(57)【要約】【課題】植物や食品、特に発酵アルコールの原料植物種および栽培地の特定を可能にする。【解決手段】植物や食品、特に精製アルコールの安定同位体比分析を燃焼型および熱分解型安定同位体比分析装置により分析し、δ13C、δ2H（＝δD）、δ18Oなど複数の安定同位体比を組み合わせることにより、植物種およびその栽培地を特定する。δ13Cとδ18Oの分析により植物種を、δDとδ18Oの分析により栽培地を特定できる。由来の明瞭なサンプルを多く分析し、データベースを構築することにより、分析の正確度を向上できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物由来成分分析において、二元素種以上の安定同位体比を測定することを特徴とする、植物種および／または植物栽培地域の特定方法。
【請求項２】
植物由来成分の二元素種以上の安定同位体比測定において、植物種および植物栽培地域の既知である試料の植物由来成分分析により、安定同位体比のデータベースを作成し、未知試料の植物種および／または植物栽培地域を当該データベースを基に特定する方法。
【請求項３】
二元素種以上の安定同位体比測定対象に13Ｃを含むことを特徴とする、請求項１および２の植物種および／または植物栽培地域の特定方法。
【請求項４】
二元素種以上の安定同位体が炭素、水素、酸素、窒素、硫黄から選択される請求項１および２の植物種および／または植物栽培地域の特定方法。
【請求項５】
植物由来成分分析の試料がエタノールを含む炭水化物である請求項１および２の植物種および／または植物栽培地域の特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は種々の加工品に使用した農産物の植物種および／または植物栽培地域を特定し、食品などのトレーサビリティを保証するもので、含まれる元素および／または分子の安定同位体比を測定し、結果として当該農産物の植物種およびその栽培地域を特定するもので、技術的には物理化学分野に含まれるものである。
【背景技術】
【０００２】
農産物のオリジン分析法としては、ＰＣＲなどの遺伝子分析による同定方法が知られている。これはイネなどの品種特定に威力を発揮するが、イネの栽培地が異なっても、栽培地の区別はできない。
【０００３】
また、炭素１３の安定同位体比（δ13Ｃ）測定によるＣ３植物、Ｃ４植物およびＣＡＭ植物の区別法も知られている。植物の光合成経路の相違に着目した場合、空気中の炭酸ガス（ＣＯ２）の炭素は通常12Ｃであるが、原子量１３の13Ｃが１．１０８％程度安定に含まれる。植物は、このような空気中の炭酸ガスから光合成にて炭水化物を生成し、これをエネルギーや貯蔵物質とすることとなるが、炭酸ガスから炭水化物を合成するとき、前記１％程度含まれる13Cを12Cと同じ割合で使用するのではなく、12Cを余分に使用する（負の同位体効果）ことが知られている。光合成経路が異なると、得られる炭水化物の13C含量が異なることとなり、米、麦、ブドウ、芋など多くの植物が属するＣ３植物、トウモロコシやサトウキビが属するＣ４植物、サボテン、パイナップルなどＣＡＭ植物の区別が可能である。
【０００４】
そこで、例えばワイン醸造において、サトウキビ（Ｃ４植物）由来の糖分を補糖として果汁に添加し発酵して得られるアルコールの13Ｃを測定すると、Ｃ３植物であるブドウのみから醸造したものと、補糖して醸造したものでは13C/12Cが明らかに異なるので、補糖したことが分かる。リュウゼツランから醸造したアルコールを蒸留して製造されるテキーラに、違法にサトウキビ由来の糖から製造したアルコールを添加すると、リュウゼツランはＣＡＭ植物であり、サトウキビはＣ4植物であるので、アルコールを混合したテキーラは容易に判別できる。以上のことから、最近、食品原料毎の炭素安定同位体比を利用した、食品中の原料を特定することを特徴とする技術（特許文献１）が提案されている。
【特許文献１】特開２００３‐１９４７７８号公報
【０００５】
しかし、この方法ではＣ３植物由来の原料とＣ４植物由来の原料の判別は可能であるが、麦と米のようにＣ３植物同士、サトウキビとトウモロコシのようにＣ４植物同士の原料の識別は不可能であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
農産物を使用した食品などの加工品に含まれる原料の植物種および／または植物栽培地域を特定することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、植物由来産物のδ13Ｃと他の元素の安定同位体比を組み合わせること等に特徴を有し、植物種および／または植物栽培地域の特定方法を提供するものである。また、既知の植物種の安定同位体比データを蓄積し、データベースとすることにより、未知の植物種および／または植物栽培地域の特定方法を提供するものであり、具体的には以下のとおりである。
【０００８】
即ち、請求項１の方法の発明は、植物由来成分分析において二元素種以上の安定同位体比を測定し植物種および／または植物栽培地域を特定することに特徴を有する。
【０００９】
請求項２の方法の発明は、植物由来成分の二元素種以上の安定同位体比測定において、植物種および植物栽培地域の既知である試料の植物由来成分分析により、安定同位体比のデータベースを作成し、未知試料の植物種および／または植物栽培地域について当該データベースを基に特定することに特徴を有する。
【００１０】
請求項３の方法の発明は、植物種および／または植物栽培地域の特定方法において、二元素種以上の安定同位体比測定対象に13Ｃを含むことに特徴を有する。
【００１１】
請求項４の方法の発明は、植物種および／または植物栽培地域の特定方法において、二元素種以上の安定同位体が炭素、水素、酸素、窒素、硫黄から選択されることに特徴を有する。
【００１２】
請求項５の方法の発明は、植物種および／または植物栽培地域の特定方法において、植物由来成分分析の試料がエタノールを含む炭水化物であることに特徴を有する。
【００１３】
また、本発明に係る方法に到達するまでの詳細な経緯は以下のとおりである。
【００１４】
従来、Ｃ３植物とＣ４植物の識別法として、安定同位体比測定が行われてきたが、この方法は、物質を高温（１０００℃）で燃焼し、物質の炭素を炭酸ガスに変換し、ガスクロマトグラフィーや元素分析器にて炭酸ガスを分離し、質量分析器にて分子量を測定するものであった。したがって、炭水化物に含まれる炭素以外の水素、酸素については測定できなかった。水素の安定同位体である重水素2H（D）は核磁気共鳴分析（ＮＭＲ）で測定する方法がある。最近、物質を燃焼するのではなく、例えば１４００℃という高温で物質を熱分解し、外部から何も入れずに分子に変換する技術が開発された。
【００１５】
我々は、農産物加工品の分析を燃焼型および熱分解型安定同位体比質量分析装置で行っている。安定同位体比（δ）は次式で示される。
【数１】
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ここで、Ｒsample、Ｒstandardはそれぞれサンプルと標準試料の安定同位体比である。ただし、同位体が３種以上あるときは最も存在量の多い同位体がＲの分母となる。‰（パーミル）は千分偏差である。標準試料としては国際的にデータを比較できるように国際標準試料を使用している。表１に国際標準試料について示す。ここで、HおよびOの標準となっているSMOWは海水の平均値であり、実在する試料ではないので、国際原子力機関(IAEA)は実在の海水をもとにSMOWに極めて近い同位体比を持つ標準試料を作成した。値は厳密には僅かにSMOWとは異なるが、その差は実際の測定には問題がないので、今日ではIAEAの作成したSMOWを使用するのが一般的である。IAEAの作成した標準試料は従来のSMOWと区別するため、Vienna SMOW (V-SMOW)と表示される。炭素に関してもIAEAはPDB代替の標準試料V-PDBを供給しているので、これを標準として測定が行われる。実際には、基準となる物質でワーキング・スタンダードの値を決め、日常分析にはワーキング・スタンダードを用いることになる。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
本発明において、燃焼型および熱分解型安定同位体比質量分析法を組み合わせることにより、従来のようにδ13Ｃのみならず、δ2H（＝δD）、δ18Oも測定可能である。まず、植物種由来および製造所の明らかな農産物加工品を各国から収集し、安定同位体比の測定を行った。
【００１８】
例えば工業用アルコールの分野においては、サトウキビ原料のアルコールとタピオカ原料のアルコールは、サトウキビがＣ４植物でタピオカがＣ３植物であり、δ13Ｃが大きく異なることから、容易に判別可能であった。しかし、δ13Ｃ値のみでは、同じＣ4植物であるサトウキビとトウモロコシ由来のアルコールの判別は困難であった。
【００１９】
ところが、同時にδ2H（＝δD）、δ18Ｏを測定し、プロットしたところ、炭素の他に水素または酸素のデータを組み合わせると、植物種が容易に判別できることを見出した。更に、同じサトウキビ由来の各国製造の粗留アルコールの分析値を詳細に検討したところ、驚くべきことに、δ13Ｃとδ2Ｈ（＝δＤ）、δ18Ｏのデータを組み合わせることにより、同じサトウキビであっても産地の違いが明瞭に判別できることが判明し、本発明に到達した。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、植物由来産物のδ13Ｃと他の元素の安定同位体比を組み合わせ構築する、既知の植物種の安定同位体比データに基づくデータベースを用い、植物種および／または植物栽培地域の特定方法を提供するものである。本発明は、工業用アルコールの分野に適用が好ましく、その場合の効果は以下のとおりである。
【００２１】
表２に示す由来および製造所の明らかな粗留アルコールをサーモエレクトロン社製燃焼型安定同位体比質量分析計（燃焼型元素分析装置：ThermoFinnigan Flash EA 1112、サーモエレクトロン社製；同位体比質量分析計：ThermoFinnigan DELTA plus XP、サーモエレクトロン社製）および熱分解型安定同位体比質量分析計（熱分解型元素分析装置：ThermoFinnigan TC/EA、サーモエレクトロン社製；同位体比質量分析計：ThermoFinnigan DELTA plus XP、サーモエレクトロン社製）にかけた。δ13Ｃは燃焼型安定同位体比質量分析計で求め、δ2H（＝δD）およびδ18Ｏは熱分解型安定同位体比質量分析計で求めた。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
我々はδ13Ｃの標準物質としてV−PDBを、δDおよびδ18OはV-SMOWを使用した。ワーキング・スタンダードとしては、予め13Ｃ/12Ｃ、D/H、18O/16Oを求めておいたエタノールおよび水（３種）を使用した。標準エタノールのδ13Ｃ値は−12.56‰であり、標準水１のδDおよびδ18Oは各々、−1.5‰および−0.32‰である。また標準水２のδDは−396.6‰、δ18Oは−51.4‰であり、標準水３のδDは−62.1‰、δ18Ｏは−9.28‰であり、これらの値からキャリブレーション・カーブを描き、分析値を求めた。
【００２４】
実験例：
我々は、分析の正確性を検証するため、技術の確立している他の研究施設で同じサンプルを分析し、我々の値と比較した。粗留アルコール１６サンプルについてδ13Ｃ、δD、δ18Oを測定し、その標準偏差を比較した。結果を表２に示す。その結果、我々のδ13Ｃ、δD、δ18O値の標準偏差は各々、0.05±0.09‰、0.7±0.6‰、0.18±0.07‰であり、いずれの値も他の研究施設の値よりも正確であることが判明した。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の植物由来成分とは、種々の植物体そのもの、および／または植物が種子や果実として蓄積する生産物、および／または植物の生産物を酸処理や酵素処理などで分解したもの、および／または植物の生産物を酵母や細菌で発酵して得られるものなどを言う。好適には、植物の生産する澱粉質、糖類、および／または澱粉質や糖類を発酵して得られるアルコール含有物を指す。更に、本発明では種々の澱粉質や糖類から発酵したアルコールが好適に用いられる。本発明の二種以上の安定同位体とは、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄から選択される安定同位体であるが、好適には13Ｃおよび2Hおよび18Ｏ、および／または13Ｃおよび2H、および／または13Ｃおよび18Ｏ、および／または2Hおよび18Ｏが用いられる。分析する対象が窒素を含む物質である場合、これに更に15Nが含まれる。本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例で説明する。
【実施例１】
【００２６】
表２に示す由来および製造所の明らかな粗留アルコール３１サンプルについて、サンプル量２μLをFlash EAのシステムにて、δ13Ｃを求め、サンプル量０．１２μLをTC/EAシステムにてδD、δ18O値を測定した。得られた値を表３に示す。また表２のδ13Ｃおよびδ18O値をプロットしたものを図１に示す。
【００２７】
【表３】
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【００２８】
図１より同じＣ４植物であるトウモロコシおよびサトウキビ由来のアルコールが明瞭に判別できることが分かる。また、サンプル点数はまだ少ないがC３植物である米、小麦、タピオカ由来のアルコールが、各々別々のクラスターを形成しており明瞭に区別できることが示され、本発明が裏付けられた。また、図１に示すようにエチレンから化学合成されたアルコールはδ13Ｃ値が他の由来のアルコールより非常に軽く、また、δ18O値も非常に小さい値を示すことから、発酵アルコールと明瞭に判別できることが示された。
【実施例２】
【００２９】
植物に含まれる水は葉の気孔から蒸散するが、生育場所の気温や植物による葉の気孔の数あるいは気孔開閉の相違などにより、植物に含まれる水のδ18O値およびδD値が環境により大きく異なることが考えられる。したがって、アルコールに含まれる酸素および水素も環境による影響を受けることが予想された。そこで実施例１で求めた安定同位体比のうち、δ18O値およびδD値をプロットした。その結果を図２に示す。
【００３０】
図２より、Ｃ４植物であるトウモロコシおよびサトウキビ由来アルコールのプロットおよび小麦やタピオカなどのC３植物由来のアルコールは、各々別々の直線関係があることが判明した。即ち、C４植物は、
【数２】
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の関係が示され、C３植物では、
【数３】
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の関係が示された。ここでrは相関係数である。このような関係のあることから、同じトウモロコシでも中国産のものと米国産のものは明瞭に判別できることが判明した。また、同じ小麦由来のアルコールでもオーストラリア産と中国産のものは明瞭に区別できることが示された。即ち、本発明によれば、同じ植物でも栽培地が異なると明瞭に異なるプロットを示すことが判明し、同一種の植物の栽培地を特定できることが示された。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は種々の農産物およびその加工品に使用した農産物の植物種、栽培地域などを特定し、食品などのトレーサビリティーを保証するもので、農産物および加工食品分野で広く応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】由来の明瞭なアルコールサンプルのδ13C値およびδ18Ｏ値のプロットを示した説明図である。（実施例１）
【図２】由来の明瞭なアルコールサンプルのδ18Ｏ値およびδD値をプロットした説明図である。（実施例２）
【図１】
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【図２】
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