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出品：科普中國

作者：楊昌佳漣，尹昕（中國科學(xué)院微生物研究所）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學(xué)最新奧秘，科普中國前沿科技項(xiàng)目推出“生命新知”系列文章，從獨(dú)特的視角，解讀生命現(xiàn)象，揭示生物奧秘。讓我們深入生命世界，探索無限可能。

金秋十月，是甘蔗即將成熟的季節(jié)。

從這個(gè)時(shí)節(jié)到次年4月，你能在南方的廣西、廣東、云南、海南等甘蔗產(chǎn)區(qū)見到大片豐收的甘蔗田，隨手買一根新鮮的甘蔗，一邊欣賞風(fēng)景，一邊感受那沁人心脾的甘甜，簡直是再美好不過的假日享受。

那么，如何讓甘蔗吃得更美味？今天，我們從科學(xué)和日常生活的結(jié)合點(diǎn)，帶你了解這個(gè)常見水果背后不為人知的故事。

甘蔗的身世之謎

說到甘蔗，可能很多人都不知道甘蔗是名副其實(shí)的“混血兒”。

為什么這么說呢？

因?yàn)槟壳案收岬闹饕耘嗥贩N幾乎都是靠雜交獲得的。甘蔗屬（Saccharum）中一共有6個(gè)種，包括2個(gè)野生種：大莖野生種（S.robusfum）和細(xì)莖野生種（又稱割手密，S.spontaneum）； 4個(gè)原始栽培種：熱帶種（S.officinarum）、中國種（S.sinense）、印度種（S.barberi）和食穗種（S.edule）【1】。不同的甘蔗種，其起源中心不同。其中，熱帶種和大莖野生種起源于南太平洋島國新幾內(nèi)亞一帶；印度種和細(xì)莖野生種則起源于印度地區(qū)；中國種則起源于中國的華南和云南地區(qū)【2】。

由于甘蔗依靠不同種之間的雜交獲得，其“血統(tǒng)”來源混亂而又復(fù)雜，因此對甘蔗起源的主流假說有新幾內(nèi)亞起源說、印度或孟加拉地區(qū)起源說以及中國起源說這三種【3】。

這些地區(qū)的氣候適合甘蔗的生長，早在四千年前，當(dāng)?shù)氐耐林用窬烷_始種植和利用甘蔗。據(jù)季羨林在《糖史》中考證，印度蔗種于公元6世紀(jì)從印度傳入波斯，由于阿拉伯的擴(kuò)張，傳至地中海地區(qū)；到了15世紀(jì)，隨著葡萄牙和西班牙的殖民擴(kuò)張，又傳至馬德拉島、佛得角群島、圣多美島和西非；在1493年哥倫布第二次遠(yuǎn)航時(shí)，印度蔗種來到了新大陸，后隨著葡西兩國的擴(kuò)張，迅速傳遍了新大陸，傳擴(kuò)的西面終點(diǎn)是秘魯；盡管澳大利亞與新幾內(nèi)亞（甘蔗大莖野生種和熱帶種的發(fā)源地）相隔只有幾百英里寬的托雷斯海峽，但直至1788年印度蔗種才傳至澳大利亞【4】。

后來，不同的甘蔗種也隨著人類的遷徙與貿(mào)易活動(dòng)，逐漸傳播到其他地方，最終成為全球廣泛種植的糖料作物。

甘蔗中國種（S.sinense）的代表原始種是竹蔗，主要分布在中國華南、華中和西南三大蔗區(qū)，在1953年之前是中國的主栽品種。盡管竹蔗中有個(gè)“竹”字，甘蔗與竹子在外觀上也有相似之處，比如它們都有節(jié)狀的莖干，且都屬于高大的禾本科植物，但它們并不是同一家族成員。

甘蔗屬于禾本科（Poaceae）的甘蔗屬（Saccharum），跟水稻、玉米、高粱等作物是“遠(yuǎn)房親戚”，而竹子則屬于禾本科的竹亞科（Bambusoideae）【7】。兩者同屬禾本科大家庭，但甘蔗和竹子在生態(tài)習(xí)性、用途和內(nèi)部結(jié)構(gòu)上有顯著差異。甘蔗的主要特征是它的莖干富含汁液，這些汁液富含蔗糖，是甘蔗作為制糖作物的核心價(jià)值所在。而竹子的莖干則主要由纖維組成，缺乏豐富的汁液，更多被用作建筑材料、手工藝品、甚至食品（如竹筍）。因此，雖然甘蔗和竹子長得像“親戚”，實(shí)際上它們在分類上屬于不同的分支，功能和用途也完全不同。

中華古籍中的甘蔗

古代甘蔗傳入中國的歷史可以追溯到周朝周宣王時(shí)期【3】，主要通過南方的貿(mào)易和文化交流進(jìn)入中國。先秦時(shí)代的“柘（讀作zhè）”字代表的就是甘蔗。據(jù)李治寰在《中國食糖史稿》中考證，戰(zhàn)國時(shí)期的《楚辭·招魂》中提到“柘漿”，漢代《漢書·禮樂志·郊祀歌》的“柘漿”，以及漢代司馬相如所著《子虛賦》中出現(xiàn)的“諸柘”等都是我國甘蔗栽培的證據(jù)【5】，并且甘蔗已經(jīng)不僅限于咀嚼，而是加工成蔗漿了；到了漢代出現(xiàn)了“蔗”字，就已經(jīng)和我們現(xiàn)代的用字相同了【6】。東漢時(shí)期的《神農(nóng)本草經(jīng)》中，甘蔗被認(rèn)為具有一定的藥用價(jià)值，可以潤燥止渴。

甘蔗的甜味不像水果那樣明顯，因?yàn)樗耐馄?jiān)硬，必須去皮后才能嚼出汁液。有一種推測認(rèn)為，當(dāng)時(shí)人們可能在砍伐甘蔗莖桿或利用其作為建筑材料時(shí)，無意間啃咬了暴露在外的嫩莖，才嘗到了其中的甜汁。

東漢班固在《漢書》中記載了“榨汁曝?cái)?shù)日成飴”，西晉嵇含在其所著的《南方草木狀》中說:“諸蔗一曰甘蔗，交趾所生者，圍數(shù)寸，長丈余，頗似竹。斷而食之，甚甘。榨其汁，曝?cái)?shù)日成飴,入口消釋,時(shí)人謂之石蜜?！备鶕?jù)這些文獻(xiàn)記載，古人很早就掌握了甘蔗栽培和加工甘蔗制品（糖漿）的方法【2】。

而關(guān)于中國蔗糖的制作始于何時(shí)，不同的學(xué)者有不同的觀點(diǎn)，季羨林先生認(rèn)為應(yīng)該是始于三國魏晉南北朝到唐代之間的某一個(gè)時(shí)代，至少在后魏以前【6】。到了唐宋時(shí)期，甘蔗的種植技術(shù)進(jìn)一步推廣，宋代王灼撰寫了中國最早的制糖專著《糖霜譜》，蘇軾和黃庭堅(jiān)也在詩文中提到了“糖霜”和“蔗霜”等。明末清初宋應(yīng)星在《天工開物》中的“甘嗜”一卷中系統(tǒng)地介紹了甘蔗從“蔗種”、“蔗品”、“造糖”、“造白糖”、“造獸糖”等整個(gè)流程。不過真正將甘蔗用于大規(guī)模工業(yè)化制糖是后來的事情了。

甘蔗的結(jié)構(gòu)：哪里更甜？

甘蔗的主要結(jié)構(gòu)包括外皮、莖節(jié)、髓部。每個(gè)部分在甘蔗的生長和我們品嘗它時(shí)都扮演著重要角色。甘蔗的外皮非常堅(jiān)硬，起到保護(hù)甘蔗內(nèi)部的作用。雖然看起來光鮮亮麗，但它不能直接食用，通常需要用刀削去。削開外皮后，我們會(huì)看到甘蔗的莖節(jié)。甘蔗的莖節(jié)非常明顯，每一節(jié)之間相對較長的部分儲(chǔ)存著大量的汁液，是人們最喜歡嚼食的部分。在莖節(jié)的內(nèi)部，是甘蔗的髓部，這是甘蔗的核心部分，富含水分和糖分。當(dāng)我們嚼甘蔗時(shí)，從髓部中獲取甘蔗汁，甘蔗汁中富含蔗糖，正是這些糖分讓甘蔗吃起來如此甜美。

有趣的是，甘蔗的甜度并不是均勻分布的。

通常，甘蔗的底部比頂部更甜。這是因?yàn)樵诟收嵘L過程中，糖分是通過光合作用生成的，并從頂部向下運(yùn)輸和儲(chǔ)存。因此，靠近根部的底部甘蔗積累了更多的糖分，吃起來會(huì)更甜。一般在生產(chǎn)上，甘蔗成熟的季節(jié)，相關(guān)檢測人員會(huì)用錘度計(jì)來測量甘蔗上部、中部和下部不同節(jié)間的汁液密度，以此換算成含糖量。如果上部比下部的糖分少很多，則甘蔗還未完全成熟，需要再等待一些時(shí)日；如果上部和下部差異不大時(shí)，則甘蔗已經(jīng)完成了糖分積累，完全成熟了，可以用于制糖了。

此外，甘蔗如果在成熟后不能及時(shí)收獲，或收獲后未及時(shí)處理，甘蔗也會(huì)發(fā)生“退糖”即甘蔗糖分降低的現(xiàn)象。這是由于甘蔗的節(jié)上長有芽，每個(gè)芽都能長成新的甘蔗苗，這也是甘蔗無性繁殖的主要方式，如不及時(shí)處理，甘蔗莖中儲(chǔ)存的糖分又用于甘蔗芽的生長了，甘蔗莖自然就不如之前那么甜了。

“同蔗不同命”：果蔗與糖蔗的區(qū)別

甘蔗分為兩大類：一種是我們直接啃食的果蔗，另一種是用來提煉糖分的糖蔗。果蔗高大粗壯，口感清脆細(xì)膩，纖維含量相對較低，汁水豐富，甜味適中，主要作為水果食用，不適宜用于制糖；而糖蔗相比于果蔗則顯得更為“纖細(xì)”，纖維粗硬，抗倒伏能力較強(qiáng)，糖分含量高，適合用來提煉制糖。這種“同蔗不同命”的情況是甘蔗自然分化和人為選育共同作用的結(jié)果【8】。甘蔗起源于熱帶地區(qū)，經(jīng)過長時(shí)間的自然進(jìn)化，在不同氣候、土壤條件下出現(xiàn)了不同的變種。而隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，人類發(fā)現(xiàn)不同甘蔗的特性差異，并通過雜交、篩選、育種等手段，專門選育出了更適合生吃和制糖的兩類甘蔗。

功能多樣的甘蔗

除了當(dāng)水果和制糖，甘蔗還有許多用途，可謂渾身是寶。蔗梢可以留種栽培，蔗葉粉碎后可以還田改良土壤，蔗根性涼可以入藥。

蔗渣是制糖工業(yè)的主要副產(chǎn)物，每生產(chǎn)1噸蔗糖，就會(huì)產(chǎn)生2-3噸蔗渣，而蔗渣中40%-50%為纖維素，25%-30%為半纖維素，另外還有木質(zhì)素、蛋白質(zhì)等成分，這些都是可以被循環(huán)利用的寶貴資源。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，蔗渣在動(dòng)物飼料生產(chǎn)、可生物降解制品生產(chǎn)、制漿造紙、生物質(zhì)燃料開發(fā)等方面都獲得了高價(jià)值的綜合利用【9】。

制糖的另一副產(chǎn)物糖蜜也可以制酒精、飼料添加劑等。國際上以甘蔗汁或糖蜜為原料生產(chǎn)的蒸餾酒命名為“朗姆酒”。

甘蔗也可以作為乙醇的生產(chǎn)原料，成為生物燃料能源，助力生物能源產(chǎn)業(yè)。甘蔗不僅美味，還為我們的日常生活提供了許多便利。

怎樣才能挑到又甜又好吃的甘蔗呢？

首先，選擇甘蔗時(shí)應(yīng)看其外皮，好的甘蔗外皮光滑、顏色鮮亮，黑色或青綠色為佳。

其次，注意甘蔗節(jié)間的長度，節(jié)間長的甘蔗通常汁水更多。

最后，輕輕掐一掐，甘蔗皮較硬但不干癟的比較新鮮。而如果甘蔗表皮出現(xiàn)了發(fā)霉、發(fā)黑的斑點(diǎn)，或者斷面呈現(xiàn)黃色或豬肝色，散發(fā)霉味，咬一口帶酸味或酒糟味，就要小心了，這樣的甘蔗很可能已經(jīng)變質(zhì)，可能含有毒素，切記不可食用。

帶上這些挑選甘蔗的小技巧，盡情享受大自然饋贈(zèng)的甘甜滋味吧！在享受甘蔗的美味時(shí)，你也正與科學(xué)不期而遇，感受到農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步帶給我們的便利與美好生活。

（注：文中拉丁文部分應(yīng)為斜體）

參考文獻(xiàn)：

1.董廣蕊，石佳仙，侯藹玲，張積森. (2018). 甘蔗基因組研究進(jìn)展. 生物技術(shù)， 28(3)：296.

2.闕友雄 等著.（2023）.《甘蔗和糖的那些事》.中國農(nóng)業(yè)出版社.

3.張積森 主編. (2024). 《糖與文明：甘蔗如何塑造了我們的世界》. 科學(xué)出版社.

4.季羨林.(1998). 《季羨林文集：糖史（二）》.江西教育出版社.

5.李治寰. (1990). 《中國食糖史稿》. 北京農(nóng)業(yè)出版社.

6.季羨林.(1998). 《季羨林文集：糖史（一）》.江西教育出版社.

7.Soreng, R.J., Peterson, P.M., Romaschenko, K., Davidse, G., Zulonga, F.O., Judziewicz, T.S., Filgueiras, T.S., Davis, J.I. & Morrone, O. 2015. A worldwide phylogenetic classification of the Poaceae (Gramineae). Journal of Systematics and Evolution 53: 117–137.

8.James, G. L. (2004). Sugarcane. Blackwell Publishing.

9.Rein, P. (2012). Cane Sugar Engineering. Bartens.

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