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蜂蜜中的糖分来源及其区别
象所有市售的天然糖类一样,蜂蜜的糖分是由绿色植物产生的。绿色植物吸收水和二氧化碳,利用从太阳光获得的能量,通过光合作用制造糖分和产生氧气本文将讨论这些糖分是在什么地方、怎样产生和变化的也将顺便叙述一种至少在美国能把蜂蜜的糖分与其它大多数含糖物区别开的反应。

1 光合作用和巴沙姆--本森--卡尔文循环

光合作用的初期反应发生在叶内称为叶绿体的亚细胞细胞器中。这些薄壁结构直径约为l0 微米,含有使叶子呈绿色的各种色素。绿色的叶绿素和黄一红色的类胡萝卜素能吸收太阳光,并利用一部分光能把水分解成为氢和氧原子。在一个复杂的化学过程中,氧气被释放到大气中,而将氢暂时储存起来,同时,一部分太阳光能被转变成化学能。化学能相信存的氢可促进二氧化碳的吸收,所以在后面这步反应中再无需光照为能量。为纪念20世纪40年代末、50年代初在伯克利梅尔文卡尔文实验室发现该过程的发现者们,又称为巴沙姆--本森--卡尔文循环。由于这项发现使卡尔文获得了诺贝尔奖金。而该循环副产物--磷酸甘油酸既可用于产生D-葡萄糖磷酸脂随后在叶绿体内形成淀机又可以从叶绿体输送到植物体的细胞中。在植物细胞里,它能逐步被转变为蔗糖,尔后从叶细胞再输送到植物体的其它部位去。

2 C3植物和C4植物

巴沙姆--本森--卡尔文循环似乎适用于所有植物。然而,某些植物尤其是玉米和甘蔗却有一个额外的预备阶段。只具备巴沙姆--本森--卡尔文循环的植物叫C3植物,因如果把放射性的二氧化碳(标记在碳上)提供给这类植物,则能被离析出的、具有放射性标记的初始化合物是三碳的磷酸甘油酸。

到20世纪60年代未期,科恃斯克等人研究发现:给甘蔗及玉米提供有放射性标记的二氧化碳,其初始化合物是四碳的草酰乙酸。 因此将这些植物称为C4植物。C3植物和C4植物在新陈代谢方面(包括C4植物额外的预备反应)的这种差异是非常重要的这是由于一种称为同位索浓缩这个引人注目的现象所致。这种现象将在下面加以讨论。

3 蔗糖在植物体内与在商业上的功用

我们知道, C3植物成熟的叶细胞及C4植物的维管束鞘细胞都能产生蔗糖,且能被输送到植物的各个部位。实际上,蔗糖及其少数衍生物是植物体内碳和能量从光合组织输送到诸如根这类不行光合作用的组织的主要形式。当蔗糖及其衍生物被植物体内其它组织所吸收时,它们通常分解成D-葡萄糖和D-果糖,而D-果糖往往被导构成D-葡萄糖,D-葡萄糖可被进一步转化成淀粉。玉米含有丰富的淀粉,淀粉在工业上可被转化成葡萄糖,还可近一步生产成高果糖糖浆,这样玉米糖浆成 为商业上又一种非常重要的食用糖。

4 花蜜

蔗糖也被输送到虫媒植物的蜜腺去,因此蔗糖作为花蜜被分泌出来。显然,蜂蜜是花蜜浓缩了的形式。因花蜜分泌量甚微,所以很难对它进行分析。从不同的花获得的花蜜所含的糖及台水的比例都不一样。花蜜经蜜蜂采集并浓缩成蜂蜜后,几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%。蜜蜂在花蜜中加入几种酶,其中最重要的是转化酶。 它之所以叫转化酶是因为在蔗糖分解的过程中,右旋的(+)蔗糖被它转化为右旋的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(+)葡萄糖的右旋性强,所以等量的D(-)果糖和 D(+)葡萄糖的混合物的净旋度为左旋性。可见转化酶把右旋的蔗糖变成了左旋的混合物。即改变了它的偏振比例。

同位素浓缩分析及其在区分蜂蜜与其它糖类的应用从叶绿体中二氧化碳和水的合成物开始,到该合成物转变为蔗糖,以及蔗糖到达蜜腺的输送及其作为花蜜被分泌,到花蜜被蜜蜂采集并浓缩成蜂蜜的过程,阐述了蜂蜜中糖分的产生与变化。因此人们能迅速地把蜂蜜与蔗糖、甜菜糖、糖槭树糖浆区别开来,主要是这些糖的主要成分是蔗糖,而蜂蜜中这种双糖含量极少的缘故。但玉米糖浆的主要成分是葡萄糖,而蜂蜜中左旋的果糖含量较高。那么如何才能将它们区别开来呢?糖量分析无助于区别蜂蜜和高果糖的玉米糖浆。最近,美国的怀特等人已指出:通过同位素比的分析可以把蜂蜜与高果糖玉米糖浆区别开来。

大家知道,由于碳原子的核中中子数的不同,其原子量也不同。因此,11C、12C、13C和14C这4个不同原子量的碳均为它的同位素。11C和14C在自然界的含量极少,这里不再赘述。 大气中大约1%的CO2是13CO2,而其余的都是12CO2。通过同位素比表示样品与某一标准之间同位素比的差异来克服探测同位素丰度的微小差异的困难。这个标准从在南卡罗来纳发现的一种箭石的化石推算出来的,并把13C含量的差异用千分之几表示。大气的CO2与标准相比约有- 7%的差异。如果利用二氧化碳的酶对12C的亲和力超过13C的亲和力,相对而言其产物将表现为13C的减少。 这种观象发生在核酮糖二磷酸酸羧化酶中,产生具 -28.3‰13C值的磷酸甘油酸。相反,磷酸烯醇丙酮酸羧激酶只产生-9‰13C值的草酰乙酸,这些效应只有当13CO2从大气中被吸收时才能看到,以后接着发生的许多反应并不改变13C的相对丰度。 净效应是利用核酮糖二磷酸酯羧化酶固定CO2的植物( C3植物 )产生具有-28.3‰ 13C的相对丰度的糖分的效应; 而利用磷酸烯醇丙酮酸羧激酶固定二氧化碳的C4植物产生具有约 -9%13C的相对丰度的糖分的效应。这种净效应对我们来说其重要住在于:蜂蜜几乎都是来自C3植物的花蜜,所以其13C的相对丰度约为-28.3%,实际上为-25.4‰(在-22.5‰~-27.4‰之间)。

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浆的13C的相对丰度是-9.7‰ (-9.5‰~-9.8‰)。这些差值可迅速地在质谱分析仪里测出,其测量的复现性通常在0.3‰之内,所以碳的同位素丰度比是一种检验掺杂有高果糖玉米糖浆的蜂蜜的最有效方法。如果掺杂有由庶糖转化而来的转化糖(即蔗糖水解成果糖和葡萄糖)蜂蜜,因这种转化糖13C的相对丰度是-ll‰,所以这种掺杂转化糖的蜂蜜也能用质谱分析仪测出。

总之,本文巳叙述了蜂蜜糖分的来源,并巳简略讨论了导致植物吸收CO2的代谢作用的过程,说明了同位素浓缩分析如何及为什么能用来区别纯蜜和掺杂的假蜜的道理。


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