出品：科普中国
作者：杨昌佳涟，尹昕（中国科学院微生物研究所）
监制：中国科普博览
编者按：为解码生命科学最新奥秘，科普中国前沿科技项目推出“生命新知”系列文章，从独特的视角，解读生命现象，揭示生物奥秘。让我们深入生命世界，探索无限可能。
金秋十月，是甘蔗即将成熟的季节。
从这个时节到次年4月，你能在南方的广西、广东、云南、海南等甘蔗产区见到大片丰收的甘蔗田，随手买一根新鲜的甘蔗，一边欣赏风景，一边感受那沁人心脾的甘甜，简直是再美好不过的假日享受。
那么，如何让甘蔗吃得更美味？今天，我们从科学和日常生活的结合点，带你了解这个常见水果背后不为人知的故事。
甘蔗的身世之谜
说到甘蔗，可能很多人都不知道甘蔗是名副其实的“混血儿”。
为什么这么说呢？
因为目前甘蔗的主要栽培品种几乎都是靠杂交获得的。甘蔗属（Saccharum）中一共有6个种，包括2个野生种：大茎野生种（S.robusfum）和细茎野生种（又称割手密，S.spontaneum）； 4个原始栽培种：热带种（S.officinarum）、中国种（S.sinense）、印度种（S.barberi）和食穗种（S.edule）【1】。不同的甘蔗种，其起源中心不同。其中，热带种和大茎野生种起源于南太平洋岛国新几内亚一带；印度种和细茎野生种则起源于印度地区；中国种则起源于中国的华南和云南地区【2】。
由于甘蔗依靠不同种之间的杂交获得，其“血统”来源混乱而又复杂，因此对甘蔗起源的主流假说有新几内亚起源说、印度或孟加拉地区起源说以及中国起源说这三种【3】。
这些地区的气候适合甘蔗的生长，早在四千年前，当地的土著居民就开始种植和利用甘蔗。据季羡林在《糖史》中考证，印度蔗种于公元6世纪从印度传入波斯，由于阿拉伯的扩张，传至地中海地区；到了15世纪，随着葡萄牙和西班牙的殖民扩张，又传至马德拉岛、佛得角群岛、圣多美岛和西非；在1493年哥伦布第二次远航时，印度蔗种来到了新大陆，后随着葡西两国的扩张，迅速传遍了新大陆，传扩的西面终点是秘鲁；尽管澳大利亚与新几内亚（甘蔗大茎野生种和热带种的发源地）相隔只有几百英里宽的托雷斯海峡，但直至1788年印度蔗种才传至澳大利亚【4】。
后来，不同的甘蔗种也随着人类的迁徙与贸易活动，逐渐传播到其他地方，最终成为全球广泛种植的糖料作物。
甘蔗中国种（S.sinense）的代表原始种是竹蔗，主要分布在中国华南、华中和西南三大蔗区，在1953年之前是中国的主栽品种。尽管竹蔗中有个“竹”字，甘蔗与竹子在外观上也有相似之处，比如它们都有节状的茎干，且都属于高大的禾本科植物，但它们并不是同一家族成员。
甘蔗属于禾本科（Poaceae）的甘蔗属（Saccharum），跟水稻、玉米、高粱等作物是“远房亲戚”，而竹子则属于禾本科的竹亚科（Bambusoideae）【7】。两者同属禾本科大家庭，但甘蔗和竹子在生态习性、用途和内部结构上有显著差异。甘蔗的主要特征是它的茎干富含汁液，这些汁液富含蔗糖，是甘蔗作为制糖作物的核心价值所在。而竹子的茎干则主要由纤维组成，缺乏丰富的汁液，更多被用作建筑材料、手工艺品、甚至食品（如竹笋）。因此，虽然甘蔗和竹子长得像“亲戚”，实际上它们在分类上属于不同的分支，功能和用途也完全不同。
甘蔗田
（图片来源：veer图库）
中华古籍中的甘蔗
古代甘蔗传入中国的历史可以追溯到周朝周宣王时期【3】，主要通过南方的贸易和文化交流进入中国。先秦时代的“柘（读作zhè）”字代表的就是甘蔗。据李治寰在《中国食糖史稿》中考证，战国时期的《楚辞·招魂》中提到“柘浆”，汉代《汉书·礼乐志·郊祀歌》的“柘浆”，以及汉代司马相如所著《子虚赋》中出现的“诸柘”等都是我国甘蔗栽培的证据【5】，并且甘蔗已经不仅限于咀嚼，而是加工成蔗浆了；到了汉代出现了“蔗”字，就已经和我们现代的用字相同了【6】。东汉时期的《神农本草经》中，甘蔗被认为具有一定的药用价值，可以润燥止渴。
甘蔗的甜味不像水果那样明显，因为它的外皮坚硬，必须去皮后才能嚼出汁液。有一种推测认为，当时人们可能在砍伐甘蔗茎杆或利用其作为建筑材料时，无意间啃咬了暴露在外的嫩茎，才尝到了其中的甜汁。
东汉班固在《汉书》中记载了“榨汁曝数日成饴”，西晋嵇含在其所著的《南方草木状》中说:“诸蔗一曰甘蔗，交趾所生者，围数寸，长丈余，颇似竹。断而食之，甚甘。榨其汁，曝数日成饴,入口消释,时人谓之石蜜。”根据这些文献记载，古人很早就掌握了甘蔗栽培和加工甘蔗制品（糖浆）的方法【2】。
而关于中国蔗糖的制作始于何时，不同的学者有不同的观点，季羡林先生认为应该是始于三国魏晋南北朝到唐代之间的某一个时代，至少在后魏以前【6】。到了唐宋时期，甘蔗的种植技术进一步推广，宋代王灼撰写了中国最早的制糖专著《糖霜谱》，苏轼和黄庭坚也在诗文中提到了“糖霜”和“蔗霜”等。明末清初宋应星在《天工开物》中的“甘嗜”一卷中系统地介绍了甘蔗从“蔗种”、“蔗品”、“造糖”、“造白糖”、“造兽糖”等整个流程。不过真正将甘蔗用于大规模工业化制糖是后来的事情了。
甘蔗和糖
（图片来源：veer图库）
甘蔗的结构：哪里更甜？
甘蔗的主要结构包括外皮、茎节、髓部。每个部分在甘蔗的生长和我们品尝它时都扮演着重要角色。甘蔗的外皮非常坚硬，起到保护甘蔗内部的作用。虽然看起来光鲜亮丽，但它不能直接食用，通常需要用刀削去。削开外皮后，我们会看到甘蔗的茎节。甘蔗的茎节非常明显，每一节之间相对较长的部分储存着大量的汁液，是人们最喜欢嚼食的部分。在茎节的内部，是甘蔗的髓部，这是甘蔗的核心部分，富含水分和糖分。当我们嚼甘蔗时，从髓部中获取甘蔗汁，甘蔗汁中富含蔗糖，正是这些糖分让甘蔗吃起来如此甜美。
有趣的是，甘蔗的甜度并不是均匀分布的。
通常，甘蔗的底部比顶部更甜。这是因为在甘蔗生长过程中，糖分是通过光合作用生成的，并从顶部向下运输和储存。因此，靠近根部的底部甘蔗积累了更多的糖分，吃起来会更甜。一般在生产上，甘蔗成熟的季节，相关检测人员会用锤度计来测量甘蔗上部、中部和下部不同节间的汁液密度，以此换算成含糖量。如果上部比下部的糖分少很多，则甘蔗还未完全成熟，需要再等待一些时日；如果上部和下部差异不大时，则甘蔗已经完成了糖分积累，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时收获，或收获后未及时处理，甘蔗也会发生“退糖”即甘蔗糖分降低的现象。这是由于甘蔗的节上长有芽，每个芽都能长成新的甘蔗苗，这也是甘蔗无性繁殖的主要方式，如不及时处理，甘蔗茎中储存的糖分又用于甘蔗芽的生长了，甘蔗茎自然就不如之前那么甜了。
甘蔗结构
（图片来源：veer图库）
“同蔗不同命”：果蔗与糖蔗的区别
甘蔗分为两大类：一种是我们直接啃食的果蔗，另一种是用来提炼糖分的糖蔗。果蔗高大粗壮，口感清脆细腻，纤维含量相对较低，汁水丰富，甜味适中，主要作为水果食用，不适宜用于制糖；而糖蔗相比于果蔗则显得更为“纤细”，纤维粗硬，抗倒伏能力较强，糖分含量高，适合用来提炼制糖。这种“同蔗不同命”的情况是甘蔗自然分化和人为选育共同作用的结果【8】。甘蔗起源于热带地区，经过长时间的自然进化，在不同气候、土壤条件下出现了不同的变种。而随着农业的发展，人类发现不同甘蔗的特性差异，并通过杂交、筛选、育种等手段，专门选育出了更适合生吃和制糖的两类甘蔗。
功能多样的甘蔗
除了当水果和制糖，甘蔗还有许多用途，可谓浑身是宝。蔗梢可以留种栽培，蔗叶粉碎后可以还田改良土壤，蔗根性凉可以入药。
蔗渣是制糖工业的主要副产物，每生产1吨蔗糖，就会产生2-3吨蔗渣，而蔗渣中40%-50%为纤维素，25%-30%为半纤维素，另外还有木质素、蛋白质等成分，这些都是可以被循环利用的宝贵资源。近年来，随着科学技术的进步，蔗渣在动物饲料生产、可生物降解制品生产、制浆造纸、生物质燃料开发等方面都获得了高价值的综合利用【9】。
制糖的另一副产物糖蜜也可以制酒精、饲料添加剂等。国际上以甘蔗汁或糖蜜为原料生产的蒸馏酒命名为“朗姆酒”。
甘蔗也可以作为乙醇的生产原料，成为生物燃料能源，助力生物能源产业。甘蔗不仅美味，还为我们的日常生活提供了许多便利。
甘蔗渣
（图片来源：veer图库）
怎样才能挑到又甜又好吃的甘蔗呢？
首先，选择甘蔗时应看其外皮，好的甘蔗外皮光滑、颜色鲜亮，黑色或青绿色为佳。
其次，注意甘蔗节间的长度，节间长的甘蔗通常汁水更多。
最后，轻轻掐一掐，甘蔗皮较硬但不干瘪的比较新鲜。而如果甘蔗表皮出现了发霉、发黑的斑点，或者断面呈现黄色或猪肝色，散发霉味，咬一口带酸味或酒糟味，就要小心了，这样的甘蔗很可能已经变质，可能含有毒素，切记不可食用。
带上这些挑选甘蔗的小技巧，尽情享受大自然馈赠的甘甜滋味吧！在享受甘蔗的美味时，你也正与科学不期而遇，感受到农业科技的进步带给我们的便利与美好生活。
（注：文中拉丁文部分应为斜体）
参考文献：
1.董广蕊，石佳仙，侯蔼玲，张积森. (2018). 甘蔗基因组研究进展. 生物技术， 28(3)：296.
2.阙友雄 等著.（2023）.《甘蔗和糖的那些事》.中国农业出版社.
3.张积森 主编. (2024). 《糖与文明：甘蔗如何塑造了我们的世界》. 科学出版社.
4.季羡林.(1998). 《季羡林文集：糖史（二）》.江西教育出版社.
5.李治寰. (1990). 《中国食糖史稿》. 北京农业出版社.
6.季羡林.(1998). 《季羡林文集：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.
2024-10-12
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