最近，美國發生一起頗受矚目的訴訟案：墨西哥龍舌蘭酒酒廠「Tequila Komos」被控在產品中非法摻入由甘蔗釀製的乙醇。根據墨西哥規定，標榜為「100%藍色龍舌蘭（Agave tequilana）」的龍舌蘭酒，不得混入非該植物來源的酒精，否則即構成詐欺。提出訴訟的是另一家競爭酒廠，而他們提供的證據，正是來自於核磁共振碳同位素檢測（SNIF-NMR）。
C₄ 與 CAM：一樣的酵素，不一樣的時機
甘蔗是典型的 C₄ 植物，白天以磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶（ PEP carboxylase，PEPC）酵素捕捉大氣中的 CO₂，將其固定成四碳化合物後，再釋放給 RuBisCO 進行 卡爾文循環製糖。PEPC對碳同位素幾乎沒有偏好，不論是輕的¹²CO₂或重的¹³CO₂都一視同仁。
而藍色龍舌蘭屬於 CAM（Crassulacean Acid Metabolism）植物，使用相同的 PEPC 酵素，但改在夜間捕捉 CO₂，並暫時儲存為蘋果酸（malate），隔天再釋出給 RuBisCO 進行光合作用。這樣的「日夜分工」策略有助於節水，是乾燥環境中演化出的絕妙適應方式。
不過，大氣中的碳同位素比例並不穩定。白天眾多植物開展光合作用，而佔大宗的C3植物的RuBisCo偏好吸收¹²CO₂，導致空氣中 ¹³CO₂ 比例上升；而夜間植物只進行呼吸作用，釋放以¹²C為主的 CO₂，使夜間大氣 CO₂ 的同位素組成變得比較輕。這正是CAM植物與C₄植物在糖的¹³C比例上產生差異的關鍵。
SNIF-NMR 是怎麼抓造假的？
SNIF-NMR（Site-specific Natural Isotope Fractionation by Nuclear Magnetic Resonance）可以精細地偵測乙醇分子中不同「位點」的¹³C含量。
乙醇有兩個碳，一個是甲基碳（CH₃），另一個是羥甲基碳（CH₂OH）。
研究發現，C₄植物產生的酒精，在甲基碳（CH₃）與羥甲基碳（CH₂OH）兩個位點的¹³C含量普遍偏高且變異極小（δ¹³C 約在 –10‰ 到 –14‰）；而CAM植物則因為碳固定的時間點、環境條件變化，以及中間代謝物可能流向其他用途，使得酒精中這兩個碳位點的¹³C含量出現不一致的模式與較大變異。因此，在理論上，的確可以藉由 SNIF-NMR 判斷酒精是否來自 C₄ 或 CAM 植物。
那麼，為什麼CAM植物的酒精裡¹³C變異比較大？這與其特殊的代謝流程有關。CAM植物會在夜間吸收CO₂並固定成蘋果酸（malate）儲存起來，隔天白天再釋放出CO₂供卡爾文循環使用。首先，夜間大氣中的CO₂偏向較輕的¹²C，這會影響最初吸收的碳同位素組成；其次，更關鍵的是，這些夜間儲存的蘋果酸並不一定全部都乖乖在白天進入卡爾文循環，有些會被轉送到其他代謝途徑，像是合成胺基酸或有機酸等。
這就好比一個店家做生意，客人付的錢本該存進銀行，但店主卻先拿去繳水電、付供應商、換零錢……等到真正存進銀行的時候，雖然金額看似一樣，鈔票早已不是原本收到的那些了。
相對地，C₄植物是在白天同時進行碳固定與卡爾文循環，只是發生在不同細胞位置，時間上是同步的。這就像櫃檯一收到鈔票，立刻由後台收走存放，原鈔不變、流程封閉，變異自然較小。
這就是為什麼，CAM植物製造的糖，以及用它的糖發酵製成的酒精，其¹³C含量變異比較大的緣故。但是，還有另一個問題--藍色龍舌蘭是絕對CAM嗎？
很多人沒注意到的一點是：藍色龍舌蘭並不是一種「絕對CAM（obligate CAM）」植物。根據 Owen et al.（2015）的文獻，藍色龍舌蘭在不同水分與光照條件下，可以展現兼性CAM（facultative CAM） 的特性，轉為 C₃ 代謝。若農場使用溫室或灌溉系統培育藍色龍舌蘭，其實可能讓代謝型態大幅改變。
CAM植物居然有這樣的，應該不少人都不知道，以為CAM植物就是只能進行CAM代謝。其實，CAM植物裡面，只有仙人掌科全科都是絕對CAM植物，至於其他科，那就看情況囉...像這幾年臺灣很流行的冰花就不是絕對CAM。
所以啦，光是藍色龍舌蘭可以在CAM與C₃ 兩種代謝形式之間轉換，就已經讓事情變得複雜；更別說釀酒用的汁液常常來自不同齡、不同部位的混合，有的部位代謝活性高、有的則早已儲藏碳源，這些都會讓最後萃出的糖混成一鍋難解的同位素「亂碼」。
當科學成為判決依據，我們該更謹慎
這起訴訟案的最大啟示，不在於某家酒廠到底有沒有摻甘蔗酒精，而是提醒我們：科學檢測永遠不是全知全能的裁判。特別是當非專業人士將「科學結果」視為鐵錘時，往往忽略了背後方法是建立在特定的假設條件、也忘了科學永遠都在更新中--也就是說，你以為的鐵鎚，可能只是塑膠錘、海綿鎚，更慘的是，有時連錘子都沒了。
正如這個例子所顯示的，植物的代謝不是二元的開關，而是會隨生活環境調整的動態系統。當我們用靜態的數據去檢視動態的生命現象時，不謹慎的話，科學反而會變成誤殺的幫凶喔。
參考文獻：
Akoka, S., Guérin, R., Martin, Y. L., & Silvestre, V. (2010). Improved characterization of the botanical origin of sugar by carbon-13 SNIF-NMR applied to ethanol. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 398(1), 125–135. https://doi.org/10.1007/s00216-010-3915-9
Owen, N. A., Griffiths, H., & Dodd, A. N. (2015). Crassulacean acid metabolism (CAM) offers sustainable bioenergy production and resilience to climate change. GCB Bioenergy, 8(3), 556–568. https://doi.org/10.1111/gcbb.12265
