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第19章 生活中的化学之谜(1)

肥皂去污之谜

衣服脏了,一般只要浸在水里,擦点肥皂搓搓,就干净了。

为什么用水和肥皂可以去掉污物呢?如果只用水不用肥皂;或者只用肥皂不用水,行吗?对于这个问题假使只摇头说不行,那是不够的,还得说说道理。因为普通的肥皂,它的主要成分是硬脂酸钠盐。这种盐的分子结构中,一部分能溶于水,叫“亲水性”;另一部分却不溶于水,而溶于油,叫“亲油性”。它们的作用虽然不同,却是相互牵连共同作用的。衣服上的污垢,主要由尘埃、煤烟、矿物油、油脂和汗水等构成。如果衣服被油迹或污垢弄脏了,把衣服先浸湿,擦上肥皂,肥皂分子中的亲油部分,就纷纷跑向油迹和污垢,与它们互溶;而亲水的部分就随着亲油的部分在油迹外面的水里溶解。这样,油污就在肥皂分子与水分子相互作用的团团包围之中,油污渐渐溶解,最后被水清除掉。

为什么洗衣服要搓呢?因为油污等物质被肥皂分子和水分子团团包围以后,它们与衣服纤维间的附着力减小,一经搓洗,肥皂液就渗入了不等量的空气,产生了大量泡沫。泡沫外面好像有一层紧张的薄膜,它既扩增了肥皂液的表面积,又使肥皂液更具有收缩的力量,通常把这种液面的收缩力量叫做表面张力。由于表面张力的作用,衣服上所沾有的油污或灰尘等微粒,就容易脱离织物,随水漂去,这就是它能去污的道理。

啤酒营养成分之谜

啤酒是全世界最为流行的一种含有少量酒精的清凉饮料,酒精含量少,发酵后的各种营养成分不流失,故有液体面包之美称。早在1972年召开的世界第九次营养食品会上,啤酒正式被确定为营养食品。

啤酒是以优质麦芽、大米、酒花为原料,并选用泉水或纯水酿制而成的。酿制啤酒的大麦先要使其发芽、产生各种酶,再将麦芽干燥、粉碎,然后掺水搅匀制得麦芽浆。同时,将大米煮沸,使之糊化,和麦芽浆混合进行糖化。麦芽粉和大米粉中含有大量淀粉,在一定条件下被酶催化水解成可以发酵的麦芽糖、糊精等;原料中的蛋白质在酶的作用下,分解成氨基酸。糖化后的糊状稀液经过滤,滤出麦芽汁清液,加热煮沸。煮沸的目的是蒸发多余的水分,达到要求的浓度,同时对麦芽汁杀菌。然后迅速降温到发酵温度,加入一定量的酒花、酵母等生物催化剂,使麦芽汁继续发酵分解,产生酒精、二氧化碳、丙三醇、有机酸和酵母的代谢产物。主发酵的温度控制在6.5~8℃,需耗时7~10天,以后再将温度控制在0~3℃,发酵1~2月,使啤酒中的残余糖类再发酵,以增加啤酒的稳定性,使酒液中含适量的二氧化碳;充分沉淀蛋白质,澄清酒液,使酒味醇正。饮用时,随二氧化碳挥发带出了易挥发的物质,使啤酒成为深受世人欢迎的味柔、风味独特的饮料。

啤酒中80%~90%的化学物质,能被人体吸收,其中大部分都是经酵母中的酶分解后的小分子量有机物,且都呈溶解状态,极易为人的肠胃吸收。啤酒中除了酒精外,还含有还原糖、糊精、蛋白质分解物、无机盐类、维生素类,其中大部分都是人体不可缺少的营养物质,几乎没有对人体会产生毒素的化学物。

每升啤酒的总发热量为400~500千卡,其中一半来自酒精,另一半来自糖类和蛋白质的分解产物。1升啤酒相当于200克面包、500克马铃薯、45克植物油、0.75升牛奶、5~6个鸡蛋。

啤酒中蛋白质和其分解产物,含量为4~4.5克/升,有17种氨基酸,它们皆以溶解状态存在于啤酒中。啤酒所含的赖氨酸、组氨酸、天门冬氨酸、缬氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、精氨酸都是人体不可缺少的,它不仅为人提供了营养必需品,而且也是消化系统的合适刺激剂。酒中维生素B种类最多,含有B1、B2、B6、B12、尼克酸、泛酸(B3)、叶酸还有维生素C等各种生物素。酿制的水中含有各种无机盐类,也不会损失。以100毫升12度的啤酒为例,含钙50毫克、磷300毫克、钾250毫克、钠70毫克、镁100毫克,这些足以补充人体对各种营养素的需求。

市场上常见的瓶装啤酒度数有8°、10.5°、11°、12°、13°、14°等几种,这个“度”是指啤酒麦芽汁中麦芽糖类的百分比含量。如12°即为50千克麦芽汁中含有6千克糖类物质,国际上一般都采用此法来标定啤酒的度数。12°的啤酒按重量计只有4%左右的酒精,水则有90%以上。没有经过杀菌的啤酒称为鲜啤酒或生啤酒,酒中存在少量对人体有益的酵母,但保存的时间较短,一般供零售。杀菌过的啤酒称熟啤酒,熟啤酒用瓶装或罐装,在10~25℃的室温下,一般可存放1~6个月。啤酒中含磷酸盐、乳酸盐、琥珀酸盐,它们是构成啤酒口味和风味不可缺少的物质,少了它们啤酒就会平淡无味,使啤酒保持淡黄色色泽、洁白细腻的泡沫、清爽淡雅的醇和香气、诱人的口味,这些物质起了决定性的作用。过量饮用啤酒后,对肠胃也是有刺激作用的,对人体有害。医学家们提议,每日饮用酒精的量不能超过80克,相当于10°的啤酒2升。

防水衣透气防水之谜

大家知道,一般的布料都是用天然纤维(如棉花、羊毛等)或化学纤维(如涤纶、腈纶等)纺织而成的,纤维间有很多缝隙,显然它是可透气的、且很易被水润湿。

无论是天然纤维,还是化学纤维,它的分子链中都带有亲水性的极性基团(-OH或-NH基等,如羊毛含-NH基,维纶含-OH基等,)所以很易被水润湿。但是人们为了方便和某种需要,总希望有一种可透气但又不能透水的衣服。基于上述原理,化学家们找到了一种特殊物质称为表面活性物质(用量尽管很少但对体系的表面行为有显著效应的物质),对纤维进行加工处理来改变纤维的表面行为。由于表面活性物质分子的极性部分(亲水基)与纤维的醇羟基结合,而其非极性部分(憎水基)则伸向空气,这样就使表面张力发生改变,使得纤维间的缝隙里水表面呈凸形,其附加压力Ps指向水内部,因而阻止了水继续向下透漏,达到透气防水的效果。

发酵粉发酵之谜

馒头之所以会那样又松又软,那是酵母菌帮了我们的忙。酵母菌随身带有好些酶,这些酶会让面团发生一连串的化学变化,首先是面粉中的淀粉酶使淀粉变成糖分,然后使糖生成二氧化碳。这些二氧化碳在蒸馒头时受热膨胀,于是馒头里留下了发酵粉做的面食许多小孔,同时还产生出少量的酒精和酯类挥发酸等,因此吃起来就十分松软可口。

可是,用鲜酵母来发酵并不十分理想,因为这种发酵方法需要较长的时间,如果控制得不好,让发酵发过了头,食品就会带有酸味,或者不够松,因此食品工厂中做饼干、蛋糕时,事先并不将面粉发酵,只是往里面加入一些发酵粉,或是打入一些空气,同样能使食品中产生许多小气孔。

那么,这些发酵粉究竟是些怎样的东西?为什么它们也能使食品产生小气孔呢?

有一种发酵粉的化学名字叫碳酸氢铵,它的外貌和面粉差不多,也是白色的粉末。不过,就是耐不得热,只要温度升到60~70℃,它就分解而放出大量二氧化碳气和氨气,所以加有少许碳酸氢铵的食品,在焙烘过程中,这些放出的气体就会“夺门”而出,使食品留下一个个气孔。

另一种发酵粉的成分是碳酸氢钠(俗称小苏打)和磷酸二氢钠的混合物。本来,碳酸氢钠和碳酸氢铵很有点相像,它受热后也会放出部分二氧化碳来,但是一来放出的二氧化碳不多,二来在这场化学变化的同时,会生成碱性很大的碳酸钠(俗称纯碱),使食品吃起来碱味太重,而且还会将许多维生素破坏掉,所以通常使用时总是把它和一个酸性物质如磷酸二氢钠并用,这样既可使所有的碳酸氢钠全部变成二氧化碳,同时作用后不会有很大的碱性,十分理想。

“恶狗酒酸”之谜

成语“恶狗酒酸”,说的是春秋时期,宋国有一位卖酒者,买卖公平,为人和蔼可亲。他酿造的酒又香又醇,“酒”字旗在门口高高地悬挂着。但是,他的酒却卖不出去,以致时间一长,酒全都发酸变坏了。他感到很奇怪,就去询问朋友杨倩。杨倩告诉他说:“你们家里养的那条狗太凶猛了,致使人们害怕,不敢光顾,酒卖不出,变酸了。”

为什么酒放的时间长了会变酸呢?原来,这里发生了化学变化。酒,主要是乙醇的水溶液,所以乙醇的俗名又叫酒精。在空气中,随着尘埃飘浮着一种醋菌,当醋菌掉在酒中并大量繁殖时,便可以帮助酒发酵,促使乙醇与空气中的氧气缓慢地发生氧化反应。乙醇先被氧化成乙醛;乙醛又继续被氧化成乙酸。乙酸的俗名叫醋酸。酒变酸的原因就是因为酒中的乙醇转变成醋酸的缘故。这一过程的化学反应方程式如下:

1.2CH2CH2OH+O2发酵2CH3CHO+2H2O

2.2CH3CHO+O2发酵2CH2COOH

苹果、梨烂了后,往往有股酸味,这也是醋菌在作怪。醋菌使水果中的果糖发酵生成乙醇,又促成乙醇经一系列的氧化而变成醋酸。

“绍兴老酒、越陈越香”的原因也与醋菌有关。将绍兴老酒密封保存之后,坛子里的酒在醋菌的作用下,少量被氧化生成醋酸。这部分醋酸又能与酒精缓慢地发生酯化反应,生成具有香蕉味的乙酸乙酯香料。日子越久,生成的乙酸乙酯越多,酒也越香。

胡萝卜素之谜

近年来,β-胡萝卜素越来越受到人们的青睐,以β-胡萝卜素为主要成分的营养液——生命口服液、赐寿康、凯乐特等风靡市场,进入千家万户。胡萝卜素有很多种,β-胡萝卜素是其中最重要的一种。食物中深黄、橙色的水果,如胡萝卜、杏子、木瓜、南瓜和深绿色蔬菜,如菠菜、西兰花、水芹菜等都是β-胡萝卜素的主要天然来源。胡萝卜素最初是在胡萝卜中发现的,故而以之命名。

德国人理查德·库恩确定了β-胡萝卜素的化学成分和分子结构。这位1900年出生在奥地利维也纳的著名生物化学家,从小热爱科学,刻苦攻读。在德国有名的慕尼黑大学求学时,得到了曾获得诺贝尔化学奖的理查德·威尔斯泰教授指导,22岁就取得了博士学位。1927年他出版的化学、酶、物理化学方面的教科书成为当时公认的权威教科书。1929年他担任了海得堡大学教授和凯译·威廉医学研究院化学系主任。在此期间,库恩为了研究胡萝卜素的结构,进行了几年艰苦卓有成效的实验,终于搞清了β-胡萝卜素是由碳、氢两种元素组成,一种碳链和碳环中具有交替的单键和双键的共轭分子。

β-胡萝卜素并不能被人体直接吸收。在一种特殊酶的作用下,它的分子从中间断裂成为相同的两部分,这两部分各自结合一分子水,就成了两分子的维生素A。人体所需的维生素A一部分由蛋黄、动物肝脏等食物直接供给,一部分则由食物中β-胡萝卜素转化而来。当时库恩又证明了维生素A是人体不可缺少的物质,人体内若缺乏维生素A,就会得夜盲症和发育不良等疾病。此后,库恩还研究并人工合成了核黄素、维生素A、维生素B2。由于库恩在胡萝卜素和维生素研究方面所作的杰出贡献,瑞典皇家科学院授予他1938年诺贝尔化学奖。但事实上库恩并没有得到这笔奖金,因为当时正值第二次世界大战,纳粹德国阻止他前去领奖。然而,这丝毫没有动摇他为科学献身的志向,始终不懈地研究、探索。特别是他又鉴定了维生素B6、泛酸,并合成了大量类似物,对维生素的研究起了很大的推动作用,给人类健康带来了福音,这使他在世界科学界享有崇高的声誉。

现在,科学研究成果又进一步证明了β-胡萝卜素(维生素A)和维生素C、维生素E一样,能保护人体细胞免受某些致癌物质如霉菌及其代谢物质黄曲霉素的损伤,帮助清除损伤细胞遗传物质的自由基分子,起到预防癌症,减慢甚至阻止早期癌症恶化的作用。它们作为抗氧化剂还有缓解心血管病的药疗性能,防止胆固醇阻塞动脉血管,从而避免或减少心脏病发作。美国科学家建议β-胡萝卜素的摄入量平均每天为6毫克。当前美国流行这么一句话:每天一个苹果,与医生拜拜;每天一根胡萝卜,与癌症告别。这是相当有道理的。因此,多吃新鲜蔬菜、水果,补充β-胡萝卜素和其他各种维生素,对人体健康是非常必要的。

食品小孔来历之谜

日常的食品中,我们见过4种松软的食物:馒头、冻豆腐、蛋糕、油条。

这四种食物中有一个共同的特点,含有许许多多的小孔,然而,造成这些小孔的物质却各不相同。这些物质是:矾、水、小苏打、二氧化碳。

请你想一想,然后回答下面的问题:

馒头里的小孔是什么东西造成的?为什么?

什么东西在冻豆腐里留下了小孔?

小苏打使什么食品松软?

矾使什么食品胀大?

馒头是用经过发酵的面粉蒸成的。在发酵的过程中,酵母菌产生了大量二氧化碳,二氧化碳受热以后,就进一步膨胀,使馒头松软。

豆腐里有水,受冻以后,这些水形成一些小冰粒。小冰粒比原来的水体积大,就把豆腐压挤开来,相互压挤的结果,是豆腐被压挤得更结实。所以,当冰粒化成水以后,就留下了许多小孔。

油条里有矾,蛋糕里有小苏打,矾和小苏打在受热时都会分解产生气体,使油条和蛋糕里有了大小不同的气泡。

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