〈第 39 回山﨑賞 児童・生徒の部〉

野菜から酸素？酸素を作る酵素について
東海大学付属静岡翔洋小学校
6 年 中林夕結
１ 動機
６年生の理科の最初の実験は「ものの燃え方」でした。燃焼には酸素が必要で酸素があると炎がぱっと明るくなり面白かったです。そして 3 年の自由研究で水草が光合成で酸素を作ることを思い出し、植物の光合成以外でも酸素が作れないのかな?と考え調べたら 「野菜から酸素を発生させる実験」※下記の（１）があることを知りました。本当に野菜から酸素がでるのか?野菜も植物なので光合成をして酸素を出しているのではないか? 授業で習った水上置換法を使い調べることにしました。
２ 研究内容（１）ﾀﾞｲｺﾝから酸素を発生させる。
（２）他の野菜でも酸素を発生させられるか、また、切り方を変えると酸素の発生に違いがでるか。
（３）野菜の部位（実やクキ等）で酸素の発生に違いがでるか?
（４）ゆで野菜にすると酸素の発生に違いがでるか?（野菜を凍らせるとどうか?）（５）酸素が良く出る温度があるのか?
（６）酸素は野菜から出ているのか?ｵｷｼﾄﾞｰﾙからでているのか?
（７）野菜以外で酸素を発生させられるものがあるか?
３ 研究（１） ﾀﾞｲｺﾝから酸素を発生させる。
ア 方法 ﾀﾞｲｺﾝとｵｷｼﾄﾞｰﾙをｼﾞｯﾌﾟﾛｯｸに入れ、空気をぬき観察する（計測時間 5 分、ﾀﾞｲｺﾝの量 10ｇ、ｵｷｼﾄﾞｰﾙ 1.5％ 10ml）
イ 調べること 酸素が出ているか。出ている場所、量、時間（ア） 気体を調べる 気体が集まったらｼﾞｯﾌﾟﾛｯｸを開けて火のついた線香を入れて観察、様子から何の気体か推定する。
（イ）３年生の自由研究で調べた水草の光合成から酸素が出る様子との違いを考える。
ウ 結果 ﾀﾞｲｺﾝから気泡がでた（ア） 気泡について
・発生場所 ﾀﾞｲｺﾝの周り全体から・量

小さな泡がでて、大きな気泡になった・時間

ｵｷｼﾄﾞｰﾙを入れるとすぐに・様子

炭酸のようにｼｭﾜｼｭﾜ音を立てて発生※写真）大根から気泡が出た

エ 考察 気体を集めたｼﾞｯﾌﾟﾛｯｸに火のついた線香を入れると、理科の授業「ものの燃え方」のときのように炎が明るく光ったので、気体は酸素だと考えた。
酸素を発生させるﾀﾞｲｺﾝとｵｷｼﾄﾞｰﾙの化学反応について調べるとｵｷｼﾄﾞｰﾙは過酸化水素 H2O2（H-O-O-H）で、ﾀﾞｲｺﾝの酵素（ｶﾀﾗｰｾﾞ）に反応して 酸素と水を発生させるとわかった。
（※日本分析化学専門学校 HP より）
オ 感想 実験前は酵素の反応は光合成のようにゆっくりで少しずつ酸素を発生させると予想していたが、酵素はｵｷｼﾄﾞｰﾙを加えると同時に反応が始まりあっという間に酸素を作り出すことに驚いた。

（２） 他の野菜もｵｷｼﾄﾞｰﾙから酸素を発生させられるか、切り方を変えると違いがでるか。
ア 方法

試験管の中に異なる切り方の野菜を入れ、ｵｷｼﾄﾞｰﾙを加え密閉、水上置換法で発生する気体をﾒｽｼﾘﾝﾀﾞｰに集め発生量と酸素かどうかを調べる。
(計測時間 15 分、材料の量 10ｇ、ｵｷｼﾄﾞｰﾙ 3％ 15cc）（ア）野菜

ﾀﾞｲｺﾝ・ｶﾎﾞﾁｬ･ｷｭｳﾘ･ｱｽﾊﾞﾗ ･ｶｲﾜﾚ大根･ﾄﾏﾄ･ﾊﾟｲﾅｯﾌﾟﾙ※写真）水上置換法（イ）切り方 5 ﾐﾘ角・みじん切り・すりおろし・しぼり液
イ 調べること 気体の発生量、気泡の観察、試験管の温度
ウ 結果 集めた気体は全てお線香を入れて、燃えるか確認
酸素発生が多い野菜 ﾀﾞｲｺﾝ・ｶﾎﾞﾁｬ･ｷｭｳﾘ･ｱｽﾊﾞﾗ･ｶｲﾜﾚ大根
少ない野菜 ﾄﾏﾄ･ﾊﾟｲﾅｯﾌﾟﾙ
多い切り方

5 ミリ角、みじん少ない切り方 すりおろし※写真）
ｶﾎﾞﾁｬの反応の様子※写真）ﾒｽｼﾘﾝﾀﾞｰに集めた
気体にお線香を入れた様子
左からすりおろし、みじん、角切
すりおろしは多数泡ができている※グラフ）野菜の切り方と期待発生
量反応の様子・ｶﾎﾞﾁｬ･ｷｭｳﾘ･ｱｽﾊﾟﾗは酸素発生が多かった。
・野菜により酸素発生に違いがある
・試験官は熱くならなかった。
・ ｵｷｼﾄﾞｰﾙと野菜が混ざるとすぐに反応をはじめ、10 から 15 分ほどで反応が少なくなる。
エ 考察・ｵｷｼﾄﾞｰﾙと反応し、酸素を発生させる野菜とさせない野菜があるとわかった。小 2 の自由研究で生のﾊﾟｲﾅｯﾌﾟﾙにはｾﾞﾗﾁﾝｾﾞﾘｰを溶かす酵素があること、小 5 の自由研究でﾄﾏﾄにつく天然酵母が活発に発酵して気泡を作り、ﾄﾏﾄには酵素の素がありそうなのにｵｷｼﾄﾞｰﾙに反応せず不思議だと感じた。野菜や果物はそれぞれもっている酵素が違うのだと考えた。
・野菜の切り方で酸素の発生量に差が出ることがわかった。みじん、すりおろしの様に細かいと酸素が多く発生。野菜の切った面が多くｵｷｼﾄﾞｰﾙと触れる部分が多くなると反応が増えるためと推測した。

・酵素が反応して酸素を出すときは発熱しない。
・野菜により、反応の量や激しさが違った。ｱｽﾊﾟﾗ･ｶﾎﾞﾁｬは激しく反応した。
酵素には種類があるのかもしれないと考えた。
・ｵｷｼﾄﾞｰﾙと反応して酸素を出すものﾀﾞｲｺﾝ、ｷｭｳﾘ、ｶｲﾜﾚ大根、ｶﾎﾞﾁｬ、ｱｽﾊﾟﾗでｾﾞﾗﾁﾝｾﾞﾘｰを溶かすもの
ﾊﾟｲﾅｯﾌﾟﾙ･ｷｳｲ ※小 2 自由研究ゼリーと果実反応より（３） 野菜の部位（実やクキ・皮等）で酸素の発生に違いがでるか?
ア 方法 野菜の内側と外側、上部と下部、花芽と茎などとｵｷｼﾄﾞｰﾙで化学反応させて水上置換法でﾒｽｼﾘﾝﾀﾞｰに気体集め発生量を比べる。
（計測時間 5 分、ﾀﾞｲｺﾝの量 5ｇ、ｵｷｼﾄﾞｰﾙ 1.5％ 10ml）
イ 調べること 気体の発生量、気泡の観察、試験管の様子（温度）、野菜はﾀﾞｲｺﾝ、ｶﾎﾞﾁｬ、ｷｭｳﾘ、ｱｽﾊﾟﾗ、ｶｲﾜﾚ大根の 5 種類
ウ 結果 部位により酸素の発生に違いがでた。皮と外側、根や茎の下の方多い。
気泡ができることで材料が上に押し上げられてしまいｵｷｼﾄﾞｰﾙに浸っていないこともあり正確な気泡の発生量が調べられなかったが、気泡が出来ているときの勢いで違いを判断した。
激しく反応し、ｵｷｼﾄﾞｰﾙが溢れてなくなると反応がとまる｡試験管の温度は上がらなかった。
※グラフ）野菜の部位ごとの酸素発生量※写真）ｶﾎﾞﾁｬの部位で気泡の大きさが違う

エ 考察 ﾀﾞｲｺﾝとｶｲﾜﾚ大根は 辛み成分があり同じような仲間なので、根など下の方に酵素があるのではないか。ｶﾎﾞﾁｬ･ｷｭｳﾘは皮の色が濃い緑色でその濃い成分に多く酵素があるのではないか。 酵素が多く含まれる部位は野菜により、異なることがわかった。同じ野菜で部位にどんな違いがあるのか断面を顕微鏡で観察してみたい。
（４） ゆでた野菜は酸素を発生させるか?
ア 方法 野菜をゆでて、研究（２）と同じ方法で酸素の発生を調べる。研究（２）で酸素が多く発生した材料と切り方にする。
（２）の生野菜の結果と比べる。
・ゆで時間 沸騰後 1 分
イ 調べること 気体の発生量を調べる
材料 ﾀﾞｲｺﾝ（下根）、ｶﾎﾞﾁｬ（皮と皮のそば）、ｷｭｳﾘ（果肉）ウ 結果 全てほぼ反応なし｡※ﾀﾞｲｺﾝはわずかに泡が出たが気泡になるほど集まらず計測不能。
エ 考察

沸騰したお湯で１分ゆでた野菜は、酵素が働かず、酸素を発生させない。

★沸騰したお湯と正反対に凍らせた場合はどのように反応するか?調べてみたくなり、研究を追加する。
（４―２）追加実験 凍らせた野菜は酸素を発生させるか?
ア 方法 野菜を凍らせて酸素の発生を調べる。※凍らせたあと解凍して刻んだ
イ 調べること 気体の発生量を調べる 野菜はﾀﾞｲｺﾝ（下根）・ｶﾎﾞﾁｬ（皮と皮のそば）・ｷｭｳﾘ（果肉）ウ 結果

ﾀﾞｲｺﾝ･ｶﾎﾞﾁｬ･ｷｭｳﾘ全て酸素が発生した。

エ 考察 予想外の反応で驚いた。１０分ほどで反応が少なくなった。 凍らせた野菜もゆで野菜と同じで酵素が働かなくなると予想していた。しかし、非常に活発に泡がたまるほど反応をしたのはなぜだろう。
★凍った野菜を切ったとき生の野菜やゆで野菜よりも水分がたくさん出た。この水分は野菜の成分で、この水分に酵素が含まれていると考えた。
※写真）ゆでた野菜は気泡がでない※写真）凍らせた野菜は気泡が出た追加実験（５） 酸素を良く発生させる温度があるか?酵素が反応する温度があるのか?
ア 方法 材料を入れた試験管を常温水、湯、氷水（２）にいれてと同じ方法で調べる
イ 調べること 気体の発生量を調べる。
野菜は ﾀﾞｲｺﾝ･ｶﾎﾞﾁｬ･ｷｭｳﾘの 3 種類、温度は 湯４３℃、常温２７℃、氷水５℃
ウ 結果

湯は 3 つの野菜全て活発に反応した。とくにｶﾎﾞﾁｬは活発に反応した
常温 3 つの野菜全て活発に反応した。とくにﾀﾞｲｺﾝが活発に反応した。
氷水 3 つの野菜全て反応が少なかった。ｷｭｳﾘは他より反応が多めだった。

エ 考察 ｷｭｳﾘとｶｵﾁｬはお湯で温めると反応が強く常温より酸素を多く出した。
冷やすと酸素を出さなくなった。ｵｷｼﾄﾞｰﾙを入れるとすぐに酸素を出し始め、約 10 分後反応がとまった。酸素の発生量は 温＞常温＞冷 となった。
★ゆで野菜は酸素が発生しなくなったので湯（44℃）にいれても反応しないのでは?と予想していたが、結果は 44℃で温めた試験管の野菜の酸素が多く出た。また（4-2）の凍らせた野菜も酸素が出た。
そこで研究（4）のゆでた野菜の結果はどうしてだろうと改めて考えた。温度が高すぎたのでは?ゆでた時、酵素が水に溶けだしてしまったのでは?と考え★追加実験 酵素が水に溶けださないよう野菜を電子ﾚﾝｼﾞ温め、気体の発生量を調べることにした（４―３）追加実験 ゆでずに電子ﾚﾝｼﾞで温めた野菜は酸素を発生させるか?
ア 方法 野菜を電子ﾚﾝｼﾞであたためて酸素の発生を調べる。※温めてから刻んだ
イ 調べること 気体の発生量を調べる 野菜は ﾀﾞｲｺﾝ･ｶﾎﾞﾁｬ･ｷｭｳﾘの 3 種類
ウ 結果 全てほぼ反応なし。

エ 考察 高い温度になった野菜は、ｵｷｼﾄﾞｰﾙを混ぜても酸素を発生させなかった。
野菜が高温になると酸素が発生しなくなる＝酵素が働かなくなる。
酵素が反応しやすい「温度」があることがわかった。
（６） 野菜から出ているのか?ｵｷｼﾄﾞｰﾙからでているのか?
ア 方法 反応が終わったところに、ｵｷｼﾄﾞｰﾙ・材料をそれぞれ追加して気体の発生を調べる。
イ 調べる事 気体の発生量を調べる
材料 ﾀﾞｲｺﾝ ﾊﾟﾀｰﾝ１ ﾀﾞｲｺﾝにｵｷｼﾄﾞｰﾙを加え、反応が少なくなったころ「ｵｷｼﾄﾞｰﾙ」追加
ﾊﾟﾀｰﾝ２ ﾀﾞｲｺﾝにｵｷｼﾄﾞｰﾙを加え、反応が少なくなったころ「ﾀﾞｲｺﾝ」追加
エ 結果 どちらも追加後に反応が活発になった。
追加 1 回目は反応があったが、追加 2 回目は少しの反応しか起こらなかった。
オ 考察 気体が発生する要因がｵｷｼﾄﾞｰﾙなのか、ﾀﾞｲｺﾝなのかは判定できなかったが、 同じ材料を追加し続けても反応が起こらなかったので気体を発生させるには野菜もｵｷｼﾄﾞｰﾙもどちらも必要とわかった。
★野菜が光合成で酸素を発生させているのではないので、野菜以外にもｵｷｼﾄﾞｰﾙと反応しるのではないか?確かめることにした。

酸素を発生でき（７） 野菜以外でｵｷｼﾄﾞｰﾙから酸素を発生させられるものがあるか。酵素をもっているものを探す
ア 方法 （２）と同じ方法で酸素の発生を調べる。
イ 調べること 気体の発生量を調べる
材料 豚肉、ｼｲﾀｹ、納豆（納豆菌）、ﾖｰｸﾞﾙﾄ （乳酸菌）、土（微生物） 酵素入り製品の 7 種類
ウ 結果 豚肉、ｼｲﾀｹ、納豆、土、酵素入り製品が気体を発生させた気体が燃えた（酸素を発生させた）のは 豚肉、しいたけ、納豆、土の 4 種類

エ 考察 野菜以外にも豚肉・しいたけ・土は酸素を発生させる酵素をもっている。しいたけがとくに多く気体を発生させたので酵素を多くもっているのかもしれない※グラフ）気体の発生量※写真）ｼｲﾀｹから発生した
酸素がもえる様子

酵素入り製品から発生した気体は燃焼しなかったので酸素ではないと考えた。
＜わかったこと＞
・野菜が酸素を発生させるのではなく、ｵｷｼﾄﾞｰﾙに酵素が加わると化学反応で酸素が発生する。
酵素だけ、ｵｷｼﾄﾞｰﾙだけを追加しても酸素を作り続けられない。どちらも必要。
・酸素の発生の仕方は、ｵｷｼﾄﾞｰﾙと混ざった瞬間から始まり、光合成のようにゆっくりとした反応ではない。
すぐに激しく反応するが、反応で発熱することはない。
・酸素を発生させる野菜とさせない野菜があるので、酵素を持つ野菜と持たない野菜がある。
・ゼラチンを溶かす酵素をもつﾊﾟｲﾅｯﾌﾟﾙはｵｷｼﾄﾞｰﾙに反応しなかったので、酵素によって反応する内容が違い酵素は種類があるとわかった。
・野菜の切り方で酸素の発生量に違いがでることから、ｵｷｿﾄﾞｰﾙと野菜がもつ酵素がふれる部分が多いほど反応する。
（酸素の発生と酵素の量は比例している）
・酸素の発生量は野菜により違う。また野菜の部位でも違う。酵素が多く含まれる部分がある。野菜では根や皮に近いところに酵素が含まれているとわかった。大根・かいわれ大根は根菜なのでﾆﾝｼﾞﾝやｺﾞﾎﾞｳにも多く含まれているかもしれない。
・酵素が反応する温度がある。44℃位に非常に活発に反応を起こした。
高温（沸騰）×・お湯（44℃）◎・常温○・低温（5℃）
・冷凍後※低温でも反応を起こす酵素もある｡※沸騰させると酵素が働かなくなる。
《まとめ》
・ｵｷｼﾄﾞｰﾙから酸素を発生させる酵素を持つ物に共通することは何か。
野菜は外に触れる皮などの部分に多く含まれていた。皮やその付近に多く含まれ理由は「酸素」に一番近い部分だからなのかもしれない。
・酵素を発生した野菜がどんな酵素を持っているか調べた。
ﾀﾞｲｺﾝ

ｱﾐﾗｰｾﾞ

消化酵素 ｵｷｼﾄﾞｰﾙと反応

ﾌﾟﾛﾃｱｰｾﾞ 消化酵素
ﾘﾊﾟｰｾﾞ

消化酵素

ｶｲﾜﾚ大根 ｼﾞｱｽﾀｰｾﾞ
ｵｷｼﾀｰｾﾞｶﾎﾞﾁｬ

ｱｽｺﾙﾋﾞﾅｰｾﾞ ﾋﾞﾀﾐﾝを酸化

ｷｭｳﾘ

ｱｽｺﾙﾋﾞﾅｰｾﾞ
ﾎｽﾎﾘﾊﾟｰｾﾞ

ﾋﾞﾀﾐﾝを酸化ｱｽﾊﾟﾗｱｽﾊﾟﾗﾌﾟﾛﾘﾝ

ｵｷｿﾄﾞｰﾙと反応するｱﾐﾗｰｾﾞを含む記載があった野菜は大根のみ。ｱﾐﾗｰｾﾞが含まれていないのにどうしてｵｷｼﾄﾞｰ
ﾙと反応して酸素を発生したのか？
※ｱﾐﾗｰｾﾞについて再度調べてみるとｱﾐﾗｰｾﾞはたいていの生き物が持っている酵素。赤血球や微生物ももっているとわかった。酸素の発生量の違いはそれぞれの野菜が持っているｱﾐﾗｰｾﾞの量によるもの。
赤血球にも含まれているので、豚肉にも含まれている。
微生物ももっているので、微生物が多数いる「土」もｵｷｿﾄﾞｰﾙと反応した。
材料により持っている酵素に違いがあり、水上置換法で気体を集めるとき、試験官のゴム栓が飛んで抜けてしまうほど激しく酸素を発生させることや、野菜だけでなく肉、菌類、納豆や土にも酵素があることに大変驚いた。予想外のことが起きる実験は本当に楽しく、今後も化学反応をする酵素の働き等について、もっと学習したいと思いました。
以上
参考・日本分析化学専門学校 HP
・HP[ネットで化学]・科学大好きクラブ家庭でトライ!! 野菜の酵素で化学反応