鎂（magnesium）

鎂。圖片來源：Wiki

大家在學習鎂（magnesium）這個字的時候，是否覺得它跟磁鐵礦（magnetite）以及錳（manganese）都長得很像呢？筆者花了好久的時間才把鎂與錳這兩個字的拼字與發音弄清楚。為什麼它們長得那麼像是因為，鎂這個字源自希臘的色薩利大區（Thessaly）的馬格尼西亞州（Magnesia），當地產鎂、磁鐵礦以及錳。在當地一開始都是用manganese來稱呼所有黑色的礦石，專用於稱呼錳是後來的事了。

第一次分離出鎂的人是英國的化學家韓福瑞‧戴維（Humphry Davy，1778-1829），他在1808年用氧化鎂（magnesia）與氧化汞（mercuric oxide）得到鎂。原先戴維想要吧把鎂命名為「magnium」，不過後來使用的名稱並非他建議的字。

鎂是宇宙中含量第九高的元素，也是地殼中含量第八高的；若以整個地球來看，鎂是含量第四高的（僅次於鐵[iron]、氧[oxygen]與矽[silicon]），佔整個地球的13%。鎂同時也是海水中含量第三高的元素，僅次於鈉（sodium）與氯（chlorine）。

鎂是非常活潑的元素，在自然界只能找到二價鎂（Mg²⁺）與其他元素形成的化合物。工業上製造鎂都是以含鎂的鹵水電解得來，在工業上鋁鎂合金因為重量輕、強度高，常用在飛機與汽車的零組件上；也因其質量輕，具有良好熱傳導能力，故常用於需重視散熱的電子器材。它普遍用於手提電腦的外殼。

人體中也含有相當多的鎂（第九高），在細胞的能量貨幣，腺核苷三磷酸（ATP），與酵素互相作用時，須要鎂離子來作為中介者。因此我們的制酸劑有些也會使用鎂鹽，如此一來不但中和了胃酸，也補充了鎂離子。

鎂對植物來說也是必需元素，植物的葉綠素（chlorophyll）就是含有鎂的色素。如果沒有葉綠素，就沒有光合作用，那我們就慘了！缺鎂的植物會出現葉脈之間的區域變黃（interveinal chlorosis）的現象，而且會先出現在成熟的葉片上。

鎂離子有個酸味，有些天然的礦泉裡面含有鎂鹽，所以喝起來有點酸酸的。在1618年有位英國埃普瑟姆（Epsom）地區的農夫發現他的牛拒絕喝來自當地一口井的水，農夫喝了發現井水苦苦的，但是後來卻發現那口井的水對於抓傷與疹子有療效！後來才知道是因為井水中含有水合硫酸鎂（MgSO₄·7 H₂O），也被稱為瀉鹽（Epsom salts），因它可以助瀉。無水硫酸鎂可以作為乾燥劑。

參考資料：

Wikipedia. Magnesium.

纖維素（cellulose）

纖維素。圖片來源：Wiki

纖維素（Cellulose）的名稱，是在1835年由法國化學家安塞爾姆·佩恩（Anselme Payen，1795-1871）根據法文的細胞加上糖的化學字尾來命名的。佩恩在1838年發現了纖維素，他將木頭以硝酸與鹼處理，得到的不溶物就是纖維素（可溶的部分後來發現是木質素 [lignin]），這項發現在1839年確認。為了要表彰佩恩的貢獻，美國化學學會（American Chemical Society）的纖維素和可再生材料部（Cellulose and Renewable Materials Division）設立了一個安塞爾姆·佩恩獎（the Anselme Payen Award），從1962開始到現在，每年選出一名得獎人。纖維素的結構則是在1920年由赫爾曼·施陶丁格（Hermann Staudinger，1881-1965）確認。

雖然根據EPNOE（The European Polysaccharide Network of Excellence）的資料，提到纖維素的名稱來自於1840年安東尼·德·朱西厄（Antoine de Jussieu）的植物學課程，因為纖維素是細胞壁的主要成分之一，所以他用了法文的 cellule （意為細胞，源自拉丁文 cellula，小房間）與代表糖的化學字尾 -ose來命名。但是筆者查了很久，發現雖然德·朱西厄這個家族人不少，而且也出了幾位植物學家，可是偏偏沒有一位安東尼·德·朱西厄活到1840年的。所以這部分似乎不大可信...

纖維素除了是細胞壁的主要成分。90%的棉花、40-50%的木頭是纖維素。第一個熱塑性聚合物，賽璐珞（celluloid，1870，俗稱假象牙）是用纖維素製造的。纖維素也可以用來做人造絲（嫘縈，rayon，1890年代）、玻璃紙（cellophane，1912） 。人造纖維素則直到1992年才由小林（Kobayashi）和莊田（Shoda）兩人達成，不過植物在好多億年前已經會做這件事了...。

雖然同樣是葡萄糖（glucose）的聚合物，構成纖維素的單元體是 β-D-葡萄糖而非澱粉（starch）與肝醣（glycogen）的α-D-葡萄糖；這個微小的差別，影響了葡萄糖單元體之間氫鍵的形成，造成大量的分子內氫鍵產生，使纖維素成為直鏈狀的分子。而大量的分子間氫鍵，使得纖維素不溶於水；由於動物只分泌澱粉酶（amylase），無法水解 β(1→4)糖苷鍵，因此除了牛、白蟻這些動物因為腸道內有細菌或原生動物協助牠們將纖維素發酵並分解之外，對人類來說，纖維素只是協助糞便成形排出的「膳食纖維」（dietary fiber）罷了。除了細菌與原生動物之外，真菌也能夠分泌分解β(1→4)糖苷鍵的酵素（稱為纖維素酶 cellulase）。

目前工業上纖維素最大宗的用途還是在於製作紙板與紙張，雖然近年來以纖維素製作酒精取代石油的想法非常熱門，但目前纖維酒精的製作成本依然偏高，要成為大眾可負擔的燃料還需要再努力。

參考資料：

Wikipedia. Cellulose. De Jussieu.

Pierre Avenas (ed.). Etymology of Main Polysaccharide Names. The European Polysaccharide Network of Excellence (EPNOE), DOI. 10.1007/978-3-7091-0421-7_2 Springer-Verlag Wien 2012.

Online Etymology Dictionary. Cellulose.

硫（sulfur）

硫。圖片來源：Wiki

硫（Sulfur）的名字源自拉丁文 sulpur，在希臘文寫作 sulphur；原來的意思是「硫磺、地獄之火」。由於有些光合細菌會將硫化氫（H₂S）氧化，產生氫離子與元素態的硫；因此雖然在自然界存在的狀態以氧化物或礦鹽居多，元素態的硫還是很容易找到。但也由於這樣，所以以前的人不認為硫是一種元素，直到 1777年，拉瓦節（Antoine Lavoisier，1743-1794）做了許多實驗證明硫無法被分解，才終於說服了科學界硫是一個元素。 而英文的sulfur則是在古典時期結束時才出現的寫法。

用來代表二價硫的字首是 sulf(o)-，硫氫基（-SH）是 thio-，以及 mercapto-。其中字首 thio-源自希臘文 theion，意為「硫」；而 sulf(o)-除了可以代表二價硫以外，還可以代表 -SO₂OH這個官能基。

硫是生物的必需元素，胺基酸裡面的甲硫胺酸（methionine）、半胱胺酸（cysteine）、胱胺酸（cystine）都有硫，而維他命裡面的生物素（biotin）與硫胺素（thiamine）也是含硫的分子。重要的還原蛋白穀胱甘肽（glutathione）和硫氧還原蛋白（thioredoxin），以及電子傳遞鏈裡面的硫-鐵蛋白（iron–sulfur proteins）也都是含硫的蛋白質。由兩個半胱胺酸所組成的雙硫鍵（disulfide bonds），對蛋白質的結構有重要的影響。

硫是火柴的原料，硫磺用於製火藥，在硝化甘油還沒有被發明之前，硫磺製的火藥與炸藥是重要的爆破物與武器。

參考資料：

Wikipedia. Sulfur.

Online Etymology Dictionary. Sulfur.

Famous Scientists. Antoine Lavoisier.

由麥芽（malt）來的麥芽糖（maltose）

麥芽糖。圖片來源：Wiki

麥芽糖是在1872年由愛爾蘭化學家及釀酒商科尼利厄斯‧奧沙利文（ Cornelius O'Sullivan，1841–1907）發現的。因為麥芽糖（Maltose）來自於澱粉（starch）分解反應，而最早的澱粉分解反應來自於將小麥或大麥泡水使其發芽（這個過程稱為 malt）的反應，因此麥芽糖得到了它的名字：malt- （麥芽）與化學代表糖的字尾-ose。

麥芽糖是個由兩個葡萄糖（glucose）構成的雙糖（disaccharide），主要來自直鏈澱粉（amylose）分解的產物。植物裡面有兩種澱粉酶（amylase）負責分解澱粉，α-澱粉酶與β-澱粉酶；不過無論是α-澱粉酶或β-澱粉酶，都只能分解直鏈的部分（α(1→4)糖苷鍵）。

人體只會分泌α-澱粉酶。β-澱粉酶只出現在植物（如甘藷、大豆、大麥、小麥）與細菌中。

麥芽糖到了小腸會被麥芽糖酶（maltase）分解為兩個葡萄糖。

麥芽糖在台灣是頗受歡迎的點心，幾年前大受歡迎的麥芽餅乾，將兩塊鹹餅乾中間夾著麥芽糖，鹹鹹甜甜很受歡迎；不過筆者不特別愛甜，加上麥芽糖會黏牙，所以沒有特別喜歡。

參考資料：

Cornelius O'Sullivan. Paper XXI.—On the transformation-products of starch.  J. Chem. Soc., 1872,25, 579-588 DOI: 10.1039/JS8722500579

Wikisource. O'Sullivan, Cornelius (DNB12)

Wikipedia. Maltose.

由草木灰（potash）來的鉀（potassium）：為什麼它的元素符號是K？

埋在液態石蠟裡的鉀。圖片來源：Wiki

在閱讀原文書與文獻時，筆者常覺得納悶：為什麼鉀的元素符號是K，但英文名字卻是 potassium！

有些讀者可能會說：那是因為磷（phosphorus）在1669年就發現了，而磷的元素符號就是P，所以鉀就只好用K！不過，也可以另外取個比較一致的名字，沒有必要用了完全不相同的字吧？

我們來看一下鉀的故事。1797年德國化學家馬丁·海因里希·克拉普羅特 （Martin Heinrich Klaproth，1743-1817）在草木灰（potash）裡面找到鉀。當時他把他的發現命名為 kali。到了1809年，德國化學家兼醫師路德維希·威廉·希爾伯特（Ludwig Wilhelm Gilbert，1769-1824）建議把 kali改名為 Kalium（新拉丁文，意為「鹼」，但字源來自阿拉伯文，意為「草木灰」；不過韓福瑞‧戴維（Humphry Davy，1778-1829）則建議命名為「potassium」，源自於 potash。他同時也建議將鈉取名為「Natronium」，而不是戴維建議的「sodium」。顯然最後戴維都贏了，不過因為希爾伯特的建議，最後雖然鉀的名字是potassium，元素符號卻是「K」（Kalium）...這搞得大家好亂啊！

草木灰裡面為什麼會有很多鉀離子呢？其實草木灰裡面當然還有一些其他的東西，不過主要是鉀鹽與鈣鹽，而鈣鹽不溶於水。當初製備鉀的方法其實很簡單，就是把草木灰加上水再加熱蒸發。

鉀只要一接觸到空氣就會很快氧化，所以自然界找不到元素態的鉀。鉀離子（K⁺）對生物功能非常重要，動物依靠鈉-鉀幫浦（Na⁺-K⁺ pump）來維持細胞膜的電位，這是進行神經傳導所必需；植物氣孔（stomata）的開啟與關閉，以及葉枕（pulvini）的膨脹與收縮，也都是由鉀離子的流出與流入開始啟動的。

新鮮水果與蔬菜是很好的鉀來源。

參考資料：

Wikipedia. Potassium.

山梨糖（sorbose）

山梨糖。圖片來源：Wiki

山梨糖（Sorbose）的名字來自於花楸屬（Sorbus）的樹木（俗稱 sorb tree或 rowan）。由於山梨糖由這類的樹中分離出來，所以就把它的名字與化學上表示糖的字尾-ose連在一起，成了sorbose。它是在1852年由法國化學家 Théophile-Jules Pelouze （1807-1867）分離出來的。

花楸樹與其果實。圖片來源：Wiki

山梨糖是酮糖（ketose），甜度與蔗糖相當。工業上常用它來作為合成維生素C的原料。

山梨糖醇。圖片來源：Wiki

山梨糖醇（sorbitol）是常用的甜味劑，是甘露醇（mannitol，請參考甘露糖 mannose）在二號碳的差向異構體（C-2 epimer）。雖然看起來應該是山梨糖的還原，不過在工業上製造多用葡萄糖（來自高果糖糖漿）還原產生。有意思的是，九成三的大腸桿菌（Escherichia coli）都可以代謝山梨糖醇，但聲名狼籍的大腸桿菌O157:H7卻沒有辦法，所以在臨床上可以經過測試代謝山梨糖醇的能力來辨認是否為大腸桿菌O157:H7。

參考資料：

Wikipedia. Sorbose. Sorbitol.

Advances in Sweeteners. By Trevor H. Grenby. Google Books.

J. Pelouze, Ann. Chim. Phys., [3] 35 (1852) 222-235; Compt. Rend., 34 (1852) 377-386.

含糖飲料真的會讓人長不高嗎？

含糖飲料。圖片來源：Wiki

（協同作者：花蓮慈濟醫院 許晉譯醫師）

之前在新聞裡，曾有醫師憂心忡忡地警告大家：喝一杯含糖飲料，生長激素停止分泌二小時！所以，千萬別喝含糖飲料！

消息一出，相信許多家長一定都非常擔心，擔心自己的孩子長不高！為什麼呢？因為現在的孩子，真的非常愛喝含糖飲料；舉凡果汁、汽水、手搖飲料，有些孩子根本不喝水，只愛喝這些...萬一真的長不高怎麼辦呢？

首先，我們先來看一下，我們主要的問題有兩個：
一、含糖飲料是否真的會影響生長激素分泌呢？
二、倘若含糖飲料真的會影響生長激素分泌，就一定會讓我們長不高嗎？

第一個問題的答案是：吃糖的確是可以影響生長激素分泌。從哪裡呢？我們體內有個生長因子稱為IGF-1，當我們吃了含有很多碳水化合物的食物時，胰島素的分泌會使得IGF-1的量上昇，然後IGF-1會去抑制腦下垂體前葉分泌生長激素。在醫院裡，當醫師們想要知道這個人是否有巨人症或肢端肥大症時，會進行一個稱為「生長激素抑制測試」的試驗：首先病人要禁食十到十二小時，接著先抽血，然後喝下一杯糖水，等一至二小時以後，再抽血測量生長激素的分泌是否受到抑制。如果沒有受到抑制，就表示生長激素分泌有問題。

所以吃糖或喝含糖飲料的確可以影響生長激素分泌！不過，這個影響是本來就應該要發生的，所以接下來就是我們的第二個問題了：含糖飲料對生長激素分泌的影響，是否真的會讓我們長不高呢？

為了這個疑問，我們查了很多文獻，發現目前對於含糖飲料的研究，大部分都是著重在造成肥胖以及肥胖的後遺症，如糖尿病、高血壓、高血脂等。至於是不是真的會讓孩子長不高呢？目前沒有肯定的答案。

不過，喝太多含糖飲料造成肥胖，由於脂肪組織會分泌雌激素，而雌激素有催熟生長板、造成生長板關閉的效果，所以也沒辦法說喝含糖飲料對身高發育不會有影響。

其實，含糖飲料還是少喝為妙！雖然目前對於身高的影響還不清楚，但是含糖飲料喝多了會胖，而肥胖造成的影響，最直接的就是糖尿病，跟著來的還有高血壓與高血脂。最近這些年來，常有報導孩子因為每天喝一杯含糖飲料，造成才十幾歲就得了第二型糖尿病...每次看到這樣的新聞，就覺得很難過。孩子的人生還很長，只因為一時貪吃貪喝，最後就得了這種對他一輩子都會有影響的疾病，真的不值得！

最後，如果要長高，最好的辦法是：要維持運動的習慣、不要太晚睡（生長激素分泌的高峰從晚上十點到凌晨三點），飲食要均衡，這樣的話，除了遺傳因素以外，應該就不會有什麼因素阻礙您長高囉！

（本文刊載於2016/7/27國語日報科學版：含糖飲料喝太多 肥胖問題才是隱憂。）

圖片來源：國語日報科學版臉書