產(chǎn)有耕作、種子、化肥、農(nóng)藥等因素，其中化學的作用超過50％，也就是說，解決溫飽的吃飯問題，一半要靠化學。如今人們對增進健康的認識大為提高。在解決溫飽的基礎上，全面優(yōu)化各種農(nóng)作物的品種，提高營養(yǎng)素含量水平，同時加強肉、禽、蛋、水產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，改善食物結構。

圖8.1.1　（a）蔗糖，（b）葡萄糖和（c）果糖的化學結構式

圖8.1.2?。╝）糖精和（b）三氯蔗糖的化學結構式

最新合成的甜味劑是三氯蔗糖，市場出售的名稱為斯普蘭達。它的化學結構式示于圖8.1.2（b）。它是化學家用Cl取代蔗糖中的3個OH，于1989年制得。它作為蔗糖替代品有許多優(yōu)點：一是它甜度大，相對甜度是蔗糖甜度的600倍；二是它不像糖精那樣后味發(fā)苦，而且熱穩(wěn)定性好、保質(zhì)期長；三是尚未有不良副作用的報道，它不能被人體消化吸收，是一種真正的無熱量甜味劑。

糖在人體中主要的生理功能是通過和氧氣作用，放出熱能，維持人體的溫度和供給各器官運行所需的能量。細胞表面的多糖鏈是負責保護細胞和細胞間信息的傳遞，起著通信識別和調(diào)控生命過程的作用。糖也是構成人體組織的一類重要物質(zhì)。血液含血糖，它是溶解在血液中的葡萄糖，正常人血液中每100立方厘米含葡萄糖為80～100毫克，過低的低血糖和過多的高血糖都不利于健康。人體中的核糖核酸（RNA）和脫氧核糖核酸（DNA）也是由核糖和磷酸等組成。

在對糖的生物化學研究中，發(fā)現(xiàn)糖除提供能量外，還有改善人體健康的功能。我國大連化學物理研究所研究從生物的甲殼素中提取的殼聚糖，經(jīng)化學處理使其聚合度降低到2～7個單位，形成殼寡糖，它的溶解性能優(yōu)良，具有調(diào)節(jié)人體酸堿平衡，降低血壓、血脂，改善消化，排除重金屬等功能，成為一種功能糖。

脂肪酸是組成脂肪的R基團和羧基—COOH結合形成的RCOOH分子。由飽和脂肪酸組成的油脂在室溫下呈軟固態(tài)，稱為脂；由不飽和R基團組成的油脂一般以液態(tài)油狀態(tài)存在，當R中含雙鍵，它就會有順式和反式兩種構型：

表8.2.1　人體必需的維生素

一個β-胡蘿卜素分子在體內(nèi)可轉(zhuǎn)化為兩個視黃醇分子。

維生素A的生理功能有：① 治療夜盲癥、干眼病，減輕視力減退，維持視覺功能。② 促進人體生長發(fā)育，促進糖蛋白的合成，有利于強壯骨骼。③ 維持上皮細胞結構的完整與健全，有助于治療皮膚病和祛除老年斑。④ 加強免疫力，加強對呼吸道感染、寄生蟲感染等傳染病的抵抗力；有助于肺氣腫、甲狀腺機能亢進癥的治療。⑤ 具有清除自由基、抗氧化作用。

成年人維生素A的每日需要量為1毫克。食物來源為動物肝臟、魚肝油、蛋、奶，以及胡蘿卜、白蘿卜和水果等。

8.2.3　B族維生素

B族維生素大都是水溶性的，有的溶解度大，有的溶解度小，人體必須每天加以補充。在人體中，B族維生素間相互起協(xié)調(diào)作用，即一次攝取復合維生素B，比單獨分別攝取效果要好，常制成復合維生素B片劑供所需的人服用。B族維生素的成員較多：對生物素，有人歸為維生素B7，有人稱為維生素H；對葉酸，有的歸為維生素B9，是預防腦中風的重要藥物；對煙酸，有人稱它為維生素B3，有人稱它為維生素PP。注意，維生素P是指蘆丁，有的不歸在維生素中。下面對表8.2.1中所列的幾種B族維生素加以討論。

1．維生素B1

又稱硫胺素、抗神經(jīng)炎素。易溶于水，在空氣中能吸水，略溶于乙醇，它對人體的神經(jīng)組織和精神狀態(tài)有良好影響。人患帶狀皰疹，非常疼痛，是由于神經(jīng)末梢發(fā)炎，可用維生素B1和B12等進行治療。維生素B1也是治腳氣病良藥。維生素B1的焦磷酸酯是一類重要的輔酶，在糖代謝中發(fā)揮重要作用。維生素B1富含于動物的肝和腎、蛋類、酵母、雜糧、豆類等。

2．維生素B2

又稱核黃素。微溶于水，幾乎不溶于乙醇，溶于稀堿溶液，水溶液中易變質(zhì)。它進入人體后磷酸化，轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿岷它S素等物質(zhì)，再與蛋白質(zhì)結合，成為一種調(diào)節(jié)氧化還原過程的脫氫酶，在體內(nèi)許多氧化還原反應和代謝中起重要作用。缺乏維生素B2容易發(fā)生口角炎、舌炎、角膜炎、結膜炎和溢脂性皮炎等疾病。維生素B2富含于酵母、肝、腎、乳類、小麥、黃豆等食品中。

3．維生素B5

又稱泛酸。能溶于水、乙醇、乙酸乙酯、冰醋酸，略溶于乙醚，不溶于苯和氯仿。對酸、堿和熱都不穩(wěn)定。維生素B5是抗應激、抗寒冷、抗感染藥物。有利于治術后腹脹。存在于酵母、谷物、肝臟和蔬菜等食品中。

4．維生素B6

在自然界中以吡哆醇、吡哆醛和吡哆胺三種形式存在。在體內(nèi)可互相轉(zhuǎn)化，形成具有生理活性的磷酸吡哆醛和磷酸吡哆胺，為多種轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶及消旋酶的輔酶，參與許多代謝過程。一般使用的維生素B6為鹽酸吡哆醇，易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚或氯仿。維生素B6是肌體內(nèi)許多重要酶的輔酶，參與氨基酸的脫羧作用、色氨酸的合成，以及含硫氨基酸和不飽和脂肪酸的代謝作用，是動物正常發(fā)育的營養(yǎng)品。人體缺少維生素B6，易患貧血、脂溢性皮炎等疾病。醫(yī)藥上用于治療濕疹、皮疹、口唇炎和哮喘等。

5．維生素B12

又稱鈷胺素。深紅色結晶，熔點很高，超過320℃。溶于水、乙醇和丙酮，不溶于氯仿。它對人體制造紅血球，保護免疫系統(tǒng)功能是必要物質(zhì)。醫(yī)藥上用于治療哮喘、肝炎、失眠、疲勞等疾病。富含于肝、肉、蛋、奶、黃豆等食品中。1948年從肝臟中分離出來，1954年確定其結構。它是維生素分子中原子數(shù)目多的一種化合物，分子量達1355.4，是生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第一個含有C—Co共價鍵的化合物，也是唯一含金屬原子的維生素。1964年霍奇金（Hodgkin）因用X射線衍射法測定維生素B12等復雜分子的結構，獲得諾貝爾化學獎。1965年美國化學家伍德瓦德（R．B．Woodward，1917—1979）因人工合成維生素B12等復雜有機物，獲得諾貝爾化學獎。

8.2.4　維生素C

維生素C又稱為抗壞血酸或丙種維生素，它是人們熟識而常服用的一種維生素。它易溶于水，水溶液呈酸性，濃度為0.5％的水溶液pH＝3。它是白色晶體或粉末，無臭味。熔點190～192℃（分解）。干燥狀態(tài)下穩(wěn)定，遇光顏色變深。水溶液中易被氧化分解。它的化學結構式如下：

維生素C對人體健康至關重要：

① 人體內(nèi)膠原蛋白的合成需要維生素C參加，這將促進骨骼、血管、韌帶等的新陳代謝，有利于皮膚的彈性、創(chuàng)傷的愈合，有助于保護大腦；② 抗壞血病；③ 有助于防止牙齦萎縮和出血；④ 預防動脈硬化；⑤它是水溶性的強有力的抗氧化劑，防止自由基對人體的傷害；⑥ 有助于治療缺鐵性貧血；⑦ 有助于防止癌癥的擴散；⑧ 能提高人體免疫力和肌體的應急能力；⑨ 維生素C是眼內(nèi)晶狀體的營養(yǎng)要素，可緩解白內(nèi)障的發(fā)展。

當維生素C被人們從食品或藥物中服用后，被人體小腸上段吸收。一旦吸收，就送到體內(nèi)所有水溶性組織中。正常情況下，維生素C絕大部分在體內(nèi)經(jīng)代謝分解成草酸，一部分直接由尿液排出體外。

維生素C有上述功效，人們除了從食物中攝取外，以藥物的形式究竟每日應服用多少？關于這個問題國際上有不同的觀點。1970年鮑林出版了一本書《維生素C和感冒》，他認為口服高劑量的維生素C可以預防和治療感冒，他本人從1966年起每日服3克，感冒治好了。他還認為維生素C可以延長癌癥病人的壽命。由于他本人親自實踐，加上他是兩次諾貝爾獎的得主，他的觀點受到一些人的認可。一次是1954年表彰他在闡明化學鍵的本質(zhì)和解釋復雜分子的結構領域獲諾貝爾化學獎，另一次是1962年獲得的諾貝爾和平獎。他活到了93歲，未見到大劑量服用維生素C所產(chǎn)生的副作用。另一種觀點是從事醫(yī)學研究的醫(yī)生提出的，他們對癌癥病人分組做過試驗，大劑量服用的病人死得早。所以維生素C大劑量服用是治癌還是致癌，并沒有找到確證的因果關系。另外，根據(jù)藥理分析，過多服用維生素C會導致早期壞血病、血栓形成、草酸鈣尿道結石和腎結石等疾病。小兒生長時期過量服用維生素C，容易產(chǎn)生骨骼疾病。現(xiàn)在國家推薦除從蔬菜、水果等食品獲得維生素C外，每日補充服用75毫克為宜。

許多水果和蔬菜富含維生素C，每天吃一些水果和蔬菜就可以補充人體的需要。下面列出每100毫升果汁或100克果蔬含維生素C的毫克數(shù)：

8.2.5　維生素D

維生素D又稱骨化醇。它系指一組具有維生素D活性的甾醇化合物，約有10種，其中最重要的為維生素D2和D3。它們的化學結構式分別如下所示：

維生素D2又稱鈣化甾醇或麥角鈣化醇，無色針狀晶體，熔點115～118℃（分解），無臭、無味。不溶于水，易溶于乙醇、乙醚、氯仿和丙酮，略溶于植物油，遇光和氧氣易分解。主要食物來源是植物和酵母中提取的麥角甾醇，經(jīng)紫外線激活后轉(zhuǎn)化為維生素D2。

維生素D3又稱膽鈣化醇或膽鈣甾醇，無色針狀晶體，熔點85～88℃（分解），無臭、無味，不溶于水，略溶于有機溶劑，微溶于植物油，在光照和潮濕空氣中易分解。主要來源于動物肝臟，由7-脫氫膽固醇，即維生素D3原，經(jīng)紫外線照射后轉(zhuǎn)化為維生素D3，它早已工業(yè)化生產(chǎn)。人體多曬太陽可防止維生素D缺乏癥。

維生素D具有抗佝僂病的功能，并能使牙齒堅固。除魚肝油富含維生素D外，肝、魚肉、蛋、奶以及蘑菇中也有豐富的維生素D。正常人每日需要量為5～10毫克。近年有研究證明，過多服用維生素D并不能預防骨質(zhì)疏松和降低骨折發(fā)生率，反而有增加心臟病風險。

8.2.6　維生素E

維生素E是一組化學結構相似的酚類化合物的總稱。1922年首先由美國化學家伊萬斯從麥芽油中發(fā)現(xiàn)提取出來。它是苯并氫化吡喃衍生物，自然界存在的有十多種，活性以α-生育酚最強，分布最廣而最具代表性。通常說的維生素E即指α-生育酚，它的化學結構式如下：

維生素E為淺黃色黏稠油狀液體，無臭、無味。密度0.95 g·cm-3。熔點3℃，沸點210℃（13.33 Pa）。溶于乙醇、乙醚、丙酮，不溶于水。化學性質(zhì)穩(wěn)定，能耐熱、酸和堿，在紫外線照射下會被破壞，宜存于棕色瓶中。

維生素E的功效為：① 強抗氧化物，能抵抗自由基的侵害；② 參與抗體形成，防治冠心病、高血脂癥；③ 用于治療習慣性流產(chǎn)、不孕癥、更年期障礙及促進男性產(chǎn)生有活力的精子。

維生素E在豆類、蔬菜、大豆油、芝麻油、麥胚油中含量最豐，杏仁、核桃仁和花生仁中含量也多。正常人進食的維生素E，易被肌體吸收，通常不易發(fā)生維生素E缺乏癥。每日的需要量為50毫克，過量服用會妨礙其他脂溶性維生素的吸收和功能的發(fā)揮。從20世紀40年代起，維生素E能人工合成，我國從60年代起能大量生產(chǎn)。

8.2.7　維生素K

維生素K又稱血凝維生素。它是一大類甲萘醌衍生物的總稱。主體結構為甲萘醌，在此基礎上形成不同取代基的衍生物。天然形成的維生素K1和K2均為脂溶性。人工合成的維生素K3為亞硫酸鈉甲萘醌，維生素K4為二氫萘醌二乙酸酯，都是水溶性。維生素K1存在于苜蓿、菠菜等綠色植物中，維生素K2是微生物合成產(chǎn)生的。

維生素K的化學性質(zhì)穩(wěn)定，能耐酸和熱，但易被堿和紫外線照射所分解。維生素K的功能是促使人體血液凝固，缺乏它會導致凝血時間延長，嚴重的流血不止而死亡。所以維生素K廣泛地應用于醫(yī)學。

氯胺酮是一種快速麻醉藥，由于它具有藥物依賴性，成品常被毒販作為藥物成分，被標以維生素K或K他命或K粉，但它并不是真正的維生素K?，F(xiàn)在K粉已作為毒品被禁用。

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