糖资源的生态循环与糖业持续发展

郭祀远，郑必胜，林庆生，王兆梅

（华南理工大学，广东广州510640）

糖资源的生态循环与糖业持续发展

郭祀远，郑必胜，林庆生，王兆梅

（华南理工大学，广东广州510640）

从糖类在自然界的存在切入主题，论述糖类是取之不尽的天然资源，以及糖类与生态环境的良性循环。糖类除了作为人们的生活资料被消费外，还是轻工、食品、化工、医药、能源等工业的生产资料。指出糖类虽是可再生的资源，但必须对其合理利用，充分发挥其效能，这对制糖工业的可持续发展和生态环保都有重大的现实意义。此外，糖生物科学在人类生命活动中也起着举足轻重的作用。

糖类；自然循环；糖业可持续发展

0 引言

糖料作物为太阳能转化为生物能提供储备平台，糖乃天然的丰富资源，取之不尽，用之不竭。糖为人体必需的营养要素，它给人类补充最廉价、最安全之优质能量。糖不但给人们以生活的甜蜜，也使饮食品种更加丰富多采。糖被列为国际贸易的最大农产制品之一，能为国民经济的发展积金聚财。糖还是典型的有机结晶，是相关领域学术研究素材。

我国古代就有取饮蔗浆的文字记载，经历世世代代的桑田沧海，跨进当今突飞猛进的工业时代，目前我国食糖的年产量已位居世界第3，但现有传统糖业经济仍在全球的严峻环境下徘徊。世界科技在不断进步，要求加工技术日趋绿色环保、平衡生态，国际糖业界正高度关注如何呵护自然、节能减排，使糖业发展步伐能稳定持续往前迈进。

1 自然界的糖类

1.1何谓糖

中国古代通称糖为“石蜜”。从先秦时代至南北朝时期出现“飴”、“ 飠埸 ” 、“餳”、“餹”。据季羡林大师考证[1]，用米、麦淀粉类制成的软、湿、稀一点的甜东西用前两个字表示，同读yi；“餳”、“餹”指稠、干、硬一点的甜品，同读tang。三国时代的《江表传》中使用了“甘蔗餳”三字。查东汉许慎撰《说文解字》时，未收入“糖”字，至宋代徐铉的校定版中才以新附字出现。在这部世界最古老的字典《说文解字》中给糖字的解释是：糖，饴也。从米，唐声。《辞海》对糖（餹）字的注释是：食用糖及糖制食品的统称。如：白糖；冰糖；酥糖；花生糖。人们日常食用的白砂糖、绵糖、冰糖，方糖、红糖粉和片糖等，虽然形态不同，但其主要化学成分都是蔗糖。

蔗糖因其最先由甘蔗汁液提取而得名，蔗糖是糖类（碳水化合物）大家族中最为人熟悉的最主要的成员。以致人们通常所说的糖就是指蔗糖。对于糖类的其他糖则须加上定语，如：葡萄糖，果糖，麦芽糖，蜜糖等。对糖制食品也冠以其主要配料名称来区别，如：牛奶糖，芝麻糖，薄荷糖，巧克力糖等；或以其性状加以说明，如硬糖，软糖，棉花糖，棒棒糖等。

糖，人体必需的营养要素之一，为人体提供廉价安全的能量源泉；糖，味居食物五味甘、咸、酸、辛、苦之首，给人以甜蜜美好的精神享受；糖，使饮食更加丰富多彩，其人均消费量是国民生活水平的写照；糖，国际贸易额最大的农产制品之一，能推动国民经济的发展，也推动世界的文化交流；糖，典型的有机结晶，对糖的研究将促进晶体科学的进步；糖，具有丰富的种类和深奥的内涵，在生命科学的探索中将有惊人的发现！

1.2糖类家族

糖类（Sugars，Carbohydrate，旧称醣）是一大类天然产物的总称，包括单糖、低聚糖和淀粉与纤维素等植物多糖[2]。糖类是植物通过光合作用天然合成的一类重要的有机化合物。这类化合物最早被研究的有葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖、淀粉、纤维素等。它们都是由碳、氢和氧3种元素组成的，且其中氢和氧的比例都是与水分子中氢和氧的比例相同，因而被片面认为这类化合物是由若干个碳和若干个水分子结合而成的，并用分子式Cx(H2O)y表示，便习惯上称之为碳水化合物(carbohydrate)。后来，发现并不是所有符合此分子通式的化合物都属糖类，如甲醛C2H4O2、乙酸C4H8O4。而有一些糖类和糖类衍生物并不符合这种分子式，例如脱氧糖（鼠李糖）、氨基糖（氨基葡萄糖）、甲基糖、糖苷、糖醇、糖酸等。事实上，糖类中的氢和氧并不是化合成水分子存在，而是以羟基-OH和氢原子-H的形式存在，并与碳原子-C连结。所以，糖类或碳水化合物实际上是多元羟基的醛或酮化合物及其聚合物与衍生物。通常所谓碳水化合物可依分子的大小分为单糖、低聚糖和多糖。

单糖(Monosaccharide)是最简单的碳水化合物。一般按其所含的碳原子数分别称为二碳糖、三碳糖、四碳糖、五碳糖、六碳糖、七碳糖等，或叫乙糖、丙糖、丁糖、戊糖、己糖、庚糖等。如木糖和阿拉伯糖分子中含5个碳原子，属五碳糖或戊糖；葡萄糖和果糖分子中含6个碳原子，属于六碳糖或己糖。

低聚糖也称寡糖(Oligosaccharide)，是由2个至10个以下分子的单糖经糖苷键结合而成。低聚糖水解后又能生成若干个单糖，按其水解后所生成的单糖数目分为二糖、三糖、四糖等；又可按其组分的异同分为均低聚糖和杂低聚糖；或按其还原性质分为还原性低聚糖和非还原性低聚糖。如蔗糖水解后生成葡萄糖和果糖，属非还原性杂二糖；麦芽糖水解得2个葡萄糖，属还原性均二糖。

多糖(Polysaccharide)也为单糖经糖苷键结合组成，结构与低聚糖相似，但所含单糖分子数目较多，属高分子化合物。自然界存在的多糖一般为100个以上的单糖组成，淀粉和纤维素中的单糖数量高达几千个。人体和动物细胞中存在的糖原也是由D-葡萄糖组成的多糖，其化学结构与支淀粉相似，它们都是由己糖组成的多糖，故也称己聚糖。糖料植物中的半纤维素是由含5个碳原子的木糖所组成的多糖，故也称戊聚糖。单糖的衍生物氨基糖和糖醛酸也组成多糖。如甲壳质是氨基葡萄糖组成的天然多糖；阿拉伯树胶为D-半乳糖、L-鼠李糖、L-阿拉伯糖和D-葡萄糖醛酸组成的多糖；果胶的化学组成包括多聚D-半乳糖醛酸、多聚D-半乳糖和多聚L-阿拉伯糖等3种多糖。

从广义来说，除了单糖、低聚糖和多糖等通常的碳水化合物外，在糖的家族中还有糖脂、糖蛋白、糖核苷酸等复合糖化物(Complex Carbohydrates)，这类化合物也称糖复合物、糖结合物或糖缀合物(Glycoconjugate)。此外，还有糖醇、糖酮、糖酸、糖胺以及糖苷等糖的衍生物(Sugar Derivative)也属糖类家族的成员[3]。这些物质都存在于生物组织中或存在于其体内的代谢过程。

1.3糖存在于自然界

糖广泛存在于自然界，是人类和动物的重要食物，人体的主要营养要素。大部分植物都含有普通意义的食用蔗糖(Sucrose)，如在花蕾、果实中，有一些植物的糖储存在根部或茎部。甘蔗和甜菜是主要的糖料作物，它们每年在单位耕地上能生产足够多的糖，具有商业规模制取食糖的价值。目前，全世界由甘蔗和甜菜生产的蔗糖年产量超1.6亿t，是工业规模生产数量最多的有机化合物和贸易量最大的工业结晶产品。

淀粉则存在于玉米、大米、小麦、高粱、薯类、豆类等农作物中，有的农作物含淀粉量高达干物质的80%。这些含高量淀粉的农产品是人类的主要食粮，也是工业上制造淀粉和淀粉糖的原料。

蜂蜜是动物生产的天然糖。蜂蜜中的糖为等量的葡萄糖和果糖，它是人类很早以前食用的甜味剂。各种水果和蔬菜甚至树木的汁液中都含有不同分量的糖，虽然有的含量不多，但所含糖的种类却不少，常见的有葡萄糖、果糖、蔗糖、木糖、甘露糖、麦芽糖等。如在葡萄汁中糖约占干固物重量的97%，其中葡萄糖约36%，果糖约41%、蔗糖约12%、麦芽糖约8%。

糖类以游离状态和化合状态2种形式存在于自然中。甘蔗中的蔗糖、水果中的葡萄糖都以游离状态存在。葡萄糖又是淀粉、纤维素等多糖的组成单元，在这里葡萄糖则是以化合状态存在的。作为聚合葡萄糖的纤维素是存在于自然界最多的碳水化合物，约占植物干重量的3/4。甲壳素是地球上第二大天然可再生资源，半纤维素、果胶质、糖原等有机物也都是广泛存在于动植物中的数量巨大的天然糖类产物。

1.4糖类资源利用

地球上的农作物、树木和其他植物每年合成数以千亿吨计的各种糖类产品，为人类提供丰富的糖品资源。碳水化合物是人们吃、穿、用的生活资料。蔗糖以其清纯的甜味及其营养价值为特征并因而被消费利用；粮食作物以其丰富的淀粉含量而被用作维生的食粮；棉花以其优质的纤维为纺织工业供应织布的原料；木材是建造房屋和家具的基本材料；书本和报纸的纸张得靠植物纤维来制造；碳水化合物本身还是重要的能源原材料。

糖类除了作为人们的生活资料被消费外，还是轻工、食品、化工、医药、能源等工业的生产资料。蔗糖和淀粉是食品工业的重要原材料，碳水化合物是轻工业和化学工业原材料的重要来源，糖、淀粉、纤维素及其多种衍生物早已被用于生产轻工产品、化工产品和医药产品。由碳水化合物发酵可生产许多化工产品，再经化学反应能制造更多的化学产品。现时由碳氢化合物生产的化工产品基本都能利用碳水化合物为原材料生产。

在地球的煤、石油、天然气等矿物能源日趋枯竭的形势下，大力发展生物能源成为各国重视的发展方向。利用甘蔗、蔗渣和薯类、玉米中的糖和淀粉生产燃料酒精已成为解决能源危机的一条有效途径，这方面巴西已有成功的经验。巴西以其国土2%的面积种植甘蔗和木薯，在1990年就已达到能源自给的状况。酒精是良好的汽车燃料，燃烧较完全，排出的温室气体较少，对大气的污染较少，为清净的燃料。美国也在大力发展玉米生产酒精。目前，美国每年的生物燃料产量约为120亿加仑（约545 亿L），大部分为利用玉米生产的乙醇燃料。美国环保署已出台规定，确保实现国会设定的2022年美国生物燃料年产量达到360亿加仑的目标，美国农业部也将出台措施，为开发生物燃料提供融资。美国还成立了由能源部领导的专门结构，推进生物燃料的开发与应用。

据美国农业部发布的数据显示，2009年全美生产的玉米等谷类作物中，有1/4用于制造生物燃料，为汽车供能。按全球平均粮食消费水平计算，这些谷物足以为3.3亿人口提供1年的粮食。粮食型生物燃料曾引起国际争议，联合国在2008年曾呼吁进行调查，我国也已叫停以粮食制造生物燃料。但是以蔗渣、废蜜等可再生资源的“废弃物”生产生物燃料是一个值得提倡的方向。诚然，糖类虽是可再生的资源，但对其合理利用，充分发挥其效能，对生态环保都有重大的现实意义。这也是摆在人类面前的伟大历史任务。

2 糖与碳的自然循环

2.1糖是植物光合作用的产物

糖料植物在阳光的作用下，通过叶绿素进行光合反应，能把大气中的无机二氧化碳和水合成为有机的碳水化合物（式1）。

从反应式⑴可知，在光合反应中二氧化碳将等摩尔的水氧化，每还原1摩尔二氧化碳就需要吸收468.6 kJ的太阳热能，并将其转化成以糖形式存在的化学能。自然界就是这样，以植物的生长为媒介来利用和贮存太阳能。所以，糖类是植物光合作用的产物，是太阳能转化为化学能而贮存于植物中的一种形式。现在开采的煤炭、石油、天然气、油叶岩等矿物燃料也是由亿万年前的植物光合作用的产物埋藏于地下，在地层高温高压的环境下转变而成的。

甘蔗是一种高光效的高等植物，其光合作用固定二氧化碳的效率相当高。甘蔗光合作用生成蔗糖大致经过如下的过程：蔗叶通过光合作用，在羧基化酶和氧合酶的作用下，有选择性地光合固定CO2，使之形成葡萄糖和果糖，并进而缩合成蔗糖。在蔗叶尖端的光合作用最强，蔗叶中蔗糖、葡萄糖和果糖三者的比例为4：2：1。这一过程较为复杂，其具体机制尚有待进一步深入研究。

2.2碳-糖在自然界的循环

通过糖类的合成，自然界保持空气中二氧化碳和氧气的平衡。植物通过光合作用利用了二氧化碳与水合成糖类等有机物并放出氧气；人与动物以糖类为食物，经过消化，吸收、利用其贮存的能量，并吸入氧气，在生存活动的过程排出代谢产物二氧化碳和水。此外，来自植物的燃料（包括煤炭、燃油、天然气等）的燃烧也需要氧气和产生二氧化碳。这些二氧化碳和水又为植物的光合作用提供了原料。这样，使地球上空气中的二氧化碳含量能保持约0.03%，加上自然界水的平衡与循环利用，以及充沛的阳光能源，从而提供了保证植物生长产糖的必要条件。这个过程周而复始，生生不息，维持自然界的蓬勃生机。

2.3糖是取之不尽的天然资源

糖类广泛存在于自然界的各种植物中，植物本身就是天然合成糖的场所。辽阔原野中的农作物和无边茂密的森林时刻在阳光的普照下不断地合成无数的各种碳水化合物。农作物可每年种植，树木会逐年生长，世界上的碳水化合物可得到源源不断的补充。因此，糖是一种可再生资源，大自然是取之不尽用之不竭的糖的天然宝库。人们每年向大自然索取的糖量主要决定于种植糖料作物的种植面积和糖厂的生产能力，糖料植物的单位面积产量则因新品种和新技术的采用而不断提高。

蔗糖是自然界存在的天然植物成分．至今尚未有人工合成的蔗糖产物。糖料作物，如甘蔗、甜菜等，在其叶绿素催化下，通过光合作用，其根系和绿叶吸收土壤中的水分和大气中的二氧化碳，合成包括蔗糖在内的各种碳水化合物。蔗糖实际上是太阳能作为化学能的一种储备形式，它一般被贮藏在植物细胞的汁液中。甘蔗糖厂和甜菜糖厂就是将这些含糖的汁液提取出来，经过提纯、分离等加工过程将其制成市售的纯净洁白的结晶蔗糖产品，产品通过市场而到达消费者手中。蔗糖被食用后，在人体内被消化吸收，它在肠腔内被蔗糖酶水解成葡萄糖和果糖，并以不同的途径在体内进行新陈代谢，其代谢的主要机制和产物最后被氧化成二氧化碳和水，并释放出热能。人体借此获取维持生命活动的能量，并排出二氧化碳和水分，这些排泄物在自然界又为糖料作物随时提供合成蔗糖的原料。这样周而复始，形成蔗糖在自然界的循环，蔗糖被不断食用消费的同时又通过糖料植物的种植而不断再生，因而蔗糖是一种取之不尽，用之不竭的可再生资源。所以，只要合理规划种植，应用先进的生产技术，注意生态平衡和环境保护，便可获得丰富的制糖原料，使糖业得到可持续发展。

2.4糖与生态环境的良性循环

为了保证糖业的可持续发展，我国正在不断探索糖业生产新体系。如把单纯的糖厂扩展成为糖料综合利用的甘蔗化工厂，由农场办糖厂形成农-工-牧（渔）联合企业，建立良性生态循环的生产环境。就主种甘蔗的农场来说，可用糖厂的副产品滤坭来补充调节土壤的肥力，能使甘蔗增加产量并能保持高产。同时，如农场还再办起畜牧业和渔业，以蔗梢、蔗叶、蔗渣糠、废糖蜜、酒精废液等作为牛、羊、猪等牲畜的饲料，将糖蜜和滤坭掺拌谷物制成颗粒鱼饲料，牲畜与鱼的排泄物以及糖厂的有机废渣、废液又是农田的肥料，可促进甘蔗的生长。从而形成蔗多-糖多-肥多的良性生态循环，促进糖业经济的发展。

甘蔗浑身是宝。开发糖料的综合利用，不但扩大了糖厂的产业面，使产品多样化，提高了经济效益，而且可减少三废的排放量，降低对环境的污染，产生良好的社会效益。甘蔗综合利用的内容包括甘蔗本身和制糖过程的副产品，即蔗糖、蔗渣、糖蜜、滤坭、碳酸气等5种产物的利用加工。对其多层次的加工和深加工可得到成千上万种新产品[4]。

3 糖在人体中的代谢

3.1糖的消化途径

人们吃入粮食和食糖，经消化后都转化为葡萄糖，由肠道吸收进入血液中，输送到全身各部位，在代谢过程放出热量，提供人体活动所需的能量和保持体温，并排出二氧化碳和水。生物机体跟外界环境不断地进行物质及能量交换的过程，就是新陈代谢[5]。它一般可分4个阶段：消化、吸收、中间代谢和排泄。

在我国，人们的膳食成分迄今仍多以粮食为主。粮食中的糖，最常见的是淀粉和纤维素等多糖。当食物进入体内，其中的多糖在各种酶的作用下，经过一系列的水解，最后转化为能被人体吸收的营养物质——单糖（如葡萄糖）。其中，淀粉的主要水解过程是淀粉经过淀粉酶的水解，生成糊精，在肠胃中通过淀粉酶的消化被降解成麦芽糖，在麦芽糖酶的作用下生成葡萄糖。

3.2糖的吸收输送

蔗糖在食用后经消化转化成葡萄糖和果糖，果糖进一步代谢也按葡萄糖的代谢途径。婴儿吃乳汁或喝牛奶后奶中的乳糖消化成葡萄糖和半乳糖，半乳糖在人体内会转变为脑神经组织中的半乳糖苷，是小孩脑神经发育必不可少的营养成分。然而，在消化时人体如果缺乏某种酶，比如乳糖酶，那么乳糖将不能被水解，而乳糖就难以被小肠吸收，就会导致不耐乳糖症这一消化障碍。发生这种疾病的，成人多于儿童。

人和哺乳动物对糖的吸收，都是在小肠中进行的。葡萄糖在小肠中被吸收后，一部分进入血液，成为血糖，被运送到身体的各个组织和器官中，其燃烧发出的热能为人体提供保持体温和运动所需的能量，剩余部分的葡萄糖则被合成为糖原，作为能量储存在肝和肌肉中。

糖约占人体干重的2%，一般人体血液中葡萄糖的含量保持在0.1%±0.03%之间。糖是组成人和动物组织结构如DNA、RNA、抗体（糖蛋白）等的重要成分。糖的磷酸衍生物可以形成重要的生物活性物质，如NAD+、FAD、ATP等。糖虽可经代谢转变为脂肪、氨基酸等化合物，但糖和脂肪都是人体热量的供应者，而糖的热值不如脂肪高，且糖会被优先消化，即使是过多的葡萄糖也会先转变成糖原储存于肝脏内和肌肉中，一般不会以脂肪的形式积存在体内。肝脏中的糖原可根据代谢的需要转变成葡萄糖再进入血液中，而肌肉中的糖原则不能转变回葡萄糖进入血液，只能通过代谢反应产生供肌肉运动所需的热能。故适量吃糖难以使人发胖，而多余脂肪的积聚才是导致人体肥胖的主要原因。

3.3糖的有氧分解代谢

糖类的代谢包括消化、吸收后的外界营养物质和体内原有的物质，在体内各种组织和细胞中所进行的多种化学变化，必然伴随着能量的转换。因此，代谢过程包含物质代谢和能量代谢。糖类的代谢过程是由复杂的大分子分解成简单的小分子的过程，属分解代谢。糖的分解代谢伴随着能量的释放、转移和利用。在体内，糖的分解代谢主要是有氧代谢和无氧代谢。

糖的有氧分解代谢，指的是糖在体内被氧化成二氧化碳和水的过程。它一般分成糖酵解和三羧酸循环2个阶段。葡萄糖的有氧完全分解，总反应的化学方程式见⑵式。

分解过程中，不但产生能量，而且生成多种构成体内某些物质的中间产物，如氨基酸、脂肪酸、核酸的原料。可见，糖的有氧分解是包括人类在内的各种需氧生物获取能量的一种有效途径。

糖的有氧分解代谢的第一阶段是糖酵解途径(EMP)。EMP的整个过程，可以分为3个步骤：磷酸己糖的生成，磷酸丙糖的生成和丙酮酸的生成。其反应的化学方程式见⑶式。

式中的NAD+是维生素PP在体内的一种活性形式，是生物氧化中的递氢体。而ATP（三磷酸腺苷）是一种高能焦磷酸酯，相应的产物是ADP（二磷酸腺苷）。

糖有氧分解代谢的第2阶段是三羧酸(TCA)循环。TCA循环可以分为2个步骤：乙酰辅酶A的生成和乙酰辅酶A进入循环。其反应的化学方程式见⑷、⑸式。

式中的CoA为辅酶A，CoASH为乙酰辅酶A。其中间产物GTP也是一种高能焦磷酸酯，相应的产物是GDP。而FAD（次黄嘌呤二核苷酸）是维生素B2在体内的一种活性形式，也是生物氧化中的递氢体。三羧酸循环是从草酰乙酸和乙酰辅酶A开始的。经过一系列变化，最终又生成草酰乙酸。这表明，乙酰辅酶A在氧化分解中，放出能量及生成CO2和H2O，而草酰乙酸本身并无消耗。

3.4糖的无氧分解代谢

另一种糖的分解代谢形式是无氧分解代谢。但它仅仅作为体内获取能量的补充手段，是合成少量ATP的一种低效代谢途径。在缺氧的情况下，人和高等动物的肌肉就是进行无氧分解代谢。糖的无氧分解代谢的第一种方式为乙醇发酵。变化的主要过程见⑹式，反应的化学方程式见⑺式。

糖的无氧分解代谢的第二种方式：乳酸发酵。变化的主要过程见⑻式，生成乳酸过程的化学方程式见⑼式。

人在剧烈运动时，肌肉常常暂时缺氧。此时无氧分解代谢反应的结果便生成多量的乳酸，因而感到肌肉酸痛。适当休息后，血中的乳酸流入肝脏，生成丙酮酸，再经过糖异生作用而转变成葡萄糖。其中的糖异生作用的化学方程式见⑽式。

通过这种乳酸-葡萄糖的循环（Cori循环），回收了乳酸中的能量，又重新积累、储存了糖原。这对人体的能量的利用很有意义。

通过上述对糖类物质在人体内的消化吸收途径的分析，可知食糖经快速吸收、消化之后，最后能干净地排出，没有像摄入过多蛋白质、脂肪之后有残留物，故不会对肝脏造成负担。在甜味食品谱中，食糖是一种非常容易吸收的营养成份，它转化极快，产生的能量也极快，是体力劳动人群的最便捷的能量补给源，是运动型快速见效的营养食品。糖是人体三大营养源之一，是人类食谱中一种美味廉价的能量来源。

4 糖类在生命活动中的角色

4.1糖类与遗传密码信息

糖类在遗传学上是一种非常重要的物质，过去人们并没有给予足够的重视和评价。例如，DNA与RNA的区别，既不在碱基上、也不在磷酸上，其唯一差别是在核糖(RNA)或脱氧核糖(DNA)上：RNA的核糖上2位有羟基，DNA的核糖上2位无羟基。核糖的2位羟基对于RNA来说，不仅是折叠成固有三维结构的关键因素，也是RNA具有催化作用的重要组成部分。因此，核糖2位羟基是DNA和RNA在遗传学上的本质差别。可见糖类在遗传学上扮演着核心、关键角色。根据糖类在生命过程中的重要作用，人们推测糖类应该有自己的遗传密码。

4.2糖类遗传密码与糖尿病

II型糖尿病的病因目前还不清楚，从糖类遗传学角度分析认为，II型糖尿病的主要病因可能是糖类遗传密码出了问题。如果从糖类遗传密码假说角度研究II型糖尿病，有可能获得新结构类型的治疗药物。因此，II型糖尿病的病因学研究可能有利于糖类遗传密码的破译。对出问题的糖类遗传密码进行部分修复或弥补其不足，需要使用对血糖具有双向调节功能的药物，而不是现在临床上所采用的单纯降低血糖药物。膳食不均衡，就会出现某些营养不良或某些营养过剩等问题，时间长了就会损伤调控糖类吸收和代谢的遗传系统。这可能是发生II型糖尿病的根本原因。

4.3糖类遗传密码与疫苗

许多疾病的发生和治疗都与糖类密切相关。例如，细菌和病毒的抗原部分早已为人们所认识，疫苗的应用实际上是糖类的贡献。从糖码假说角度分析，癌症和病毒都可能是由于糖码畸变造成的恶果（包括自身变异和外来物质诱导发生的异变）。例如艾滋病毒潜入人体细胞后，不能被防御体系识别，其关键原因可能就在其糖类部分。现在的许多研究方法都是基于蛋白质或核酸的结构方面，忽视了糖类的作用，所得到的某些抗HIV-I抑制剂治标不治本，这可能是忽略糖类作用的结果。几千年来，中医药所积累的丰富经验告诉我们，中医对糖类药物是非常重视的，扶正固本的药物被列为上品。例如，人参、黄芪、灵芝、茯苓、地黄、枸杞子等，其中的活性成分大多数是皂苷、多糖或寡糖类，等糖类或糖类衍生物。某些寡糖、杂糖（除葡萄糖以外的单糖）分子和皂苷都可能具有双向调节作用。如果把现代科学理论、方法与丰富的中医药理论、实践密切结合进行研究，可能会取得令人瞩目的新进展。

4.4糖类受体与糖类酶

最近科学家发现，采用糖的马来酸酐衍生物聚合法合成的糖类聚合物单体具有催化RNA和DNA的水解作用。其中的4个聚合物含有呋喃核糖，1个聚合物含吡喃糖。它们的平均分子量为80 kDa～170 kDa。3个聚合物中的呋喃核糖环存在30个顺式构型的邻位二醇羟基，既能催化对2-硝基苯基磷酸乙酯的水解，也能催化含有30个碱基的单股DNA水解。DNA是难于水解的，一般情况下只有核酸水解酶才能将其水解。该发现表明糖类聚合物能有效地水解磷酸二酯键。虽然该新发现还没有涉及到是否存在天然的含有糖类的受体或含有糖类的酶，但糖类聚合物单体能够水解RNA和DNA的发现，是对糖码存在可能性的间接支持，它对生命科学理论的影响将远远超过它本身的实用价值。

20世纪70年代后，随着分子生物学的发展，人们逐步认识到，糖类是涉及生命活动本质的重要生物大分子之一。糖类还有其他的一些特殊功能：碳水化合物中的糖蛋白和蛋白多糖有润滑作用，它可控制细胞膜的通透性，可作为细胞识别的信息分子。

大量的研究已表明，各种错综复杂的生命现象的产生与疾病的形成过程均包含了许多分子变化和复杂的代谢过程，其中糖蛋白的糖链在受精、发生、发育、分化、炎症与自身免疫疾病，以及在癌细胞异常增殖及转移，病原体感染，植物与病原体相互作用，豆科植物与根瘤菌的共生过程中，都起着重要作用[6]。

[1] 季羡林. 蔗糖史[M]. 北京：中国海关出版社，2007.

[2] 张力田. 碳水化合物化学[M]. 北京：轻工业出版社，1988.

[3] 张惟杰. 糖复合物生化研究技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，1999.

[4] 陈树功. 蔗糖工业化学[M]. 广州：华南理工大学出版社，1994.

[5] 吴东儒. 糖类的生物化学[M]. 北京：高等教育出版社，1987.

[6] 焦克芳，陈望忠. 糖类与生命科学研究进展[J]. 大学化学，1999(1):28-31.

(本篇责任编校：朱涤荃)

Ecological Cycle of Sugars Resources and the Sustainable Development of Sugar Industry

GUO Si-yuan, ZHENG Bi-sheng, LIN Qing-sheng, WANG Zhao-mei
(South China University of Technology, Guangzhou 510640)

The topic is introduced from the presence of sugars in nature. Sugars are inexhaustible natural resources as well as playing important roles in the cycle of ecological environment. In addition to consumption for people’s livelihood, sugars are also the raw material of light industry, food, chemical, pharmaceutical, energy and other industrial production. It is pointed out that sugars are renewable resources, but must be reasonable used, give full play to its wholesome effect; it is of great realistic meaning to the sustainable development of sugar industry and ecological environmental protection. Meanwhile, sugars also play an important role in the life activities of mankind.

Sugars; Natural circulation; Sugar industry sustainable development.

TS24

A

1005-9695(2016)02-0054-07

2016-02-23；修回日期：2016-04-08

引文格式：郭祀远，郑必胜，林庆生，等. 糖资源的生态循环与糖业持续发展[J]. 甘蔗糖业，2016(2)：54-60.