几千年来,甜味一直是人类饮食文化中最美好也最珍贵的味道之一。无论是满足口腹之欲,还是调和酸苦、用作药物,它都是最引人入胜的一部分。

提到它,我们往往会想到糖类。自然界中的糖类其实并不少见,只是它们多数以淀粉等多糖的形式存在,并不能直接带给我们甜味。而能使人愉悦的糖——通常是单糖和双糖,在自然界中十分罕见。在人类历史的早期,人们通常只能从野果和蜂蜜中一窥甜的美妙。

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单糖(葡萄糖)、双糖(麦芽糖)和多糖(淀粉)的结构(图片来源:参考文献[1],有改编)

制糖植物:早期糖的来源

制糖植物:早期糖的来源

如今的糖已不再珍贵,甚至有过量的风险。当我们品尝美味的糖果、享用甜美的点心或者调制一杯甘醇的饮料时,很少有人会想到这些甜蜜的享受背后隐藏着一个古老而精密的过程。

这个过程的关键角色是被百炼成甜的制糖植物。它们在人类食品历史中扮演着至关重要的角色。

从古老的麦芽,到亚洲的甘蔗、欧洲的甜菜,再到美洲的玉米,制糖植物的多样性令人叹为观止。它们的栽培和加工方式各异,但都共同贡献着这个世界上最受欢迎的食品之一——糖。

这些植物不仅提供了甘甜的味道,还在经济、文化和社会方面发挥了深远的影响。

生活中的糖(图片来源:Pexels,Pavel Danilyuk摄)
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生活中的糖(图片来源:Pexels,Pavel Danilyuk摄)

中国的饴糖(麦芽糖)被认为是世界上最早的糖。《诗经·大雅》中记载有“周原膴膴(wǔ),堇(jǐn)荼如饴”的诗句,称赞周朝的土地肥美,种出的堇菜和苦苣像饴一样甜。

这里的“饴”,指的就是饴糖。人们将淀粉类食材和麦芽混合浸泡,利用小麦发芽时的淀粉酶,将淀粉部分水解为麦芽糖和葡萄糖,再熬煮浓缩成粘稠状,成为“饴”。直到今天,饴糖仍然是很多人喜爱的食品。

饴糖(图片来源: Flickr, Robin摄)
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饴糖(图片来源: Flickr, Robin摄)

甘蔗制糖的兴起

甘蔗(Saccharum officinarum)被认为是糖的最早来源之一。它极高的产量和蔗糖含量是其被选中为制糖植物的原因,这也得益于它精妙的光合作用系统。

植物的主要光合作用类型可以分为碳三(C3)、碳四(C4)和景天酸代谢三种,约95%的植物都是C3植物,后两种则是植物在C3途径的基础上,为适应热带地区的气候特征演化而来。

C4植物可以使用更少的水,更高效地固定空气中的CO2,尽管这需要消耗额外的能量,但热带地区强烈的光照足以弥补这一点,光合作用产物相较于C3植物大大提高。常见的C4植物有甘蔗、玉米和高粱等。

甘蔗(图片来源:参考文献[2])
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甘蔗(图片来源:参考文献[2])
C4植物光合作用(图片来源:维基)
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C4植物光合作用(图片来源:维基)

使用甘蔗制糖的历史可以追溯到公元前四世纪,当时甘蔗种植已在印度次大陆蓬勃发展。印度的古代文献中就提到了甘蔗汁提取蔗糖的制作方法。不久之后,甘蔗制糖法传播到中国、波斯和地中海地区,并在各地独自发展,糖成为一种宝贵的资源。

《天工开物》中记载的黄泥水淋糖澄清法(图片来源:参考文献[3])
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《天工开物》中记载的黄泥水淋糖澄清法(图片来源:参考文献[3])

在此后的很长一段时间,糖是权贵和富商之间的奢侈品。它的制作过程相当繁琐,需要从甘蔗中提取汁液,然后经过多次煮沸、结晶和干燥。因此,糖在这个时期的价格极高,只有少数人能够享用。

欧洲探险家的远航,使甘蔗的种植在新大陆开始传播。在美洲,特别是加勒比海地区,糖的生产成为奴隶贸易的一个关键因素。奴隶被强迫在殖民地的种植园从事艰苦的甘蔗种植和制糖工作,为欧洲输送大量的糖。

这一时期,在从欧洲出发,经非洲到美洲,最后返回欧洲的航路被称为“三角贸易”,其中欧洲制成品、奴隶和糖构成了三个重要的交易要素

黑奴与甘蔗种植(图片来源:维基,Henri Georgi摄)
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黑奴与甘蔗种植(图片来源:维基,Henri Georgi摄)
三角贸易(图片来源:作者自绘)
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三角贸易(图片来源:作者自绘)

到了18世纪,随着工业革命的兴起,糖的生产变得更加现代化和高效。机械压榨甘蔗汁和化学制糖技术的发展,降低了糖的生产成本,使制糖行业逐渐兴起,各种糖果和甜点开始在普通百姓中流行起来。

蔗糖供应“卡脖子”与甜菜制糖

甘蔗虽好,却是一种对气候要求很高的植物。在全球商品正常流通的时候,它优异的产量和相对简便的生产方法促使它成为了全球制糖业的首选。但在某些特殊时期,蔗糖的主要生产地与主要消费地之间漫长的距离就成了难以逾越的鸿沟。

十九世纪初,英国与法国之间的关系变得紧张,海外殖民地生产的蔗糖无法运抵。随着蔗糖运输困难,整个欧洲大陆都陷入了“糖荒”。欧洲不得不开发新的植物来生产糖这一重要的战略物资。

于是,甜菜制糖应运而起。

甜菜(Beta vulgaris)是一种原产于欧洲的两年生苋科(Amaranthaceae)甜菜属(Beta)植物,最早在东地中海地区栽培。与适应热带生长的甘蔗不同,甜菜是C3植物,更适宜在较为寒冷的欧洲本土种植。

在第一年的营养生长阶段末期,甜菜长出储存糖分的块茎,它的含糖量经过选育,在成熟时能接近甘蔗的水平,是优秀的制糖原料。它的制糖生产原理和方法与甘蔗制糖区别很小,所以在欧洲快速发展。

因此,甜菜制糖成功得以保留和发展,至今仍然是温带地区最主要的蔗糖来源。

甜菜(图片来源:维基,Evan-Amos摄)
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甜菜(图片来源:维基,Evan-Amos摄)

玉米制糖的发展

玉米制糖的发展

然而,欧洲的甜菜制糖业再后来也遭受重创,蔗糖的商路也不再畅通,世界再次寻求新的糖类来源,这一次应运而起的植物,是玉米(Zea mays)。

玉米(图片来源:参考文献[2])
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玉米(图片来源:参考文献[2])

19世纪末期,美国企业就已经开发出利用玉米淀粉经酸水解生产玉米糖浆的方法,并以其低廉的价格在市场中占有了一席之地,但此时的玉米糖浆由于工艺原因,甜度较低,杂质较多,风味也比较差。

当时蔗糖短缺使玉米加工的利润飞涨,在金钱的刺激下,生产商不断扩产投资,并改进技术,玉米加工业取得了长足的发展,并维持住了扩张的势头。

美国玉米糖浆广告(1917)(图片来源:维基)
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美国玉米糖浆广告(1917)(图片来源:维基)

1967年,高果糖玉米糖浆(High Fructose Corn Syrup, HFCS)于美国成功实现了商业化生产,起初它的果糖含量只有15%,但在次年就成功提升至42%,其产品被称为HFCS-42,它的甜度与蔗糖相当。

到了20世纪70年代,新技术的使用成功制造出了果糖含量高达90%的玉米糖浆,而目前使用最广泛的HFCS-55,就是由这两种产品掺和而来。如今,你可以在各类饮料中品尝到它的美味。

其他制糖植物

其他制糖植物

除了甜菜和玉米,有些地区也会用其他植物来制糖,砂糖椰子(Arenga pinnata)就是东南亚传统的制糖植物。它是棕榈科(Arecaceae)桄榔属(Arenga)的植物。使用它制糖的方法十分独特,当地人将它未成熟的花序轴割开,褐色的糖浆就会从中流出,可以直接用于制作椰子糖。一些其他棕榈科植物也可以用类似的方法制作椰子糖。

砂糖椰子(图片来源:参考文献[4])
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砂糖椰子(图片来源:参考文献[4])
工人割开砂糖椰子的花序轴,获取糖浆(图片来源:参考文献[17])
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工人割开砂糖椰子的花序轴,获取糖浆(图片来源:参考文献[17])

此外,使用甜高粱(Sorghum bicolor 'Dochna')制糖也是二战后各国逐渐兴起的研究方向。但甜高粱糖浆中的杂质较难去除,且结晶比较困难,目前主要作为制作酒精等下游产物的原材料。

甜高粱(图片来源:维基)
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甜高粱(图片来源:维基)

甜蜜的负担

甜蜜的负担

随着糖的生产量节节攀升,很多国家和地区的人们逐渐陷入了糖类摄入过剩的烦恼。糖对我们的味蕾来说是一种天赐的甘美,但糖类的过量摄入,使健康问题,如肥胖、糖尿病和心血管疾病等随之而来。

世界蔗糖产量(2019) 单位:吨(图片来源:AtlasBig.com)
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世界蔗糖产量(2019) 单位:吨(图片来源:AtlasBig.com)

为了寻求一种既能满足味觉需求,又不会对健康造成负面影响的替代品,代糖成为了备受研究和广泛应用的食品成分。

起初,代糖多由化学合成获得,如糖精和安赛蜜。但这些代糖的风味往往不太自然,为了改善风味,植物中的天然代糖成为了代糖研究的重要方向,如木糖醇、赤藓糖醇、甜菊糖苷和阿洛酮糖等。

结语

结语

从达官贵人专享的奢侈品,到寻常百姓的心头好;从治病救人的良药,到健康风险的来源,糖与人的关系复杂而密切,制糖植物的命运也随之变动。

无论是野果蜂蜜,还是饴糖蔗糖,或是玉米糖浆,人类认识、开发与利用植物的禀赋,又深刻影响着植物的传播、生长和分布。

制糖植物与人类的故事贯穿了历史与现在,谱写在每一口甜蜜的味道背后,它必将继续演绎下去。或许将来,人类又会从某种植物上获取新的灵感,并将它百炼成甜,创造出新的传奇。

参考文献

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注:文中拉丁文应为斜体

出品:科普中国

作者:小白(中国科学院植物研究所)

监制:中国科普博览

审核:陈文俐(中国科学院植物研究所)

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