JP5906085B2 - 水耕栽培における植物体の有用成分含有量向上方法 - Google Patents

Description

本発明は、水耕栽培による野菜の生産方法に関し、より詳しくは抗酸化成分、栄養成分、食味成分等の有用成分の含有量を高め、硝酸態窒素含有量を低減させた水耕栽培による野菜の生産方法に関する。

土を使用せずに、ミネラルやその他のイオンを含有した養液を用いて植物を栽培する方法である水耕栽培は、農地を必要とせず、設備さえあれば立地や自然環境を問わず、適切な条件下に栄養、光、水、温度等の生育条件を完全に管理した状態で植物を栽培することが可能である、という利点を有し、また、それにより植物の生育を早め、収穫効率を高めることができ、収穫の時期調整も容易であるため、野菜等の農産物の生産に広く使用されている。

しかしながら、水耕栽培で得られる野菜は、生育が早い反面、アスコルビン酸（ビタミンＣ）等の抗酸化物質や各種の栄養成分含有量が低くなり易いという問題がある。またヒトにおいてアスコルビン酸は、インフルエンザやその他の感染症などの罹患時等ストレスが加わったとき身体による要求量が増大することが知られており、健康志向の高まりとともに、野菜においてもビタミンＣの含有量の高いものが好まれる傾向がある。

上記に加え、野菜中には通常、硝酸態窒素が含まれるが、これは多量に含まれると苦味の原因となるほか、発癌物質の生成にもつながる可能性があることから、その含有量を低下させた野菜の生産が望ましい。

従来、水耕栽培において野菜のアスコルビン酸等の抗酸化成分を含む栄養成分の含有量を高めるための検討が行われている。例えば、特開２００４−３０５０４０号公報及び特開２００８−８６２７２（それぞれ、特許文献１及び２）には、ビタミンＣやトコフェロール等の機能性成分含有量を増大するために、３１５ｎｍ付近にピークを有する人工紫外線の照射を行うことが開示されている。しかしながら、このような方法は、通常の照明以外に別途、特定の紫外線ランプを含む追加の設備を必要とするためコストが嵩み、追加のエネルギーコストがかかり、また最適な光量の調節と維持・管理が煩雑であるという、欠点がある。

特開２００４−３０５０４０号公報 特開２００８−８６２７２号公報

上記の背景の下で、本発明は、紫外線ランプ等のような特別な光源を含む追加の設備の必要がなく、追加のエネルギーコストもかけずに、アスコルビン酸やポリフェノールや糖等の有用成分の含有量を高め、硝酸態窒素含有量をを低減させた水耕栽培野菜を生産する方法の提供を目的とする。

上記目的のために検討の結果、本発明者は、野菜の水耕栽培の最終段階において、収穫前のある期間にわたって、それまで養液中に浸っていた根の一部を空気に曝露させることによりアスコルビン酸、ポリフェノール、糖等の栄養成分（アスコルビン酸及びポリフェノールは抗酸化成分でもある）や食味成分等の有用成分の含有量が高まり、その一方で硝酸態窒素含有量が低下することを見出し、更に検討を重ねて本発明を完成させた。すなわち、本発明は、以下を提供するものである。

１．水耕栽培による野菜の生産方法であって、該野菜の収穫に先立って、所定期間にわたり根の少なくとも一部を空気に曝露させた状態で栽培することを特徴とするものである、生産方法。
２．該所定期間が２〜１２日の期間である、上記１の生産方法。
３．空気に曝露させる根の上記少なくとも一部が、根の起始部から１ｃｍ以上又は根の起始部から全長の３％以上の長さにわたり、且つ根の先端から根の全長の３％未満までの部分には及ばないものである、上記１又は２の生産方法。

本発明によれば、紫外線ランプ等を含む追加の設備の必要がなく、コストのかからない方法でアスコルビン酸、ポリフェノール、糖等の栄養成分や食味成分等の有用成分の含有量を高め、硝酸態窒素含有量を低減させた水耕栽培野菜を生産することができる。

図１は、実施例１における対照群及び根圏部分曝露群の各植物のアスコルビン酸含有量を示すグラフである。 図２は、実施例１における対照群及び根圏部分曝露群のレタスの糖度（Brix）を示すグラフである。 図３は、実施例１における対照群及び根圏部分曝露群のレタスの硝酸態窒素含有量を示すグラフである。 図４は、実施例２における、根圏部分曝露の曝露長とアスコルビン酸含有量の増加率との関係を示すグラフである。 図５は、実施例３における、根圏部分曝露処理日数とアスコルビン酸含有量の増加率との関係を示すグラフである。 図６は、実施例４における、対照群及び根圏部分曝露群のレタスのポリフェノール含有量を示すグラフである。 図７は、実施例５における、根圏部分曝露処理日数とレタスの新鮮重量の増減率との関係を示すグラフである。 図８は、実施例５における、根圏部分曝露処理日数とレタスの水分含有率の増減率との関係を示すグラフである。

本明細書において、「水耕栽培野菜」とは、水耕栽培によって生育させることにより得られた野菜をいう。

本発明において、根の少なくとも一部を空気に曝す（根圏部分曝露処理）には、例えば、植物体を養液面に支えている容器を養液面から持ち上げたり、養液面を下げた状態に維持することで、根の起始部を空気に曝露させるようにするのが便利であり、そのための具体的手段は、限定されない。

根圏部分曝露処理において、根のうち、空気に曝露させる部分の長さ（曝露長）は、好ましくは、１ｃｍ以上又は根の全長の約３％以上であり、より好ましくは２ｃｍ以上又は根の全長の約６％以上、更に好ましくは４ｃｍ以上又は根の全長の約１３％以上である。但し、根の少なくとも一部（好ましくは先端部）が養液に浸っていることが必要であり、先端部の場合、根の全長の約３％に相当する部分が養液に浸っていればよい。

根圏部分曝露処理の日数は、長すぎると効果がうすくなる（植物体が根圏部分曝露状態での栽培環境に順応するためと考えられる。）ことから、効果を得るには根圏部分曝露処理の日数２〜１２日間とするのが好ましく、４〜１０日間とするのがより好ましく、約７日間とするのが更に好ましい。

根圏部分曝露による栽培がアスコルビン酸、ポリフェノール、糖等の栄養成分や食味成分等の有用成分の含有量を高めるのは、根の空気曝露ストレスに対する植物の基本的防御応答と考えられることから、本発明の方法は、野菜全般に広く適用できるものである。

本明細書において、「野菜」は、「葉菜類」及び「根菜類」及び「果菜類」を包含する。ここに、「葉菜類」とは、葉の部分を食用とする野菜をいい、例えば、レタス、水菜、ホウレンソウ、春菊、小松菜、チンゲンサイ、キャベツ、白菜、しそ、からし菜、ハーブ類（ルッコラ、バジル等）等が挙げられるが、これらに限定されない。また、「根菜類」とは、根や地下茎等、土耕栽培したとき地中にある部分を食べる野菜をいい、例えば、大根、ニンジン、カブ、ゴボウ、ジャガイモ、サツマイモ、サトイモ、レンコン等が挙げられるが、これらに限定されない。また、「果菜類」とは、果実や種子を食用とする野菜をいい、イチゴ、トマト、キュウリ、なす等が挙げられるが、これらに限定されない。

なお、本発明において、水耕栽培における栄養、１日における明期／暗期の時間配分、温度等の栽培条件、及び根圏部分曝露処理までの生育日数は、共に適宜であってよく、各野菜について適した公知の諸条件及び生育日数を、適宜選択して採用すればよい。

以下、典型的な実施例を参照して本発明を更に詳細に説明するが、本発明がそれら実施例についての記載により限定されることは意図しない。

〔実施例１〕 レタス、水菜、ホウレンソウ、春菊及び小松菜の水耕栽培における根圏部分曝露実験
レタス、水菜、ホウレンソウ、春菊、及び小松菜の水耕栽培を行った。栽培条件は、白色蛍光灯下、明期１４時間／暗期１０時間のサイクルとし、養液としては、肥料（大塚ハウス肥料 ＳＡ処方）の水溶液を用いた。この養液の成分組成は次の表１のとおりである。

上記植物の種子をウレタン培地に播種し、照射強度5,000〜5,500Ｌｕｘ、室温18〜20℃、養液濃度ＥＣ（電気伝導度）＝1.0 ｍＳ／ｃｍで６回／日灌水して５日間生育させた後、湛水式水耕栽培にて、根が完全に養液に浸る状態でパネルに定植し、照射強度13,000〜18,000Ｌｕｘ、室温２０℃、養液濃度ＥＣ＝1.8 ｍＳ／ｃｍで、植物に応じて１３〜２６日間栽培した。各植物につき播種から処理開始の前日までの栽培日数を次の表２に示す

上記のとおりに育苗した各種の植物体をそれぞれ２群に分け、一方の群（対照群）の植物体については、それまでと同一条件で１週間栽培を続けた。他方の群（根圏部分曝露群）の植物体については、養液の水位を低下させて栽培パネルと養液面の間に４ｃｍの隙間を設け、植物体の根の起始部側４ｃｍの長さにわたる部分がその隙間において空気に曝露される状態とし、その状態で１週間にわたって栽培を継続した（根圏部分曝露処理）。次いで収穫し、下記の方法により、植物体中の栄養成分（及び抗酸化成分）の指標としてアスコルビン酸含有量及び食味成分の指標として糖度を、また硝酸態窒素含有量を、それぞれ下記の方法により測定し、根圏部分曝露処理を行わなかった植物体におけるそれらの値と比較した。

＜アスコルビン酸含有量の測定＞
方法： 植物体に対し一定量の５％メタリン酸を加えて希釈しながら、ミキサーを用いてサンプルを破砕した後、破砕液を12,000ｒｐｍで1分間遠心分離した。上澄み液を用い、反射式光度計ＲＱフレックス（藤原製作所製）でアスコルビン酸濃度を測定し、植物体１００ｇ当たりのアスコルビン酸含有量として算出した。

結果： 図１に結果を示す。図に見られるとおり、対照群と比較したとき、根圏部分曝露処理に付した植物体は、レタスで１３２％、水菜１２３％、ホウレンソウ１６３％、春菊１４８％、小松菜１４４％のアスコルビン酸含有量を示し、何れも顕著に増大していることが判明した。このことは、種々の野菜において本発明によるアスコルビン酸含有量を増加させることが可能であることを示している。

＜糖度（Brix（％））の測定＞
方法： 植物体に対し水100ｍＬを加えてミキサーで破砕し、破砕液を12,000ｒｐｍで1分間遠心分離した。上澄み液の糖度をポケット糖度計（PAL-1；アタゴ製）を用いて測定し、その値に基づき、生の植物体に含まれる糖の重量パーセントとして糖度（Brix (％ )）を算出した。

結果： 図２に結果を示す。図に見られるとおり、レタスに対し根圏部分曝露処理を行った場合、対照群に比べて糖度が１１８％に増加した。このことは、本発明により、野菜の食味成分の含有量も増加できることを示している。

＜硝酸態窒素含有量の測定＞
方法： 硝酸態窒素含有量については、上記「アスコルビン酸含有量の測定」において調製した上澄み液を一定量の水で希釈し、その後、アスコルビン酸の場合と同様、反射式光度計ＲＱフレックス（藤原製作所製）を用いて測定を行った。

結果： 図３に結果を示す。図に見られるとおり、根圏部分曝露処理により、対照群に比べて硝酸態窒素含有量が約90％に低下した。この結果は、本発明により野菜の硝酸態窒素含有量を低減できることを示している。

〔実施例２〕 根圏部分曝露処理における曝露長と有用成分の含有量との関係の検討
根圏部分曝露処理においてパネルと養液面との隙間を0.5、１、２、４、５、１０、１５、２０、２５、又は３０ｃｍとした１０群を設けることにより、空気に曝露される根の長さ（曝露長）をこれらの長さの何れかとした以外は、実施例１と同様の方法でレタスを栽培し、収穫した。なお、根圏部分曝露処理の開始時点での根の長さは平均30.9ｃｍであり、曝露長３０ｃｍの群では、根の先端がわずかに養液に浸っているに過ぎない状態であった。収穫したレタスについて、実施例１と同様の方法でアスコルビン酸含有量を測定した。

結果を図４に示す。図に見られるとおり、アスコルビン酸含有量は、曝露長0.5ｃｍでは、対照群に対して変化は見られなかったが、根の１ｃｍ（根全体の3.2％）を曝露することにより、対照群の１０５％へと増加し、曝露長を延ばすに従って更に増加し、４ｃｍ以上の曝露長では１２５％以上に増加した。３０ｃｍの曝露長（根全体の９７％）を曝露させた場合でも、アスコルビン酸含有量は、対照群の１３０％まで増加していた。この結果は、植物体の根を、基部から好ましくは１ｃｍ以上、より好ましくは２ｃｍ以上、更に好ましくは４ｃｍ以上を空気に曝露し、但し根の先端側において、根の全長の少なくとも３％以上の長さが養液に浸っている状態（すなわち根圏部分曝露が、根の先端から根の全長の３％未満の部分には及ばない状態）で、収穫直前の約１週間程度の期間栽培することが、植物体中のアスコルビン酸や糖等の栄養成分や食味成分等の有用成分の含有量増加に効果的であることを示している。

〔実施例３〕 根圏部分曝露処理における処理日数と有用成分含有量との関係の検討
根圏部分曝露処理日数と植物体の有用成分含有量との関係を検討するために、上記実施例１と同様にしてレタスを育苗し、次いで曝露長を４ｃｍとして、０、３、７、９、１２又は１４日間にわたる根圏部分曝露処理を行い、植物体を収穫し、アスコルビン酸含有量を測定した。

結果を図５に示す。根圏部分曝露群では、アスコルビン酸は、３日間の根圏部分曝露処理で対照群に比べて１１１％へと増加し、７日間の処理まで更に増加した。しかしながらその後、対照群に対する増加率は低下し、１２日間の処理の結果は３日間の処理と同等となり、１４日間の処理では、対照群と同等となって、アスコルビン酸の増加前の状態に戻っていた。これは、植物が根圏部分曝露での栽培環境に順応したためと考えられる。この結果は、根圏部分曝露処理の日数を、２〜１２日間とするのが好ましく、約４〜１０日間とするのがより好ましく、約７日間とするのが更に好ましいことを示している。

〔実施例４〕 ポリフェノール含有量に対する根圏部分曝露処理の影響の検討
根圏部分曝露処理による植物体のポリフェノール含有量への影響につき検討するため、上記実施例１と同様にしてレタスを育苗し、次いで養液の水位を低下させて栽培パネルと養液面の間に４ｃｍの隙間を設け、植物体の根の起始部側４ｃｍの長さにわたる部分がその隙間において空気に曝露される状態とし、その状態で１週間にわたって栽培を継続した（根圏部分曝露処理）。次いで収穫し、下記の方法により、植物体中のポリフェノール含有量を測定した。

＜ポリフェノール含有量の測定＞
植物体を液体窒素中で凍結させ破砕したサンプル１ｇに対し８０％エタノールを１０ｍｌ加えて、冷暗所で２時間静置し、3000ｒｐｍで5分間遠心分離して得られた上澄みをポリフェノール抽出液とした。
フォーリンチオカルト法により、抽出液のポリフェノール含有量を測定した。すなわち抽出液１ｍｌに１／２希釈したフェノール試薬（ＭＰバイオケミカル社製）１ｍｌを加えて混合し、更に１０％炭酸ナトリウム水溶液を１ｍｌ加えて攪拌して室温で６０分間静置した。その後、分光光度計（UV-160；島津製作所）にて吸光度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、試料中のポリフェノール含有量をケルセチン当量（ｍｇ ケルセチン／新鮮重量）として算出した。

結果を図６に示す。図に示すとおり根圏曝露処理を施したレタスではポリフェノール含有量が対照群の１５１％まで増加した。このことは、根圏曝露処理によりポリフェノール含有量も向上させられることを示している。

〔実施例５〕植物体の水分含有率に対する根圏曝露処理の影響の検討
上記実験と同様に、栽培パネルと養液面との空間を４ｃｍとしてレタスに対し３〜14日間の根圏部分曝露処理を行った。処理後、乾物重量及び新鮮重量を測定して水分含有率を算出した。
結果を図７及び８に示す。図７に示すとおり、３〜10日間の根圏部分曝露処理による生長への負の影響はほとんどなかった。但し、14日間の処理では10％程度の収量の低下が見られた。一方、図８に示すとおり水分含有率は処理期間中ほとんど変化せず、食感など品質に対する影響はないことが分かった。
また本結果より、上記一連の実施例における栄養成分及び抗酸化成分の含有量の増加は、濃縮によるものでなく、絶対量の増加であると考えられる。また、２〜12日間上記のように根の一部を空気中に曝露させることによっては、作物の収量（生育）および食感等の品質に対する悪影響のないことが明らかとなった。

本発明は、紫外線ランプ等のような追加の設備を設ける必要がなく、コストのかからない方法でアスコルビン酸、ポリフェノール、糖等の有用成分含有量を高めた水耕栽培野菜を生産することを可能にするため、栄養成分に富み、食味のよい野菜を低い原価で生産する上で有用である。

Claims (1)

1. 水耕栽培による野菜の生産方法であって、該野菜の収穫に先立って、２〜１２日の期間にわたり根の一部を空気に曝露させた状態で栽培することを特徴とするものであり、空気に曝露させる根の該一部が、根の起始部から１ｃｍ以上又は根の起始部から全長の３％以上の長さにわたり、且つ根の先端から根の全長の３％未満までの部分には及ばないものである、生産方法。
   

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