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【原來作物有故事】辣椒 刺激的味覺冒險

各種不同的辣椒。圖片來源:Wiki

1493年一月十五日,以為自己到了印度的哥倫布,在日誌裡寫道:「這裡有很多『aji』,也就是他們的胡椒,比黑胡椒還值錢,所有的人就只吃這個,對健康非常有益。」他找到的「比胡椒還值錢的aji」,其實是辣椒。由於哥倫布將胡椒科胡椒屬的胡椒與茄科辣椒屬的辣椒都叫做pepper,後來為了區分,將阿茲特克語的辣椒「chili」加在pepper前面,成為chili pepper;而胡椒則通常以black pepper來稱呼。 

到底為什麼哥倫布會把辣椒叫胡椒呢?有可能是因為它是辣的、也有可能是因為哥倫布認為自己找到了印度,所以在印度找到的辣的植物當然就被他以為是胡椒了。除此之外,當時歐洲人有把所有的香料都稱為胡椒的習慣,或許哥倫布只是順手這樣寫也有可能。

雖然當時辣椒沒有受到很多注意,但後來很快成為所有哥倫布在新大陸發現的植物中,最廣為被人接受、也是全世界最廣受栽培的香料植物;不像番茄、玉米、馬鈴薯,辣椒在很短的時間內便遍佈各大洲。2014年全世界新鮮辣椒產量為胡椒的七十倍,全世界最常用的調味料是鹽,第二名就是辣椒,用量為第三名胡椒的五倍。

辣椒原生於熱帶與亞熱帶美洲,可能是在現在的墨西哥與瓜地馬拉交界處馴化,公元前五千年即有種植。辣椒屬之下約有25個品種,其中有5種已經由人類栽培。這五種裡面最重要的是一年生辣椒,從完全不辣的青椒、一直到辣度為五萬到十萬、生長在美墨邊界的野生奇特品辣椒都是它的家族成員;第二種小米椒,是半馴化品種,最有名的品系是用來製造著名的「塔巴斯科辣醬」的塔巴斯科辣椒;第三種是中國辣椒,最辣的都在這裡:包括了哈瓦納辣椒以及全世界最辣的「卡羅萊納死神」(一百五十六萬九千三百度)。第四種為漿果辣椒、第五種是絨毛辣椒。

辣椒的辣度通常以「史高維爾單位」作為標準,它是在1912年由帕克‧戴維斯公司的史高維爾制訂的:以糖水稀釋辣椒萃取物,讓五個受過訓練的專家品嚐稀釋過的糖水,直到五位專家都嚐不出辣味時,這個稀釋倍數就是它的辣度。由於以人來測量會有不準確的問題,現在已改為使用儀器來測量了。

辣椒的辣來自於它含有的九種會觸發人體生理反應的「類辣椒素」化合物,其中辣椒素是最主要來源,占一般辣椒所含刺激物質的70%。所有的類辣椒素都是油溶性,因此當你不小心咬到辣椒,喝冰水並不能澆熄辣椒在口中造成的燒灼感;要喝牛奶、吃優酪乳、冰淇淋等油性物質或含脂肪的食物才有效喔。辣椒的辛辣化學物質位於辣椒的胎座(連接種子的組織),所以只要能小心的去除胎座與種子,應該可以有效的降低辣度喔。

雖然「辣」這個詞常常被使用,但是辣其實不是一種味覺;辣椒素作用在我們的TRPV1通道上,引發疼痛與燒灼感。哺乳動物的TRPV1通道對辣椒素有反應,但鳥類的不會,所以鳥兒可以吃辣椒而且不會辣到喔。原先辣椒合成辣椒素是不希望鳥類以外的生物吃它(因為鳥類可以幫它散播種子),但沒想到人類愛上了它的辣味,反而開始大量種植它,也真的是世事難料了。

雖然辣椒在清朝乾隆年間在台灣便開始種植了,還說明「種自荷蘭」;但台灣的漢人真正開始吃辣是受到二戰後移入的外省族群的影響。花蓮、台東很有名的辣椒名產「剝皮辣椒」,是將油炸過的青辣椒去除種子與外皮後,再以醬汁浸泡一至二天製成。由於多了去除外皮的過程,所以被稱為「剝皮」辣椒;但因為並未去除胎座,所以還是會辣的喔!除了剝皮辣椒外,高雄岡山以發酵的豆類(黃豆為主)拌入辣椒醬製成的辣豆瓣醬也是非常有名的。豆瓣醬最早應該是空軍士官劉明德先生於1950年開始製作,後來有更多人投入,被譽為「岡山三寶」之一。國際知名的塔巴斯科辣椒醬則是1868年由美國路易斯安納州的愛德蒙‧麥克漢尼先生將塔巴斯科辣椒泥加鹽後陳放三年,再過濾掉種子與皮後加醋放一個月(偶而會拌一拌)製成。目前每天生產七十二萬瓶,銷售到180個國家。

五十年來,世界人口僅增長2.2倍、辣椒貿易總值卻成長了25倍;到底為什麼大家這麼愛辣椒?許多研究試圖找出為什麼人會愛上辣椒的味道,甚至進一步去挑戰更辣的食物;或許,辣的感受提供了我們一種安全的刺激吧!

(本文經編輯後刊登於2017/12/19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…

【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…