当前位置：首页 > 化学 选修1化学与生活 教师用书 - 图文
4缓冲溶液对生命体的重要意义
缓冲溶液对生命体有着十分重要的意义。人体的血液就是一种缓冲体系。经过粗略估算：每人每天需耗用氧约600L，产生480L二氧化碳，约产生21mol碳酸。然而人从吸入氧气至呼出二氧化碳的整个过程中，血液的pH始终保持在7.35~7.45的范围内，变化甚微。这除了人体具有排酸功能，即加深呼吸排除CO2以及从肾排除过剩的酸外，应归功于血液的缓冲作用。
血液中能起缓冲作用的缓冲组分主要有如下4对：（1）碳酸?碳酸氢盐（H2CO3-NaHCO3，H2CO3-KHCO3）；（2）血红蛋白缓冲体系（HHb-KHb，HHbO2-KHbO2)；(3)血浆蛋白缓冲体系（HPr-NaPr）；（4）磷酸氢盐缓冲体系（NaH2PO4-Na2HPO4，KH2PO4-K2HPO4）。 糖、脂肪和蛋白质等营养物质在体内氧化分解的最终产物是二氧化碳和水，在碳酸酐酶的催化下，转化为碳酸，因此碳酸是体内产生量最多和最主要的酸性物质。血液中对碳酸直接起缓冲作用的是血红蛋白（HHb）和氧合血红蛋白（HHbO2）缓冲体系。由于血红蛋白的酸性比氧合血红蛋白的弱，故前者的共轭碱（Hb-）对碳酸的缓冲能力比氧合血红蛋白的共轭碱（HbO2-）强。当血液流经组织的毛细血管时，氧合血红蛋白释放氧气（O2），转变为去氧血红蛋白，这时增加了对来自组织细胞的二氧化碳产生碳酸的缓冲能力。而当血液流经肺泡毛细血管时，血红蛋白结合氧转变为氧合血红蛋白，碳酸被酶催化分解为CO2和水，CO2通过肺泡排出体外，此时血液缓冲碳酸的能力降低，酸性相对增强，这样正好抵消了由于CO2的排出造成血液酸性降低的影响，使血液的pH维持在7.35~7.45的范围内。
血液对体内代谢过程中产生的非挥发性酸如乳酸、丙酮酸等也有缓冲作用。这些物质一般不能在肺泡中排出，主要靠血浆中碳酸氢盐的缓冲作用，如对乳酸的作用生成的碳酸转变为二氧化碳经由肺泡排出体外。
血液对碱性物质也有缓冲作用，它们主要来源于食物。人们吃的蔬菜和果类，其中含有柠檬酸钠、钾盐、磷酸氢二钠和碳酸氢钠等碱类，它们在体内产生的碱进入血液时，会使体液的OH-浓度升高。此时主要靠血浆中的碳酸?碳酸氢盐，同时也靠磷酸氢盐和血浆蛋白的缓冲作用。
OH+H2CO3
-
H2O+HCO2
-
OH+HPr
-
H2O+Pr
-
OH+H2PO4
--
H2O+HPO22
-
当血液的pH低于7.3时，新陈代谢产生的二氧化碳不能从细胞进入血液；当血液的pH高于7.5时，肺中的二氧化碳不能有效地同氧气交换排出体外。这时会出现酸中毒或碱中毒现象，严重时生命就不能继续维持。
13
（资料4摘编自《化学教育》，2002年第6期，漫谈缓冲溶液对生命体的意义，于丽薇）
5?食品添加剂
食品添加剂的作用可概括为：①控制食品的化学变化、物理变化、微生物变化，以减少因食品变质而引起的损耗，降低微生物的危害，保证食品的质量。②延长食品的有效保存期。③便于食品加工，有利于加工工艺。④改善食品的色、香、味和营养价值。
食品添加剂的种类繁多，主要有食用色素、食用香料、甜味剂、助鲜剂、酸味剂、保护剂（抗氧化剂、防腐剂等）、乳化剂、营养强化剂，等等。
（1）食用色素
食用色素是一类调节食品色泽的食品添加剂，而色泽则是食品的一项极其重要的感官指标。食用色素首先必须能溶解且均匀分散在食品中，按色素的溶解性质不同，可分为水溶性色素和脂溶性色素；按色泽的不同，可分为绿色色素（如叶绿素）、橙红色色素（如胡萝卜素）、红色色素（如番茄红素）等；按照来源不同，又可分为天然食用色素和人工合成食用色素。
在现代化的社会中，天然产的东西往往在人们的心目中享有较高的声誉，而且符合人们的使用习惯。因此，天然食用色素愈来愈引起人们的重视。例如，从热带经济作物玫瑰茄成熟的花萼（音è）中提取的玫瑰茄色素，其主要成分是飞燕草素-3-接骨木二糖苷；从植物姜黄根茎中提取的一种黄色色素，称为姜黄色素，是一种二酮类化合物；从胭脂虫提取的红色色素，称为胭脂红酸。天然食用色素经过长期使用，比较安全可靠。
人工合成食用色素的品种多，价格便宜，因此被广泛地使用。例如，食用焦油色素是从煤焦油的萘馏分里提取的焦油酸等，现在已经发现它有致癌性而禁止使用。目前还在使用的如人工合成的β-胡萝卜素是一种黄色色素，用于制饮料、糕点、面包、冰淇淋等。虽然已经公认人工合成食用色素应逐步限制使用，但值得注意的是，在我国至今仍有少数不法奸商，超标准使用人工合成食用色素，甚至利用不能用作食品添加剂的染料，严重地危害了人民的健康。
（2）食用香料
食用香料是赋予食品香味的重要食品添加剂，有天然食用香料和合成食用香料之分。天然香料的组成复杂，都是多种化合物的混合物，它的香味大部分由一种主要的具有香味的化合物决定。例如，丁香油中含有85%的丁香酚，它是主要的香味物质；而柠檬油中的柠檬醛虽然只含5%，但它也是主要的香味物质。
合成香料是在模仿天然香料的基础上发展起来的。天然香料之所以具有各种香味，主要是由于其中含有不同的化合物，包括醛、醇、酯、酚、酮。因此，合成香料大多是这一
14
类化合物，都属于天然香料中的有效成分，但却不是从天然香料中提取的，而是用人工方法合成的。合成香料一般并不单独使用，通常是将多种合成香料按一定比例调配，成为模拟天然香料的混合香料，它们被称为香精。例如，具有各种水果香味的香精，主要是由甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸戊酯、丁酸戊酯和乙酸丙烯酯等按照一定的比例配制而成的。
（3）甜味剂
作为食品添加剂中的甜味剂并不是指蔗糖、蜂蜜等有甜味的糖，而是指本身具有甜味，但几乎不产生热能并且其营养价值又很低的物质，通常又称它们为低热甜味剂。这种甜味剂可用于控制血糖升高，避免肥胖，控制体重和预防心血管疾病的发生，它还是某些疾病患者（如糖尿病患者）所必需的食糖代用品。
人们最熟悉的甜味剂是糖精（实际上用的是糖精钠），它的化学名称是邻磺酰苯（甲）酰亚胺，为白色晶体，难溶于水，其钠盐则易溶于水，甜味约为蔗糖的300~500倍。食品中只要含有十万分之一的糖精钠，我们就能够尝得出甜味。所以在使用糖精时，用的量要很少，放多了反而会使食物发苦。糖精在少量使用时，不会被人体吸收以及长时间地留在体内，一般在24小时内就会被排出体外，所以吃少量糖精，没有毒性，但也无营养价值。由于它是合成甜味剂，所以已被逐渐淘汰。
现在，最受欢迎的是天然低热甜味剂，它们是由一些植物的根（如甘草的根）、叶（如甜叶菊的叶）、果（如罗汉果的果）中取得的，它们的安全性远远比人工合成的糖精高。甜叶菊苷是多种苷的混合物，其化学式为C38H60O18。甜叶菊苷又称甜菊糖，是从甜叶菊的叶子中提取的，它的甜度为蔗糖的300倍。罗汉果苷为三萜烯化合物，是从我国云南、广西产的罗汉果中分离出来的非糖甜味剂，甜度约为蔗糖的150倍。
用稀硫酸使玉米芯、棉子壳或木材发生水解反应，可制得木糖，再用镍作催化剂，经加氢反应，就可以制得木糖醇，它的结构式为：
它的甜度虽然只有蔗糖的1.25倍，但它的化学性质稳定，不像糖那样能被细菌利用，所以不会损伤牙齿，可作防龋齿的甜味剂。木糖醇在人体内的代谢作用与胰岛素无关，木糖醇不会增加血糖，是糖尿病患者的理想甜味剂。
15
天然存在的蛋白质甜味剂引起了化学家的极大兴趣，它们都是氨基酸和糖的聚合物，特点是安全性高，甜度极大。例如，由神秘果中提取到的神秘果糖蛋白，每升酸牛奶中只要含有2.5mg，就会有甜味的感觉，它的甜度约为蔗糖的几千倍。
（4）助鲜剂
人们最熟悉的助鲜剂是味精，它是能使食品呈鲜味感的一种物质。味精具有鲜味，最初是从海带中所含的鲜味物质中发现的。味精的学名是L?谷氨酸单钠盐，结构式为：
味精是一种无色至白色的结晶或粉末，易溶于水，有鲜味。实际上，它是食盐的助鲜剂，如果食物中不含氯化钠，味精就不显示鲜味。
经过分析，肉类具有鲜味是由于含有5′-肌苷酸，蕈（音xùn）类具有鲜味是由于含有5′-鸟苷酸。于是，这两种助鲜剂成了比味精更新型的品种，而且它们比味精具有更突出的优点，即它们单独存在时鲜味虽不强，但如果与味精混合使用，可使味精的鲜味增加20~30倍。
（5）保护剂
食品在加工、储存和运输过程中，为了防止物理和化学变化以及酶、微生物所引起的食品色、香、味发生异常，营养被破坏和损失，甚至发生食品腐败，使用保护剂是必要的。
防腐剂是能抑制和阻滞微生物（或细菌）的生长，对人体毒性极小的物质，它能杀死微生物，但不改变食品的色、香、味，而又不必用一般的加热方法对食品进行灭菌。最常用的防腐剂有：①苯甲酸，又称安息香酸，化学式为C6H5COOH。②山梨酸，化学式为CH3CH=CH-CH=CHCOOH；山梨酸的钾盐。③丙酸钙，化学式为（CH3CH2COO）2Ca。④甲酸乙酯，化学式为HCOOC2H5。
防腐剂只能防止或减少由于微生物造成的食品变质现象，但不能防止因空气中的氧气而造成的食物变质。例如，食物中的油脂氧化而变膻（音shān），是由于不饱和脂肪酸被氧化造成的。氧化作用还能使水果和蔬菜失去维生素C，如苹果和梨的表面变成褐色。这种能防止食物被氧化的食品添加剂叫做抗氧化剂，主要有：①维生素C；②二丁基羟基甲苯，化学式为C15H24O，对热和光都很稳定；③丁基羟基茴香醚，对热稳定，但长时间见光会产生颜色；④α-生育酚，即维生素E。
16
本文作者：...共分享92篇相关文档
