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炭水化物には、砂糖類・グリコーゲン・でんぷん・繊維質などがあり植物に多くふくまれています。

炭水化物は体の中に取り入れられて、熱や力のもととなります。
ただ、繊維質だけは消化されないので、栄養にはなりません。

砂糖類

毎日使う砂糖のほか、ブドウに多いぶどう糖、麦芽に多い麦芽糖などがあります。

砂糖類は、甘い味をもっています。
果物が甘いのは、果物に、これがふくまれているからです。
また、甘味があるので栄養素としてばかりでなく、嗜好品としても役立っています。

でんぷん

でんぷんは、米や麦などの穀類、サツマイモやジャガイモなどのイモ類にたくさんふくまれています。

顕微鏡で見ると、でんぷんは、小さな粒からできていてこの粒の形を見れば、なんのでんぷんかすぐにわかります。

でんぷんは水に溶けませんが、水で煮るとのりのようになり、消化がよくなります。

繊維質

繊維質は、ふつうの植物には、みなふくまれています。これは、炭水化物の仲間ですが、栄養にはなりません。

食べても、消化されないで、外へ出されます。しかし、これがないと、便通が悪くなります。

グリコーゲン

でんぷんは、植物にふくまれていますがグリコーゲンは、動物にだけふくまれているので動物性でんぷんともいわれます。

私たちの体では肝臓や筋肉などに、たくさんふくまれています。

これは、血液で運ばれたぶどう糖がグリコーゲンにされてたくわえられているのです。
ぶどう糖が必要なときには、グリコーゲンは、またぶどう糖にかえられます。

炭水化物のはたらき

炭水化物は、消化されてぶどう糖になり、腸の壁から吸収されます。
吸収されたぶどう糖は、門脈を通って、肝臓へ運ばれます。

ここから、体のすみずみまで、配られるのです。

このぶどう糖は、呼吸によって取り入れた酸素と結びついて二酸化炭素と水にかわります。

このとき、1グラムにつき4カロリーの熱をだすのです。

体でぶどう糖が使われると、肝臓や筋肉にたくわえられているグリコーゲンがぶどう糖にかえられて血液で運ばれてきます。

また、ぶどう糖は、脂肪につくりかえられて、皮下組織にたくわえられます。

アルコール発酵

アルコールをつくる目的で、でんぷんや糖蜜などの糖分を微生物のはたらきでアルコールにかえる発酵のことですがその目的によって、原料や仕こみの方法などが、いろいろと違ってきます。

清酒（日本酒）

清酒をつくるには、まず、よく精白した白米にアスペルギルス＝オリジエというカビを繁殖させた米こうじというものをつくります。

この場合、白米は米の外側に多いたんぱく質を、できるだけ取り除いておきます。

このようにしてつくったこうじにはカビによってつくられたいろいろな種類の酵素（アミラーゼーマルターゼなど）がたくさんふくまれています。

このこうじと蒸米（蒸した米）、酵母、適当な量の水とをまぜあわせておくと蒸米のでんぷんはしだいに分解されて、麦芽糖などの糖類にかわります。

こうじによって分解された糖類は酵母の中にとりこまれて、いろいろな酵素の作用によりついに二酸化炭素とアルコールにまで分解されてしまいます。

こうしてできたものを酒母といいます。
酒母に蒸米・水をくわえて、さらに発酵をつづけます。

アルコール濃度が15パーセントぐらいになると酵母の発育はとまり、発酵もだいたい終わりになります。
こうしてできたものを熟成もろみといいますがこれをしぼると、清酒ができます。

清酒は保存のために、火入れをし適当なアルコール濃度に調節して市販清酒ができあがります。

日本酒以外の酒、たとえばビールの場合には米こうじのかわりに麦芽を使います。

麦芽の中には、強力なアミラーゼがふくまれています。

このアミラーゼで、麦芽の中のでんぷんやいっしょにくわえたでんぷんを糖化したのちさらにビール酵母をくわえて発酵させます。

また、このとき、風味をたかめる目的でホップをくわえます。

原料として糖蜜のようなものや、ブドウの果汁などを用いた場合はアミラーゼででんぷんを麦芽糖にかえる
いわゆる糖化の工程がはぶけるので酵母で、ただちに発酵させます。

このあと、蒸留して、アルコールなどのき発分を集めたものにはラム酒などがあります。

焼酎は、穀類やイモ類を糖化し、発酵させたあと揮発分を蒸留してつくったものです。

実験

ブドウの果実を、水であまり洗わないで、よくすりつぶしこれを、皮ごと、ビール瓶のようなものに3分の2ほどつめておきます。

数日経つと瓶の中で、さかんに泡がでてくるのが観察されます。
このときゴム栓の中央に、細いガラス管を通したものをとりつけて栓をします。

ガラス管のはしは、瓶の中の液面より少し上にはなしておきます。
つぎに、このガラス管の上のはしに、ゴム管をつなぎこのゴム管のいっぽうを別なガラス管につないでおきます。

このようにしたガラス管を新しくつくった水酸化バリウム（消石灰の水溶液でもよい）の水溶液に近づけるか少しつけるようにします。

すると、水酸化バリウムの水溶液が、白い膜に包まれたり中に白い沈殿ができたりするのが観察されます。

これは、ブドウの実についている酵素によってブドウの中の糖分が分解され、発酵して二酸化炭素ができた証拠です。

つまり、ブドウの中の糖分が一部発酵してアルコールと二酸化炭素になったのです。

水酸化バリウムは、二酸化炭素にあうと水に溶けない白色の炭酸バリウムを生じるので、二酸化炭素の存在を確かめるのに使われます。

食物の中にふくまれる、でんぷんや脂肪、たんぱく質は非常に大きな分子であったり、また分子どうしがたくさん集まって大きい粒子をつくったりする性質が強くてそのままでは、すぐに腸の壁から吸収されません。

そこで、食物が口から胃をとおっていく間にいろいろな消化酵素のはたらきでより小さい、より吸収されやすい形に変化されます。

でんぷんの消化

でんぷんはぶどう糖が、ちょうどくさりをつくるようにたくさんむすびついてできあがった、たいへん細長い大きい分子からできています。

でんぷんが体の中に栄養分として吸収されるためにはぶどう糖にまで分解されなければならないのです。

てんぷんの消化酵素

でんぷんを消化するはたらきをもつ酵素に、アミラーゼとマルターゼがあります。
アミラーゼは、さらにそのはたらきの違いによってαアミラーゼと、βアミラーゼの2つに分けられます。

これらは、でんぷんを麦芽糖にまで分解するはたらきをします。
このうちαアミラーゼは、おもにだ液中にふくまれています。

また、すい臓からでるすい液の中にはαアミラーゼとβアミラーゼがふくまれていて十二指腸ででんぷんにはたらきます。

マルターゼは、アミラーゼが分解した麦芽糖をさらにぶどう糖にまで分解し、腸の壁から吸収されやすいようにする酵素です。
マルターゼは、腸の壁から分泌される腸液中にふくまれています。

アミラーゼのはたらき

でんぷんが消化される第一段階では、このでんぷんをつくっている300個あるいはそれ以上たくさんの、ぶどう糖とぶどう糖の間のむすびめが切られて、小さくなっていきます。

このはたらきをするのがアミラーゼですがこの切り方には2種類の方法があります。

1つは細長いくさりをでたらめに、ばらばらに怖していくやり方でもう1つは、くさりのはしから、きちんと一定の間隔をおいて切っていくやり方です。

第一の方法で切られた場合、最初にできるものはなおぶどう糖がたくさんつながった形をしています。

これをデキストリンといいますが、このデキストリンはそのままでは、まだ吸収されません。

第二の方法では、でんぷんは2個のぶどう糖が結合したものとして順々に切りはなされながら、どんどん小さいものになっていきます。
この場合できるものは、ぶどう糖2個が結合した糖、すなわち麦芽糖です。

第一の方法で、でんぷんを壊していくはたらきをもったアミラーゼをαアミラーゼ。

第二の方法で、でんぷんを壊していくアミラーゼをβアミラーゼといいます。

αおよびβアミラーゼはもちろん、デキストリンにもはたらいて麦芽糖をつくるはたらきをします。

私たちが、でんぷんをたくさんふくんでいる食物をよくかんでいるとしだいに甘さがましてくることに気がつくでしょう。

これは、だ液の中のアミラーゼによってでんぷんから、おもにデキストリンができさらに、しだいに麦芽糖ができるからです。

だ液にふくまれているアミラドセ（おもにα　アミラーゼで、プチアリンとよばれることもある）によって充分に分解をうけなかったでんぷんやデキストリンは
胃の中では、ほとんど酵素のはたらきをうけません。

それは、胃液の酸性が強いのでだ液のアミラーゼの活動がとめられてしまうからです。

しかし、胃に入ったものがしだいに十二指腸に入っていくにつれてふたたびアミラーゼのはたらきをうけるようになります。

それは、すい臓から腸の中にだされている塩基性のすい液の中にいろいろな消化酵素がふくまれ、その中にアミラーゼもあるからです。

マルターゼのはたらき

アミラーゼによってでんぷんは腸の中で二分子のぶどう糖からなる麦芽糖にまで完全に分解されていきますが、これはまだ吸収できる形ではありません。

でんぷんが栄養分として、腸から吸収されるためにはぶどう糖の形にならなければならないのです。

小腸の壁からはマルターゼをふくんだ腸液が分泌されここで、麦芽糖はさらに分解をうけて、完全にぶどう糖にまで壊されやがて小腸の壁から血液中に吸収されていくのです。

可溶性でんぷんとデキストリン

でんぷん粒を熱したり、あるいはうすい塩酸をはたらかせたりするとでんぷんは水に溶けやすい可溶性でんぷんになります。

可溶性でんぷんは、のりにしたり紙をすくときにまぜたり糸をつむいだりするときに利用されます。

可溶性でんぷんになると、でんぷんは少し壊れていますがこれがさらに壊されていくと、デキストリンとよばれるものになります。

デキストリンも、のりとして使われています。

でんぷんの糊化

でんぷん粒は、水をくわえただけでは、何の変化もおこしませんが
だんだんと温度を上げていくと、水を吸ってふくれはじめ
ある温度になるとふくれ方が急に激しくなり
ついにでんぷん粒が破れ、中からでんぷんがでてきます。

こうして、液はねばっこくなりのりができます。
このように、のりになることを糊化とい卜ます。

糊化温度

でんぷんからのりができるときの温度、正確には、でんぷん粒が急にふくれあがる温度を糊化温度といいます。

糊化温度は、どのでんぷんでも同じというわけではなく、そのでんぷんをふくむものによって、いろいろと違います。

糊化温度のいちばん低いのはトウモロコシのでんぷんで64～71℃いちばん高いのは、サツマイモのでんぷんで82～83℃です。

でんぷんの糖化

でんぷんに麦芽をはたらかせると、甘い水あめができます。
また、ごはんを口の中でよくかむと、だんだん甘みがついてきます。

これは、麦芽やだ液の中に、アミラーゼとよばれる酵素があってでんぷんを分解し、麦芽糖というものにかえるからです。

この反応を、でんぷんの糖化といいます。
できた麦芽糖は、砂糖によくにた物質で水によく溶け、甘みがあります。

アミラーゼは、このほかダイコン・ジャガイモなどいろいろな野菜にふくまれていますが、熱に弱いので料理のとき熱するとすぐ壊れてしまいます。

でんぷんにアミラーゼがはたらくとアミロースは完全に分解されて全部甘い麦芽糖にかわります。
ところが、アミロペクチンは、完全には分解しません。

これは、アミラーゼが、アミロペクチンのえだの分かれめに邪魔されてはたらきかけることができなくなるからです。

ヨウ素でんぷん反応

でんぷんにヨウ素をはたらかせると青くなることは19世紀のはじめからよく知られていました。

今でもこのヨウ素でんぷん反応はでんぷんを調べるときによく利用される大切な反応なのです。

ヨウ素でんぷん反応の液は、ヨウ化カリウムの20パーセント水溶液にヨウ素をくわえた、かっ色の液です。
この液の一滴をでんぷんの水溶液にくわえると、濃い青色から紫色になります。

このように着色したものを静かに温めていくと色は消えますが液を冷やすとまた色がつきます。

でんぷんには、アミロースとアミロペクチンの2つの成分かおりますがヨウ素でんぷん反応の色もそれぞれ違います。

アミロースは、この反応で青色になりますがアミロペクチンは、赤みをおびた青から紫色になります。
ヨウ素でんぷん反応は、でんぷんが分解されて麦芽糖になるともう見られなくなります。

それで、この反応を使ってでんぷんがどのくらい分解されたかを調べることができます。

実験

充分にかんで甘みのなくなったチューインガムをさらにかみでてくるだ液を集めます。
また、でんぷん1グラムを100立方センチの水とまぜて温めたでんぷん液をつくっておきます。

つぎに、何本かの試験管にでんぷん液1立方センチとだ液1立方センチをまぜ、体温くらいに温めておいて5分おきにヨウ素液を一滴ずつくわえていきます。

はじめは、ヨウ素液をくわえると、青い色になりますが時間が経つにつれて、反応の色がでなくなります。
これは、だ液によって、しだいにでんぷんが糖化されていくからです。

フェーリング液との反応

酒石酸カリウムナトリウムの塩基性溶液に硫酸銅を溶かしてつくった青色の溶液を、フェーリング液といいます。

試験管に、このフェーリング液を少しとってぶどう糖をくわえ、沸騰させると、それまで青かった液がたちまち赤くにごりはじめ、やがて赤い沈殿ができます。

これは、硫酸銅が、ぶどう糖で還元されて、赤い酸化第一銅にかわったからです。
フェーリング液を還元する性質は、ぶどう糖だけでなく、麦芽糖や乳糖も、もっています。

ところが、でんぷんには、この性質がありません。
また、でんぷんと同じように、ぶどう糖が結合してできたグリコーゲンにもありません。

そこで、でんぷんやグリコーゲンが分解されたかどうかを確かめるために
この反応が利用されます。

実験

まず、つぎのような2種類の溶液をつくります。
①結晶硫酸銅34.6グラムを500立方センチの蒸留水に溶かす。

②酒石酸カリウムナトリウム173グラムと水酸化ナトリウム50グラムを500立方センチの蒸留水に溶かす。

①と②の溶液を、それぞれ2立方センチずつとってよくまぜこれにだ液で消化したでんぷん液をくわえバーナーで熱します。

すると、赤い沈殿ができます。

これは、でんぷんの分解によって、麦芽糖ができた証拠です。
この麦芽糖が、フェーリング液を還元するのです。

だ液をくわえなかったでんぷん液は、反応しないことも確かめましょう。

サツマイモ・ジャガイモや、米・麦などがたくわえているでんぷんは植物が芽をだしたり生長したりするために使われるエネルギーの材料として、大切なはたらきをしています。

動物は、植物のつくったでんぷんを食べて消化・吸収し分解します。
そしてそのときでてくるエネルギーを利用して体温をたもったり、運動したり成長するために必要な物質をつくったりしています。

てんぷんのでき方

でんぷんは、緑色植物が太陽の光の助けを借りて水と二酸化炭素とから合成したものです。

このとき、同時に酸素もできます。

でんぷんができるときには植物体のなかで多くの酵素という物質がはたらき複雑な化学反応が進みます。
それで、まだ人間の力では水と二酸化炭素とからでんぷんをつくることには成功していません。

でんぷんがつくられるところは、ほとんど葉緑素をもった葉の部分ですがつくられたでんぷんは、根や地下茎・種子などの中にたくわえられます。

たとえば、サツマイモは根にジャガイモは地下茎にイネや麦は種子にでんぷんをたくわえます。

生物によって、でんぷんが分解されつくすと、また水と二酸化炭素になりますがこのとき、でんぷん1グラムにつき約4000カロリーの熱が発生します。

空気中にでた二酸化炭素は、また植物がでんぷんをつくるときに利用されます。

てんぷん粒

でんぷんが植物にたくわえられているときはでんぷん粒とよばれる粒の形をしています。

このでんぷん粒は、植物の種類によって形が違うため顕微鏡で調べるとどの植物のものか、かんたんに見分けがつきます。

でんぷん粒の大きさは、直径が0.002～0.15ミリとさまざまです。
そしてこの粒は、皮におおわれているので、水に浸しただけでは溶けません。

湯の中ではだんだんふくらみ、ついに皮が破れて中の物質が外へ出てきて溶けていきます。
くず湯をつくるのに湯を使うのは、このためです。

実験

ジャガイモの皮をむき、水で洗ってから、おろし金ですりおろします。
これを二重、三重に重ねたガーゼに包んで水の中でもむと赤黒くにごった汁がでます。
この汁を鉢に入れておくと、底にでんぷんが沈んでたまります。

つぎに、鉢を静かに傾けて上澄みを捨て、きれいな水を入れてかきまわします。
底にでんぷんが沈んだら、また水を捨てます。
これを何回か繰り返したあと乾かすと、きれいなでんぷんの粉がとれます。

顕微鏡で調べると、大小さまざまなでんぷんの粒がよくわかります。

食物中にふくまれるでんぷんの量

食物によって、でんぷんのふくまれる割合はいろいろと違います。
たとえば、つぎの食物100グラム中にふくまれるでんぷんの量は小麦では77グラム、米87グラム、大豆13グラム、バナナ9グラムです。

でんぷんの成分

でんぷんは、ぶどう糖C₆H₁₂O₆がいくつもつながってできた分子量の非常に大きい化合物です。

ぶどう糖が結合するとき、一分子の水を放出するので化学式であらわすと[C₆H₁₀O₅]_nとなりますが、このnはぶどう糖がいくちもつながっていることをしめす数字です。

でんぷんをとった材料によって、この数字はいろいろと違いますがふつうは450から2200のあいだです。
つまりでんぷんは、ぶどう糖の分子が450から2200個ぐらいも結合してできあがっているということができます。

しかし、よく調べてみると、ぶどう糖のつながり方の違いからでんぷんには2つの成分のあることがわかります。

2つのうち1つは、アミロースとよばれぶどう糖がひものように、まっすぐにくっついているものです。

もう1つは、アミロペクチンとよばれぶどう糖が木のえだのようにつながったものです。
でんぷんに熱湯を注ぐとゼリーのようにどろっとなるのはアミロペクチンがあるためです。

でんぷんの中のアミロースとアミロペクチンの割合はでんぷんをふくむ植物の種類によって、ずいぶん違います。

たとえば、米のでんぷんはアミロペクチンが83パーセントですがもち米のでんぷんは、ほとんど全部がアミロペクチンです。

トウモロコシでは79パーセント、小麦では76パーセントジャガイモでは78パーセントがアミロペクチンです。