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楓紅秋色的魔法師--花青素
2018/04/26
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每到秋高氣爽的時節,許多民眾都會呼朋引伴到各著名的賞楓景點,欣賞那萬紫千紅盡染大地的美景。台灣幾個較熱門的賞楓點,有:北部陽明山、中部奧萬大等,日本也是受民眾喜愛賞楓的熱門國家。除此之外,加拿大的國旗也是以紅色的楓葉為其主要象徵,又稱為「楓葉旗」。(請注意加拿大的國徽是類似歐洲的皇家徽章,沒有楓葉喔)。

 

自然界中,除楓樹外,很多植物的葉片也會在秋天換綠為紅,但一般民眾最容易混淆的,應該是無患子科的「青楓」,跟金縷梅科的「楓香」兩者;雖然它們的葉子都是掌狀葉,但後者只有三裂,且果實是集合起來的瘦果,外形像海膽般呈刺球狀;而前者則是台灣特有種,葉片為五至七裂,果實是翅果,把它拋向空中,會像竹蜻蜓一樣的飄呀飄的,慢慢落地,相當有趣。在變色楓葉情影片中,有更詳細的介紹兩者的不同。

 

秋天,晝夜溫差較大,是導致楓葉變紅的主要原因。因為氣候變冷、葉片老化,導致光合作用速率下降,植物對葉綠素的需求越來越少。在陽光的加持下,葉綠素會快速分解,葉片也隨之由綠轉紅。

 
 
其實,葉片裡含有多種色素成分,像是:類黃酮、類胡蘿蔔素、葉黃素、葉綠素等,我們所看到的顏色,是所有色素共同表現的結果。方才所提楓葉由綠轉紅的過程,主要是葉片中的葉綠素先分解,但類胡蘿蔔素與葉黃素則持續存在,使得葉片從綠色轉成黃色。但因糖分的累積、葉片中的類黃酮分子會反應產生花青素,持續累積在植物細胞的酸性液泡內,花青素在酸性環境下呈現出的顏色,就是我們所看到的紅色。在「楓葉變紅了–天然色素的顏色化學」中,有更細膩的講解氣溫是如何使葉子更紅更漂亮。除了葉片在秋天會老化外,有很多年輕的幼葉或是新芽,也會產生花青素來避免過多的強光照射,達到保護的作用。
 

花青素的英文 ”anthocyanins ”是在1835年由德國植物學家Ludwig Marquart所命名,它是由「花」的希臘字 ”anthos ”與「藍色」的希臘字”kyanos”組合而成,屬於植化素(phytochemicals)的成分之一,也是酚類的化合物。在觀賞植物中有一大類的「觀葉植物」,平常就展現出萬紫千紅的色彩,像是有紫色葉片的「鯨尾草」,以及紅色葉片的甘藷、彩葉草、紅背桂等都是。這些植物都具有葉綠素與類胡蘿蔔素,葉片上大部分的葉肉細胞,與其他植物一樣都有葉綠體,並且能進行光合作用,只是因為花青素分布在表皮細胞,讓我們能看到葉片表面的紅色。這些觀葉植物讓人們在做庭園造景或是盆栽搭配的選擇時能更多采多姿,可見得花青素對於人們的影響真的不小啊。

 
 
除了葉片外,花青素也是讓花瓣表現得色彩繽紛的大功臣。公園或花園中,最受人矚目的,就是那花團錦簇、美不勝收的的開花植物,而且花色幾乎少不了紅色、橘色這些亮眼、帶給人熱情感覺的色彩。另外,有些花瓣則會表現出藍色、紫色這些比較沉著、冷豔的色彩,這代表了花青素可以呈現多樣的顏色變化,這種變化主要是隨花青素的溶液環境而異,例如:在酸性環境會呈現紅色、桃紅色,在中性時是紫色、弱鹼環境會呈現藍色與綠色,在強鹼環境會呈現黃綠色與黃色。所以花青素很適合作為廣效性的酸鹼指示劑喔。最近很夯的蝶豆花茶,很多民眾很好奇那種顏色是不是添加了什麼人工色素,而有所恐懼,但那顏色其實就是花青素所展現出來顏色,是可以安心飲用的。讀者若有機會的話,下次喝蝶豆花茶時,不妨加入些檸檬汁,就可以看到花茶顏色改變的過程。
 

「花花世界:利用基因工程技術圓一個古老的夢–創造新花色」一文中,就說明了要培育出「黑色鬱金香」的困難。因為植物色素裡,並沒有純黑色的色素,因此只能利用高濃度的藍色與紫色的花青素,使得花色看起來更接近黑色,但是鬱金香又沒有藍色與紫色的種源。因此,只能從控制花朵細胞的酸鹼值來下手,利用酸鹼值以控制花的顏色,是比較可行的方法。除此之外,該文也介紹了傳統育種法在培育理想品種時的限制以及利用基因工程技術將目標基因導入植物中作為育種手段(也稱為:分子育種)的方法,並比較這兩種育種方法的差異。讀者藉此也可以了解「分子育種」除了比傳統育種縮短了許多時間外,也可以跨越物種間的隔閡,而無須擔憂種源的問題。另外對於不了解分子育種的民眾,該文中也有淺顯易懂的描述,讀完它猶如上了一堂基礎生物技術的課。

 

因為人們對花的顏色會有不同的感受,故在送花時,對花朵的顏色會有約定成俗的意義,像是恭賀商家開張營業或是喜慶宴會時會以紅色為主;而像探病或是比較不吉利的事則以白色為主。顯然的,顏色也會影響到花卉本身的商業價值。因此,花青素除了能幫助植物誘導昆蟲前來授粉外,也默默地影響人類對花的喜好呢。

 
 
花青素除了分布在葉片以及花瓣以外,植物的果實、種子與塊根,也會發現它的蹤跡喔。雖然茄紅素並不屬於花青素,但在「番茄裡的茄紅素」一文中,也介紹了從加拿大引進含有花青素的番茄,這些番茄果皮呈現紫色,不僅營養成分比原本的紅番茄更多,保存期也更長,讓蔬果菜色的搭配,又多了一些選擇,像是最近流行的「彩虹番茄」,其實就是把各種不同顏色的小番茄組合在一起出售的商品,讓消費者有耳目一新的感覺,增加了不少購買慾。其他像是蘋果、葡萄等也都是果皮上的花青素產生的顏色。
 

在種子的部分,黑豆、紅豆的種皮也都是由花青素呈現出來的顏色,黑豆的種皮雖然看起來又黑又亮,但把它泡在水裡後,滲出來的色素其實就是紫色的花青素,因為在種皮發育過程中脫水濃縮,讓顏色深得像黑色一樣,如同前面所提到的「黑色鬱金香」的原理。而最令人驚豔的,就屬於美國的「寶石玉米」了吧,在一支玉米穗上每粒種子的顏色都不一樣,色彩繽紛、晶瑩剔透,就好像一顆顆耀眼的寶石鑲嵌在玉米穗上,讓人想買來當收藏品呢。在塊根的部分,嘉義農試所利用從國內外收集而來的甘藷種原在2007年成功地育種出紫色塊根的品種---台農73號,這個高花青素品種也讓國人第一次見識到「紫色的地瓜」,在「在台灣落地生根的植物:養生健康食品–甘藷」一文中,除了講述台灣甘藷的育種歷史外,也有對台農73號甘藷做了一番描述並展示塊根的照片,有興趣的讀者不妨閱讀一下。

 
 

花青素除了使植物看起來鮮艷美麗、吸引昆蟲外,在新芽的組織尚未發育完成前也可以吸收部分光線,避免葉綠體吸收太多光線而產生過氧化物使細胞受損,達到保護植物細胞的功能。它也具有抗氧化的功能,所以有很多保健食品、營養補給品會用花青素來做為抗氧化成分之一。在「食品安全:氧化勿輕忽–食品氧化的破壞力」也對於植物所含有的各種抗氧化成分做了重點的說明。此外,讀者也可以從中了解脂質、蛋白質氧化對人體造成的慢性疾病、容易產生過氧化物的食物調理方式:油炸、烘烤類食品為何會對人體的危害較大?算是「一兼兩顧,摸蛤仔 兼洗褲」對健康的飲食也會有更多的了解。

 
深入閱讀
 

Katharine Sanderson, K (2007) Why autumn leaves turn red : Nature News

https://www.nature.com/news/2007/071029/full/news.2007.202.html

Lee, D. & Gould K. (2002) Why leaves turn red. American Scientist 90:524-531.

Delgado-Vargas, F., Jiménez, A. R. & Paredes-López, O. (2000) Natural Pigments: Carotenoids, Anthocyanins, and Betalains — Characteristics, Biosynthesis, Processing, and Stability. Critical Reviews in Food Science and Nutrition 40: 173-289, DOI:10.1080/10408690091189257

 
 
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