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如何預測來年楓糖漿的產量?

葉綠舒
・2014/11/21 ・1613字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 440 ・四年級
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圖片來源:wiki

隨著台灣的飲食日漸西化,相信吃過美式鬆餅(pancake)的朋友一定不少。鬆餅可以配果醬、奶油、巧克力醬,但是筆者最愛加了楓糖漿的鬆餅。

美洲大陸食用楓糖漿的歷史已經數不清了,從北美的印地安人(North American Indians)的口述歷史中可以得知,他們很早就懂得在春天來時,在糖楓(sugar maple)樹上鑽孔,收集樹汁(篩管韌皮部[phloem的]汁液)再加熱蒸發製成楓糖漿。

一般來說都是在春天來時製作,此時糖楓把儲存在根部的養分分解成為蔗糖(sucrose),經由篩管運輸到地上部分,提供樹木本身長出新芽與新葉使用。由於葉片是植物主要進行光合作用的器官,如糖楓這類落葉喬木,在秋天的時候會把葉片裡面的養分分解後運輸到根部儲存,接著開始落葉;因此,等到春天來時,在新芽尚未長成新葉時,便需要根部提供養分。所以,這時候樹汁的量是最多的,裡面的糖份也相對較高。

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楓糖漿。圖片來源:wiki

雖然糖楓可以生產到百歲,但是,因為每棵樹每季大約只能產出一公升的楓糖漿,因此,楓糖農夫們最關心的就是:到底明年的楓糖產量如何?要製成上面這樣一瓶甜蜜蜜的楓糖漿可不容易。糖楓包括了三種品種的楓樹:糖楓(the sugar maple,Acer saccharum), 黑楓樹(the black maple,A. nigrum)以及紅楓樹(the red maple,A. rubrum)。糖楓要長到三十到四十歲的才能開始採樹汁,每棵樹最多只能鑽三個孔。每棵樹每年春天只能產出35-50公升的樹汁,而這個樹汁還要加熱濃縮20-50倍,才成為我們看到的楓糖漿。真的是滴滴皆辛苦啊!

楓糖的產量要從兩個角度去看,一個是樹汁的多寡,另外一個是樹汁的品質。由於楓樹的樹汁裡面只有2-3%是糖份,再濃縮是必需的手段,但是樹汁裡糖份的百分比也很重要。雖然百分之二跟百分之三好像只相差百分之一,但是在濃縮的過程中,含有百分之三糖份的樹汁,當然可以少濃縮很多囉。

過去,楓糖農夫們經常試著用今年的天氣來預測來年楓糖漿的產量。但是,最近哈佛大學的研究團隊,在收集了十七年的資料,分析以後發現:真正對楓糖漿產量影響最大的,不是天氣,而是糖楓的種子產量。

研究團隊收集了十七年來Vermont地區的氣候、楓糖漿產量,以及當地糖楓的種子產量。他們發現,在2000年、 2006年、與2011年這三個年份,糖楓樹們產生了大量的種子,而2001年、2007年、2012年楓糖樹汁的質與量都下降了。

糖楓大約每二到五年就會來一次種子大爆發(mast seedling event),由於楓樹的種子是靠風傳播,因此當種子大爆發時,就會看到滿天的迷你竹蜻蜓在飛翔。而滿天的迷你竹蜻蜓起飛之後,接著就是糖楓樹汁產量下降。

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糖楓的種子。圖片來源:wiki

不過,雖然種子的產量是主要影響糖楓樹汁的產量的因素,天氣還是有些影響的。主要影響糖楓樹汁的產量的天氣因素包括當年三月的最低溫與最高溫,以及四月的最高溫。當研究團隊把種子的產量、三月最低溫與最高溫,以及四月的最高溫一起列入考慮時,大約可以預測79%的糖楓產量上的變數了。其實仔細想想,種子的產量影響來年樹汁的質與量,並不意外。怎麼說呢?因為形成種子的時候,植物一定會把大部分的養分都灌注到種子上,這樣在種子離開親本以後才能有足夠的養分對抗可能的逆境。而每年植物也只有一樣多的日子可以吸取養分、進行光合作用,所以當種子大爆發的時候,也就意味著大部分的養分都拿去結子了,當然留在根部用來形成來年的樹汁的部分就減少囉!

最後,哈佛的團隊也告訴大家,今年Vermont的糖楓們種子產量並不多,因此只要天氣沒有太大的變化,明年對糖楓農夫們來說,應該會是個好年頭。

參考文獻:

原刊載於作者部落格 老葉的植物王國

相關標籤: 楓樹 楓糖
文章難易度
葉綠舒
262 篇文章 ・ 6 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。


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沒看過打不壞的木製球棒?最新「加工法」讓木材硬度堪比金屬!

Rock Sun
・2021/11/19 ・2152字 ・閱讀時間約 4 分鐘

如果今天你想要好好的切食物,該用什麼樣的刀呢?

大家馬上想到的,應該不外乎就是金屬或是陶瓷吧?自古以來要製作工具,這兩個材料一定是首選,直到當代貪圖方便而使用的塑膠刀叉之外,好像想找不太到其他更好的替代方案了。

但是最近,有一群研究人員打破了大眾的想法和材料科學的界線——用木頭製作的刀來取代金屬。

10 月 20 號,這一群來自馬里蘭大學的材料科學家們在期刊《Matter》上發表了一種全新的加工方法,可以把跟木材大幅強化,製作成餐刀等工具。這把刀的硬度不只跟一般的牛排刀不相上下,可以輕鬆地切開 8 分熟的牛排,還可以多次使用、洗滌、有效的回收再利用,整個產品製造過程的能源消耗也比金屬或陶瓷低非常的多,有望在未來取代這類餐具。

經過最新加工方法製成的木材,所製作出的餐刀可比不鏽鋼材質的更加鋒利。圖/Pixabay

比金屬和陶瓷更環保的選擇:木材

當你環顧生活周遭需要以「堅硬」為訴求的材料,你會發現它們大部分都是人造或經過加工的,因為想製作堅硬的物品,最怕的就是整個物理結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵,只要有以上任何一種,工具的耐久度就無法維持多久,然而天然材料通常都有這種缺陷,例如木頭內部會有中空導管,石頭內則會有導致它容易剝落或裂開的天然紋理。

所以物質多半都都需要經過高溫冶煉才能夠成為堅硬的材料,例如光是製造陶瓷,就需要將陶土加熱到幾千度的高溫,而在這個講求環保的時代,有時候又要考慮產品的碳足跡……不用說,從地球土壤中開採鐵礦和陶土所耗費的能源,絕對與使用天然材質相對多很多。

所以這群研究人員把腦筋動到了陪伴原始人類到現在、樸實無華的木頭身上,他們覺得人類還沒發揮木頭 100% 的能力。

一般的木材在結構上有裂痕、中空或缺口等等瑕疵,無法加工成非常堅硬的工具。圖/Pixabay

請給我木材!人類尚未 100% 發揮它

好幾千年來,人類就不斷地想在木頭身上動手腳,但是在工具和建築上,木頭的加工通常只限於蒸氣曲木和壓縮法,用這種方法處理的木頭都會有個問題,在一段時間過後,木頭本身會有些許的回彈(定型)。

要知道為什麼就得先了解木頭!

木頭最主要的成分是纖維素,雖然平常可能無感,但纖維素其實有相當高的強度與密度比,表面上看起來是一個輕量又堅固的超理想材質,只看數字的話,甚至凌駕於大部分的高密度建築材料如水泥、金屬等等。但是我們目前加工木頭的方式,都無法把木材的材料潛力發揮到極致,部分是因為纖維素其實只佔了木材的 50%,除此之外還包含半纖維素、木質素等物質,這些聚合物主要是作為介質,而非提供強度,但如果將這些東西去除掉,整個木頭結構會變得容易崩壞。

所以研究團隊找到了方法,移除木頭內比較脆弱的物質,但是仍保留纖維素的結構,這個技術可以把原本木材的硬度整整強化 23 倍,並打造出比不銹鋼刀還鋒利 3 倍的餐刀。

蒸氣曲木加工法,將木材放在充滿蒸氣的箱子內彎曲,能加工出優美的弧線。圖/WIKIPEDIA

兩步驟加工:讓「普通木材」變「超硬木材」

第一步是將木頭浸泡在添加了特定化學物質的水中,並加熱到攝氏 100 度,以去除部分木質素。失去木質素的木材會變得較為柔軟、具有彈性甚至還會黏稠;以往的木材加工通常不會將這個方法用在木材上,除了如上述提到的結構問題外,還會有使用溶劑的毒性問題,但研究人員研發出了毒性較低、還能重複使用的溶劑。

第二步是對木頭進行高溫加壓,去除水分並讓其材質更為緻密,確保不會有結構上的缺陷,連樹木中原本被導管佔用的空間都能夠去除。

藉由這兩個步驟,他們有辦法去除木頭原本的結構問題,而經過這樣處理後的木頭還可以裁切成想要的形狀,然後再塗抹礦物油延長壽命、也隔絕水分讓纖維素不要再吸水,以免洗滌餐具降低刀子的鋒利程度。

將木材加工為「超硬木材」的實驗步驟。圖/參考資料 1

木材應用百百種!「五金材料」的新未來?

同樣的手法可以用來製作其他工具,例如和金屬釘子一樣堅硬的木頭釘子,一樣可以釘穿 3 塊木板,但是好處是木頭釘子不會有生鏽的問題,除了釘子之外,還有很多東西可以用這種木頭材質製作,例如更耐用的木頭地板。

儘管目前這個技術的使用還只是存在於實驗室環境中,但是不可否認的是,我們還沒有發揮木頭百分之百的實力,只要這個技術成熟,加上樹木可以種植並回收的特性,在未來每個人都可以分配到的超級強化木材資源或許可以凌駕於金屬,或只是打造出打不壞的木製球棒、堅不可摧的小木屋、輕量化的木頭汽車和飛機、或者是一把堪比鋼刀的超強木刀。

阿銀,你的木刀原來是這麼來的啊 ?

參考資料

2021,《Hardened wood as a renewable alternative to steel and plastic

Rock Sun
84 篇文章 ・ 331 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者