蔗糖 （有机碳水化合物）

发展历史

起源

关于制糖确凿记录最早出现于公元前500年的佛教典籍《律藏》，源自印度。公元627年，拜占庭皇帝希拉克略（Heraclius）曾在一份报告中称糖是一种来自印度的奢侈品。在4~8世纪，主要的制糖中心都在印度，此时的欧洲对糖一无所知。

传播与发展

蔗糖在世界范围内的传播最早是阿拉伯人引发的。阿拉伯人在公元636年到公元711年开始了对欧洲大陆的征服并建立了政权。之后往欧洲引入了甘蔗以及制糖工艺，当时沿北非到地中海的岛屿均开始种植甘蔗。之后这些地区一直为北非、欧洲大陆和中东供应蔗糖，一直持续到16世纪晚期才结束。

公元1096~1291年间，由于欧洲基督徒组织的“十字军东征”给他们提供了学习新事物的机会，于是蔗糖的制备技术被广泛学习。在征服耶路撒冷王国后，十字军顺势接管了当地的甘蔗种植业和制糖业。

15世纪末，地中海制糖业逐渐衰落，葡萄牙人以及之后的西班牙人开始尝试甘蔗的种植试验，并在大西洋的岛屿上发展起了制糖业，蔗糖的生产中心从伊斯兰控制的地中海转移到大西洋。同时在这个时期，欧洲对蔗糖的需求与日俱增，在得到资本的支持后，大西洋种植园的产量逐渐增加。此时的蔗糖依然是奢侈品，但已不再高不可攀。后来由于大西洋的岛屿面积有限，无法满足需求，于是欧洲人继续寻找新的土地种植甘蔗。

公元1493年，哥伦布发现了新大陆——美洲，并将甘蔗带到了这片土地。将甘蔗引入中南美洲后，西班牙最先开始在美洲种植甘蔗，到1526年，大量的蔗糖从巴西运往里斯本，因此16世纪也被称为“巴西糖的世纪”。虽然西班牙是美洲生产蔗糖的开拓者，但他们的主业是掠夺贵金属，蔗糖贸易方面很快就被后来者萄牙赶超。也正是从此时期开始，蔗糖真正地成为了“世界商品”——生产在美洲，销售在欧洲。

17世纪初的几十年间，西方蔗糖消费量激增，荷兰、不列颠和法国建立了加勒比种植园，使得蔗糖产量稳步提升。但这个阶段蔗糖产量的提升得益于生产规模的扩大，但劳动生产效率并没有提升。17世纪因为英国征服的领土最多，所以它们快速建立了种植园系统，其中最重要的就是蔗糖。到17世纪80年代，英国在欧洲大陆蔗糖的销售额超过了葡萄牙，但之后为了更好地满足本国不断增长的市场需求，英国又让出了欧洲大陆的市场。

在18世纪，蔗糖仍然被特权阶级所垄断，其主要用途还是作为药物、香料或装饰品。

从19世纪中期起，英国逐渐出现新的蔗糖生产与消费方案，新方案能够为英国消费者提供大量价格便宜的工业蔗糖。这一世纪见证了不列颠帝国内奴隶制的消亡，之前的蔗糖贸易保护主义被自由贸易所取代。世界蔗糖生产以令人炫目的速度开始增长，蔗糖的产量从1800年的245000吨增长到1890年的超过6000000吨。到现在，蔗糖已经是人人都能消费的生活用品了。

来源分布

蔗糖是光合作用的主要产物，广泛分布于植物体内，尤其在甜菜、甘蔗和水果中含量极高。

化学结构

通过蔗糖分子的结构图可知，蔗糖分子含有8个羟基，其中3个伯羟基，5个仲羟基，故蔗糖具有一些醇的典型反应性质。另外，蔗糖分子是由两种单糖组成，分别是葡糖糖和果糖，其中葡萄糖组分属于α-构型，是吡喃环，而果糖组分属于β-构型，是吠喃型。蔗糖分子内的葡萄糖组分是通过糖苷键和果糖组分相连接，而糖苷键在酸或酶的作用下容易断键水解形成单糖。

理化性质

物理性质

蔗糖是白色无臭结晶或粉末状固体，比水更致密，加热时会散发焦糖气味。密度是1.58 g/cm³，极易溶于水、甲醇，微溶于乙醇，不溶于乙醚，其在水中的溶解度随温度的升高而增大，溶于水后不导电。甜度仅次于果糖，在甜味剂中的占比达98%。

化学性质

蔗糖作为有机物，可发生降解或合成反应，如水解、酯化、氧化、氢解、异构化等化学反应。

蔗糖的水解

因为蔗糖是由葡萄糖和果糖构成的双糖，没有游离碳基，所以蔗糖既是D-葡萄糖苷又是D-果糖苷。蔗糖可被酸催化水解或通过蔗糖酶来水解，生成等量葡萄糖和果糖。又因为这个水解反应伴随着从正到负旋光符号的变化，且得到的产物是由D-葡萄糖和D-果糖组成的左旋混合物，所以产物又称为转化糖。

蔗糖的酯化

蔗糖具有8个不同的羟基，均可与脂肪酸结合发生酯化或脂交换反应，生成蔗糖酯。

蔗糖的氧化

蔗糖可以在反应中作为还原剂被氧化，如新一代的环保消毒剂二氧化氯就可以通过蔗糖还原氯酸钠制得。反应方程式：

衍生物

蔗糖特殊的化学结构，使之能与许多物质发生化学反应，所以利用蔗糖作为基础原料通过氧化、酸碱降解、醚化、酯化、氯化等化学反应可以做成各种蔗糖衍生物。

山梨醇是一种六元醇，可以由葡萄糖制成，也可以由葡萄糖制得，广泛存在于自然界的各种水果中。另外，山梨醇还是合成维生素C或山梨糖的主要原料之一。山梨醇在人体内吸收缓慢，几乎不引起血糖上升，并且代谢时不需要胰岛素参与，可作为糖尿病患者的糖类代用品。

三氯蔗糖是蔗糖分子中4-、1’-和6’-位羟基被氯原子取代生成的蔗糖氯代衍生物。三氯蔗糖的甜度大约是蔗糖的600~800倍，并且没有任何苦味或金属味。由于其具有很好的水溶性且不会增大液体的表面张力，所以它常被应用于碳酸饮料的生产中。有研究表明，大部分三氯蔗糖不会被人体所吸收，并无生物积累性，所以在人体内基本是生物惰性的。另外，三氯蔗糖不会导致龋齿。

生产方式

成熟制糖工艺的基本步骤是：榨汁——澄清——蒸发——煮糖结晶——分蜜——干燥——包装——贮藏。

首先将甘蔗或甜菜根块放入机器反复碾磨榨成汁液，然后将料液过滤，留下滤液脱水蒸干，得到红糖。再对糖汁进行澄清操作，使非糖成分沉淀析出，提高浓度，并降低其粘度和色值。其中，澄清有几种方式，最古老的就是直接添加石灰作为澄清剂，或者在石灰的基础上再添加二氧化硫或二氧化碳，反应形成的亚硫酸钙或碳酸钙也可以起到沉淀杂质的作用，除此之外，还可以用离子交换法。澄清过后，将生成的沉淀从罐底出去即可，这样得到的就是白糖。再连续加热蒸发来浓缩糖汁，直至浓稠成糖浆。经过二次硫熏处理，进一步浓缩煮制至有蔗糖晶体析出。再将析出后的蔗糖晶体和母液分离，这即是分蜜。然后再用热空气或其他方法除去水分，最后再筛选出合格砂糖包装贮藏即可。

应用领域

生理作用

蔗糖本身是一种营养品，人体的热量有60%都是来自于碳水化合物中的糖和淀粉。其中，蔗糖在体内产生的热量就有16747 kJ/kg，远超人类每天消耗的热量。而且，100 g蔗糖的热值是同质量牛奶的近六倍，也是同质量肉类的两倍。

蔗糖在人体内也能被快速消化吸收。蔗糖进入胃部后，会被胃酸水解成葡萄糖和果糖，水解转化过程迅速，因此蔗糖在体内能更快的被消化吸收。有实验表明，淀粉在体内消化吸收的时间大致需要两到三个小时，而蔗糖仅需十到二十分钟即可完全消化。若腹有饥饿感，食用一颗糖就可很快消除饿感。

食品领域

因为蔗糖味甜，所以常常用来加工成甜味剂，又或者直接制成糖块、糖果、糖工艺品等。许多食品，例如饼干、面包、牛奶、咖啡、冰激凌、饮料等会添加蔗糖来提升味道和口感。蔗糖还可以代替脂肪用于膨松食品，用来做冷饮品还可降低冰点。

其他应用

蔗糖有很好的的治疗伤口的功效，蔗糖和聚乙烯吡啶烷酮—碘能够有效治愈创伤，包括严重烧伤。

蔗糖还可作为木材纤维强化剂用于处理木材。将木材浸入蔗糖溶液，木材结构中的空隙就会被糖液填充，能使木材的结构更加紧密，阻滞木材收缩，并减少腐烂，使木材即使在高温的曝晒下，也很少能够收缩。

蔗糖还能作为灰砂固化剂用于修筑房屋。从古时就有将石灰、砂和原糖调制后砌城墙、筑炮台、修谷场的做法，也因此，才能流传这么多粘性好、抗性强的古代建筑物至今。

安全事宜

健康危害

过量摄入蔗糖容易导致龋齿，另外有研究表明肥胖症、糖尿病、动脉硬化以及冠心病等病症可能与过量摄入蔗糖有关。

火灾隐患

细小分散的蔗糖颗粒或粉尘易燃，在空气中容易形成爆炸性混合物，可能会发生粉尘爆炸和火灾。

在火灾中也可能形成刺激性烟雾，若直接接触到人体，需立即用大量流水冲洗10~15分钟，并即刻就医；若吸入这种烟雾，需迅速远离现场到空气畅通处，呼吸清新空气，保持呼吸道通畅，如若呼吸困难，需即刻就医。

另外，若发生火灾，可以使用雾状水、干粉、抗溶性泡沫、二氧化碳灭火。