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冰過的蕃茄為什麼不好吃?

各式各樣的家傳品系蕃茄。圖片來源:Wiki
對台灣人來說,蕃茄(Solanum lycopersicum)是水果;但是對歐美人士來說,蕃茄是重要的蔬菜。從一開始被認為是有毒的、吃不得的,到現在家家戶戶少不了它,蕃茄是否真的是「一路走來,始終如一」呢?

其實就像其他的農作物一樣,蕃茄也歷經了長時間、多次的品種改良。不過,最近這些年越來越多人抱怨:現在的蕃茄越來越難吃了!吃起來一點味道也沒有!

蕃茄真的變得比較沒味道了,但其中的原因可不只一個。原因之一是:因為大家覺得蕃茄整顆都紅紅的比較漂亮,於是育種的專家們就想辦法挑選那些成熟時會整顆紅透的;結果具有這個性狀(稱為U性狀,意即Uniform Ripening)的蕃茄,因為葉綠素累積減少,使它們在成熟時儲存較少的糖,於是現在的蕃茄都變得比較不甜了。

另一個因素是冷藏。為了避免腐敗、延長保存期限,採下來的番茄都會冷藏於攝氏五度,並在這個溫度下運送,等要販售之前再回溫(攝氏二十度);過去的研究發現,冷藏在攝氏十二度以下會造成與風味有關的揮發性物質減少,而回溫好像影響也不大。

為了要了解到底冷藏對番茄產生了什麼樣的影響,康乃爾大學的研究團隊選了兩個品系(分別為家傳品系'Ailsa Craig' 與商業栽培種FLA 8059)、分別在兩個不同季節採收的蕃茄,針對它們的揮發性物質含量、糖與酸含量,一路分析到基因的表現變化。他們發現:原來冷藏會造成幾個與果實成熟相關的轉錄因子的表現量下降。這些轉錄因子包括RINNONRIPENINGCOLORLESS NONRIPENING等。除此之外,還有被稱為DML2的去甲基酶(demethylase)的表現量也下降了。DML2在果實開始成熟時大量表現,當它的表現被抑制時,會使得許多基因被高度甲基化,延遲果實成熟。雖然回溫一天可以使它的表現量回復,但是相關基因的表現狀況卻沒有完全恢復。而這些轉錄因子,雖然有些在回溫後表現量也隨之上昇,但似乎無法完全逆轉受他們影響的相關基因的表現程度。

研究團隊在觀察果實的揮發性物質含量以及糖與酸含量時發現,冷藏七天造成蕃茄中來自支鏈胺基酸與脂肪的揮發性物質含量減少,但來自於類胡蘿蔔素的揮發性物質(如香葉醇)含量卻上升了;但如果只有冷藏一到三天,是不會產生這些影響的。但是糖與酸的含量則不受冷藏的影響。

對應於揮發性物質含量的下降,他們在觀察基因表現時也發現,冷藏七到八天會讓合成這些揮發性物質的酵素表現量下降,且回溫一天僅有部份恢復;冷藏也造成乙烯分泌減少。不過有些基因可能是經由調節蛋白質活性來影響揮發性物質的合成,如合成香葉醇的基因表現量下降,但是香葉醇的分泌卻增加了。

不論是家傳品系或是商業培育種,冷藏對果實的影響只侷限於揮發性物質合成的量,並不影響糖與酸的含量。照理說,只有影響到嗅覺而不是影響到味覺,怎麼會讓品嚐的人覺得冷藏過的蕃茄沒味道呢?根據耶魯大學醫學院的神經科學家史莫爾(Dana M. Small)所說,大腦感覺到食物的「滋味」其實是味覺、觸覺和嗅覺的整體組合,每一種知覺都影響了我們品嚐到的食物的滋味。那也就是為什麼,我們在感冒鼻子不通的時候會覺得食物淡而無味;而在我們走過餐廳、聞到熟悉的味道時,會覺得飢腸轆轆的原因。

也就是說,現代的蕃茄為什麼不好吃,固然育種上的選擇使得蕃茄的糖含量下降,但冷藏降低了一些特定揮發性物質的含量,卻也使得它的風味受到進一步的影響。筆者覺得有意思的是,如香葉醇等與類胡蘿蔔素相關的揮發性物質在冷藏後反而增加,但並沒有讓我們覺得蕃茄的風味變好,究竟這一類的揮發性物質在味覺上擔負著何種角色呢?另外是,台灣的小蕃茄好像比較不受到冷藏的影響,是否是因為台灣的蕃茄沒有冷藏那麼久(小島的好處?),還是它真的不會受到影響呢?如果真的不會受到影響,或許也值得好好研究一番!

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

後記:網友來函指出,台灣的小果番茄都是完熟後採收,可能是因為這樣所以風味再冷藏後並未明顯減損。當然,是否有減損可能也有待進一步的試驗(如盲測)來驗證,但不知道是否已有相關研究?

參考資料:

Thompson Morgan. Ailsa Craig.

Bo Zhang et. al., Chilling-induced tomato flavor loss is associated with altered volatile synthesis and transient changes in DNA methylation. 2016. PNAS. 113(44):12580–12585, doi: 10.1073/pnas.1613910113

Ann L. T. Powell et. al., Uniform ripening Encodes a Golden 2-like Transcription Factor Regulating Tomato Fruit Chloroplast Development. Science 29 Jun 2012: Vol. 336, Issue 6089, pp. 1711-1715 DOI: 10.1126/science.1222218

科學人2008年第78期8月號。食物的外觀或氣味如何影響味覺

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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

雖然根據歷史的記載,「歸園田居」可能真的就是在他剛隱居的時候寫的(1);而在那時候,可能他的耕種技術也的確是還有待提升;不過筆者卻認為,從生物學的角度來看,「草盛豆苗稀」也不全是耕種技術的問題。

首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

在亞熱帶的台灣,夏天通常並不是植物茂盛生長的時期。為什麼呢?因為世界上90%的陸生植物是C3植物,這些植物在氣溫超過攝氏30度時,會因為光呼吸作用(photorespiration)造成水分的消耗大量上昇。C3植物(如大豆)在攝氏30度時,每抓一個二氧化碳分子就要消耗833個水(5),於是植物的生長速度就開始變慢。

不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

原來玉米與甘蔗是所謂的C4植物,它們既耐熱又耐旱,跟C3植物比較起來,在攝氏30度時C4植物每抓一個二氧化碳的分子只消耗277個水(5),所以夏天的時候,它們的生長速度ㄧ點都不受影響呢!
說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
所謂的C3、C4植物,指得是它們在光合作用上的不同。C3植物進行光合作用時,是由卡爾文循環(Calvin cycle)的酵素(RuBisCo,如圖二)直接抓取溶解在細胞中的二氧化碳,與核酮糖1,5-二磷酸(ribulose 1,5-bisphosphate,RuBP)進行反應;


而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…

孔雀秋海棠的光合作用魔術

原產於馬來西亞雨林的孔雀秋海棠(Begonia pavonina),只有在光線極弱的狀況下葉片會出現藍色。當光線夠強的時候,葉片上的藍色就不會出現了。

因為這藍色是如此的美麗,使它得到了「孔雀秋海棠」(peacock begonia)的美名。大家搶著種它,想要看到那美麗的孔雀藍;但到底為什麼要出現這美麗的孔雀藍呢?

通常我們都認為,在葉片裡面除了葉綠素以外的光合色素,都是輔助色素:在光線不夠時,幫忙吸收更多光能;在光線太強時,把多餘的能量發散。所以孔雀秋海棠的孔雀藍,是否也是一種輔助色素呢?

之前的研究已經發現,這些孔雀藍,應該是來自於被稱為虹彩體(iridoplast)的一種色素體(plastid)。虹彩體位於葉片上表皮的細胞中,為葉綠體的變體。在最近的研究發現,這些虹彩體的類囊體(thylakoids)以一種不尋常的方式排列:每疊葉綠餅(grana)由三到四個類囊體組成,厚度約為40奈米;而一疊一疊的葉綠餅之間的距離約為100奈米。


一般的葉綠體,通常葉綠餅的排列是散亂的(如圖);孔雀秋海棠的虹彩體的葉綠餅卻排得如此整齊,有什麼作用呢?

研究團隊測量了20個虹彩體,發現它們的特殊構造賦予它們反射435~500奈米的光波的能力。這個波長正好就是藍光波段的最右邊,與綠光交界的位置。這就是為什麼孔雀秋海棠是藍色的原因吧!

不過,這些虹彩體不只是會反射藍光而已。研究團隊還發現,虹彩體讓孔雀秋海棠吸收較長波的綠光與紅光的能力提升了!這對孔雀秋海棠是非常重要的,因為它們通常在熱帶雨林的地面上生長。

在熱帶雨林裡,光線都被大樹給遮住了,使得地表的光線極弱。弱到怎樣的地步呢?大約是樹冠光線強度的百萬到千萬分之一喔!而且還不只是光線變弱而已,因為雨林中的大樹們把進行光合作用所需的兩個主要波段的光(460奈米與680奈米)都吸收得差不多了,在這樣的環境下,孔雀秋海棠如果不發展出吸收一點綠光的本事,還真的會混不下去。

事實上,因為這些特殊的構造,虹彩體比一般的葉綠體進行光合作用的效率更高。研究團隊藉著測量葉綠體的螢光(葉綠體進行光合作用時,一部份的葉綠素會把吸收的光以暗紅色的螢光發射出去;所以可以藉著測量螢光了解植物進行光合作用的效率)發現,虹彩體進行光合作用的效率,比一般的葉綠體都好。不過,當光線變強的時候,虹彩體的效率就沒有那麼好了;這或許就是為何,當我們把孔雀秋海棠種在光線…

【原來作物有故事】鳳梨 漂洋過海在臺灣發揚光大

作者:葉綠舒、王奕盛、梁丞志

在台灣提到鳳梨,一定會想到鳳梨酥這代表台灣的伴手禮。但是鳳梨其實不是台灣原產的水果喔!鳳梨原產於熱帶南美洲,在哥倫布1493年的第二次航行時於瓜德羅普的村莊中發現後引進歐洲,約於16世紀中葉傳入中國;台灣則是在1605年先由葡萄牙人引進澳門,再由閩粵傳入台灣,至今已有三百多年歷史。

在台灣,鳳梨因為台語諧音「旺來」很吉利而廣受大眾喜愛,但其實鳳梨的名字是根據它果實的型態來的,因為果實的前端有一叢綠色的葉片,讓以前的人覺得很像鳳尾,加上果肉的顏色像梨,所以就取名為「鳳梨」。至於英文的名稱也是因為果實的外型像毬果、而肉質香甜,所以就被取名為「松蘋果」(pineapple)啦!其實鳳梨果實的毬果狀的外觀主要是因為鳳梨是「聚合果」,每顆鳳梨是由200朵鳳梨花集合而成的!而它的學名Ananas則是來自於圖皮語,意思是很棒的水果。

在哥倫布把鳳梨引進歐洲以後,因為它的香甜好滋味讓它大受歡迎;但是身為熱帶水果的鳳梨,在溫帶的歐洲長得並不好!為了要讓王公貴族們吃到鳳梨,十六世紀的園丁們發明了「鳳梨暖爐」:把單顆鳳梨放在由馬糞堆肥做的暖床上的木製棚架,並升起爐火來保持溫暖,好讓鳳梨這熱帶植物可以在溫帶的歐洲開花結果;世界上第一個溫室就這樣誕生了,並由此開啟了歐洲建造溫室的熱潮!

鳳梨不只是改變了歐洲,在日本人到台灣後,嚐到了鳳梨的香甜滋味,便開始推動鳳梨產業。1903年,岡村庄太郎於鳳山設置岡村鳳梨工廠,生產鳳梨罐頭;後來逐漸形成中部以員林、南部以鳳山為中心的鳳梨生產體系。在1938年時,鳳梨罐頭工廠女工竟然佔了全台灣女性勞動人數三分之一以上呢!光復以後台灣的鳳梨產業也曾在1971年登上世界第一,讓台灣被稱為「鳳梨王國」。但是後來不敵其他國家的競爭,已經由外銷罐頭改為多以內銷鮮食鳳梨為主的型態了。

從清朝、日治時代直到現在,台灣的鳳梨品系一直都一樣嗎?當然不是囉!最早的鳳梨被稱為「在來種」,後來日治時代為了製作罐頭方便,從夏威夷引進了開英種;到了1980年以後,因為罐頭外銷敵不過競爭,台灣的鳳梨改為內銷且以鮮食為主,為了挽救鳳梨產業,農改場、農試所便培育出各種不同適合鮮食的鳳梨:包括不用削皮可以直接剝來吃的釋迦鳳梨(台農4號),最適合在秋冬生產的冬蜜鳳梨(台農13號),有特殊香氣的香水鳳梨(台農11號),以及因為果肉乳白色被稱為牛奶鳳梨的台農20號等…