主要果菜類の炭水化物組成 *

(1)

主要果菜類の炭水化物組成 *

Ca r bo hydr a t eCo mpo s i t i o no fMa j o rFr ui tVe ge t a bl e s

加

藤陽治

* *

YojiKATO

論文要旨

野菜のなかの主な果菜類5品種,すなわちナス, ピーマン, キュウリ, カボチャおよびモヤシの炭水化物組成の比較を市販品を用いて行った｡可食部生重量100gあたりの全炭水化物量 (内訳,単糖･オリゴ糖 :デンプン :細胞壁多糖) は, ナスで4,051mg (62.9:1.6:35.5), ピーマンで4,007mg(58.9:5.7:35.4),キュウリで2,013mg(67.5:0.2:32.3),カボチャで12,533 mg(35.2:44.9:19.9),モヤシで1,787mg(55.0:1.5:43.5)であった｡細胞壁多糖はいずれ

もペクチン様物質 (おもに中性糖を含むラムノガラクツロナン),ヘミセルロース (おもにキシログルカン,ガラクタン系多糖およびキシラン系多糖)およびセルロースから成っており, これらの比率はナスで54:15:31, ピーマンで51:19:30, キュウリで49:20:31, カボチャで 43:18:39,モヤシで48:19:33であった｡また, ナス, ピーマン, キュウリ, カボチャおよびモヤシのペクチン様物質の約67%,69%,66%,66%および48%が温水 (40oC)処理により細胞壁より可溶化した｡

キーワード :果菜類,多糖類,炭水化物,水不溶性食物繊維

1.緒言

われわれは,植物性食品 (穀類, いも類,豆類,野菜類及び果実類) に由来する食物繊維の物理化学的性質解明の基礎的知見を得るために,植物性食品に含まれている各種炭水化物 (単糖･オリゴ糖, デンプンおよび細胞壁多糖)の系統的分画定量と壁多糖の構造解析の研究を進めている｡これまで主要葉菜類5種 (キャベツ,ハクサイ,チンゲンサイ, ホウレンソウ, レタス)および主要根菜類5種 (カブ, ダイコン, ゴボウ,ニンジン, レンコン)の炭水化物組成を報告した1･2)｡今回は果菜類のなかから日常の食生活で摂取する機会の多いナス, ピーマン, キュウリ, カボチャおよびモヤシを選び,炭水化物組成を調べたのでその結果について報告する｡

2.実験方法 1)実験材料

*

植物性食品の炭水化物組成 (第3報)

Carbohydratecompositionofvegetablefood(PartIII)

**弘前大学教育学部家政学科教室

DepartmentofHomeEconomics,FacultyofEducation,HirosakiUniversty

(2)

ナス, ピーマン,キュウリ, カボチャおよびモヤシを弘前市内のスーパーマーケットより購入し,可食部100g(生重量)を凍結乾燥した｡乾燥重量は,順に7.3314g,8.3692g,5.2713

g,21.8400gおよび5.4500gであった｡乾燥させた野菜は乳鉢磨砕により粉末にし,以後の実験に供した｡

デンプン加水分解酵素のグルコアミラーゼ (Rhizopusniueus,35単位/mg)およびイソアミラーゼ(Pseudomonas,59,000単位/mR)は,生化学工業から購入した｡また,唾液アミラーゼはヒト唾液より調製3)した｡その他の試薬は市販特級品を用いた｡

2)炭水化物の分画

各種果菜類可食部の炭水化物の分画は,前報1I2)の葉菜類及び根菜類の場合と同一方法で行った｡すなわち,粉末試料の熱80%メタノール可溶性画分から｢単糖･オリゴ糖画分｣ (糖量はフェノール･硫酸法4)にてグルコース相当量として求めた) を得た｡続いてメタノール不溶性画分をアミラーゼ (イソアミラーゼおよびグルコアミラーゼ)加水分解処理し,分解物をBio‑

GelP‑2のゲル源過クロマトグラフィーに供し,単糖溶出位置に得られた糖量 (フェノール･硫酸法によるグルコース量) をもって｢デンプン｣量とした｡また,同クロマトのボイドポリュ‑ウム画分に得られた多糖を｢水可溶性多糖画分 (W S)｣とした｡ただし, レンコンの場合デンプン量が多いため, イソアミラーゼとグルコアミラーゼの組合せによる処理法では加水分解が不十分だったので,唾液 (5mP) より調製したアミラーゼ標品を用いて加水分解を行った後, グルコアミラーゼで処理する方法を用いた｡

酵素処理後の水不溶性物質は｢水不溶性多糖画分(WIS)｣とした｡WISは前報2)と全く同じ方法でシュウ酸アンモニウム,4%および24%水酸化カリウムでの抽出分画操作に供し,｢ペクチン様物質画分 (PS,シュウ酸アンモニウム抽出画分)｣,｢ヘミセルロースー Ⅰ画分 (HC‑Ⅰ,

4%水酸化カリウム抽出画分)｣および｢ヘミセルロース‑ⅠⅠ画分 (HC‑ⅠⅠ,24%水酸化カリウム抽出画分)｣および｢セルロース画分 (CL,24%水酸化カリウム抽出残漆)｣を得た｡

3)WS,PS,HC‑Ⅰ,HC‑ⅠⅠ及びCL画分の構成糖量

中性糖量 :試料 (1mg)を1mgの2Mトリフルオロ酢酸で5時間,100oCで加水分解し,分解物を減圧乾固し,200JLgの2‑デオキシグルコース(ガスクロマトグラフィー分析の内部標準物質) を加えた｡CL画分の場合は,試料 (5mg)を72%硫酸に懸濁･溶解 (約1時間)後,硫酸濃度が1,5Mになるように蒸留水で希釈し100oCで3時間加水分解した｡反応物を炭酸バリウムで中和後,2‑デオキシグルコースを加え, よく操はん L波過した｡溶液をAmberliteIR‑120(H+

壁)で処理し減圧乾固した｡それぞれ,得られた加水分解物中の構成中性単糖はアルジトールトリフルオロアセテートとした後,ガスクロマトグラフィーにて定量した｡ガスクロマトグラフは日立製のG‑500を用い, カラムは1.5% QF‑1/ChromosorbW (AW‑DMCS) (0.4×200 cm,ガラスカラム) を用い140oCの定温で分析した5)0

酸性糖量 :試料溶液から適当量とりカルバゾール･硫酸法6)にてガラクツロン酸相当量として求めた｡但し,本法では,中性糖も発色するので,予めその影響量を調べておき上記中性糖量からその影響量を算出, カルバゾール･硫酸法で求めた値から差し引き [真の酸性糖量 ‑

カルバゾール･硫酸法にて求めた酸性糖量 ‑ .(ガスクロマトグラフィー法で求めた中性糖量

× 0.23)],酸性糖量とした｡

(3)

4)ペーパークロマトグラフィー

東洋漬紙N^o^.⁵⁰^{を用いたO中性糖は}ⁿ‑ブタノール :ピリジン :水(6:4:3)で40oCにて展開 (上昇法,2回)し,酸性糖は酢酸エチル :水 :酢酸 :ギ酸 (18:4:3:1)で室温にて展開 (下降法) した｡風乾後, アルカリ性硝酸銀試薬7)で還元糖を発色した｡

5)糖結合様式の分析

水可溶性多糖 (W S,約1mg)あるいは水不溶性多糖 (W IS,約10mg)を箱守法 8)にてメチル化した｡メチル化多糖は酸で加水分解後,水素化ホウ素ナトリウムで還元してアルジトールにし, ピリジンと無水酢酸でアセチル化し,ガスクロマトグラフィーによる分析9)を行った｡ガスクロマトグラフは日立製のG‑500を用い,カラムはJ&W社のヒューズドシリカキャピラリーカラムDB‑225 (0.32mmX15m)を用い,140oCから200oCまで1分あたり2oCの昇温で分析

した｡

6) フェルラ酸の定量

80%メタノール不溶性画分 (long)を1M水酸化ナトリウムに懸濁し一晩室温放置後,遠心上清を塩酸酸性にしてエーテル抽出を行ったOエーテル層を減圧乾固し,0.1M水酸化ナトリウムに溶解し吸収スペクトルを測定した｡また,340nmでの吸光度を測定しフェルラ酸量を求めた10)0

7)陰イオンクロマトグラフィー

単糖･オリゴ糖分析にはイオンクロマトDX‑300(日本ダイオネクス社)を用いた｡分離カラムはCarboPacPAlを,ガードカラムはCarboPacPAIGUARDを用いた｡分析は,溶離液A (100m M NaOH)と溶離液B (100m M NaOH/500m M CH3COOH)を用い,0分時に A :B‑100:0で,30分時にA :B‑70:30になるように直線的ブラジェントで,1.OmP/分の流速で行った｡検出はパルスドアンペロメトリー検出器 (金電極) を用いた｡標準物質としてグルコース, フルクトース,スクロースを用いた｡

3.結果および考察

ナス, ピーマン, キュウリ, カボチャおよびモヤシの可食部を凍結乾燥後,乳鉢磨砕により粉末化し, それぞれ1.000gを熱80%メタノール抽出操作に供した｡抽出物を減圧濃縮乾固後, 水に可溶性のものを｢単糖･オリゴ糖画分｣とした｡乾燥粉末1.000gから得られた単糖･オリゴ糖画分の糖量はナスで351.0mg, ピーマンで295.5mg, キュウリで267.0mg, カボチャで204.0 mgおよびモヤシで196.5mgであった｡これら単糖･オリゴ糖画分を構成している糖の重合度分布を調べるためにBio‑GelP‑2のゲル波過クロマトグラフィー (Fig.1) を行った｡いずれの品種でも単糖と2糖が主成分で高級オリゴ糖が少ないことがわかった｡そこで単糖と2糖の種類の特定と定量を陰イオンクロマトグラフィーで行った｡グルコース :フルクトース :スクロースはナスで90:6:4, ピーマンで59:30:ll, キュウリで67:28:5, カボチャで17:7:76, モヤシで46:29:25であった｡

熱80%メタノール不溶性物質は乾燥後, グルコアミラーゼとイソアミラーゼの両酵素により加水分解を行った｡この操作でデンプンはすべてグルコースに分解されるが同時に酵素処理操

(4)

I,U

UO6寸‑DaUUDqJOSqV

30 50 70 9O l10 30 50 7T3 90 110 30 50 7T3 90 1IO 30 50 7ロ 9〇日0 50

5 0 7 09 0

^H^O

Tube ト山.(LOrnl′†ube)

Fig.1.Bio‑Ge一P‑2chromatographyofthe80% methanoトso山blefractionofeggplant(A),sweet pepper(B),cucumber(C),pumpkin(D)andmungbeansprouts(E).

Eachsamplewasdissolvedinwaterandcentrifugedtoremoveinsolublematerials.Thesuper‑ natantwasappliedtoacolumn(1.8X44cm)ofBioIGelP‑2equHibratedwithwaterandsubse‑

quentlyelutedwithwater.CarbohydratesweredeterminedbythephenoI‑sulfuricacidmethod.

Thearrowsinthefiguresindicatetheelutionpositionsofcarbohydrateshavingmolecularweight morethan2,000(Vo),glucose(G)andmaltose(G^2).

作中,細胞壁より一部の多糖類が可溶化する｡そこで可溶化した多糖とデンプン分解物のグルコースをBio‑°elp‑2のゲル渡過クロマトグラフィーで分離した｡カラムの単糖溶出画分に得られたグルコースの量をもって｢デンプン量｣とした｡デンプン量は, ナス, ピーマン, キュウリ, カボチャおよびモヤシ1.000gあたり, それぞれ9.0mg,28.5mg,0.8mg,260.4mgおよび 5.2mgであった｡カボチャ以外は含有量は少なかった｡

他方,Bio‑Gel P‑2のカラムのボイドボリューム画分に溶出した糖を｢水可溶性多糖画分 (WS)｣とした｡Tablelは水可溶性多糖画分の収量と構成糖組成の分析結果を示す｡構成ウロン酸はおもにガラクツロン酸であることがペーパークロマトグラフィー分析により確認され

Table1.Yieldsandsugarcompositionofthewater･Solublepolysaccharidefractionpreparedfrom some fruitvegetables.

Water‑soluble Yie^ld^l) Sugarcomposition (wt%) polysaccharide (Totalsugar)

fractionfrom (mg) U.A. Rha Fuc Ara Xyl Man Eggplant

Sweetpepper Cucumber Pumpkin

Mungbeansprouts

578071113576433 1aGC1G 624075783021112

8963011122

1632210101

4dT05800100

4527253535

1113300000

722012223.41

012073407567776

1)From1.000g triturated,freeze‑driedfruitvegetable.

た｡WSの多糖の構成中性糖の結合様式を分析するため,各々の試料を箱守法にてメチル化し, メチル化多糖を酸加水分解しアルジトールアセテートとした後,ガスクロマトグラフィーで分析した｡同定された部分メチル化アルジトールアセテートをまとめたのがTable 2である｡

TablelとTable2および既知の細胞壁多糖の化学構造を参考11)にすると,WSに含まれている多糖の大部分は,D‑ガラクツロン酸残基がα‑(1‑ 4)結合した直鎖構造のところどころ

(5)

Table2.Sugar‑linkagecompositionofthewater‑solubleand water･insoluble polysaccharidefractions obtainedfrom the80% methanoHnsolublefractionsofsomefruitvegetables.

Peak Methylatedsugar No.

Deduced glycosidic linkagel)

Amount2)

Eggplant Sweet Cucumber Pumpkin Mungbean

pepper sprouts

WSIP3)WISIP4)WS･PWIS･P WS･PWIS･P WS･PWIS･P WS‑PWIS･P 1 2,3,5‑Me3‑Ara5) T‑Ara

2 2,3,4‑Me｡‑Xyl T‑Xy1 3 2,3,4‑Me3‑Fuc T‑Fuc 4 3^,5‑Me2‑Ara 2‑Ara 5 Unidentified

6 Unidentified

7 3,4‑Me2‑Rha 2‑Rha 8 2,5‑Me2‑Ara 3‑Ara 9 Unidentified

lO 2,3,4,6‑Me｡‑GIcand/or T‑GIcand/or 2,3,4,6‑Me｡‑Man T‑Man 11 2,4‑Me2‑Xyl 3‑Xyl 12 2,3‑Me2‑Ara 5‑Ara 13 Unidentified

14 2,3‑Me2‑Xyl, 4‑Xyl, 3,4‑Me2‑Xyland/or 2‑Xyland/or 2,3,4,6‑Me｡‑Gal T‑Gal 15 Unidentified

16 Unidentified 17 2‑Me.‑Rha 18 3‑Me.‑Rha 19 2‑Me.‑Ara 20 3‑Me.‑Ara, 21 2,4,6‑Meョ‑Galand/or

2,3,6‑Meョ‑Man 22 2‑Me.‑Xyland/or

4‑Me.‑Xyl 23 2,3,6‑Me3‑Gal,

3,4^,6‑Meョ‑Galand/or 2,3,4‑Me3‑GIc 24 2,3,6‑Me3‑GIc 25 Ara

26 2,3,4‑Meョ‑Gal 27 2,6‑Me2‑Gal 28 Unidentified 29 Unidentified

3,4‑Rha 2,4‑Rha 3,5‑Ara 2,5‑Ara, 3‑Galand/or 4‑Man

58503013060100001000

0421103232400000600039301061090000000004

8530209158200000500055301080050100000000

73300372333000002000

00001041051100000001

33420011221000002000

79000180050000000000

01100070221000001000 02050205

0507080202070103

0805

050306020107

0003

070302090105

0102

080200030409

09020802 00068060000003

044150700nU220000045060000004

00342000003200

00168070000005

05108000002102

000330300000040104603000110004063050000004

02174030001000

3,4‑Xyland/or 1.1 0.0 0.3 2.3‑Xyl

4‑Gal, 2‑Galand/or 6‑GIc 4‑GIc 2,3,5‑Ara 6‑Gal 3,4‑Gal

30 3,6‑Me2‑Ga1 2^,4‑Gal 31 Unidentified

32 Unidentified 33 2,3‑Me2‑GIc 34 Unidentified 35 2,4‑Me2‑Gal 36 Unidentified 37 Unidentified 38 Unidentified 39 Unidentified

4,6‑GIc

ar763 00410022004300

71.7 13.170.3 2.253.2 6 3 95 1 2 0 500111010001100007 68075201056988000 569000011009020000 25034089501000050

00300462000500504000022009010000630808030569100001020101000120000

103104660101006080000110080300005

60164030751110001040101000260000502105440009004080000111070000006

5045401065614000101010100021000070135060000210307000121206110010470864010307500000000101000220000

1)Thenumericalprefixesrepresentthecarbonatomsinvolvedinglycosidiclinkagesintheorlglnal polysaccharides.PrefixT indicatessugarslinkedthroughC(0)‑1only.2)% totalarea.3)Water‑soluble polysaccharide fraction. 4)Water‑insoluble polysaccahride fraction. 5)2,3,5‑Me,‑Ara‑2.3,5‑tri101 methy1‑1^,4‑di‑0‑acetyl‑arabinitol,etc.

(6)

にα‑L‑ラムノース残基が (1‑ 2)結合で挿入された多糖ラムノガラクツロナンであると考えてよい｡そのラムノース残基の0‑4位に結合していると思われる中性多糖側鎖は,複雑な構造を有するアラバン,ガラクタンあるいはアラビノガラクタン等と考えられる｡ガラクタンは, 4‑Galが53.2%〜71.7%といずれにおいても半分以上を占めることから4‑結合ガラクタンが主要ガラクタンであると考えられる｡また,非還元末端アラビノース (T‑Ara),3‑結合ガラクトース (3‑Gal),一石一結合ガラクトース (6‑Gal)および3,6‑結合ガラクトース (3,6‑Gal) が僅かながら検出されたことは,中性多糖アラビノー3,6‑ガラクタンが少量存在する可能性も示している｡

アミラーゼ処理操作後の水不溶性物質は｢水不溶性多糖画分 (WIS)｣とした. まず, それぞれの水不溶性画分を構成している多糖類の糖結合様式をWSの場合と同様に解析した｡部分メチル化アルジトールアセテートの組成を示すTable2のデータだけからでは多糖の種類を推定することは不可能であるが,やはりこれまでの植物細胞壁多糖の構造に関する数多くの知見を参考にし,多糖の種類をある程度特定した.すなわち,いずれの品種でも,(丑側鎖構造を有するラムノガラクツロナン [2‑結合と2,4‑結合ラムノース (2‑Rhaと2,4‑Rha)の検出],② キシログルカン [非還元末端キシロース(TIXyl),非還元末端フコース (T‑Fuc),4‑結合と 4,6一結合グルコース (4‑GIcと4,6‑GIc)],③ セルロース [顕著な量の4‑結合グルコース (4

‑GIc)],④ アラバン [非還元末端,5一結合および3,5‑結合アラビノース(T‑Ara,5‑Araおよび3,5‑Ara)],⑤ (1‑ 4)一ガラクタン [4‑結合ガラクトース (4‑Gal)]および⑥分岐アラビノガラクタン[種々の結合様式をもつガラクトースとアラビノース残基の検出],⑦ キシラン [4‑結合キシロース (4‑Xyl)]等を有すると考えられる｡さらに,WISをシュウ酸アンモニウム,4%水酸化カリウムおよび24%水酸化カリウムで順次抽出分画し,得られたペクチン様物質画分 (PS),ヘミセルロースー Ⅰ画分 (HC‑Ⅰ),ヘミセルロースーⅠⅠ画分 (HC‑ⅠⅠ)浴よびセルロース画分 (CL)の収量と構成糖組成をまとめたものがTable3である｡Table3にみられる各画分の構成糖組成と先の糖結合様式分析の結果 (Table1)から判断すると, いずれの品種も,ペクチン様物質画分 (PS)はおもに中性糖を含むラムノガラクツロナン (上述多糖 (丑および⑥ ),ヘミセルロース画分(HC‑IとHC‑II)はおもにキシラン系多糖,ガラクタン系多糖およびキシログルカン (上述多糖②,④,(9及び⑦),セルロース画分 (CL)はセルロース

(上述多糖③)からそれぞれ構成されていると考えることができる｡

モヤシ以外の果菜類のPSのウロン酸含有量は25.6%〜40.6% (Table3)と,WSのそれ (63.0%〜77.0%,Table1)に比べ少ないものの, これまでの種々の植物細胞壁多糖の研究結果からWSの多糖の大部分は細胞壁構成ペクチン様物質から遊離したものと考えて差し支えない｡従って,ナス, ピーマン,キュウリ, カボチャおよびモヤシの細胞壁に存在するペクチン様物質はWSとPSの合算量で示すことができ, その約67%,60%,66%,51%および48%

が温水処理により可溶化し,水可溶性多糖 (WS)とし得られたとみなすことができる｡さらに,WSを含めた形で細胞壁構成多糖の割合を,ペクチン様物質(WS+PS):ヘミセルロース (HC‑

Ⅰ+

HC‑ⅠⅠ):セルロース (CL)の観点でみてみると, その比率はナスで54:15:31, ピーマンで54:18:28, キュウリで49:20:31, カボチャで50:16:35,モヤシで48:19:33 となる｡すなわち5品種で大きな差がないことがわかる｡

(7)

Table3.YieldsandsugarcompositionofsubfìaCtionsobtainedafterfractionatingthewater‑insoluble polysaccharidefractionpreparedfrom somefr山tvegetables.

Subfraction Yield' Ratio (Totalsugar) (%)

(mg)

Sugarcomposition (wt%)

U.A. Rha Fuc Ara Xyl Man Gl C G a

(Eggplant) PS HCJ HC‑ⅠI CL

72895900326 22518768214

Total 126.6

700nU3779441

8307285813n入U

O906

2042

7979214044

270711562

日024tr000

9934

3100

730

940.tr21

〈Sweetpepper)

PS 28.3

HC‑Ⅰ 10.3 HC‑ⅠⅠ 23.8

CL 53.5

49524806224

Total 115.9

213344103111

919377212446

17431047

5032134623

42577567

.025r,too4

36392102

630580.tr2

〈Cucumber) PS HC‑I HC‑ⅠI CL

22031699213 76164725224 09846315311

5389592138

16703134

0644398234

03037603

20170031

44224101

690070.tr42

〈Pumpkin) PS HC‑I HC‑ⅠI CL

81116555114 52490684215

Tota1 82.1

89646100322

697894381128

07011015

6603158114

74849732

20610011

36594210

980660.tr23

〈Mungbeansprouts)

PS 38.7

HC‑Ⅰ 7.3

HC‑ⅠⅠ 22.2

CL 51.6

31512683314

Total 119.8 100.0

37967924日HHHHH

75441022138

64880102

6038193124

86996164日H

12370131

16482201

700940.tr62

'From 1.000g triturated,freeze‑driedfruitvegetable. HTrace.

それぞれの品種のオリゴ糖, デンプンおよび細胞壁多糖の合計量並びに含有比率をそれぞれ生重量100gあたりで比較してみると,ナスで4,051mg (オリゴ糖 :デンプン :細胞壁多糖 ‑ 62.9.'1.6:35.5), ピーマンで4,007mg(58.9:3.3:37.8), キュウリで2,013mg(67.5:0.2: