JP5666070B1 - 農作物試料中の有害元素量を測定するための試料の前処理方法 - Google Patents
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Abstract
穀粒類、豆類または種子類の農作物試料中の有害金属元素の量を測定する際の試料の前処理を現場で簡便にかつ短時間に高い抽出率で精度良く行うことができる方法を提供する。穀粒類、豆類または種子類から選択される農作物試料中の、カドミウム、砒素、亜鉛、マンガン、銅、鉛、及びクロムからなる群から選択される少なくとも一種の元素の量を測定するための試料の前処理方法であって、（ｉ）試料を粗粉砕する工程、（ｉｉ）粗粉砕された試料に水を添加して加熱し、試料中に含まれるβデンプンをαデンプンに変換する工程、（ｉｉｉ）試料に酵素を添加して試料中のαデンプンを糖に変換する工程、（ｉｖ）試料に塩酸を添加して試料中の測定元素を抽出する工程、及び（ｖ）抽出された液体から固形物を除去する工程を含むことを特徴とする。好ましくは、試料の粗粉砕は、試料の水分率測定時に行なわれる粗粉砕であり、粗粉砕された試料の加熱は、マイクロ波によって行なわれる。
Description
本発明は、米、大豆、ゴマなどの農作物試料中のカドミウムなどの有害元素の量を現場で測定するための試料の前処理方法に関し、従来の方法に比べて特に作業の時間と手間を低減させ、測定元素の抽出率を向上させた方法に関する。
近年、環境保全等の社会的な環境意識や健康に対する影響への関心の高まりから、産業や生活に伴う様々な場面における環境汚染物質の蓄積が問題となっている。環境汚染物質の中でもカドミウム等の有害元素は、従来からその毒性によって重篤な問題を起こしており、農作物中に含まれる有害元素の量を知ることは極めて重要である。
農作物に含まれる有害元素の量は、一般に、ＩＣＰ発光分光分析器や原子吸光光度計等の分析機器を用いて測定されている。例えば、農林水産省による農作物に含まれるカドミウム等の有害元素の分析においても、ＩＣＰ発光分光分析器や原子吸光光度計による測定が採用されている。
しかしながら、これらの機器を用いた測定は、非常に高価な分析機器や専門的な前処理を必要とするだけでなく、長い処理時間と労力を必要としていた。また、測定を現場近くで行うことができず、試料を分析機器を設置した施設に送り、そこで測定を行う必要があった。
これに対して、現場近くで農作物のカドミウム量の測定を行なうことができる方法として、特許文献１が提案されている。この方法は、上述の方法に比べて短時間で測定することができるが、試料が穀粒類、豆類または種子類である場合、前処理時にミルサーで微粉砕する必要があり、多検体の測定の場合のミルサーの洗浄の手間、及び微粉砕のための時間が長いことによるミルサーの故障の頻発等の問題があった。また、この方法では、試料の微粉砕によって塩酸との接触率を上げてカドミウムの抽出を行なっているが、植物細胞構造からのカドミウムイオンの移動性を十分に確保できないため、カドミウム抽出量の著しく少ない試料が少なからず発生する問題があった。
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑み創案されたものであり、その目的は、穀粒類、豆類または種子類の農作物試料中のカドミウム、砒素、亜鉛、マンガン、銅、鉛、及び／又はクロムの元素の量を測定する際の試料の前処理を現場で簡便にかつ短時間に高い抽出率で精度良く行うことができる方法を提供することにある。
本発明者は、上記目的を達成するためにミルサーによる微粉砕を行なわずに簡便な方法で測定元素を完全に抽出できる前処理方法について鋭意検討した結果、試料の水分率測定時に使用される水分測定装置で使用される粉砕機を利用できるように試料を粗粉砕に留め、これに水を加えて加熱することによってβデンプンをαデンプンに変換し、さらに酵素の添加によってαデンプンを糖に変換して濾過可能な液体状態にしてから、塩酸により測定元素を抽出して不要成分を濾過することにより、ミルサーによる微粉砕の問題を解消するとともに、試料からの高い測定元素の抽出率も達成できることを見い出し、本発明の完成に至った。
即ち、本発明は、以下の（１）〜（７）の構成を有するものである。
（１）穀粒類、豆類または種子類から選択される農作物試料中の、カドミウム、砒素、亜鉛、マンガン、銅、鉛、及びクロムからなる群から選択される少なくとも一種の元素の量を測定するための試料の前処理方法であって、
（ｉ）試料を粗粉砕する工程、
（ｉｉ）粗粉砕された試料に水を添加して加熱し、試料中に含まれるβデンプンをαデンプンに変換する工程、
（ｉｉｉ）試料に酵素を添加して試料中のαデンプンを糖に変換する工程、
（ｉｖ）試料に塩酸を添加して試料中の測定元素を抽出する工程、及び
（ｖ）抽出された液体から固形物を除去する工程
を含むことを特徴とする方法。
（２）試料の粗粉砕が、試料の水分率測定時に行なわれる粗粉砕であることを特徴とする（１）に記載の方法。
（３）粗粉砕された試料の加熱がマイクロ波によって行なわれることを特徴とする（１）または（２）に記載の方法。
（４）酵素として、アミラーゼ、プロテアーゼ及びセルラーゼを使用することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５）試料への酵素添加後及び塩酸添加後にそれぞれ試料を振とうすることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
（６）穀粒類が米、麦または蕎麦であり、豆類が大豆または落花生であり、種子類がゴマまたはナタネであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の方法を実施するための器具及び試薬を含むことを特徴とするキット。
（１）穀粒類、豆類または種子類から選択される農作物試料中の、カドミウム、砒素、亜鉛、マンガン、銅、鉛、及びクロムからなる群から選択される少なくとも一種の元素の量を測定するための試料の前処理方法であって、
（ｉ）試料を粗粉砕する工程、
（ｉｉ）粗粉砕された試料に水を添加して加熱し、試料中に含まれるβデンプンをαデンプンに変換する工程、
（ｉｉｉ）試料に酵素を添加して試料中のαデンプンを糖に変換する工程、
（ｉｖ）試料に塩酸を添加して試料中の測定元素を抽出する工程、及び
（ｖ）抽出された液体から固形物を除去する工程
を含むことを特徴とする方法。
（２）試料の粗粉砕が、試料の水分率測定時に行なわれる粗粉砕であることを特徴とする（１）に記載の方法。
（３）粗粉砕された試料の加熱がマイクロ波によって行なわれることを特徴とする（１）または（２）に記載の方法。
（４）酵素として、アミラーゼ、プロテアーゼ及びセルラーゼを使用することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の方法。
（５）試料への酵素添加後及び塩酸添加後にそれぞれ試料を振とうすることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の方法。
（６）穀粒類が米、麦または蕎麦であり、豆類が大豆または落花生であり、種子類がゴマまたはナタネであることを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載の方法。
（７）（１）〜（６）のいずれかに記載の方法を実施するための器具及び試薬を含むことを特徴とするキット。
本発明の前処理方法は、塩酸との接触率を上げるために試料を微粉砕することをしないので、ミルサー等の微粉砕機を使用する必要がなく、そのために微粉砕機の入念な洗浄や交換コストの負担がない。微粉砕の代わりに粗粉砕で足りるので、一般に農作物で行なわれる水分率測定時の粗粉砕試料をそのまま使うことができ、試料の秤量や粉砕の手間を省略できる。また、これらの結果として全体の測定時間が短く、測定コストも低い。さらに、植物細胞構造への含水と、測定元素を拘束する植物細胞構造の効果的な破壊により、測定元素の移動性が高く、塩素錯体化による抽出が十分に行なわれる。従って、試料からの測定元素の抽出が完全に行なわれ、測定精度が高い。
本発明は、特定の農作物試料の特定の有害元素の量を測定する際の試料の前処理方法であり、基本的に試料の（ｉ）粗粉砕工程、（ｉｉ）水添加＆加熱工程、（ｉｉｉ）酵素添加工程、（ｉｖ）塩酸添加工程、及び（ｖ）固形物除去工程からなるものである。
本発明の方法の対象とする農作物試料は、穀粒類、豆類または種子類から選択されるものであり、これらの農作物は、表面がセルロース層で保護されているため、そのままの収穫時の状態では内部のデンプン層に塩酸等の処理液等が十分に届かない特徴を有する。穀粒類としては、米、麦、蕎麦などが挙げられ、豆類としては、大豆、小豆、落花生などが挙げられ、種子類としては、ゴマ、ナタネなどが挙げられる。
本発明の方法の対象とする測定元素は、カドミウム、砒素、亜鉛、マンガン、銅、鉛、及びクロムからなる群から選択される少なくとも一種の元素である。これらの元素は、人体にとって有害な影響を及ぼすので、農作物中の含有量を流通前に監視することが必要である。
本発明の方法の対象とする測定元素は、カドミウム、砒素、亜鉛、マンガン、銅、鉛、及びクロムからなる群から選択される少なくとも一種の元素である。これらの元素は、人体にとって有害な影響を及ぼすので、農作物中の含有量を流通前に監視することが必要である。
本発明の（ｉ）粗粉砕工程では、測定されるべき農作物の試料を粗粉砕する。ここで、粗粉砕とは、試料の個々の粉砕片が目視で確認できるような粉砕を言い、試料が少なくとも二つの片に分割されていれば十分である。試料の個々の粉砕片が目視で確認できないような微粉砕は要求されない。少なくとも二つの片に分割すれば、試料の内部のデンプン層が露出し、処理液がデンプン層に届くからである。粗粉砕の方法としては、特に限定されないが、例えば木槌やハンマーなどでたたいたり、硬いもので圧潰する方法が挙げられる。あるいは、農作物試料の水分率測定時に粗粉砕された試料をそのまま利用することもできる。これにより、粗粉砕や秤量の手間などを省略できる。本発明の方法のように試料を粗粉砕で済ませた場合、微粉砕に比べて粉砕機の洗浄がエアガン等で短時間で簡便に済み、多数の試料を処理する場合の時間あたりの処理件数が顕著に増加する。また、粗粉砕であれば、ミルサーを使用しないので、比較的使用寿命の短い装置であるミルサーの故障や交換を考慮する必要がない。
本発明の（ｉｉ）水添加＆加熱工程では、粗粉砕された試料に水を添加して加熱し、試料中に含まれるβデンプンをαデンプンに変換する。粗粉砕された試料は、大きな粉砕片のままでは親水性の低いβデンプンであるため、塩酸による測定元素の抽出が不可能である。従って、この工程では、粗粉砕試料に水を添加して加熱することにより試料をふかしてβデンプンをαデンプンに変換してコロイド化する。これにより、試料の親水性が高くなり、塩酸による測定元素の十分な抽出が可能になる。添加する水は、通常の水道水でもよいが、イオン交換水を使用することが好ましい。添加する水の量は、試料重量の等容積以上であればよい。水の量に上限はないが、多すぎると後で除去する量が増加する。加熱方法としては、特に限定されず、試料に水を添加した容器をそのまま加熱してもよいが、電子レンジなどでマイクロ波によって加熱することが簡便かつ効率的で好ましい。マイクロ波で加熱する場合は、例えば５００Ｗで３０秒前後行なえば十分である。野外のように現場に加熱設備がない場合は、塩化カルシウムや炭酸カルシウムを添加することによって発生する溶解熱により加熱することができる。
本発明の（ｉｉｉ）酵素添加工程では、試料に酵素を添加して試料中のαデンプンを糖に変換する。前述の（ｉｉ）水添加＆加熱工程において試料はコロイド状（ゲル状）になっているので、このままでは後で濾過できない。従って、この工程では、酵素の添加により試料中のデンプンを糖に分解してサラサラの液体に変化させる。酵素は、その能力を発揮させるために基本的に中性域で添加することが好ましい。また、試料への酵素添加後は、酵素を十分に試料に浸透させるため、試料を振とうすることが好ましい。酵素としては、上記の目的が達成できれば特に限定されないが、例えばアミラーゼ、プロテアーゼ、及びセルラーゼが使用される。アミラーゼは、デンプンを糖に分解する作用を有し、プロテアーゼ及びセルラーゼは、試料が例えば米である場合に表面層のぬかを分解する作用を有する。酵素の添加量は、糖への変換がなされれば十分であり、一般に試料重量の等容積以上であればよい。
本発明の（ｉｖ）塩酸添加工程では、試料に塩酸を添加して試料中の測定元素を抽出する。塩酸としては、好ましくは０．００２〜２Ｍ、より好ましくは０．０５〜０．５Ｍの濃度の塩酸溶液を使用すればよい。塩酸溶液の使用割合は、一般に試料の５〜１００容量％、より好ましくは１０〜５０容量％である。使用量が少なすぎると、十分な塩素錯体を形成できず、使用量が多すぎると、試料中の夾雑物が増加する。塩酸溶液は、試料に直接添加してもよく、あるいは塩酸溶液に試料を浸漬してもよい。要するに、試料に十分に塩酸が浸透することができる方法を採用すればよい。いずれの方法を採用するにしても、塩酸を十分に試料に浸透させるため、試料を激しく振とうすることが好ましい。この工程により、試料中から移動した測定元素が塩素錯体を形成する。特に前述の（ｉ）〜（ｉｉｉ）の工程で試料中に拘束された測定元素が全て塩素と反応できるように移動しているので、全ての測定元素に対して錯体形成が可能である。
本発明の（ｖ）固形物除去工程では、抽出された液体からタンパク質、粗脂肪、灰分などの固形物を濾過または遠心分離などによって除去する。濾過は例えばＮｏ．２の濾紙を使用すればよく、遠心分離は遠心分離機の通常の設定で行なえばよい。これにより測定元素の量の測定装置への適用性が著しく向上する。
本発明の上記の（ｉ）〜（ｖ）の工程を含む前処理方法を経て調製された試料は、従来公知のいずれかの方法で測定元素の量を測定することができる。測定方法としては、例えば、ＩＣＰ法、蛍光Ｘ線法、イムノアッセイ法、ボルタンメトリー法、又は吸光法等が用いられ、具体的には、原子吸光分析（ＡＡＳ）、誘導結合プラズマ原子発光分析（ＩＣＰ−ＡＥＳ）、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ）等が用いられる。
以下、本発明の試料の前処理方法の効果を実施例によって具体的に実証する。なお、実施例の記載は、純粋に発明の理解のためのみに挙げるものであり、本発明は、これによって何ら限定されるものではない。
実施例１
玄米５０検体を近赤外水分計（株式会社ケツト科学研究所製、米麦水分計ＳＰ−１Ｄ３型）で粗粉砕した後、以下の抽出操作（本発明の前処理方法）に従って本発明法の抽出液を作成した。
抽出操作：
（ｉ）水分計で粗粉砕した玄米試料１ｇをＰＰボトル（ポリプロピレンボトル）に入れ、続けてイオン交換水を２．５ｍＬ加える（図１の（ｉ）参照）。
（ｉｉ）キャップをせずにＰＰボトルを電子レンジに入れて５００Ｗ、３０秒程度加熱した後、酵素溶液（アミラーゼ、プロテアーゼ、及びセルラーゼの等量混合溶液：１０重量％濃度）２．５ｍＬを加えてＰＰボトルのキャップを閉め、手で上下に１０秒程度軽く振とうする（図１の（ｉｉ）参照）。
（ｉｉｉ）ＰＰボトルのキャップをはずし、０．２Ｎ塩酸溶液を５ｍＬ加えてキャップをしっかりと閉めてから、手で上下に１分程度激しく振とうする（図１の（ｉｉｉ）参照）。
（ｉｖ）新しいＰＰボトルにＮｏ．２濾紙をセットして、（ｉｉｉ）の溶液を全量濾過する（図１の（ｉｖ）参照）。
玄米５０検体を近赤外水分計（株式会社ケツト科学研究所製、米麦水分計ＳＰ−１Ｄ３型）で粗粉砕した後、以下の抽出操作（本発明の前処理方法）に従って本発明法の抽出液を作成した。
抽出操作：
（ｉ）水分計で粗粉砕した玄米試料１ｇをＰＰボトル（ポリプロピレンボトル）に入れ、続けてイオン交換水を２．５ｍＬ加える（図１の（ｉ）参照）。
（ｉｉ）キャップをせずにＰＰボトルを電子レンジに入れて５００Ｗ、３０秒程度加熱した後、酵素溶液（アミラーゼ、プロテアーゼ、及びセルラーゼの等量混合溶液：１０重量％濃度）２．５ｍＬを加えてＰＰボトルのキャップを閉め、手で上下に１０秒程度軽く振とうする（図１の（ｉｉ）参照）。
（ｉｉｉ）ＰＰボトルのキャップをはずし、０．２Ｎ塩酸溶液を５ｍＬ加えてキャップをしっかりと閉めてから、手で上下に１分程度激しく振とうする（図１の（ｉｉｉ）参照）。
（ｉｖ）新しいＰＰボトルにＮｏ．２濾紙をセットして、（ｉｉｉ）の溶液を全量濾過する（図１の（ｉｖ）参照）。
一方、同じ玄米５０検体に硝酸を加えてホットプレート上で約２４時間加熱し、分解終了間際に過酸化水素水を添加して完全分解する抽出操作（従来法Ａ）に従って抽出液を作成した。なお、従来法Ａは、測定元素の抽出率が１００％と言えるが、長時間の前処理が必要であるため、現場では使用されない方法である。この従来法Ａは、本発明の前処理方法の測定元素の抽出率の比較指標として実施したものである。
次に、本発明の前処理方法に従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、本発明法の抽出液の測定元素の量と、従来法Ａの抽出液の測定元素の量を比較し、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する本発明の前処理方法で得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、本発明の前処理方法で得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜５０）についての従来法Ａ及び本発明の前処理方法で得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表１に示す。
表１の結果から明らかなように、本発明の前処理方法で得られた試料は、短時間で処理可能であるにもかかわらず、長時間必要な従来法Ａと同様に、カドミウム、マンガン、亜鉛、砒素の測定元素を完全に抽出していることが認められる。
比較例１
玄米５０検体を１検体づつラボ用微粉砕機（大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサープラス ＬＭ−ＰＬＵＳ）で微粉砕した後、以下の抽出操作（従来法Ｂ）に従って従来法Ｂの抽出液を作成した。
抽出操作：
微粉砕した玄米試料１ｇをＰＰボトル（ポリプロピレンボトル）に入れ、続けて０．１Ｎ塩酸を１０ｍＬ加える。このＰＰボトルを手で上下に１分程度激しく振とうした後、この溶液を、Ｎｏ．２濾紙をセットした新しいＰＰボトルに入れて全量濾過する（図２参照）。
玄米５０検体を１検体づつラボ用微粉砕機（大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサープラス ＬＭ−ＰＬＵＳ）で微粉砕した後、以下の抽出操作（従来法Ｂ）に従って従来法Ｂの抽出液を作成した。
抽出操作：
微粉砕した玄米試料１ｇをＰＰボトル（ポリプロピレンボトル）に入れ、続けて０．１Ｎ塩酸を１０ｍＬ加える。このＰＰボトルを手で上下に１分程度激しく振とうした後、この溶液を、Ｎｏ．２濾紙をセットした新しいＰＰボトルに入れて全量濾過する（図２参照）。
一方、同じ玄米５０検体から、前述の従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、従来法Ｂに従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する従来法Ｂで得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、従来法Ｂで得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜５０）についての従来法Ａ及び従来法Ｂで得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表２に示す。
表２の結果から明らかなように、従来法Ｂでは、十分な抽出効率が得られないために、表２の試料番号１３及び１７のように抽出不足を生じる場合があった。また、従来法Ｂでは、抽出操作は従来法Ａに比べて簡単であるものの、１検体づつの微粉砕操作に１検体当たり２分程度の微粉砕時間と、粉砕機のモーター過熱を防ぐために５検体微粉砕するごとに１５分程度の放冷時間が必要になるため、５０検体の粉砕処理に合計約４時間程度の時間を要する。これに対して、実施例１に示したような本発明の前処理方法では、粉砕操作にほとんど時間を要しないため、５０検体を処理する場合は、従来法Ｂと比較して３時間以上の時間短縮が可能であった。
実施例２
大豆２０検体をメノウ乳鉢でたたいて粗粉砕した後、実施例１と同様に本発明の前処理方法に従って本発明法の抽出液を作成した。
大豆２０検体をメノウ乳鉢でたたいて粗粉砕した後、実施例１と同様に本発明の前処理方法に従って本発明法の抽出液を作成した。
一方、同じ大豆２０検体から、前述の従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、本発明の前処理方法に従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、本発明法の抽出液の測定元素の量と、従来法Ａの抽出液の測定元素の量を比較し、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する本発明の前処理方法で得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、本発明の前処理方法で得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各大豆検体（試料番号１〜２０）についての従来法Ａ及び本発明の前処理方法で得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表３に示す。
表３の結果から明らかなように、本発明の前処理方法で得られた試料は、短時間で処理可能であるにもかかわらず、長時間必要な従来法Ａと同様に、カドミウム、マンガン、亜鉛、砒素の測定元素を完全に抽出していることが認められる。
比較例２
大豆２０検体を１検体ずつラボ用微粉砕機（大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサープラス ＬＭ−ＰＬＵＳ）で微粉砕した後、１０検体ずつホットプレート上で３０分程度きつね色になるまで焼成して試料とした（注釈：従来法Ｂの大豆測定では、焼成処理を行わないと、濾過による固液分離ができない）。この試料から、比較例１に記載の従来法Ｂと同様の抽出操作（ただし、振とう時間は３０分に変更した）に従って従来法Ｂの抽出液を作成した。
大豆２０検体を１検体ずつラボ用微粉砕機（大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサープラス ＬＭ−ＰＬＵＳ）で微粉砕した後、１０検体ずつホットプレート上で３０分程度きつね色になるまで焼成して試料とした（注釈：従来法Ｂの大豆測定では、焼成処理を行わないと、濾過による固液分離ができない）。この試料から、比較例１に記載の従来法Ｂと同様の抽出操作（ただし、振とう時間は３０分に変更した）に従って従来法Ｂの抽出液を作成した。
一方、同じ大豆２０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、従来法Ｂに従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する従来法Ｂで得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、従来法Ｂで得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各大豆検体（試料番号１〜２０）についての従来法Ａ及び従来法Ｂで得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表４に示す。
表４の結果から明らかなように、従来法Ｂでは、十分な抽出効率が得られないために、表４の試料番号１１のように抽出不足を生じる場合があった。また、従来法Ｂでは、抽出前の操作にさらに焼成処理が必要となるうえ、抽出時間も１検体当たり３０分程度を要することから、２０検体の処理に合計１２時間以上が必要となり、本発明の前処理方法と比較して１０時間以上の処理時間が必要になる。
実施例３
ゴマ２０検体をメノウ乳鉢でたたいて粗粉砕した後、実施例１と同様に本発明法の前処理方法に従って本発明法の抽出液を作成した。
ゴマ２０検体をメノウ乳鉢でたたいて粗粉砕した後、実施例１と同様に本発明法の前処理方法に従って本発明法の抽出液を作成した。
一方、同じゴマ２０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、本発明の前処理方法に従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、本発明法の抽出液の測定元素の量と、従来法Ａの抽出液の測定元素の量を比較し、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する本発明の前処理方法で得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、本発明の前処理方法で得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各ゴマ検体（試料番号１〜２０）についての従来法Ａ及び本発明の前処理方法で得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表５に示す。
表５の結果から明らかなように、本発明の前処理方法で得られた試料は、短時間で処理可能であるにもかかわらず、長時間必要な従来法Ａと同様に、カドミウム、マンガン、亜鉛、砒素の測定元素を完全に抽出していることが認められる。
比較例３
ゴマ２０検体を１検体ずつラボ用微粉砕機（大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサープラス ＬＭ−ＰＬＵＳ）で微粉砕した後、比較例１と同様に従来法Ｂに従って従来法Ｂの抽出液を作成した。
ゴマ２０検体を１検体ずつラボ用微粉砕機（大阪ケミカル株式会社製、ラボミルサープラス ＬＭ−ＰＬＵＳ）で微粉砕した後、比較例１と同様に従来法Ｂに従って従来法Ｂの抽出液を作成した。
一方、同じゴマ２０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、従来法Ｂに従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する従来法Ｂで得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、従来法Ｂで得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各ゴマ検体（試料番号１〜２０）についての従来法Ａ及び従来法Ｂで得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表６に示す。
表５の結果から明らかなように、従来法Ｂでは、十分な抽出効率が得られないため、表６の試料番号５及び１３のように抽出不足を生じる場合があった。また、従来法Ｂでは玄米同様、抽出操作は従来法Ａに比べて簡単であるものの、１検体ずつの微粉砕操作に１検体当たり２分程度の微粉砕時間と、粉砕機のモーター過熱を防ぐために５検体微粉砕するごとに１５分程度の放冷時間が必要になるため、２０検体の粉砕処理に合計約２時間程度の時間を要する。これに対して、実施例３に示したような本発明の前処理方法では、粉砕操作にほとんど時間を要しないため、従来法Ｂと比較して１／２以下の時間で操作が可能である。
比較例４
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、（ｉ）に示す水の添加と（ｉｉ）に示す電子レンジによる加熱を行わなかった以外は実施例１と同様にして比較法Ａの抽出液を作成した。
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、（ｉ）に示す水の添加と（ｉｉ）に示す電子レンジによる加熱を行わなかった以外は実施例１と同様にして比較法Ａの抽出液を作成した。
一方、同じ玄米１０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、比較法Ａに従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する比較法Ａで得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、比較法Ａで得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜１０）についての従来法Ａ及び比較法Ａで得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表７に示す。
表７の結果から明らかなように、比較法Ａでは、回収率が極端に低下しており、十分な抽出効果が得られていない。
比較例５
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、（ｉｉ）に示す酵素の添加を行わなかった以外は実施例１と同様にして比較法Ｂの抽出液を作成した。
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、（ｉｉ）に示す酵素の添加を行わなかった以外は実施例１と同様にして比較法Ｂの抽出液を作成した。
一方、同じ玄米１０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、比較法Ｂに従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する比較法Ｂで得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、比較法Ｂで得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜１０）についての従来法Ａ及び比較法Ｂで得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表８に示す。
表８の結果から明らかなように、比較法Ｂでは、回収率が極端に低下しており、十分な抽出効果が得られていない。
比較例６
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、水分計による粗粉砕を行わなかった以外は実施例１と同様にして比較法Ｃの抽出液を作成した。
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、水分計による粗粉砕を行わなかった以外は実施例１と同様にして比較法Ｃの抽出液を作成した。
一方、同じ玄米１０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、比較法Ｃに従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する比較法Ｃで得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、比較法Ｃで得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜１０）についての従来法Ａ及び比較法Ｃで得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表９に示す。
表９の結果から明らかなように、比較法Ｃでは、回収率が極端に低下しており、十分な抽出効果が得られていない。
実施例４
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、水分計による粗粉砕を行なう代わりに、木槌により玄米を２つに割った以外は実施例１と同様にして本発明法の抽出液を作成した。
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、水分計による粗粉砕を行なう代わりに、木槌により玄米を２つに割った以外は実施例１と同様にして本発明法の抽出液を作成した。
一方、同じ玄米１０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、本発明の前処理方法に従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、本発明法の抽出液の測定元素の量と、従来法Ａの抽出液の測定元素の量を比較し、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する本発明の前処理方法で得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、本発明の前処理方法で得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜１０）についての従来法Ａ及び本発明の前処理方法で得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表１０に示す。
表１０から明らかなように、木槌による粗粉砕でも許容可能なレベルの回収率が達成されており、極端に低い値を示す例もみられないため、この程度の破砕度があれば十分実用可能であると思われる。
実施例５
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、水分計による粗粉砕を行なう代わりに、木槌により玄米を２０片程度まで割った以外は実施例１と同様にして本発明の抽出液を作成した。
玄米試料１０検体を用いて、実施例１の本発明の前処理方法の抽出操作のうち、水分計による粗粉砕を行なう代わりに、木槌により玄米を２０片程度まで割った以外は実施例１と同様にして本発明の抽出液を作成した。
一方、同じ玄米１０検体から、従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、本発明の前処理方法に従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用してカドミウム、マンガン、亜鉛の各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、本発明法の抽出液の測定元素の量と、従来法Ａの抽出液の測定元素の量を比較し、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する本発明の前処理方法で得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、本発明の前処理方法で得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜１０）についての従来法Ａ及び本発明の前処理方法で得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、総砒素）の量、及び回収率を以下の表１１に示す。
表１１から明らかなように、木槌による粗粉砕でも十分に許容可能なレベルの回収率が達成されており、極端に低い値を示す例もみられないため、この程度の破砕度があれば十分実用可能であると思われる。
実施例６
玄米３８検体を近赤外水分計（株式会社ケツト科学研究所製、米麦水分計ＳＰ−１Ｄ３型）で粗粉砕した後、実施例１と同様に本発明の前処理方法に従って本発明法の抽出液を作成した。
玄米３８検体を近赤外水分計（株式会社ケツト科学研究所製、米麦水分計ＳＰ−１Ｄ３型）で粗粉砕した後、実施例１と同様に本発明の前処理方法に従って本発明法の抽出液を作成した。
一方、同じ玄米３８検体から、前述の従来法Ａに従って実施例１と同様に従来法Ａの抽出液を作成した。
次に、本発明の前処理方法に従って作成した抽出液、及び従来法Ａに従って作成した抽出液について、ＩＣＰ−ＯＥＳ（ＳＩＩ製ＶＩＳＴＡ−ＭＰＸ）を使用して、カドミウム、マンガン、亜鉛、銅、鉛、総クロムの各元素の量を測定し、原子吸光光度計に水素化物発生装置を付加した装置（原子吸光光度計：株式会社島津製作所製ＡＡ−７０００、水素化物発生装置：株式会社島津製作所製ＨＶＧ−１）を使用して総砒素の量を測定した。そして、本発明法の抽出液の測定元素の量と、従来法Ａの抽出液の測定元素の量を比較し、従来法Ａで得られた測定元素の量に対する本発明の前処理方法で得られた測定元素の量の割合（％）を回収率として評価した。この回収率の値が１００％に近いほど、本発明の前処理方法で得られた抽出液が植物細胞構造から測定元素を完全に抽出していることを示す。各玄米検体（試料番号１〜３８）についての従来法Ａ及び本発明の前処理方法で得られた各測定元素（カドミウム、マンガン、亜鉛、銅、鉛、総クロム、総砒素）の量、及び回収率を以下の表１２に示す。
表１２の結果から明らかなように、本発明の前処理方法で得られた試料は、短時間で処理可能であるにもかかわらず、長時間必要な従来法Ａと同様に、カドミウム、マンガン、亜鉛、銅、鉛、クロム、砒素の測定元素を完全に抽出していることが認められる。
本発明の前処理方法は、穀粒類、豆類または種子類の農作物試料中のカドミウム、砒素、亜鉛、及び／又はマンガンの元素の量を測定する際の試料の前処理を簡便にかつ短時間に高い抽出率で精度良く行うことができるので、現場近くで行なう前処理方法として極めて有用である。
Claims (6)
- 穀粒類、豆類または種子類から選択される農作物試料中の、カドミウム、砒素、亜鉛、マンガン、銅、鉛、及びクロムからなる群から選択される少なくとも一種の元素の量を測定するための試料の前処理方法であって、
（ｉ）試料を粗粉砕する工程、
（ｉｉ）粗粉砕された試料に水を添加して加熱し、試料中に含まれるβデンプンをαデンプンに変換する工程、
（ｉｉｉ）試料に酵素を添加して試料中のαデンプンを糖に変換する工程、
（ｉｖ）試料に塩酸を添加して試料中の測定元素を抽出する工程、及び
（ｖ）抽出された液体から固形物を除去する工程
を含むことを特徴とする方法。 - 試料の粗粉砕が、試料の水分率測定時に行なわれる粗粉砕であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 粗粉砕された試料の加熱がマイクロ波によって行なわれることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
- 酵素として、アミラーゼ、プロテアーゼ及びセルラーゼを使用することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
- 試料への酵素添加後及び塩酸添加後にそれぞれ試料を振とうすることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
- 穀粒類が米、麦または蕎麦であり、豆類が大豆または落花生であり、種子類がゴマまたはナタネであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
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