[精油化學]植物的光合作用與精油的產生

精油如何產生?植物為什麼會產生精油?精油是芳香植物的精華,而所有植物的能量活動都從「光合作用」開始。二氧化碳與水,透過葉綠素與光能而合成糖與氧,這就是光合作用,也是將無機的二氧化碳轉為有機的碳水化合物之關鍵。光合作用的過程與精油的生成有何關係? 何謂光合作用的初級代謝產物與次級代謝產物?常見的次級代謝產物有哪些?

植物的光合作用與其產物

光合作用最早是由荷蘭科學家雷文霍克(Anton van Leeuwenhoek 1632-1723)以簡易顯微鏡做觀察,進而發現經過照光的綠葉細胞具有同心圓澱粉顆粒構造,從此開啟了研究植物如何製造養分。如何生長議題的歷史新頁。歷經數位學者的探究後,終於在1969年由史雷克(Slack)和海契(Hatch)確認出C-4型光合作用,並且建立了目前大家所熟知的光合作用的反應式(如下):

光合作用是植物用以延續生命的一種非常重要的反應,無法進行光合作用的植物等於失去了補充食物養分的機制,自然無法生存。來自大自然的太陽光提供了反應時所需的能量,而植物會利用含葉綠素的葉子和綠色枝幹來進行反應,並結合來自水分子的氧和氫原子共同合成醣類化合物,藉此反應植物得以獲得碳原子,以便再製造其他分手。

光合作用的初級代謝產物

由光合作用所產生的葡萄糖分子正是各種細胞的能量來源,同時也是維持植物存亡的關鍵性物質,所有維持生命基本生理現象-包括能量代謝與生長所需的生物化合成反應產物,都稱為一級(初級)代謝產物(primay metabolites)。

光合作用的次級代謝產物

此外,尚有二級(次級)代謝產物(secondary metabolites),這類物質不直接參與正常生長。發育或繁殖,缺乏該類產物雖然不會令生物體立即死亡,但若長期缺少此類物質,將導致生物體失去生存或繁殖能力。
雖然植物可以自行製造各細胞器官所需之種種化合物,但對植物而言,還有一個問題對它們的生存而言也是息息相關的,那就是-如何可防禦其他掠奪者的攻擊。為了生存,有些植物會產生防禦機制,如:分泌有毒的汁液。在荊棘或針刺的構造中蘊藏某些化學物質等這些防禦性物質就是二級代謝產物,它們雖然不如主要細胞器官般重要,但卻是植物自我保護時的必要措施。精油就是屬於植物的二級代謝產物,它就像存放在軍械庫裡的化學性武器一樣,隨時準備供應防禦性物質來抵擋外敵的入侵,是植物用來防禦外敵的化學武器。

常見的次級代謝產物

在次級代謝產物中我們較常見到下列萜類化合物分子(terpene molecules)非砧烯脂肪煙(nonterpenoid molecules)酚類及苯丙烷分子(phenolic and phenyI propanoid molecules)、雜環分子(heterocyclic molecules)。此外,其實還有許多我們早已熟知的抗氧化、保健成分及生物也都是植物的二級代謝產物,例如類黄酮(flavonoids)、皂(sapins),存在於茶或咖啡裡的生物鹼(alkaloids)、咖啡因(caffeine)等,有些對人體其實具有顯著的藥理學效應,只是這些成分在蒸餾過程中並不會隨精油被萃取出來。

[QASC]

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