【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的备注。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

第三章碳水化合物

§3-3多糖：淀粉和纤维素

【01】现在讨论多糖。多糖可以看作是三个或三个以上的单糖分子，脱水缩合而成的更复杂的碳水化合物：

【02】多糖经水解，一般也能生成组成它的单糖：

【03】最常见的多糖是淀粉和纤维素。它们不是同分异构体。

1、淀粉

淀粉的存在、结构和物理性质

【04】淀粉广布于植物界。大量以颗粒状贮存在种子和块茎中，如大米含淀粉80%、小麦含70%、玉蜀黍含50%、山芋含20%等等。还有许多水果中也含有淀粉。

【05】不同植物所含的淀粉，颗粒的大小、形状是不相同的。图3·2是在显微镜下所看到的三种淀粉颗粒的图形：

【06】各种淀粉的分子量都很大，它的分子一般都由几千个“C₆H₁₀O₅”单位组成的直链或分支的链所构成（图3·3）。因此淀粉的分子式以(C₆H₁₀O₅)n表示，n代表一个巨大数字，但究竟等于多少，现在还没有确定。通常植物淀粉粒含有二种多糖，一种是可溶于热水的直链淀粉，约占10~20%，另外80~90%是另一种不溶于水的支链淀粉。

【07】淀粉是一种白色粉末，没有甜味，不溶于冷水。当它与水共热时，淀粉颗粒会膨胀破裂，破裂后直链淀粉部分溶解在水里，支链淀粉部分则形成胶状而有粘性的淀粉糊。我们用面粉调制浆糊时，先要用冷水把面粉调匀成悬浊液，然后必须加热搅拌才成，其原因就在此。

淀粉的化学性质

1、跟碘的反应

【08】淀粉能跟碘起反应而呈现深蓝色，若加热，蓝色又会消失。这是淀粉的一种特征性质，它是鉴定淀粉或碘的依据。例如无论在米饭、面粉或山芋片上，加碘溶液一滴，立即有蓝色出现。

2、水解反应

【09】淀粉没有还原性，既不能发生银镜反应，也不能使氢氧化铜还原为氧化亚铜。但如与酸共热或受淀粉酶的作用，就能水解。淀粉的水解是逐步进行的，首先分解为分子较小的糊精，这时碰到碘能呈现红紫色而不再是蓝色；后来变成麦芽糖；最后变成分子更小的葡萄糖，遇碘不变色，但具有还原性：

【10】淀粉的水解反应也在我们人体中进行。人们在吃米饭时把白饭多加咀嚼，会感到有甜味这就是米饭里面所含的淀粉，由于唾液中淀粉酶的作用而水解成了糖。食物进入胃肠后，又受到胰脏所分泌出来的、比睡液里的效力更为强大的淀粉酶的作用而继续水解，形成的葡萄糖通过小肠肠壁，被吸入血液中，供人体组织的营养。多余的葡萄糖在肝脏中组成动物性淀粉一肝糖而贮存起来。肝糖与淀粉相似，也能被淀粉酶分解为糊精、麦芽糖和葡萄糖，所以当人体需要营养时，肝糖就能再转化为葡萄糖。

【11】淀粉水解的中间产物——糊精(C₆H₁₀O₅)x，是一种黄白色粉末，它的水溶液具有很强的粘性。糊精在人体中比较容易消化，因为它是由比淀粉小的分子所组成的（(C₆H₁₀O₅)x中的x小于(C₆H₁₀O₅)n中的n）。当淀粉加热时也能形成糊精，烘烤山芋或面包时外皮变硬，就是因为形成了糊精之故。糊精与淀粉既存在着这样的相互关系，形状也很相似，因此糊精又叫做可溶性淀粉。

【12】上面学过，多糖是由单糖失水缩合而成的，这里又学到了多糖的水解，这两种反应在动植物体内是交替进行的。在植物体内，由于吸收了日光的能量，经过光合作用，形成葡萄糖，葡萄糖再转变为淀粉等复杂物质。这些物质被动物摄取后在体内水解，进一步氧化时又有热量释放出来。这种热能归根到底来自太阳，只不过借助于植物，发生着能的循环而已。

【

植物的绿叶吸取空气中的二氧化碳，在日光和叶绿素的作用下，跟由植物根部所吸入的水分发生反应，形成葡萄糖，同时放出氧气：

再由葡萄糖分子形成淀粉：

当淀粉在叶子里受着酶的作用时又能分解为葡萄糖：

葡萄糖随着植物液汁散布到整个植物体内，成为用以合成各种植物生活所必需的物质的原料。

】

淀粉的用途和制取

【13】淀粉是人类和动物生存的必要养料。由淀粉可以加工成糊精、葡萄糖和酒精。淀粉的这些用途，已在前面学过。此外，淀粉经过药品处理后可以制成树脂和塑料。所以淀粉应用的范围是很广泛的。

【14】淀粉通常用山芋、马铃薯或麦粉来制取.如以山芋或马铃薯作原料，首先把它们洗涤干净，然后磨成粉浆，放在细筛上用水冲洗，使淀粉颗粒随着水流，通过筛孔，最后沉积在水底。如用麦粉作原料，由于麦粉中含有面筋（面筋的主要成分是蛋白质），跟淀粉粘在一起，因此，必须先把麦粉和水揉成面团后放在筛上，用水冲洗，同样使淀粉通过筛孔而面筋留在筛上，末了从水里分出淀粉，晾干即成。

【15】淀粉的制取和用途，可概括如下：

2、纤维素

纤维素的存在和结构

【16】纤维素存在于一般草本植物的叶、茎、根中。棉花几乎纯是纤维素。木材、竹子和大麻等，则含纤维素50%以上。

【17】纤维素的分子和淀粉相似，是由几百到几万个不等的单糖分子失水缩合而成。因此同样可以用(C₆H₁₀O₅)n表示，不过n值远较淀粉的为大，有的分子量可以大到几百万，如亚麻纤维素的分子量便等于5,900,000。

【18】纤维素的结构跟淀粉的不同，它只有直链结构而没有支链结构，所以它形成的是细丝状的物质。

纤维素的性质

【19】纤维素是一种纤维状的固态物质，既不能溶于水，也不溶于有机溶剂。在常温时不跟稀酸或碱起反应，也不能被弱氧化剂所氧化。但它分子中含有多个羟基，因此能跟浓硝酸和浓硫酸的混和酸起酯化反应【醇类和无机酸作用，生成无机酸酯的反应，也是酯化反应】：

【纤维素分子里每个单糖单体中都含有三个羟基，因此可以把它的分子式写成这个形式。】

【三硝化纤维的正确名称应当是“三硝酸纤维素酯”，“三硝化纤维”是沿用的旧名。】

【20】浓硫酸在这里起的是脱水剂作用，加速了反应。生成的硝化纤维，外貌和棉花无甚差别，但在空气中点燃或加热到一定温度时，能立刻烧尽，不象棉花燃烧缓慢。三硝化纤维在密闭器里加热，会发生爆炸，这是由于它分子中含有易于放出氧气的硝基，当受热时迅速放出大量的气体和热量，热又加速了气体的膨胀，从而产生了巨大压力的缘故。所以三硝化纤维又叫做火药棉，是一种炸药，它能溶于丙酮而成为胶状物质，丙酮蒸发后则成为板状，容易着火，爆炸后完全变成气体，没有形成烟的固态物质留下，因此称它为无烟火药：

【21】纤维素在酯化反应时如果硝酸的量不足，那末每个单糖单体中被酯化的羟基也就较少，得到的是低级的二硝化纤维：

【22】二硝化纤维也易着火，但并不爆炸。它能溶于乙醚和酒精的混和物中成胶状粘液，俗称火棉胶。它和樟脑及酒精混和，经过加热处理和机械压制，即成为赛璐珞，是一种可以制造乒乓球、绘图仪器、儿童玩具和电影胶片的塑料。把赛璐珞溶于乙酸戊酯，再加入颜料，就成为各色喷漆。

【23】纤维素和淀粉一样，也能水解为葡萄糖，纤维素的水解反应，可以概括如下式：

【24】纤维素在人的胃里不象淀粉那样容易水解，因为人胃中没有能使纤维素水解的酶存在。这种酶只存在于牛、马等动物的胃里。因此，人们不以纤维素为主食品，而只是在食物中适量配合，用以刺激肠的蠕动而通畅大便。

纤维素的用途

【25】综上所述，我们已经可以知道，利用纤维素跟硝酸的酯化作用，可以制造硝化纤维；利用纤维素的水解反应，可以制取葡萄糖从而制取酒精。此外还有二种重要的纤维素加工工业，在人类的生活中具有重要的意义，就是造纸和人造丝工业。

1、造纸

【26】造纸的原理，是用机械法或化学处理法使造纸原料——木材先制成纸浆，再经漂白、抄纸（铺成薄层）、烘干而成纸张。

【27】化学处理法是用化学药品除去木材中的非纤维素成分，而将纤维素分离出来。因为木材是由纤维素和非纤维素成分——主要是木质素组成的。一般是用氢氧化钠溶液或亚硫酸钙CaSO₃溶液跟原料——木材的刨花，放在高压容器中共煮，使不溶性的木质素变成可溶性物质，但对于纤维素则没有影响。这样就可以从木材刨花中把纤维素分离出来，经过洗净，就成为化学纸浆。

【28】机械法制浆是用磨石或在磨木机里进行的，得到的纤维里仍杂有非纤维素成分，因此制成的纸张品质较差，容易氧化发脆和变色。但这种方法手续简便，生产成本较低，还是生产纸浆的重要方法之一。

【29】造纸是我国古代的重大发明之一，起源于西汉.但在解放前的几十年中，我国所用的纸张还需依靠国外进口。解放后，我国的造纸工业和其他各业一样，有了巨大的发展。除一般用纸外，还陆续制造出了各种专用高级纸，如电容器纸、钢纸、录音纸等。随着我国社会主义建设的飞跃发展，我国的造纸工业一定还会取得更大的成就。

2、人造丝

【30】纤维素能溶于氢氧化铜的氨溶液（简称铜氨溶液）而制成纤维素溶液。纤维素溶液能在盐酸中重行凝固，仍旧析出纤维素。工业上就根据这个实验原理，把不能直接用于纺织的纤维素原料如飞花、棉绒、木浆等制成纺丝液【飞花是纺织厂里飞扬的短棉纤维；棉绒是由棉花子上剥下的绒毛】，在纺丝时使它凝固，成为纤维状态的人造丝。这种人造丝就叫做铜氨丝，它特别坚韧，但成本较大.现在工业上广泛采用的是粘液法。

【31】粘液法制人造丝的生产流程是：从木浆、飞花或棉绒中取得纤维素后，先用18%的氢氧化钠溶液处理成碱纤维，再跟二硫化碳反应，得到黄酸纤维酯，这个酯能溶于6~7%的稀碱溶液中，成为粘性的胶体溶液——这便是粘液法名称的由来。把这种粘胶液通过抽丝机的细孔而进入酸溶液，黄酸纤维酯被酸分解，细丝状的纤维素便沉淀下来，再经洗净和干燥等工序，便得到了人造丝：

【32】由人造丝还可以制成人造毛。人造毛的品种很多，由人造丝制取只是人造毛的一种制法。人造丝可以直接用来制成丝织品，人造毛则需要跟棉花或天然毛混纺成织品。人造毛织品光亮柔软，易于洗涤。我国近年来在大量发展这一项工业，目前市上已有多种商品供应。

习题3-3

1、什么叫支链淀粉和直链淀粉？它们在结构和性质上有什么不同？

2、怎样证明面粉中含有淀粉？

3、怎样用化学实验方法来证明淀粉已水解为葡萄糖？又怎样证明所有淀粉都已水解完全？

4、人类以淀粉作为食物，淀粉被人体消化时发生什么化学反应？这种反应由什么引起的？对于人体为什么是必要的？

5、由薯类或面粉得到淀粉，是物理过程呢还是化学过程？为什么？

6、试比较纤维素和淀粉的分子结构和水解反应。

7、纤维素的四种加工工业（制硝化纤维、葡萄糖、纸、人造丝）各自应用了纤维素的哪些特性？

8、淀粉和纤维素的分子式都是(C₆H₁₀O₅)n，为什么它们不是同分异构体？

9、赛璐珞是什么？用赛璐珞做的乒乓球、玩具等，为什么不能接近火？