Behind the Peel: The Chemical Complexities of Apples
Written by: Emily L. Eberhardt
作者：艾米莉·L·艾伯哈特
Edited by: Olivia Pifer Alge, Jessica Li, Jeremy Chen, and Ryan Schildcrout
编辑：奥利维亚·皮弗·阿尔，李锦湘，杰米·陈，瑞安·希尔德克劳特
Illustrated by: Paola Medina-Cabrera
插图：保拉·梅迪纳-卡夫雷拉
Translated and Edited by: Zhiying Yang
中文翻译/编辑：杨知颖
“疫苗里充满了化学物质！等等……所以苹果也是？”有天正在刷社交软件的我看到一张网络梗图：有个网友列出了苹果包含的化学物质，试图冒充疫苗成分。我看了看一连串冗长且带着连字符的化合物名称，开始搜索核对苹果的成分。我以为自己会找到一个简单的文献来源，结果却正相反——我发现人们对于数千种苹果和其化学成分的研究已持续了数十年。令人惊喜的是，人们在苹果相关领域的研究“成果丰硕”。
在开始讨论苹果的成分之前，让我们先来了解一下苹果的生长过程。种苹果不是一个简单的“挖洞”、“播种”、“浇水晒太阳”的过程。八万颗苹果种子当中，只有一颗最终能长成符合标准的果树。世界上有超过千种苹果（来自于持续不断地栽培选育），区别来自于不同环境因素导致的不同形状、质感和风味。美国目前约种植几百种，其中最受欢迎的是嘎啦（Gala）、红元帅（Red Delicious）和蜜脆（Honeycrisp）。
苹果的种植通过嫁接——一种可以追溯到至少公元前300年的古希腊技艺培育而稳定收获饱满的果实。嫁接是将目标果树的插条与砧木（树木的基部）结合起来，以培育出具有所需尺寸和生长速度的树木。而最终具有理想风味特点的苹果被采摘并分发到杂货店，让我们可以自由选择酸的翠玉青苹（Granny Smith）或甜的红富士（Fuji）。带着这些知识，接下来我们就可以深入苹果内部，“尝一尝”里面到底有什么了！
苹果含有许多健康饮食所需的重要营养成分。其中一些成分属于植物化学物质（即源自植物的化学物质），包括多种对于促进和维持植物健康必不可少的代谢产物。但在深入探讨科学家如何解析苹果成分之前，让我们先了解一些基础知识——从种子到果皮。
首先，苹果的种子主要由油脂、蛋白质和纤维（约占 52%–84%）组成。其中油脂以亚油酸和油酸等脂肪酸为主，而蛋白质则以为植物的生长发育提供营养的贮藏蛋白为主。种子中的纤维主要以纤维素的形式存在，大多难以被人消化。此外，苹果种子中还含有某些在酶的作用下会产生氰化物的糖类。不过不必担心！要达到氰化物中毒的风险水平，你需要吃下 150 到数千粒苹果种子（且必须是嚼碎，而非整粒吞服）。而一个苹果所含的种子通常只有5到8粒。
包裹种子的苹果核部分由一层坚韧的膜状细胞层构成，其中富含结构性分子。而苹果那多汁的口感主要源于果肉——其中绝大部分（约85%）是水。此外，果肉还含有微量的维生素（如A、B₃、B₉、C等）和矿物质（如铁、镁、钙等），以及不到5%的纤维（主要是可消化的果胶）。这些成分有助于提供营养并支持身体机能。果肉中还含有糖和苹果酸等风味物质，赋予我们一口咬下去后或酸或甜的感觉。
最外层的苹果皮通常含有比果肉更丰富的维生素和矿物质，其纤维含量更是果肉的两倍。果皮中植物化学物质（包括酚类、黄酮类、单宁及其他有生物活性的化合物）的含量也最高。与去皮苹果相比，中等大小的带皮苹果所含的镁、维生素E和维生素K分别多出约20%、75%和75%……看来以后要少削点皮了！
总之，苹果的各个部位都具有独特的化学成分。而环境因素还会进一步增加这种复杂性：光照时长（如处于阴凉处或阳光下）、采收时机以及储存时长，都会影响苹果的颜色、形状或代谢物含量。
值得细品：“消化”这些丰富的研究成果
既然苹果的成分主要是水、纤维和多种植物化学物质，那么网络热传的截图中列出的那些化学物质又是什么呢？其实，我们周围的世界就是一个由各种物质、成分和混合物构成的“化学大杂烩”。尽管“化学物质”一词往往带有负面含义，但世间万物——无论是天然的还是人造的——其实都是由化学物质构成的。
为了在国际上以通用的方式描述化学结构（及其形态），人们制定了一套复杂的命名规则。这套规则基于结构来描述物质，使科学家能够识别各种独特的化合物。例如我们熟知的蔗糖（sugar）和阿司匹林（aspirin），其化学名称分别为“β-D-阿拉伯糖-己-2-酮呋喃糖基 α-D-葡萄糖-己吡喃糖苷”和“2-(乙酰氧基)苯甲酸”。
因此，“了解苹果由什么物质组成”是理解苹果复杂化学世界的第一步。科学家可以综合运用各种实验室技术，分析并了解任何（乃至所有！）事物中的化学成分。而在我敲下这句话时，我正按着由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（一种塑料）制成的键盘，同时啜饮着一杯由绿原酸、1,3,7-三甲基黄嘌呤和一氧化二氢组成的混合物（即咖啡）。
那么，科学家如何确定苹果中含有哪些成分呢？首先，我们必须按化学构成单元把苹果分解。第一步是“萃取”，即利用溶剂（用于溶解物质的化学品）将目标化合物从果实的其它部分中分离出来。随着技术的持续发展，萃取的过程正变得更环保、经济、省时。结合波辅助技术（如微波和无线电波）、加压或电场刺激（即通电处理）等手段，萃取的产率得以进一步提升。
对苹果的整体植物化学物质进行初步筛选后，一些分离技术可以帮助人们进一步表征这些成分。先根据大小、形状或粘性等物理特性分离，随后用质谱仪将提取物转化为离子（带电粒子），使其击向检测器，最终在计算机协同下生成相应的图谱。通过图谱解读，人们得以确定提取物中存在的各种化合物。明确其化学成分后，研究人员可通过体外实验（即在培养皿中进行的实验）来测定不同化合物在细胞层面的作用。迄今为止，科学家们已如此鉴定出数千种植物化学物质！
了解日常生活中的化学成分
拨开苹果的外皮，我们会发现其中还有许多值得细细咀嚼的内容。即便像苹果这样看似简单的食物，从果核到果皮，其化学构成也相当复杂。不过那些复杂的化学名称都只是人为设置的名称，用于帮助科学家识别结构或性质，以区分不同的分子。比如我们让人帮忙递“盐”而不是“糖”——这里就提到了两种外观极为相似，但其化学成分却截然不同的物质。科学家们可以通过研究周围各种物品的化学成分确定哪些化合物有益健康，甚至有助于避免或降低患病风险。这也让消费者能够选择有益健康的产品，从而印证了“一天一苹果”这一健康理念的科学依据！
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关于作者：
艾米莉是一位研究人员、艺术家兼科普工作者，目前在密歇根大学从事儿科肺病学方面的研究。作为一名创作者，她致力于创作“生物艺术”（bioart）——一种融合生物学与艺术的创作形式。您可以通过她的网站 www.emilyleberhardt.com 浏览她的作品集。
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