ブロッコリースプラウトの生育およびポリフェノール含量に及ぼす補光光質の影響

ブロッコリースプラウトの生育およびポリフェノール含量に及

ぼす補光光質の影響

誌名

植物環境工学

ISSN

18802028

著者

前田, 智雄

前川, 健二郎

戸田, 雅美

ほか4名,

巻/号

20巻2号

掲載ページ

p. 83-89

発行年月

2008年6月

農林水産省 農林水産技術会議事務局筑波事務所

ブ‘口ッコリースフ。ラウ卜の生育および、ポリフェノール含量に及ぼす補光光質の影響

前 田 智 雄 前 川 健 二 郎

1・戸田雅美1・大島千周 2

角 田 英 男 鈴 木

卓

1・大津勝次1 I北海道大学大学院 農学研究院生物資源生産学部 門 園芸学研究室 060-8589北海道札幌市北区北9条西9丁目 2森産業株式会社研究開発室 080-1263 北海道河東郡士幌町字中音更168番地 3社団法人植物情報物質研究センター 061-1374北海道恵庭市恵み野北3-1-1 恵庭リサーチ・ビジネスパークセンターピル 1F

Effects of the Combination of

Di

fferent Wavelengths of Additional Light Supplement on Growth and Polyphenol Contents of Broccoli Sprouts Grown in Indoor Production System Tomoo MAEDA1_{， KenjiroMAEKAWA}1_{， Masami TODA}1_{， ChihiroOHSHIMA}2 _{and Hideo KAKUTA}3_，

Takashi SUZUKI1 _{and KatsujiOOSAWA}1

JLaboratoη

0

1

Horticultural Science， Graduate School

0

1

Agriculture， Hokkaido Unive聞か"Sapporo 060-8589.]apan 2 Mori Sangyo Co. Department

0

1

Agribusiness， Shihoro 080-1263， Japan

3Plant Ecochemicals Research Cente Eniwa，r ， 061-1374.]apan Abstract The objective of this study is toevaluate the effects of various conditions of additional ¥ ighton the growth and polyphenol contentsof brocco¥isprouts. For thepurposeof an efficientinvestigation， anexperimentalequipment which was emulated a commercialpro -duction system was developed.The effectsof the combination of different wavelengths of ¥ight sources were evaluated on the hypocotyl length， fresh and dry weight and polyphenol contents inbrocco¥i sprouts using thisexperimental system. Forty eight hours of additional ¥ ight inthe following two types of combinations:1)white f1uorescent ¥ight and black ¥ight; 2)red f1uorescent ¥ightandblack¥ight， significantly enhanced polyphenol content，. while showing much lesse丘ect on shorteninghypocotyl、lengthand no effect on dryweight incomparison withthecommercial condition.These resultssuggestthatadditional¥ight supplement combined withblack ¥ights (UV・A) leads toan increaseofpolyphenolcontent and an enhancement of antioxidativeactivityin brocco¥isprouts withonly

I

i

ttle negative effectsin appearance and yield. Keywords : antioxidant， Brassicasprout， f1avonoid， light intensity， polyphenol， UV-A 2007年10月19日受付 2008年 2月 1日受理 Corresponding author: Tomoo Maeda (PXL02265@n立ty.ne.jp) 1 緒 己 スプラウト(sprout)はさまざまな野菜などの植物の発芽 後 数日の実生を食用とするもので，日本では古くからカイワレダイ コンなとaの形で消費されてきた最近ではアブラナ科野菜を中 心に種類も増えており，消費量が拡大しつつあるー近年，消

84 前回・前川・戸田・大島・角田・鈴木・大津 費者の健康指向の高まりとともに食品の持つ生理機能に大き な関心が寄せられてきており，中でも野菜類の多くにはさまざ まな生理活性物質が見いだされているト3)その中で，フラボ ノイド化合物は植物に広く含まれる物質で.その多くが抗酸 化能をはじめとするさまざまな生理機能を示すことが報告され ている4.5)また，スルフオラファンをはじめとしたイソチオシアネ ート化合物は，発ガンを抑制する作用があるとされている6) プロッコリーには，ケンフエロールやケルセチンの配糖体を中心 としてフラボノイド化合物が豊富に含まれていることが報告さ れていて7.8)これらフラボノイド化合物由来の抗酸化能が高 い野菜として期待されている.また，イソチオシアネート化合物 のスルフォラファンやその前駆体であるグルコラファニンを成植 物体よりも豊富に含むと報告されている9.10)ことから，フ'ロッコ リースプラウトは近年健康野菜として注目されている. 筆者らは屋内に設置した回転ドラム装置内で、フ.ロッコリーを はじめ数種のアブラナ科野菜のスプラウトの商業生産を行って いる(Fig.1)この方式では，閉鎖された屋内において.人 工照明下で養液を用いてスプラウトが生産される.このため， 光環境・温度および養液組成などの生産環境を容易に制御 できる特徴を有しており，いわゆる植物工場に分類される生 産方法である.近年.白色蛍光灯，メタルハライドランプおよ び高輝度の発光ダイオード(LED)などを用いた人工!照明に よる植物工場が実用化され，葉菜類の商業生産が行われて いるが，そのほとんどでは単一光源を用いている.また，栽 培の際に植物体内の機能性成分合量にまで配慮した例は少 ないその一方で，スプラウトの生育環境を制御することによ って成分含量を制御する研究が近年感んになってきており. 光強度がソバ実生のポリフェノール含量に影響するという報 告11)や，養液の電気伝導度(EC)がカイワレダイコンのイソ チオシアネート含量に影響するという報告12)があるまた，ブ ロッコリースプラウトについても，筆者らの実験室内のインキュ ベータにおいて行った実験や，商業生産規模で行った実験に おいても補光によって光強度を高めた条件下で栽培するこ とにより，フラボノール含量および総ポリフェノール含量が高ま り，結果として抗酸化能が高まることが示されている13川. 植物の生育や物質生産にはさまざまな波長の光が関 連することが知られている.植物の光受容体にはフイトク ローム，クリプトクロームの{也.フォトトロピンや

uv

レセプタ ーがあり， 受けた光の強度や波長などによって形態を調 節 し 環 境 の 変 化 に 適 応 し て い る15) これは光形態形成 (photomorphogenesis)と称されている.光の波長 が 生 長 /生育に及ぼす影響に関しては，エンドウ黄化苗の節間伸 長に対して波長660nm付 近 の 赤 色 光 は 伸長を促進し 720nm 付近の遠赤色光は仰長に抑制的に作用するという報 告16)や，ダイコンについて，赤色光下では地上部が.青色光 下では地下部の生育量が相対的に大きくなるという報告17)が あるまた物質生産の面では，ベニバナの発芽実生を45，000 ルクスの照度下で生育させると総ポリフェノール含量および抗 酸化能が増加するという報告18)や，紫外光の照射によりイチ ゴのアントシアニン含量や，タマネギのフラボノイド含量が増加 するという報告19)がある.これらのことは，照射する光の波長 やその強度によって，スプラウトの外観品質や内生成分含量 が大きく変動しうることを示唆している.筆者らのこれまでの報 告13.14)では.フ・ロッコリースプラウト』こついて，白色蛍光灯で 光強度を高めると，総ポリフェノール含量や抗酸化能は増加 するが， 一方で、JlE軸長が短くなるという欠点が認められた

Fig. 1 A Commercial sproutproductionsystem (RT-1000， ISS Inc， USA).The plastic barrel iscomposed offour rooms， and rotatesslowly.Nutrient solution is providedfrom fourtubesa!locatedat thecen甘alcorner of each room of the barrel

そこで本研究では，補光によって抗酸化能を高め，かつ外 220μmol m -2S -1 (MES-lO1.センサ部IKS-2/101.小糸工 観品質にも優れた‘高機能性スプラウト'を商業生産規模で 業社製で測定).放射エネルギー値で5-38W m-2 _(可視 実現することを目的として，商業生産に近い状態で生産環境 光領域:MES-136.センサ部IKS-37/136.小糸工業(株) を制御するための実験装置を製作し，フーロッコリースプラウトの 製.UV領域:UV-340.(株)カスタム製で測定.以下光強 生育および、総ポリフェノール含量に及ぼす補光(光強度およ 度の測定はすべてこれらの装置を用いた)を示す. び光質)の影響を検討した. スプラウトの生産方法 フ・ロッコリー(品種:カルパ.ISS社)の種子1.5gを500 材 料 お よ び 方 法 mlのガラス容器に入れ.EC 2.6 dSm-1_{に調製した大塚ハウ} スSA処方(大塚化学(株))の養液5mlを添加し 実験 実験用栽培システムの製作 装置にセットした.本研究で用いたガラス容器はUV-A領域 本システムは，回転ドラム型スプラウト製造装置に補光装置 でおよそ90%の透過率を示す (15回の実測値の平均値). を付加した際の生産環境也実験室レベルで再現することを 栽培温度は22"Cとし栽培 3日目:から 1日1回.7 mlの養液 目的として設計製造した.栽培システムは，回転培養装置付 制整水してスプラウトを生産した栽培日数は5日間とし最 きインキユベータ((株)日本医科機械製作所製)を改造す 初の3日間は暗黒条件で栽培し.4日目から収穫まで 48時 ることで製作した.回転培養装置の回転軸に 500mlの容 関連続照射にて補光を行った.補光実験は，商業生産装 器8本をセットできるアクリル板を作製して取り付けた栽培に 置の光強度を再現するために幅約2cmのアルミフオイルを直 用いる容器は回転ドラムの材質に合わせて自由に選択が可 射する面に貼り付けた白色蛍光管 1本によって補光を行った 能である.照明装置は，回転ドラムの両側からそれぞれ汎用 WFL 1区の他，白色蛍光管12本 何rFL12区).白色蛍光 蛍光管(20Wタイプ，長さ580mm) 6本ずつ，合計12本 管8本+フ。ラックライト(東芝FL20 SBLB)4本何TFL8 BL で補光を行うことができるものとした(Fig.2).左右それぞれ 4区).赤色蛍光管(ナショナルFL20 S' R)12本 (RFL12 の6本は，波長特性の異なる蛍光管を組み合わせて補光す 区).赤色蛍光管8本+フ・ラックライト 4本(RFL8 BL 4区) ることを目的として，蛍光管4本(チャンネル A)と2本(チヤ の 5区を設定したさらに対照として暗黒区を加えた計 6区 ンネルB)について.それぞれ独立して照射時間および照射 4反復で、実験を行った.本研究で用いた各光源の特性は以 インターバルを設定できるようにした.照射インターパルと!照射 下の通りである.白色蛍光管は440(青 色 ).540 (緑色). 時間はそれぞれダイアル式のタイマーで秒・分・時閥単位で および610nm (櫨 赤色)付近に極大ピークを持つほか， 自由に設定することが出来る本装置を用いて白色蛍光管 400 -710 nmまでの幅広い分光分布を示す.赤色蛍光管 (ナショナルFL20SS'EX-N/18) 12本で補光を行った場合， は660nmをピークとする 590-710 nmまでの範囲(赤色 ) ガラス容器を用いると，光強度はPPFD値でおおよそ 90- に強い分光分布を示すまた440.540nm付近にも弱いピー

Fig. 2 Left;The developedexperimental equipment i1¥uminated by 12 fluorescent tubes consistedoftwo independent units(8white fluorescent tubes and 4 black light tubes in this picture)

Right; Sprouts grown in theglassbott¥es held by the aCIγ¥ic plate constantly rotating slowly.

86 前回・前川・戸田・大島・角田・鈴木・大津 クを持つ.フ.ラックライトは410nm付近にピークを持つ 300-420 nm (UV-A-青色)までの範囲にほとんどの分光分布が 偏っている(各メーカーのカタログ資料よりヲ￨用)目 生育調査および分析試料の調製 収穫したスプラウトから，無 作 為 に15個 体(4反復)をサ ンプリングし生重を測定した後にデジタルキャリパ((株)ミ ットヨ)を用いて座軸長を測定した 生重 測 定 後 に80'tのド ライオープンで2日間乾燥させ，乾物重を電子天秤で測定し たまた.各試験区の生育調査に用いた個体以外のスプラウ トは収穫後ただちに-30'tのフリーザーで冷凍した後に凍結 乾燥粉末を調製した.10 mgの凍結乾燥粉末を秤量し，1.5 mlの80%ヌタノールで3時間振とう抽出し 12，000rpmで 10分間遠沈した上清を分析試料とした. 総ポリフェノール含量の測定 総ポリフェノール含量はMaedaら(2005)初}の方法にした がい.改良フォーリン・デニス法で行った.96穴マイクロプレ ートのウエルに30%MeOHで5倍希釈した抽出液150μl を 分 注 し 純 水 で50%に希釈したフォーリン・デニス試薬 σURUKA) 75μ1， 2.5%Na2 C03溶 液75μlを加え.室温 で60分間静置した.60分経過後，ただちにマイクロプレー トリーダー(BIO-RADModel 550)で700nmの吸光度を測 定したリファレンス試料としてケルセチンを用い.スプラウト中 の総ポリフェノール含量をケルセチン当量 (mgquercetin/g dw:以 下mgQ/g dwと表記)で算出した.測定の反復数 は目玉軸長と問機に4反復とした 結 果 お よ び 考 察 各試験区における光強度 各試験区におけるPPFD値 ( 光 合 成 有 効 光 量 子 束 密 度)及び放射照度(可視光領域+UV領域)をTable1に 示した(容器は空の状態)光強度は各試験区の中でも測 定位置によってバラツキが大きかったが，試験区ごとの差は明 確に認められた白色蛍光管を用いた区では赤色蛍光管を 用いた区よりもPPFD値， UV-A領域を含む放射照度のいず れの指標でも光強度は全般的に高かった ブロッコリースプラウ卜の生育(庇軸長・重 量)tこ及ぼす照射光 質の影響 l暗黒条 件(dark区)で栽培した際のプロッコリースプラウ トの脹軸長は4.6cmで あ っ た こ れ に 対 し 光 照 射 を 行 っ た 場合は全ての区において目玉軸長が有意に短くなった

σ

山ey の方法， n = 4).光 照 射 を 行った区では， WFL1区 が2.3 cmを示し，次いでRFL12区， RFL 8 BL 4区，WFL8 BL 4区の順に短くなり，最も短かったWFL12区では1.8cmで あった(Fig.3).RFL 12区とWFL12区 の 間 に は 有 意差 Table 1 Range of the light intensity in eachtreatment R:ange of the light intensity Treatment PPFD value lrradience ωmol m-2s-1) (Wm-2) dark 0-0 0-0 WFL 1 5-21 WFL 12 88-219 WFL 8BL 4 57-128 RFL 12 55-124 RFL 8 BL 4 35-93 1-3 5-38 1-25 4-29 1-21 が認められた WFL12区とWFL8BL4区を比較すると， 白色蛍光管の本数が多いWFL12区の方がやや脹軸長は 短い傾向が認められた(有意差なし)一方， RFL 12区と RFL 8 BL 4区では，赤色蛍光管が多いRF12区の方がJIf 軸長は長かった.一般に植物の目玉総l長は光強度が強くなる にしたがって短くなることが知られており，その要因は光照射 によってジベレリンの生合成量が減少することであるとされて いる21-23)本実験では.同じ本数の蛍光管による照射でも， 赤 色 蛍 光管の方が光強度は低かった.このことが赤色蛍光 管を用いた区の方が白色蛍光管を用いた区よりも脹軸長が 長い傾向を示したことの主な要因になっているものと考えられ る し か し一方で¥Parkerら(1949)16)は赤色光がエンドウ黄 化菌の節間部の伸長を促進することを報告している.また

Hoeneckeら(1992)がレタスを赤色LEDと青色 LEDの比

率を変えて栽培した報告24)では.レタスおよび数種の双子 葉植物は赤色光のみで生育させると目玉軸が過度に伸長する こと，レタス実 生は赤色光のみで生育させた場合に目玉軸長が 最も長くなり， 青色光の割合を増やすにしたがって短くなること 4.5 4.0

E

30 E [ 2.5 2.0 1.5 1.0 dar1< WFL1 WFL12 WFL8Bl.4 RFL12 RFL8Bl.4 Fig.3 Effiぽtsof出eirr百diationw油differentcombinations of light sources on the hypocotyl length of broccoli sprouts. Means with different letters indicate significant differences (P

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0.05) by Tukey's test.The bars indicate the standard error (n= 4). -4ー

60 '" 50 E ) H ~ 40 E 』 2 i30 “ ~ 閉 ~ 20 ~ 凶

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A M 寸 ﹃ 3 、 ， ι ' i n u (_申 E ) 吉 旦 a L ω a z o -ω 玄 、 c u WFL8BL4 RFL8BL4 E征伐:tsof仕le加百d泊lionwi仕ldi丘:erモntcombinations oflight sourceson the fresh and dry weight of broccolisprouts.Means with differentletters indicatesignificantdifferences (P

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0.05) by Tukey's test.The barsindicate thestandard error(n= 4). に増加することを報告している.また.Jovanovicら(2006)お} は.UV-B (280-320nm)がソパの実生中のフラボノイドの生 合成を促進し.種々の抗酸化能を高めることを報告している これらのことから，本実験にてブラックライトを混合して照射 することでフeロッコリーのポリフェノール含量が増加したのは， UV-Aがポリフェノール類の生合成を促進したことによるもので あると示唆された.一方，赤色光単独の照射では，ブロッコリ ーにおいてはポリフェノール類の生合成にはほとんど寄与しな U 、ことが明らかとなった 筆者らの既報13，14)では，ブロッコリースプラウト中の総ポリ フェノール含量と抗酸化能(DPPHラジカル補足能.スーパー オキシド除去活性)にはきわめて高い相関関係が認められた ことから，本研究でフ・ラックライトを組み合わせて補光を行うこ とで総ポリフェノール含量が高まったスプラウトは，その抗酸化 能も高まっているものと推測される今後はUV-Aや白色光 の照射でどのような化合物が増加しているのかを明らかにす る必要があると思われる.また，さらにさまざまな補光条件で 抗酸化能を高める栽培条件の検討を行うとともに，フ'ロッコリ ー以外の作物のスプラウトでも同様の検討を行う予定である. さらに，アブラナ科の主要な機能性成分であるイソチオシアネ ートやその前駆体であるグルコシノレート含量に及ぼす補光の -5 RFL12 WFL12 WFL1 da内 Fig.4 を報告しているつまり.660 nm付近の赤色光は植物の目玉 頭

h

の伸長を促進する作用を持つと考えられる.また，筆者らが インキュベータで行った実験で、は.50μmol III-2s-lの白色蛍 光灯による照射下で40Wの7'ラックライト1， 3および5本を 点灯させた場合，フ'ロッコリー実生のポリフェノール含量は増 加したものの.Jffi軸長にはフーラックライトの本数問で有意差は なかった(データ省略)，これらのことから.本実験で赤色光 による補光を行った区において.RFL 8 BL 4区よりもRFL12 区の方が，光強度が高いにもかかわらず距軸長が長かったこ とは，赤色光の照射がフeロッコリースプラウトの匹軸長を伸長 させる方向に働いたことによるものと思われる 一方.フ'ロッコリースプラウトの重量をみると，各区の個体当 たりの生霊はdark区が46.8mgで最も重く.WFL 12区が 33.4mgで最も軽かった(Fig.4)， dark区のみが他の区に対 して有意に重く.光!照射を行った区の問て、は有意差は認めら れなかった(Turkeyの方法.n = 4)生霊は脹軸長の結果と ほぼ同様の傾向で.Jffi軸長が長い区ほど生重は重い傾向を 示すという結果であったしかし乾物重をみると各区の間に はほとんとs差が認められなかったこのことから，暗黒区や赤 色光区でJffi軸長が比較的長かったのは.個々の細胞が主に 水分によって伸長したことが大きな要因で，個体あたりの乾物 生産量には補光による光強度の増大や光質はほとんど影響 を与えなし、ものと考えられた. フ‘口ッコリースプラウ卜の総ポリフ工ノール含量および抗酸化能 に及ぼす照射光質の影響 暗黒下(dark区)で栽培したプロッコリースプラウトの総ポ リフェノール含量は9.2mg Q/g dwを示したこれに対し， 白色蛍光管を用いて補光を行った区ではポリフェノール含量 がすべての区において有意に高まったぐTurkeyの方法.n = 4)商業栽培条件を模したWFL1区で10.4mgを示し さらに光強度を高めたWFL12区で11.5mg.さらにブラック ライトを組み合わせたWFL8 BL4区では13.1mgで，白色 蛍光灯単独の補光よりも有意に高い値を示した.一方，赤色 蛍光管を用いた区では.RFL 12区で8.8mgとdark区より わずかに少なく(有意差なし).RFL 8 BL 4区では11.2mg で.dark区より有意に高く.WFL 12区とほぼ同程度の値を 示した(Fig.5).また，白色光のみを照射した場合，光強度 が高い，もしくは照射時聞が長いほと手総ポリフェノール含量は 増加する傾向があったが，本実験では，白色.赤色を問わ ず，可視光の蛍光管の本数が少なく，ブラックライトを組み合 わせた区の方が，光強度および放射照度のいずれもが低い にもかかわらず，総ポリフェノール含量が有意に高くなる傾向 が認められた Higashioら(2005)19)は， イチゴにブラックライトの主要な 波長帯であるUV-Aを照射すると，アントシアニン含量が有意

88 前回・前川・戸田・大島・角田・鈴木・大様 16 言14

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o'12 E ~ 10 E : 58

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d da内 WFL1 WFL12 WFL8乱4 RFL12 RFL8回目4 Fig.5 田氏主softheirr対iationwith di伽-entcombinationsof lightsources on thetotal polyphenolcontents ofbroccolisprouts.Means with different letters indicatesignificantdifferences(P

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0.05)by Tukey's test.The barsindicate the standard error (n = 4). 影響についても検討を進めていく予定である目本研究で製作 した実験装置は.種々の補光条件によるスプラウト中の成分 の動態の研究に不可欠である.また，製造装置の材質につ いても容易に検討できることから，新たなスプラウト製造システ ムの開発にも有用であると考えられ，近い将来の付加価値の 高いスプラウト生産の実用化に貢献できるものと考える. 嫡 要 種々の光源の組合せによる補光がフ'ロッコリースプラウトの 生育およびポリフェノール含量に及ぼす影響を効率的に検討 することを目的として，商業生産システムを模した実験装置を 設計，製造した.ブロッコリースプラウトの座軸長，生重，乾物 重および総ポリフェノール含量に及ぼす種々の波長の蛍光管 の組合せによる補光の影響を検討した結果.48時間の補光 後に.1)白色蛍光管とブラックライト何V-A);2)赤色蛍光管 とブPラックライトの組合せにおいて総ポリフェノール含量が暗黒 や商業生産レベルの光強度に対して有意に高まった.一方， JJf軸長はやや短くなったが乾物重には有意差は認められなか ったこのことから，ブラックライトを組み合わせて補光を行うこ とで，抗酸化能を高めたスプラウトを収量や外観品質を損なう ことなく生産できるものと思われる 1) 引 用 文 献

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