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【原來作物有故事】甘蔗 香甜滋味蘊藏血淚故事

十九世紀初安提瓜群島上的甘蔗農莊。圖片來源:Wiki
生活中的甘蔗

去餐廳吃飯時,桌上總會擺著許多小包的砂糖;是否好奇過這些砂糖到底是從哪裡來的呢?

答案是:甘蔗!全世界八成的糖是從甘蔗來的(另外兩成是甜菜),為了吃糖,有九十個國家都種植甘蔗!甘蔗裡面的蔗糖,也是植物主要運輸光合作用產物的形式;甘蔗是C4植物,也是目前公認進行光合作用最有效率的植物。我們現在最熟悉的甘蔗,是原產於中國的竹蔗,也就是水果攤上賣的紅皮甘蔗。除了竹蔗以外,甘蔗屬的成員還有印度甘蔗與熱帶甘蔗喔!水果攤上賣的竹蔗甜度較低、纖維較少,適合用來當作水果;用來製糖的是綠皮的熱帶甘蔗(俗稱白甘蔗),雖然甜度高,但是因為纖維很多很硬,所以不適合食用。

我們的生活中少不了糖。想像一下,果汁裡面少了糖、紅茶與咖啡裡面沒有糖,它們就會變得好酸、好苦喔!不過,隨著利用玉米澱粉製作高果糖糖漿的技術在1960年代被開發出來以後,因為高果糖糖漿使用方便(不用先溶解)、價格又便宜,現在很多飲料裡面加的糖,都已經不是蔗糖而是果糖了。

甘蔗裡的糖除了可以用作調味料以外,還可以用來發酵製作酒精,酒精也是汽車的燃料之一喔!近年來隨著石油的蘊藏量逐步下降,由甘蔗發酵產生的酒精也成為重要的生質燃料。目前全世界生產最多甘蔗的國家是巴西,其次是印度和中國;巴西種甘蔗很大一部分就是為了製作酒精給汽車使用。

甘蔗如何進入人類歷史

雖然現在我們的生活離不開糖,但是歐洲人直到十一世紀十字軍東征以後,才第一次看到甘蔗、嚐到甘蔗的甜味。在這之前,歐洲人主要用蜂蜜幫食物添加甜味。

因為歐洲人引進的甘蔗只適合在緯度較低的地方種植,早期在歐洲蔗糖可以說跟黃金一樣貴。蔗糖一開始還被認為是可以治百病的藥,因此有句用來形容一個人一籌莫展的俗語:「如同沒有糖的藥劑師」流傳下來呢!

因為甘蔗在收割後24-48小時內一定要完成榨汁、濃縮,否則就會發酵;所以在甘蔗收成的時候,需要不斷有人輪班工作。這樣辛苦的事情,要誰來做呢?

奴隸!根據記錄,葡萄牙人與西班牙人在十五世紀於加納利群島等地建立甘蔗農場時,就開始使用奴隸。等到十六世紀,發現甘蔗在中美洲長得很好後,便開始從非洲大量進口奴隸。當時的奴隸是透過所謂的「三角貿易」來到美洲的:從非洲運奴隸運到美洲、從美洲運糖與菸草到歐洲、最後從歐洲運布料、萊姆酒(糖蜜發酵的產物)到非洲交換奴隸。由於運送的過程非常不人道,從十六世紀到十九世紀,在非洲登船的奴隸人數是一千一百萬,但只有980萬人到達美洲。

到了美洲,他們的生活更悲慘。由於蔗汁要在煮漿室經過五次加熱濃縮,再處理才能製成粗糖;因此煮漿室白天的溫度高達60℃,晚上也有49℃,加上煮蔗汁的水分蒸發,真的是又濕又熱!一個奴隸在甘蔗農莊上大約只能存活十年,還不到菸草、棉花農場的一半。這樣的狀況,直到十九世紀初英國國會議員威廉‧威伯福斯與約翰‧牛頓牧師推動廢除奴隸法案後,奴隸買賣才不再合法;但美國真正廢除奴隸則要到1865年南北戰爭結束後才達成。

位於亞熱帶的台灣也適合種甘蔗。根據記錄,台灣可能從元朝就種甘蔗了;到了清朝,台灣的蔗糖佔外銷物資的三到四成,主要都銷往日本。也因此,讓日本人對台灣越來越有興趣,終於在甲午戰爭後取得台灣、建立糖廠。

雖然在1929-30年時,台灣曾是世界第四大產糖國,蔗糖也曾經連續十七年是外銷品第一名;但等到氣候更適合的巴西開始種甘蔗以後,台灣各地的糖廠便逐漸走入歷史了。

您所在的城市有糖廠嗎?去玩過嗎?日本在台灣建立的第一個糖廠是位於高雄的橋仔頭製糖工場,現在已經變成文創園區了。過年期間若有空,可以找個糖廠走走看看喔!被波斯王大流士稱為「不需蜜蜂也有蜜的蘆葦」的甘蔗,也影響了很多人呢!

(本文經編輯後刊載於2017/2/7 國語日報科學版)


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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…

老祖宗的偏方殺死多重抗藥菌

現代醫學常常對於某些偏方不屑一顧,不過最近諾丁漢大學(University of Nottingham)的微生物學家哈里森博士(Freya Harrison)決定要來試試看記載於九世紀書中的古方,發現竟然可以殺死多重抗藥菌。

這本書,Bald's Leechbook,裡面有個用來治療睫毛毛根感染的方子。這藥方是這麼製作的:

將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中烹煮九天。(詳見本文最後的更正)

研究人員發現,要重現古方其實也不容易;雖然現在也有韭菜與大蒜,但是育種使得現代的韭菜與大蒜跟九世紀的品系有所不同;即使研究人員找到了所謂的「傳統」(heritage)品種,但他們仍擔心是否還是不一樣。

公牛膽倒是比較容易,很多化學藥劑公司都販售膽鹽;另一個問題是銅鍋。銅鍋非常貴,因此哈里森博士決定把整個配方在玻璃器品中烹煮九天,但在配方中加入一片銅同煮。

九天以後配方完成。哈里森博士說,烹煮的過程中整個實驗室充滿了大蒜的味道,讓附近的人都以為他們在實驗室裡煮東西吃;九天結束時,藥膏有個恐怖的味道。

但是味道恐怖歸恐怖,哈里森博士發現它可以殺死土壤中的細菌。更好的是,它可以治療被多重抗藥性金黃葡萄球菌感染的老鼠,效果與萬古黴素(Vancomycin)相當。

接下來的工作就是要了解為何這古方有效。2005年有另一個研究團隊嘗試過同樣的方子,但沒有任何效用。唯一的差別是他們沒有煮九天。而單獨使用任何一個成分也都沒有效果。

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)

2015/10/10 更正:由於當初只有參考文獻1中的文字可供參考,而New Scientist 使用了stewing這個詞,使筆者誤以為是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中烹煮九天。」;本文中的研究於2015/8出版於mBio期刊(2),參考其中的方法發現,正確的製備過程是「將等量的韭菜與大蒜混合後搗碎,加入公牛膽與酒在銅鍋中置放九天。」。特此更正。

參考文獻:

1. Clare Wilson. 2015/3/30. Anglo Saxon remedy kills hospital superbug MRSA. New Scientist.

2.Harrison et al. (2015) A 1,000-year-old antimicrobial reme…

關於蕃薯,你知道你吃的是什麼品種嗎?

蕃薯(Ipomoea batatas)從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料,最後在養生的風潮下,再度躍上餐桌,成為美食,可有人關心過,我們吃的蕃薯是什麼品種嗎?

上面這張照片裡的蕃薯,中間的TN57與TN66,就是台農57號與台農66號,是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔!

台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種(Nancy hall)雜交育成。它黃皮黃肉,目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟,適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四~十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去,協助他們解決糧食問題呢!

至於台農66號呢,就是所謂的紅心蕃薯啦!台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出,1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣,幾乎全年皆可栽種,秋冬作五個月可收穫,春夏作四個月就可以收穫囉!

最右邊的台農73號,就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦!它是在1990年以台農62號(♂)x清水紫心(♀)雜交後,在2002年選拔出優良子代CYY90-C17,並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色,所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素,具抗氧化功用。

至於常吃的蕃薯葉,則是以桃園2號與台農71號為主,這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃,而且莖葉不易倒伏,方便農民採收喔!

如果您愛吃的是蕃薯的加工食品,如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥,其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔!

參考文獻:

蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。
行政院農委會。甘藷主題館