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蜂蜜中的糖分來源及其區別
象所有市售的天然糖類一樣,蜂蜜的糖分是由綠色植物產生的。綠色植物吸收水和二氧化碳,利用從太陽光獲得的能量,通過光合作用制造糖分和產生氧氣本文將討論這些糖分是在什么地方、怎樣產生和變化的也將順便敘述一種至少在美國能把蜂蜜的糖分與其它大多數含糖物區別開的反應。

1 光合作用和巴沙姆--本森--卡爾文循環

光合作用的初期反應發生在葉內稱為葉綠體的亞細胞細胞器中。這些薄壁結構直徑約為l0 微米,含有使葉子呈綠色的各種色素。綠色的葉綠素和黃一紅色的類胡蘿卜素能吸收太陽光,并利用一部分光能把水分解成為氫和氧原子。在一個復雜的化學過程中,氧氣被釋放到大氣中,而將氫暫時儲存起來,同時,一部分太陽光能被轉變成化學能。化學能相信存的氫可促進二氧化碳的吸收,所以在后面這步反應中再無需光照為能量。為紀念20世紀40年代末、50年代初在伯克利梅爾文卡爾文實驗室發現該過程的發現者們,又稱為巴沙姆--本森--卡爾文循環。由于這項發現使卡爾文獲得了諾貝爾獎金。而該循環副產物--磷酸甘油酸既可用于產生D-葡萄糖磷酸脂隨后在葉綠體內形成淀機又可以從葉綠體輸送到植物體的細胞中。在植物細胞里,它能逐步被轉變為蔗糖,爾后從葉細胞再輸送到植物體的其它部位去。

2 C3植物和C4植物

巴沙姆--本森--卡爾文循環似乎適用于所有植物。然而,某些植物尤其是玉米和甘蔗卻有一個額外的預備階段。只具備巴沙姆--本森--卡爾文循環的植物叫C3植物,因如果把放射性的二氧化碳(標記在碳上)提供給這類植物,則能被離析出的、具有放射性標記的初始化合物是三碳的磷酸甘油酸。

到20世紀60年代未期,科恃斯克等人研究發現:給甘蔗及玉米提供有放射性標記的二氧化碳,其初始化合物是四碳的草酰乙酸。 因此將這些植物稱為C4植物。C3植物和C4植物在新陳代謝方面(包括C4植物額外的預備反應)的這種差異是非常重要的這是由于一種稱為同位索濃縮這個引人注目的現象所致。這種現象將在下面加以討論。

3 蔗糖在植物體內與在商業上的功用

我們知道, C3植物成熟的葉細胞及C4植物的維管束鞘細胞都能產生蔗糖,且能被輸送到植物的各個部位。實際上,蔗糖及其少數衍生物是植物體內碳和能量從光合組織輸送到諸如根這類不行光合作用的組織的主要形式。當蔗糖及其衍生物被植物體內其它組織所吸收時,它們通常分解成D-葡萄糖和D-果糖,而D-果糖往往被導構成D-葡萄糖,D-葡萄糖可被進一步轉化成淀粉。玉米含有豐富的淀粉,淀粉在工業上可被轉化成葡萄糖,還可近一步生產成高果糖糖漿,這樣玉米糖漿成 為商業上又一種非常重要的食用糖。

4 花蜜

蔗糖也被輸送到蟲媒植物的蜜腺去,因此蔗糖作為花蜜被分泌出來。顯然,蜂蜜是花蜜濃縮了的形式。因花蜜分泌量甚微,所以很難對它進行分析。從不同的花獲得的花蜜所含的糖及臺水的比例都不一樣。花蜜經蜜蜂采集并濃縮成蜂蜜后,幾乎所有的蔗糖部分解成葡萄糖和果糖,在成熟蜜中蔗糖含量通常只有 1%。蜜蜂在花蜜中加入幾種酶,其中最重要的是轉化酶。 它之所以叫轉化酶是因為在蔗糖分解的過程中,右旋的(+)蔗糖被它轉化為右旋的D(+)葡萄糖和左旋的D(-)果糖的混合物。由于D(-)果糖的左旋性比D(+)葡萄糖的右旋性強,所以等量的D(-)果糖和 D(+)葡萄糖的混合物的凈旋度為左旋性。可見轉化酶把右旋的蔗糖變成了左旋的混合物。即改變了它的偏振比例。

同位素濃縮分析及其在區分蜂蜜與其它糖類的應用從葉綠體中二氧化碳和水的合成物開始,到該合成物轉變為蔗糖,以及蔗糖到達蜜腺的輸送及其作為花蜜被分泌,到花蜜被蜜蜂采集并濃縮成蜂蜜的過程,闡述了蜂蜜中糖分的產生與變化。因此人們能迅速地把蜂蜜與蔗糖、甜菜糖、糖槭樹糖漿區別開來,主要是這些糖的主要成分是蔗糖,而蜂蜜中這種雙糖含量極少的緣故。但玉米糖漿的主要成分是葡萄糖,而蜂蜜中左旋的果糖含量較高。那么如何才能將它們區別開來呢?糖量分析無助于區別蜂蜜和高果糖的玉米糖漿。最近,美國的懷特等人已指出:通過同位素比的分析可以把蜂蜜與高果糖玉米糖漿區別開來。

大家知道,由于碳原子的核中中子數的不同,其原子量也不同。因此,11C、12C、13C和14C這4個不同原子量的碳均為它的同位素。11C和14C在自然界的含量極少,這里不再贅述。 大氣中大約1%的CO2是13CO2,而其余的都是12CO2。通過同位素比表示樣品與某一標準之間同位素比的差異來克服探測同位素豐度的微小差異的困難。這個標準從在南卡羅來納發現的一種箭石的化石推算出來的,并把13C含量的差異用千分之幾表示。大氣的CO2與標準相比約有- 7%的差異。如果利用二氧化碳的酶對12C的親和力超過13C的親和力,相對而言其產物將表現為13C的減少。 這種觀象發生在核酮糖二磷酸酸羧化酶中,產生具 -28.3‰13C值的磷酸甘油酸。相反,磷酸烯醇丙酮酸羧激酶只產生-9‰13C值的草酰乙酸,這些效應只有當13CO2從大氣中被吸收時才能看到,以后接著發生的許多反應并不改變13C的相對豐度。 凈效應是利用核酮糖二磷酸酯羧化酶固定CO2的植物( C3植物 )產生具有-28.3‰ 13C的相對豐度的糖分的效應; 而利用磷酸烯醇丙酮酸羧激酶固定二氧化碳的C4植物產生具有約 -9%13C的相對豐度的糖分的效應。這種凈效應對我們來說其重要住在于:蜂蜜幾乎都是來自C3植物的花蜜,所以其13C的相對豐度約為-28.3%,實際上為-25.4‰(在-22.5‰~-27.4‰之間)。

另一方面,玉米是C4植物,玉米淀粉也是,因此高果糖的玉米糖漿的13C的相對豐度是-9.7‰ (-9.5‰~-9.8‰)。這些差值可迅速地在質譜分析儀里測出,其測量的復現性通常在0.3‰之內,所以碳的同位素豐度比是一種檢驗摻雜有高果糖玉米糖漿的蜂蜜的最有效方法。如果摻雜有由庶糖轉化而來的轉化糖(即蔗糖水解成果糖和葡萄糖)蜂蜜,因這種轉化糖13C的相對豐度是-ll‰,所以這種摻雜轉化糖的蜂蜜也能用質譜分析儀測出。

總之,本文巳敘述了蜂蜜糖分的來源,并巳簡略討論了導致植物吸收CO2的代謝作用的過程,說明了同位素濃縮分析如何及為什么能用來區別純蜜和摻雜的假蜜的道理。


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