科学家带你进入不一样的糖类世界

我们都知道糖类可以作为一种潜在的损伤大脑的物质，是引发肥胖、慢性疾病及死亡的潜在原因。然而几年来来糖类作为人类饮食的一部分，其让很多人非常着迷而且具有高度的实用价值。

保存和干燥

我们都知道果酱中含有糖类，但糖类并不仅仅使果酱产生了甜味；食物如果没有得到合适储存和保藏的话保质期非常短，因此包括食品加工在内的食物保存对于确保食物可以在后期被安全食用非常重要。大多数腐败的食物中都含有大量的水分，此外食物中的营养物质也会为细菌的生长提供良好的繁殖基地，这些细菌引发食物不断腐败，而且有些甚至会产生毒素并且感染人类。

使得食物不易被细菌“光顾”最简单的方法就是移除食物中的水分，也就是通常所说的降低食物中的水分活度，完全干燥的食物中水分活度是0，当水分活度为1的话，蔗糖大约就是0.2；将食物中的水分活度降低到0.7以下就会明显抑制细菌的生长。

要想制造出美味的果酱，首先必须将水果和糖类还有果胶一起加热，这有助于帮助破碎坚硬的细胞壁并且对整个混合物进行灭菌；随后水分活度会降低，这就可以阻断细菌繁殖生长，从而延长果酱的“生命”，一旦果酱被打开，霉菌和酵母就会开始生长，很多人都会发现当打开果酱放置较长时间时果酱中就会长出霉菌。这就是为何在保存食物的时候要降低含糖量或者降低含糖食物的水平。

糖类可以溶解到水中制成糖类溶液，如果溶液中有足够的糖（糖浆），其就会将水分子从食物细胞中吸收出去，从而有效降低食物的水分活度；而这往往是通过一种渗透作用来完成的，相比细胞中而言，细胞外部的溶液中往往存在很多颗粒物质，比如糖类分子，这就是所谓的高渗溶液，在高渗溶液中，水更趋向于从细胞中流向细胞外部的环境中。

人们常常利用高渗作用来处理肉类和鱼类产品从而防止其腐败，瑞典的腌制三文鱼就是这种食物很典型的一个例子，这种食物就是利用糖类和盐类来实现三文鱼的腌制。当然糖类要比盐类更好一些，糖类并不像盐类，其并不像盐类那样容易渗透入细胞中，因此其常常可以从食物中清除去除。

糖玻璃（sugar glass）和太妃糖

作为主要的营养物质，糖类往往用于糖果生产，而且还可以被用来做成多种食品，比如夹心糖果和太妃糖等；实际上，透过糖玻璃我们可以看到更加美好的东西，比如通过相同的原料成分制作成白煮棒棒糖以及浓郁的篝火太妃糖，但这到底是如何制成的呢？

关键就在于温度，而且我们还需要“果酱温度计”（jam thermometer）细心调制而成。从本质上来讲，将含有糖浆和些许水分的干糖加热到150度，随后将抹油的烤盘冷却就可以将不透明的糖类制成清澈的糖玻璃（透明状态）；为了使其变得向白砂糖一样（变白），我们就需要把它拉长，改变晶体大小以便其可以变成不透明的白色颗粒物。将糖类转变成蔗糖（食糖）的过程中温度非常重要，大约需要达到160度；而果糖变成焦糖需要温度低于110度，转变成为麦芽糖则需要温度高于180度。

多种糖类的不同温度阈值或可部分解释为何不同食物的焦糖化作用发生在不同温度下，同时还可以帮助我们解释为何烹饪蜂蜜或含有果糖的食物需要在较低温度下完成。当蔗糖加热焦化后，其就需要破碎形成果糖和葡萄糖，随后形成的果糖和葡萄糖就会反应形成新的芳香族化合物，而这些化合物具有复杂的香味，并且具有常见的棕色，包括焦化葡萄糖、焦葡糖烯等。

在上述过程中就可以产生一系列小分子的化合物，比如2，3-丁二酮，这种物质具有强烈的黄油味；同时还会产生酯类和内酯类分子，这两种物质可以给予朗姆酒独特的甜味；同时还会产生其它化合物，包括麦芽酚和呋喃类化合物，然而糖类如果持续加热的话，糖类中的所有甜味就会失去，随后出现烧焦苦涩的味道。

焦糖化反应不同于美拉德反应，美拉德反应又称为“非酶棕色化反应”，是法国化学家L.C.Maillard在1912年提出的。所谓美拉德反应是广泛存在于食品工业的一种非酶褐变，是羰基化合物（还原糖类）和氨基化合物（氨基酸和蛋白质）间的反应，经过复杂的历程最终生成棕色甚至是黑色的大分子物质类黑精或称拟黑素，所以又称羰氨反应。

尽管我们都应当仔细控制机体摄入糖类的水平，但多种糖类的生产加工过程依然具有特殊的化学特性和物理特性，而且我们也可以利用糖类来增加食物的气味并且对食物进行长期保存。

糖类摄入的控制及相关研究

在2014年出台的健康标准中，世界卫生组织表示，应当将糖类摄入量占人每天卡路里总摄入量比例从原来的10%降低为5%。换句话说，一个正常体重的成年人每天糖类摄入量约为50g左右。此前2002年WHO出台的健康标准中，糖类正常摄入量被规定在10%以下。不过随着十年研究进程的深入，许多科学家认为10%这一标准已经变得过高，甚至是变相推高了世界人口的肥胖率。更有一些人士认为WHO花费十年才将这标准减半本身就是一场灾难。

2015年，来自美国南加州大学的研究人员在PNAS刊文说，他们对比了果糖和葡萄糖对于脑部，激素水平以及食欲的差异。结果发现，食用果糖食物会激活脑部的一些区域，这些区域可能会鼓励人的进食，也就是说，果糖比葡萄糖更能促进食欲。

不光如此，来自斯德哥尔摩大学的科学家通过研究发现，果糖可以帮助治疗癌症、肥胖和糖尿病；研究人员通过X射线晶体学技术机体中果糖的处理过程。人体内有一个被称作“GLUT5”的特殊蛋白质，可以在原子水平上通过细胞膜转运果糖从而发挥作用。这个蛋白质就像一个“管家”，果糖可以进入，其它的分子无法通过。

一些癌细胞对糖有更大的代谢需求，如乳腺癌细胞。基于该研究，科学家们认为他们或许会设计出一种药物分子来阻断该机制，达到饿死癌细胞的目的。

参考资料：

【1】Beyond the sweetness of sugar

【2】Differential effects of fructose versus glucose on brain and appetitive responses to food cues and decisions for food rewards

PNAS   doi: 10.1073/pnas.1503358112

【3】WHO建议糖类摄入量标准减半

【4】Scientists may have found the earliest evidence of life on Earth