為了讓你吃到更多更甜的甘蔗，科學家做了哪些努力？（上）

出品：科普中國

作者：尹昕（中國科學院微生物研究所）

監(jiān)制：中國科普博覽

編者按：為解碼生命科學最新奧秘，科普中國前沿科技項目推出“生命新知”系列文章，從獨特的視角，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。

提到食糖，人們可能會想到一場隱秘的革命，它不僅改變了我們的味蕾，也在歷史長河中扮演了重要角色。正如《甜與權力》一書所述，食糖曾經(jīng)是奢侈品，如今卻走進了家家戶戶的廚房【1】。

在現(xiàn)代生活中，無論是咖啡、甜點，還是節(jié)日的美食，糖的甜味無處不在。但你可能不知道，這每一口甜美背后，都有著科學家們的艱辛努力。

糖從哪里來：甘蔗與甜菜的較量

說到食糖來源，中國的糖主要來自兩大糖料作物：甘蔗和甜菜【2】。目前我國糖料作物分布呈“南甘（蔗）北甜（菜）”的布局，這是由于兩種作物對氣候和土壤的不同喜好造成的。

甘蔗喜溫、喜光、需水量大，適宜在我國南方溫暖潮濕的環(huán)境中生長；而甜菜因為它耐寒性好，適合在較冷的環(huán)境中種植，主要產(chǎn)于我國北方。據(jù)統(tǒng)計，我國甘蔗糖與甜菜糖的產(chǎn)量比約為9:1。

甜菜和糖

（圖片來源：veer圖庫）

甘蔗和糖

（圖片來源：veer圖庫）

甘蔗糖和甜菜糖有什么區(qū)別呢？

其實，兩種作物的糖分含量差異并不大，糖料甘蔗含糖量大約為12-14%，糖料甜菜含糖量大約為16-20%。但在制糖的過程中，兩者的工藝略有不同，甘蔗的提糖效率相對更高，成本相對更低，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

由甘蔗和甜菜制成的白糖，其化學成分都是蔗糖，從化學角度看，甘蔗糖和甜菜糖無本質(zhì)區(qū)別。由于甘蔗自古以來被勞動人民用于制作紅糖、黃糖和糖漿等，因此人們對甘蔗糖的接受度更高，人們常覺得甘蔗制成的紅糖的風味更為醇厚，紅糖、黃糖等產(chǎn)品也更受歡迎。

紅糖、白糖、黃糖有什么區(qū)別？

甘蔗從田間到餐桌經(jīng)歷了復雜的工藝流程。首先是榨汁，將甘蔗中的汁液提取出來，接著進行濃縮、過濾、結(jié)晶等步驟，最終形成我們熟知的紅糖、白糖和黃糖【3】。

不同種類的糖

（圖片來源：veer圖庫）

三者主要的區(qū)別在于精煉和處理的程度不同。

紅糖精煉程度低，保留了較多的糖蜜和豐富的維生素與微量元素，營養(yǎng)價值較高，糖晶純度相對較低，含糖量大約為95%左右，外觀一般為深褐色，呈濕潤或松散狀態(tài)，味道較為濃郁。

白糖精煉程度高，在紅糖的基礎上進一步提純和脫色，其蔗糖純度可以高達99.8%，外觀潔白，干燥且顆粒均勻，口感清甜。若將白糖再進一步“結(jié)晶養(yǎng)大”，則會形成晶瑩剔透的大顆冰糖了。

黃糖的精煉程度介于紅糖和白糖之間，保留了一部分糖蜜，為淺黃色或金黃色，顆粒較松散，口感介于白糖和紅糖之間。

甘蔗的產(chǎn)糖量與產(chǎn)糖質(zhì)量，與什么因素有關？

甘蔗的產(chǎn)糖量取決于多種因素，包括甘蔗的種質(zhì)好壞、種植條件、收割時間以及加工技術等。

為了獲得更多的糖，人們往往會優(yōu)先選擇高糖的甘蔗品種進行種植。但只關注含糖量是遠遠不夠的，因為甘蔗的種植條件也很重要。如果在種植的過程中遭遇了旱災、冷害、臺風（導致倒伏）或者病蟲害，勢必也會影響甘蔗的產(chǎn)糖能力。因此，甘蔗種質(zhì)除了含糖量外，還需考慮產(chǎn)量、抗倒伏性、抗病性以及適應不同環(huán)境的能力。

甘蔗不同品種的成熟時期也不一樣。每年10月至次年4月是中國的甘蔗榨季。甘蔗早熟、中熟和晚熟品種分別會在榨季早期、中期和晚期達到糖分高峰。根據(jù)不同品種的特性合理規(guī)劃收獲時間，也將有利于提高甘蔗的產(chǎn)糖率和糖廠設備的利用率。

以上這些因素相輔相成，“良種、良田、良法”都是決定甘蔗產(chǎn)糖量的重要因素，在適宜的條件和環(huán)境下，甘蔗的種質(zhì)才能發(fā)揮其最大潛力。

除了食糖產(chǎn)量，食糖質(zhì)量也是重要的指標。廣西甘蔗制糖企業(yè)，絕大部分是采用“一步法”（亞硫酸法清凈工藝）來生產(chǎn)白砂糖，只有為數(shù)不多企業(yè)采用國際通用“兩步法”工藝，即甘蔗先加工成原糖，原糖再根據(jù)需求煉制成精制糖或白砂糖【5】。兩種生產(chǎn)工藝相比，“兩步法”生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量高，極大降低了白砂糖含硫量，能進一步確保食品安全，提升食糖品質(zhì)和市場競爭力。

通過運用科學的甘蔗育種方法、先進的甘蔗種植技術和現(xiàn)代的制糖技術，使生產(chǎn)過程的效率得以提高，甘蔗的糖分提取率也穩(wěn)步增加。

科學家在甘蔗產(chǎn)量和質(zhì)量上的努力，不僅提高了全球糖類供應的效率，也使我們可以享受更加優(yōu)質(zhì)的糖產(chǎn)品。

結(jié)語

其實，關于甘蔗的育種，還有很多故事可講。

你知道甘蔗的種質(zhì)與品種其實是兩回事嗎？

你知道與人類這種二倍體生物相比，甘蔗其實是多倍體，且“龍生九子，各不相同”嗎？

為了讓甘蔗產(chǎn)出更多更甜的食糖，科學家做了哪些努力？請聽下回分解。

參考文獻：

1.Mintz, S. W. (1985). Sweetness and Power: The Place of Sugar in Modern History. Penguin Books.

2.Eggleston, G., & Legendre, B. L. (2003). Quality management of sugarcane juice to raw sugar: Louisiana factory operations. International Sugar Journal, 105(1256), 8-18.

3.Rein, P. (2007). Cane Sugar Engineering. Bartens.

4.De Souza, A. P., Grandis, A., Leite, D. C., & Buckeridge, M. S. (2014). Sugarcane as a bioenergy source: history, performance, and perspectives for second-generation bioethanol. Bioenergy Research, 7(1), 24-35.

5.唐亮東. (2024). 廣西甘蔗制糖工業(yè)的綠色低碳發(fā)展：現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)與策略. 甘蔗糖業(yè)，53(3)：74-79.

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

7.International Human Genome Sequencing Consortium. (2004). Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature, volume 431, 931–945.

8.Jisen Zhang, Qing Zhang, Leiting Li, Haibao Tang, et al. (2018) Recent polyploidization events in three Saccharum founding species. Plant Biotechnol J, 17(1), 264-274