(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素を略含有せず、カルシウムを含有する養液を用い、
波長が４９０ｎｍ以下の青色の可視光を照射して、
収穫前の一定期間、野菜を栽培することを特徴とする、水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法。
【請求項２】
前記可視光が、波長が４３０ｎｍ以上で、且つ４８０ｎｍ以下の青色光である、請求項１に記載の水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法。
【請求項３】
前記可視光の強度が、１平方メートル当たり８０マイクロｍｏｌ以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法。
【請求項４】
上記窒素含有量は、上記養液１Ｌ当たり２．２ｍｇ以下である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した生産方法。
【請求項５】
カルシウムの含有量は、上記養液１Ｌ当たり５０ｍｇ以上１２０ｍｇ以下である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法。
【請求項６】
上記一定期間は、１日から５日である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法。
【請求項７】
上記養液に微量のミネラルを添加した
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水耕栽培による野菜の生産方法に関するものであり、特に、様々な抗酸化成分を増強することを目的とした水耕栽培による野菜の生産方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水耕栽培は従来の土耕栽培に代わる栽培方法として期待されている。
水耕栽培は、連作障害といった問題がなく、管理もしやすい。
また、植物の成長スピードを速め、収穫量を向上させることも容易である。
さらに、養液成分や照明条件を最適化することで、栄養価を高めた農産物や、機能性農産物を作ることも可能である。
【０００３】
例えば、生育させた野菜を，収穫直前に養液を水に置き換え、且つ日長時間を１７時間以上とし、日長時間における光強度の上限を２００００ｌｕｘとして、１日以上７日以内の期間水耕栽培することで、アスコルビン酸含有量や糖度、全糖含有量等の有用成分の含有量を高め、硝酸イオン含有量を低減させることができる調整栽培法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
また、収穫前に、植物を別の栽培トレイに移動させ、水を吸収させたり、強い照度で光を照射したりすることで、植物内の硝酸態窒素の濃度を低減することが提案されている（例えば、特許文献２）。
【０００５】
さらに、パセリの食味を改善するために、成長期には赤色を主成分とした光を照射し、成長後の収穫前には青色を主成分とした光を照射する栽培方法が提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１５−１９２６８２
【特許文献２】特開２０１３−１２３４０３
【特許文献３】特開２０１３−１６２７５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された発明では、アスコルビン酸含有量が対照群の１．７倍から３倍程度に増加しているものの、多様な抗酸化成分の増加は見られない。また、長時間の強光の照射が必要であり、生産コストの増加が懸念される。
【０００８】
特許文献２に開示された発明では、硝酸態窒素を低減できるものの、やはり多様な抗酸化成分を大きく増加させることはできない。
さらに、特許文献３に開示された発明においても、パセリの食味を改善することは可能であるが、抗酸化成分を大きく増加させることはできない。
【０００９】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、多様な抗酸化成分を著しく増強した野菜の生産方法を提供するものである。より具体的には、光合成で固定された炭素代謝の流れを抗酸化成分の生合成への流れへと、代謝の流れを変えることで、抗酸化成分の生合成量を増強することを目的としたものである。また、抗酸化成分の生合成量を増強するのに適した波長の光を照射することで、照射光のエネルギーコスト低減を図るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法は、
収穫前の一定期間において、
窒素を略含有しない養液を用いることで、抗酸化成分の生合成を主とする代謝経路を確保し、
光照射条件および／または、養液条件を調整することで、抗酸化成分の誘導を促すことを特徴とする。
また、本発明に係る水耕栽培による多様な抗酸化成分を増強した野菜の生産方法は、
窒素を略含有せず、カルシウムを含有する養液を用い、
４９０ｎｍ以下の可視光を含む光を照射することで、
収穫前の一定期間、野菜を栽培することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る水耕栽培による野菜の生産方法により、多様な抗酸化成分を著しく増強した野菜の生産が可能となり、それを食する人の健康増進に寄与し、老化、がん、心臓疾患、脳卒中、糖尿病と言った多くの疾病に対する予防効果を高めることが期待できる。また、硝酸態窒素含有量を減少させる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の効果を説明するための図であり、（ａ）は養液が窒素を含む場合の代謝イメージ、（ｂ）は養液が窒素を含まない場合の代謝イメージである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る水耕栽培による野菜の生産方法の詳細、およびその新たな効能等を確認するために行った実験結果に関して、以下において説明する。なお、以下の説明は本発明に関する良好な一例を開示するものであり、本発明が当該実施の形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の生産方法は、多様な野菜に対して適用可能であり、特に葉物野菜に対して顕著な効果がある。その他の野菜に対しても、程度の差異はあるものの、同様の効果がある。
【００１５】
＜生産方法の特徴＞
本発明の生産方法の特徴は、野菜の成長期と、収穫前とで、養液成分や照射光の条件を変えることである。
ここで、成長期とは、発芽した苗を移植後、葉が十分に展葉するまでの期間である。ただし、本発明においては、この期間に限定されることはない。例えば、ベビーリーフのように早期に収穫するケースにおいては、成長期とは、収穫前の数日までのことを指す。
収穫前の数日、例えば、収穫前の１日から５日においては、収穫前処理として、成長期とは異なった条件で栽培を行う。
【００１６】
＜成長期における栽培条件の一例＞
成長期における養液や光の照射条件に関しては、特に特別な条件は必要ではなく、一般的な養液を用い、一般的な照射条件で光を照射すればよい。
例えば、養液について述べると、大塚ハウス１号、２号、５号を使用し、さらに微量ミネラル等を添加すればよい。成長期における養液の具体的な一例を以下に示す。
【００１７】
養液はふたつのタンクに分けてられており、それぞれを水で希釈し、混合して使用する。
タンク１
大塚ハウス１号        ８０ｇ／ｌ
大塚ハウス５号          ５ｇ／ｌ
ＥＤＴＡ−Ｆｅ（Ｎａ）  ５ｇ／ｌ
タンク２
大塚ハウス２号      １４０ｇ／０．９８ｌ
【００１８】
上記は、ホウレンソウやサラダ菜、コマツナやダイコン等の好硝酸塩野菜に適した養液である。レタスやセリ、イチゴといった好アンモニア性野菜の場合には、タンク１に硫酸アンモニウムを加えても良い。
いずれにしても、成長期における養液に関しては、栽培する野菜の成長に適した養液構成とすればよい。
【００１９】
なお、カリウム、亜鉛、鉄といった有用なミネラルの野菜への含有量を増加させる目的で、これらの成分を養液に微量添加しても良い。
【００２０】
＜収穫前処理＞
次に、収穫前の処理に関して説明する。収穫前の処理は、上述したように、収穫前の１日から５日間行うのが良い。この期間は、野菜の種類により適宜決定される。
収穫前の処理として特に重要なことは３点あり、第一は、窒素成分をほぼゼロにすることである。硝酸態窒素だけだはなく、アンモニア態窒素も除去する。そのため、養液を完全に入れ替えることが必要となる。成長期に用いた養液をプランターから完全に除去した後に、収穫前処理に用いる養液をプランターに導入する。成長期に用いた養液がプランターに残留していないかに関しては、ＥＣ値を測定し、ＥＣ値が所定値以下であることを確認する等の確認作業を行えばよい。
【００２１】
第二は、収穫前処理に用いる養液として、カルシウムを加えることである。適量のカルシウムを加えることで、抗酸化成分の生合成を促進できるためである。
第三は、短波長の可視光を照射することである。適切な波長の光を照射することで、抗酸化成分の生合成を促進できる。
【００２２】
収穫前処理として、これら３つの条件を満足することで、様々な抗酸化成分を大幅に増強した野菜を得ることができる。
以上に述べた収穫前処理の効果を実証するために、いくつかの実験を行った。以下においては、実証実験の詳細について説明する。
【００２３】
＜実証実験１＞
コマツナ、コマツナ紫、およびチマサンチュを用いて、収穫前処理の効果を実証するための実験を行った。
まず、成長期においては、一般的な条件で栽培し、葉が十分に展葉した時点で、養液の切り替えを行った。切り替え後の養液（収穫前処理の養液）は、硫酸カルシウムである。なお、切り替え後の養液中の窒素量は、２．０ｍｇ／ｌであった。収穫前処理は３日間行った。
また、光照射に関しては、青色ＬＥＤを用いた。照射量は、毎秒１平方メートル当たり２００μｍｏｌの光量子密度であり、成長期と比べて強い光を照射した。
【００２４】
収穫前処理の養液におけるカリシウム量を０ｍｇ／ｌから１４０ｍｇ／ｌの範囲で変えた、６種類の養液を用いて３日間栽培後、それぞれについてＯＲＡＣ値を測定した。
ＯＲＡＣ値の測定法は、ＯＲＡＣ法を用いて、ビタミンＣ、ビタミンＥ、グルタオチン、システイン、ポリフェノール、含硫化合物といった、カロチノイド以外のすべての抗酸化成分の総量を測定した。
【００２５】
結果を表１に示す。
コマツナ、コマツナ紫、チマサンチュのいずれにおいても、ＯＲＡＣ値はカルシウム量に大きく依存している。そして、カルシウム量が５０ｍｇ／ｌから１２０ｍｇ／ｌの範囲で、ＯＲＡＣ値は大きく向上している。
【００２６】
【表１】
0006775812.tif 000002
【００２７】
なお、リーフレタス、コスレタス、チンゲンサイ、カラシナ等においても、カルシウム量に対するＯＲＡＣ値は同様の傾向が得られた。
以上より、収穫前処理の養液におけるカルシウム量を所定の範囲とすることで、野菜に含まれる様々な抗酸化成分量を向上できることを確認できた。
【００２８】
＜実証実験２＞
実証実験１においては、ＯＲＡＣ値のカルシウム量依存性を調べたが、本検証実験においては、養液中のカルシウム量を１００ｍｇ／ｌに固定し、養液中の窒素量を０ｍｇ／ｌから５０ｍｇ／ｌの範囲で変化させた。この養液を用いて、３日間栽培後、それぞれについてＯＲＡＣ値を測定した。光の照射条件は、実証実験１と同様である。
【００２９】
【表２】
0006775812.tif 000003
【００３０】
結果を表２に示す。
コマツナ、コマツナ紫、チマサンチュのいずれにおいても、ＯＲＡＣ値は窒素量が少ないほど良好な結果を示した。特に、窒素量が２．２ｍｇ以下ではＯＲＡＣ値はほぼ飽和し、非常に高い値を示した。
【００３１】
なお、リーフレタス、コスレタス、チンゲンサイ、カラシナ等においても、カルシウム量に対するＯＲＡＣ値は同様の傾向が得られた。
以上より、収穫前処理の養液における窒素量を微量とすることで、野菜に含まれる様々な抗酸化成分量を向上できることを確認できた。
また、実証実験１および実証実験２より、野菜のＯＲＡＣ値を大きく向上させるためには、収穫前処理の養液における窒素量が微量であり、且つカルシウム量が所定の範囲であることが必要であることを検証できた。
【００３２】
＜実証実験３＞
実証実験１および実証実験２においては、収穫前処理の養液成分について検証を行った。本検証実験においては、収穫前処理時の光照射の影響について調べる。
収穫前処理の養液における窒素量は２．０ｍｇ／ｌ、カリシウム量を１００ｍｇ／ｌとした。
光の照射条件は、ＬＥＤを用い、青色光のみ照射した場合と、赤色光のみを照射した場合とを比較した。照射量はいずれの場合も、毎秒１平方メートル当たり２００μｍｏｌの光量子密度とした。
以上の条件で３日間栽培後、それぞれについてＯＲＡＣ値を測定した。
【００３３】
【表３】
0006775812.tif 000004
【００３４】
結果を表３に示す。
いずれの野菜においても、青色光のみを照射した場合に、高いＯＲＡＣ値が得られた。
以上より、収穫前処理の養液においては、赤色光よりも、青色光が野菜に含まれる様々な抗酸化成分量を向上する効果が大きいことが分かった。
なお、アスコルビン酸の含有量は、赤色光の照度にはほとんど依存せず、青色光の照度のみに依存することを別の実験で確認している。
以上のように、ＯＲＡＣ値向上の観点においては、収穫前処理に使用する光源として４９０ｎｍ以下の波長の可視光だけを使用することが望ましい。照射光のエネルギー効率を高め、コストを低減できるからである。ただし、赤色等の光を併せて照射しても良い。赤色等の光は窒素同化を促進するため、硝酸態窒素を減少させる観点では有効な場合があるためである。
【００３５】
＜実証実験４＞
実証実験３においては、青色光により高いＯＲＡＣ値が得られることを確認した。本検証実験においては、高いＯＲＡＣ値が得られる照射光の波長領域について調べた。
高いＯＲＡＣ値が得られる照射光は、青色光だけではなく、紫色光でも同様の効果があった。一方、照射光の波長が４８０ｎｍを超えると効果は減少し、５００ｎｍ以上の光では、ほとんどＯＲＡＣ値向上の効果はなかった。
したがって、高いＯＲＡＣ値が得られる照射光は、４９０ｎｍ以下の可視光であり、特に、４８０ｎｍ以下の可視光が効果が高かった。このＯＲＡＣ値と照射光波長の関係は、どの野菜においてもほぼ同様であった。
【００３６】
＜実証実験５＞
次に、照射光強度とＯＲＡＣ値との関係について調べた。ビタミン菜を用いて行った実験結果について述べる。
収穫前処理の養液における窒素量は２．０ｍｇ／ｌ、カルシウム量を１００ｍｇ／ｌとした。
照射光としてＬＥＤを用い、４５４ｎｍの青色光のみ照射した。照射量は、毎秒１平方ｍあたり１００から４００マイクロｍｏｌの範囲で変化させ、１日１２時間照射を行った。
以上の条件で４日間栽培後、それぞれについてＯＲＡＣ値を測定した。また、アスコルビン酸の含有量に関しても、別途測定を行った、
【００３７】
【表４】
0006775812.tif 000005
【００３８】
毎秒１平方ｍあたりの照射量が増加するほど、ＯＲＡＣ値が増加した。ただし、８０から４００マイクロｍｏｌにおいては、照射量とＯＲＡＣ値の関係は、ほぼ比例関係であったが、７０マイクロｍｏｌ以下においては、この比例関係よりもＯＲＡＣ値は、大きく下方に振れている。
また、照射量とアスコルビン酸量の関係も同様であった。
【００３９】
したがって、照射光のエネルギー効率を考慮すると、照射量は毎秒１平方ｍあたり８０マイクロｍｏｌ以上が望ましい。
また、３８０ｎｍの紫色光を用いても、この傾向は同様であった。さらに、この傾向は、野菜の種類にはほとんど依存しなかった。
【００４０】
上記の結果は、総照射時間４８時間の結果であるが、照射時間を長くするほど、ＯＲＡＣ値は向上し、照射時間とＯＲＡＣ値との関係は、ほぼ比例関係であった。したがって、強い光を長い時間照射するほど、野菜のＯＲＡＣ値は増加することが分かった。ただし、収穫前処理の期間を長くしすぎると、収穫後の野菜の日持ちが悪くなるため、野菜の品種に応じて、収穫前処理の期間は、１日から５日の範囲で、適宜決定することが望ましい。
【００４１】
この検証実験においては、ＯＲＡＣ値だけではなく、別途、アスコルビン酸の含有量についても測定を行った。いすれの光強度においても、アスコルビン酸量から推定される、アスコルビン酸のＯＲＡＣ値への寄与は、ＯＲＡＣ値の総量に対して１０分の１か、それ以下である。したがって、アスコルビン酸以外に様々な抗酸化成分を増強した野菜が得られていることも検証できた。
【００４２】
＜考察＞
以上に説明した実証実験１〜５より、収穫前に特別な環境条件で野菜を栽培することで、野菜に含まれる抗酸化成分を大きく向上できることを確認できた。特別な環境条件とは、以下の３条件である。
（条件１）
養液に含まれる窒素量をできるだけ微量にする。望ましくは、２．２ｍｇ／ｌ以下にする。
（条件２）
養液にカルシウムを含有させる。望ましくは、５０ｍｇ／ｌ以上、１２０ｍｇ／ｌ以下の範囲で、カルシウムを含有させる。
（条件３）
波長が４９０ｎｍ以下の可視光を照射する。特に、４８０ｎｍ以下の可視光が望ましい。また、照射量は毎秒１平方ｍあたり８０マイクロｍｏｌ以上が望ましい。
【００４３】
以上の３条件のそれぞれが、どのようなメカニズムで抗酸化物質の生成に寄与しているかは不明である。しかし、ＯＲＡＣ値の顕著な向上から推察するに、それぞれが独立に作用しているのではなく、ある種の互いに関連する効果、あるいは相乗効果を持って作用していると考えられる。
【００４４】
図１は、本発明の効果を説明するための図であり、（ａ）は窒素が多量に存在する場合の代謝イメージ、（ｂ）は窒素がほとんど存在しない場合の代謝イメージである。
図１（ａ）に示すように、植物において光合成で得られた炭素は、根から吸収される窒素を使ってアミノ酸に合成されることで、植物は成長する。一方、図１（ｂ）に示すように、窒素が不足している場合には、光合成で固定された炭素代謝の流れは、抗酸化成分の生合成への流れが支配的となる。このように、養液に含まれる窒素量を制御することで、代謝の流れを制御できる。
【００４５】
ただし、単に代謝の流れを制御するだけで、大量の抗酸化物質が生合成されるわけではない。抗酸化物質の生合成は、「生合成系への誘導」と「代謝の流れの制御」が組み合わされた際に、顕著に効率化され、大量の抗酸化物質が生み出される。
例えば、植物の細胞内においては、葉緑体、ミトコンドリア、小胞体といった細胞内小器官に、カルシウムは局在している。そして、何らかの刺激が与えられた際に細胞質内にカルシウムが放出され、放出されたカルシウムにより特定の酵素反応が制御されることが知られている。すなわち、カルシウムはシグナル伝達系に作用する役割を持つことが知られている。
【００４６】
抗酸化物質の生合成系においても、カルシウムは何らかの生合成経路に関与するシグナル伝達系に作用することで、生合成系の誘導に寄与していると考えられる。これはひとつの仮説であるが、カルシウムを与えることで、抗酸化物質が大量に生成されることを説明できる有力な仮説であると考えている。
【００４７】
光照射についても、同様の効果があると考えられる。例えば、光合成の電子伝達系を介しない「青色シグナル伝達系」といったものが存在する可能性がある。
ＯＲＡＣ値と照射光の波長性の関係から推定されることは、同様の波長範囲に吸収領域を有する光受容体であるクリプトクロム（Ｃｒｙｐｔｏｃｈｒｏｍｅ）が、このシグナル伝達系に関与していることである。クリプトクロムは、植物だけではなく藻類も有するたんぱく質であり、進化の初期段階から、植物や藻類が有していたたんぱく質である。上記に示した検証実験において、ＯＲＡＣ値の波長や照射量依存性が、どの野菜においても同様であったことは、すべての植物が共通して持つクリプトクロムの性質に起因していると考えられる。
クリプトクロムのシグナル伝達には活性酸素が関与していることが知られている。したがって、４９０ｎｍ以下の可視光の照射は、酸化ストレスによる様々な抗酸化成分の生合成経路の誘導や活性化によるものと推測できる。
【００４８】
すなわち、本発明において、様々な抗酸化物質を著しく向上させた野菜が得られた要因は、
１）窒素をほとんど含まない養液を用いることで、植物体内における窒素が欠乏し、アミノ酸合成の流れから、抗酸化物質の生合成の流れへと、代謝の流れが変化すること
２）カルシウムや４９０ｎｍ以下の波長の光が、いくつかのシグナル伝達系に関与し、抗酸化物質が必要とされる状態を生み出す等の変化を植物にもたらすこと
という植物体内における異なる２つの変化が同時に生じることで、抗酸化物質の生合成が飛躍的に促進されるためと考えられる。すなわち、植物が抗酸化物質を必要とする状況等になり、且つ抗酸化物質を生合成できる代謝の経路が確保されているときに、様々な抗酸化物質が多量に合成されると考えられる。
【００４９】
なお、養液へのカルシウム添加も、４９０ｎｍ以下の波長の光照射も、シグナル伝達系に関与すると考えられ、いずれか一方だけを用いても、「生合成系への誘導」に対する寄与は認められる。しかし、双方を同時に実施することで、その寄与は飛躍的に増大する。
【００５０】
＜本発明のまとめ＞
本発明に係る水耕栽培による野菜の生産方法により、多様な抗酸化成分を著しく増強した野菜の生産が可能となり、それを食する人の健康増進に寄与し、老化、がん、心臓疾患、脳卒中、糖尿病と言った多くの疾病に対する予防効果を高めることが期待できる。また、硝酸態窒素含有量を減少させる効果もある。
【００５１】
水耕栽培の収穫前処理に関しては、いくつかの報告があるが、主に、硝酸態窒素含有量の減少や、それに伴う味覚の向上を目的としたものである。アスコルビン酸の向上等についても報告はあるが、ＯＲＡＣ値の顕著な向上に関する報告はない。
【００５２】
これは、抗酸化物質の生合成系のメカニズムが十分に解明されていないことに起因すると考えられる。本発明においては、考察で示した仮定に基づき、様々な養液や光照射の条件を検討した結果、窒素をほとんど含まず、且つカルシウムを所定量含む養液を用いて収穫前処理を行うことで、多様な抗酸化成分を著しく増強した野菜を栽培できることを実証した。また、４９０ｎｍ以下の波長の可視光の役割についても検証し、抗酸化成分の生合成に大きな寄与があることを確認した。
【図１】
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