跳到主要內容

【原來作物有故事】喚醒世界的咖啡

盛開的阿拉比卡咖啡樹。圖片來源:Wiki

生活中的咖啡

大家喝過咖啡嗎?就算沒喝過咖啡,也知道咖啡有提神的效果。有些人每天早上、中午都要喝一杯咖啡,否則就沒有精神;有些人喝不加糖也不加奶精的黑咖啡、有些人喝加很多糖與牛奶的拿鐵、還有人喝好濃好苦的濃縮咖啡!全世界每天喝掉22.5億杯咖啡,如果不算十四歲以下的人,相當於平均每2.4個人就有一個人喝咖啡喔!

受到很多人喜愛的拿鐵,其實早在十七世紀末就發明了。1683年鄂圖曼土耳其攻打維也納失敗,跟著軍隊到歐洲的科奇斯基卻留下來開了咖啡館:歐洲第一家咖啡館「青瓶」就這樣誕生了。由於歐洲人喝不慣黑咖啡,科奇斯基便把糖與牛奶加到咖啡裡面,拿鐵就這樣誕生了!

咖啡是咖啡樹的果實,目前最受歡迎的咖啡來自於阿拉比卡咖啡樹(Coffea arabica),但還有另一種咖啡樹「羅布斯塔」(Coffea robusta)喔!羅布斯塔咖啡豆味道比較酸,但是它抗病力強、容易栽培,所以現在世界上有三成的咖啡豆來自於羅布斯塔咖啡樹。

原產於衣索比亞的咖啡,隨著戰爭很快的風靡歐洲;當時還有歐洲的飲料商,為了怕咖啡奪走他們的生意,結合教士請求教宗克萊蒙八世頒佈對咖啡的禁令。沒想到教宗在飲用後卻迷上了咖啡,不願意頒佈禁令!後來在1777年,腓特烈大帝因為擔心大家喝太多咖啡會造成國家財富外流,也頒佈禁令並對咖啡課以重稅;甚至還在四年後將咖啡豆的烘焙權收歸國有,並組成咖啡驅逐隊,上街「聞香」揪出違反禁令者;但所有的這些行動,都沒辦法讓歐洲人離開咖啡!藝術家們如伏爾泰、巴哈、貝多芬都是咖啡的粉絲呢!巴哈還寫了「咖啡清唱劇」,描述迷上咖啡的女兒懇求父親讓她每天喝三杯!

咖啡如何進入人類歷史

在十五世紀以前,咖啡在阿拉伯世界只有僧侶與醫生才可以飲用,幫助僧侶們在修行時可以保持清醒。十七世紀咖啡進入歐洲以後,很快與茶一起取代了麥酒成為歐洲人的飲料。咖啡讓歐洲人醒過來,從此歐洲的文明開始迅速發展。

很快的,咖啡館成為歐洲人聊天與交換情報的地方。英國人暱稱咖啡館為「便士大學」,因為只要花幾個便士買一杯咖啡,就可以在裡面聽到許多寶貴的知識。如:倫敦的勞合咖啡館是航運人士聚集的場所,他們在這裡交換市場情報、做生意,後來就成了世界知名的「勞合保險社」。巴黎的普羅可布咖啡館因為在法蘭西喜劇院對面,也很快成為重要的社交場所。

人們在咖啡館裡面除了聊天,也批評政府;1675年12月,英王查理二世曾企圖下令關閉所有的咖啡館,卻引發暴動,不得不取消。後來,在法國大革命時重要的角色馬拉、羅伯斯比、丹頓與德穆蘭也常出入普羅可布咖啡館。其中,德穆蘭也常去福伊咖啡館,並在裡面發表演說;他在1789年7月發表的演說,開啟了法國大革命!美國的獨立革命也是在波士頓的「青龍咖啡館」裡面策劃的:其實美國人本來是喝茶的,在印花稅法以及茶葉稅事件以後,使美國人對英國產生不滿,到了1773年波士頓茶黨事件後,美國人就開始喝咖啡不喝茶了。

台灣在光緒十年就開始種咖啡,到日治時代,台北已經有好幾家咖啡館,包括波麗路餐廳與天馬茶房。波麗路餐廳現在還在,是台北市的歷史建築;天馬茶房從日治時代到台灣光復,一直是臺北知識文人活動的重要場所;後來的「二二八事件」就是在天馬茶房的外面爆發的。誰也想不到這小小一顆咖啡豆,因為裡面所含的咖啡因可以讓人保持清醒,竟然影響了這麼多個國家!

(本文編輯後刊載於國語日報科學版)


留言

這個網誌中的熱門文章

【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

後來在花蓮當老師時,發現學校餐廳夏天有時會出現一種特別的蔬菜湯:裡面有黃色果肉、白色種子的「菜」。在地的同事告訴我,那叫做「巴吉魯」,也就是麵包樹的果實。

花蓮的夏天總是不缺「巴吉魯」,不只市場裡有賣、有些人家的院子裡就有麵包樹。在地的朋友說,成熟的果實削皮切塊加點小魚乾煮湯很好喝,長不大的果實(雄花花序)用來燃燒驅蚊,據說比蚊香還有效。

麵包樹是桑科波羅密屬的多年生大型喬木,花為單性花,雌雄同株;果實是由30-68朵雌花所形成的多花果。麵包果通常在採收後五天到一週內食用最好吃,如果冷藏可以保存二到三週。

目前的研究認為麵包樹源自大洋洲新幾內亞、馬來半島、與西密克羅尼西亞。台灣的麵包樹原生於蘭嶼。在蘭嶼,麵包樹稱為“chipogo”,達悟族人用於製作船首、船尾板、坐墊,及住屋用的宗柱、主屋之踏腳板與木笠、木盤等用具,而分泌的乳白色汁液具黏性,可以當作粘接劑。

達悟族較少食用麵包果,倒是台灣東部的阿美族與太魯閣族經常拿麵包果來吃;不過太平洋群島上最常見的吃法應該是將麵包果放在鋪了葉片的坑洞內發酵成可以放二、三年的「果醬」。由於太平洋群島夏季常有颱風,這些「果醬」對各地原住民們是颱風後很重要的緊急糧食。既然麵包樹這麼重要,「南島語族」(包括台灣的原住民)不論坐船到哪裡,總是帶著麵包樹的種子。所以,麵包樹在太平洋各群島上是常見的風景。

第一個看到麵包樹的歐洲人應該是十六世紀末到十七世紀初的葡萄牙航海家佩得羅‧費爾南德斯‧德‧基羅斯。比他晚將近一百年的英國航海家威廉‧丹皮爾船長,他提到麵包樹的果實可以烤來吃。

到了十八世紀,麵包樹突然搖身一變成了「神奇糧食」。到底發生了什麼事呢?原來在1769年與庫克船長乘「奮進號」的英國植物學家班克斯爵士在大溪地看到了麵包樹,因為麵包樹的果實約有四分之一為澱粉、在熱帶地區又長得很好,使班克斯認為麵包樹可能是解決英國在牙買加殖民地奴隸營養問題的解答。於是在1787年,英國皇家科學院派遣邦迪號前往大溪地收集麵包樹帶到加勒比海群島種植。為了這個目的,船上還有一位隨船的植物學家大衛‧尼爾森。

原訂於8月16日出發的邦迪號,因為一連串的延遲,最後終於到了大溪地、收集了足夠數量的麵包樹以後,卻在因為船長布萊一路…

通風報信的植物

植物受傷時會有什麼反應?過去的研究讓我們瞭解,當植物被攻擊(受到病原菌感染、受傷)時,會釋放出揮發性有機物質(VOCs,Volatile Organic Compounds),讓自己以及附近的植物啟動防禦機制。這個作用有點像古代的烽火臺,當敵人來襲就燒起狼煙,附近的人看到狼煙就知道這裡出事了,要加強戒備。

不過,當附近的植物感應到VOCs時,它們會如何加強自己的防禦機制呢?過去的實驗發現,當植物的地上部位受到病原菌感染時,會傳遞信號給自己的根,接著根部的鋁活化蘋果酸運輸蛋白(ALMT1,aluminum-activated malate transporter)便會活化後釋放蘋果酸(malate)到土壤中來召喚枯草桿菌 UD1022(Bacillus subtilis UD1022)這隻植物的益菌。這些現象是否不僅僅發生在苦主、也發生在附近的植物身上呢?

康納(Connor Sweeney)和他在德拉瓦大學的指導教授,最近發現:不只是受傷的植物本身會進行這些防禦機制、附近的植物也會呢!

康納是德拉瓦州(Delaware)的高中生。他因為對科學有興趣,寫了e-mail給德拉瓦大學(University of Delaware)的白斯教授(Harsh Bais),表達希望能進他的實驗室學習。當白斯老師回信說「OK」的時候,康納高興得不得了。

於是他就開始了他的實驗室生活:下課後、週末以及暑假,康納都在白斯老師的實驗室裡種阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)。雖然他也是高中的游泳校隊,但他盡可能地投入時間作實驗。

成果是豐碩的。兩年後,康納在白斯教授的指導下,解出了植物接到鄰居的「狼煙」以後,接下來做了什麼;他們的成果發表在2017年的「植物科學前鋒」(Frontier in Plant Science)期刊上。

以一個高中生來說,這可是個非同小可的成就;康納不只是付出了許多努力,他也細心觀察每一個實驗。因為他夠細心,所以才沒有錯失了重要的發現。

這個重要的發現是什麼呢?有一天他如常地進行實驗:把一株阿拉伯芥用鑷子弄了幾個傷口,準備明天觀察它的反應。不同的是,這次旁邊有一株阿拉伯芥沒有被他弄傷。

第二天他看到了令他不敢相信的結果:旁邊的阿拉伯芥的主根變長、而且還長出了不少側根。

於是他們做了更多測試。他們發現:旁邊有受傷的伙伴的小芥們,主根生長的速度大約…

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…