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微观食物|为什么果蔬没了记忆里的味道
陈能场
2021-06-09 17:25  来源:澎湃新闻
2021年,被联合国大会设为“国际果蔬年”, 世卫组织建议每人每天食用至少400克的水果和蔬菜,以此作为健康饮食的一部分。
随着冷链和物流的发展,如今我们可以随时随地吃到全球各地的食物,获取食物不再受到季节和地域的限制。然而,不少人也发现,现在的果蔬似乎越来越缺少曾经的风味了。
其实,土壤会影响食物的风味,因为土壤之于作物,如食物之于人类。上一篇介绍了土壤对食物安全的影响。这一篇将继续介绍土壤对食物风味的影响,为什么果蔬越来越没有原来的味道?土壤还能为人类做什么?上海街头一处水果摊。澎湃新闻记者冯婧 图

上海街头一处水果摊。澎湃新闻记者冯婧 图

果蔬风味来源一:土壤中的微量元素
虽然现代科技可以做到无土栽培,但在人类的食物中只占极微小的一部分。而且,无土栽培也是基于人类对于作物营养的了解,离不开作物所需要的17种必需元素。在作物所需的17种必需元素中,碳、氢、氧主要来自于大气和水,其他14种元素必须来自土壤(无土栽培除外),氮、磷,钾为大量元素,钙、镁、硫为中量元素,而铁、锰、铜、锌、钼、氯、硼和镍为微量元素。微量元素的需求量极少,他们在植物组织中含量比大量元素低一个或多个数量级,总体上说,如以钼的数量为1,铜、锌、锰、铁等则在几十到1000,而硫、磷、镁、钾、钙在1万到10万之间,最多的氢则是1000万。上图为处于开花期的苜蓿中,基本元素的相对原子数,以对数表示。注意,每个钼原子对应超过一千万个氢原子。但没有钼,植物就无法正常生长。图片来源:Weil RR and NC Brady, Nature and Properties of Soils, 2017 by Pearson Education, Inc. or its affiliates.

在作物所需的17种必需元素中,碳、氢、氧主要来自于大气和水,其他14种元素必须来自土壤(无土栽培除外),氮、磷,钾为大量元素,钙、镁、硫为中量元素,而铁、锰、铜、锌、钼、氯、硼和镍为微量元素。微量元素的需求量极少,他们在植物组织中含量比大量元素低一个或多个数量级,总体上说,如以钼的数量为1,铜、锌、锰、铁等则在几十到1000,而硫、磷、镁、钾、钙在1万到10万之间,最多的氢则是1000万。上图为处于开花期的苜蓿中,基本元素的相对原子数,以对数表示。注意,每个钼原子对应超过一千万个氢原子。但没有钼,植物就无法正常生长。图片来源:Weil RR and NC Brady, Nature and Properties of Soils, 2017 by Pearson Education, Inc. or its affiliates.

如上图,这17种必需元素含量虽有不同,但作用却同等重要。“大量元素”构成植物体的架构,而中、微量元素更多是参与植物体内的代谢过程,特别是植物为防御病害所需要的次生代谢产物。
很多微量元素在果蔬的风味中都起着重要的作用。
在蕃茄质量方面,钾的作用是将水分移动至蕃茄果实的细胞中。如果想要多汁的西红柿, 必须有足够的钾。此外,施硼肥能提高番茄的产量和品质,铜也可以增强蔬菜的风味、颜色以及花朵的颜色。
洋葱、大蒜、韭菜和细香葱等葱类作物,因其独特的风味,已被人类饮食达多个世纪。 最近有研究发现,它们对人体健康有多重益处,包括抗血小板活性、抗癌性、抗血栓形成活性、抗哮喘和抗生素作用。研究还发现,葱属作物的功能性风味成分是有机硫化合物。在土壤中,氮和硫的肥力相互作用,会影响风味物质的生物合成途径,进而影响食物的味道。
然而,现代农业耕作中,土壤很容易缺乏微量元素。这是由于:
(1)产量大大提高,土壤中的植物可吸收的微量元素很快就被植物吸收完了;
(2)大量施用的高浓缩、高成分的肥料(氮磷钾肥)里缺乏微量元素;同时,供应充足或过量的养分,使得根系不需要深扎下去寻找大量需要的元素,也不需要发展和根系微生物的友好关系,最终导致根系变浅,根系周围的分泌物变少。虽然产量提高了,但根际环境中,微生物对微量元素的转化性能降低了。
(3)表土的侵蚀和土壤环境的恶化,使土壤固有的微量元素的有效性降低。
果蔬风味来源二:植物的次生代谢物
除了微量元素,蔬菜水果的香气、颜色和水果的营养价值,都依赖于植物的次生代谢产物的含量。
植物主要产生三种次生代谢产物:(1)萜类/异戊二烯酸酯;(2)酚类;(3)含氮/硫的化合物。其中,酚类和萜类化合物是大类,且种类繁多,它们有助于形成果实的品质。成熟果实的微妙香气,是数百种主要代谢物的挥发物的独特组合。比如,许多成熟水果的香气都以酯为主。有趣的是,芳香和非芳香瓜品种之间的差异在于酯含量。
如果土壤缺乏微量元素,就会阻碍植物的次生代谢过程,因为微量元素是次级代谢过程中许多酶的关键因素,比如硼在植物的酚代谢中起着核心作用,锌是成千上万种植物蛋白的活性所需,缺硼就会影响多酚等物质的合成。
其实,在自然界中,植物次生代谢产物是植物对环境的一种适应。水果的次生代谢产物可增加对种子传播者(如鸟类、昆虫)的吸引力,并保护其免受生物和非生物胁迫。也就是说,受人们喜爱的果蔬的风味是植物的一种生存策略。
有意思的是,过度使用杀虫剂,让植物不再需要自己去防御病虫害,也就阻碍了次生代谢产物的产生,最终也影响了果蔬的风味。
果蔬风味来源三:气候和环境
气候和环境条件对植物的次生代谢产物也有很大的影响,光和温度是发育、生长和新陈代谢的最重要信号。然而,很多蔬菜种植于大棚或反季节种植,或者光线不足,或者温度较低,阻碍了植物的次生代谢。
比如,大田种植的芹菜为何比温室种植的芹菜更有“芹菜味”?这是因为在紫外线下,芹菜里的黄酮和其他类黄酮的合成增加,形成了更多的芹菜素,因此有更浓郁的“芹菜味”。
在现代农业中,基于远距离运输的需要,很多农产品还没有成熟,还来不及形成独特风味物质时,就被收获、包装和运输。运输和储藏的时间越长,水果和蔬菜的味道和香气的损失就越大。
因此,由于土壤的退化、元素含量和组成的改变,以及植物的生长环境、生长条件的改变,现在很多食物就吃不出儿时的味道了。当然,味道是一种主观的感觉,在科学上,对于现代农产品中风味损失的研究并不多。图片来源:《健康土壤培育与实践指南》

图片来源:《健康土壤培育与实践指南》

有越来越多的证据显示,在缺乏微量元素的环境中生长的作物,尽管作物本身还没有显示出缺素症状,但造成了人类微量元素摄入量的降低,也就是造成“隐性饥饿”,给人类的健康带来影响。
笔者于2019年发表于《科学》杂志的文章《土壤营养和污染的人类健康效应》,曾详细介绍了钙、硒、镉对人体健康的影响。
此外,植物化学物质也会影响人的健康。植物化学物质是具有生物活性的非营养性植物化合物,其活性范围广泛,从抑制癌细胞的增殖到防止氧化性损害,可以预防心血管疾病和多种癌症。如黄酮类化合物,被称为自由基清道夫,具有抗炎、抗过敏、抗菌和抗病毒特性等药理特性。
很多流行病学和动物实验表明,定期食用水果、蔬菜和全谷类食品,可降低与氧化损伤相关的各种疾病的风险。
土壤可以减少碳排放吗?
除了影响食物安全、食物风味和人类的健康,一些科学家认为,“碳”是土壤维系生命的“食物”,将碳输入土壤,不仅能让土壤健康起来,而且越来越被认为是未来解决碳排放问题的有效途径。
法国带头发起了“千分之四全球土壤增碳计划”,简单来说,就是每年让土壤中的碳提高“千分之四”,以平衡掉人类生产生活所排出的碳。法国提出的“千分之四计划”。图片来源:https://www.slideshare.net/ExternalEvents/1-minasmy-budiman

法国提出的“千分之四计划”。图片来源:https://www.slideshare.net/ExternalEvents/1-minasmy-budiman

事实上,土壤中储存的碳,比所有植物、动物和大气中的碳总和还要多。土壤有机质的碳含量估计是活体植物的4倍,全世界土壤中的碳储量是大气的3倍多。《健康土壤培育与实践指南》一书指出,土壤六英寸(约15厘米)表土中1%有机质中的碳量与农田上空大气中的碳量相当。
因此,土壤碳含量的变化能在很大程度上影响大气二氧化碳的含量。如果土壤有机质从3%减少到2%,大气中的二氧化碳含量可能会增加一倍。反过来,如果能让大气中的碳存储到土壤中,就可以有效减缓大气二氧化碳含量的增加。
理论上,这是一条双赢的途径,既让土壤因“富碳”而健康,又减缓了地球暖化的过程。
但在影响温室效应方面,土壤能起到多大的作用,目前仍富有争议。这是由于,对土壤本身碳储量的估算还不完全清楚;土壤里的碳也存在平衡,不可能无限制的增加;土壤的固碳和释碳机制(特别是长期机制)仍在研究中。此外,不管是大气还是土壤,吸收和排放的温室气体,不单单是二氧化碳,还有氮氧化物气体等,而后者的热效应是二氧化碳的300倍。
因此,土壤固碳是一个值得做的事业,至少有助于土壤健康,但能否解决碳排放问题,是一个乐观但需谨慎对待的议题。
结语
2005年,四名旧金山妇女组成的小组提出一个新词Locavore,她们建议当地居民只吃在100英里(约161公里)半径范围内种植或生产的食物。这个词由“本地”(local)和“吃”(vore)两个词组合而成,意为“土食者”,这个词还被评为2007年度《新牛津美语辞典》的最佳词汇。后来,欧美国家逐渐出现了locavore运动,鼓励消费者从农贸市场购买食物,甚至种植自己的食物,理由是新鲜的本地产品营养丰富且味道更好,而且可以避免长途运输的能源消耗。locavore一词,将饮食与生态融为一体,人们既享受了美食,也能与当地的环境产生连结。然而,美食离不开健康的土壤。还是那句话,“土壤吃什么,人就吃什么”。
(作者陈能场供职于广东省科学院生态环境与土壤研究所,华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心,广东省农业环境综合治理重点实验室。)
参考文献:
·    陈能场等译.  2020. 《健康土壤培育与实践指南》. 云南科技出版社。
·    Turner, N.D., K.J. Paulhill, C.A. Warren, L.A. Davidson, R.S. Chapkin, J.R. Lupton, R.J. Carroll, and N. Wang. 2009. Quercetin suppresses early colon carcinogenesis partly through inhibition of inflammatory mediators. Acta Hort. 841:237-242.
·    Yoo, K.S. and L.M. Pike. 1998. Determination of flavor precursor compound S-alk(en) yl-L-cysteine sulfoxides by an HPLC method and their distribution in Allium species. Scientia Hort. 75:1-10.
·    Coolong, T.W. and W.M. Randle. 2003. Sulfur and nitrogen availability interact to affect the flavor biosynthetic pathway in onion. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 128(5):776-783.
·    Gonda, I., Bar, E., Portnoy, V., Lev, S., Burger, J., Schaffer, A. A., et al. (2010). Branched-chain and aromatic amino acid catabolism into aroma volatiles in Cucumis melo L. fruit. J. Exp. Bot. 61, 1111–1123. doi: 10.1093/jxb/erp390
·    Weil RR and NC Brady. 2017. Nature and Properties of Soils Prentice-Hall Inc., New Jersey.
·    Aharoni, A., and Galili, G. (2011). Metabolic engineering of the plant primary-secondary metabolism interface. Curr. Opin. Biotechnol. 22, 239–244. doi: 10.1016/j.copbio.2010.11.004
“微观食物”系列为“明日之食”专题的一个版块,将聚焦于土壤、微生物等微观元素与食物的关系,投稿邮箱:fengj@thepaper.cn

责任编辑:冯婧

校对:徐亦嘉

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明日之食 微观食物|土壤吃什么,我们就吃什么
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