令和 3 年度

卒業論文
令和 4 年2 月 28 日

乾燥野菜の生育環境とミネラルの相関

甲南大学
理工学部

機能分子化学科

環境分析・計測化学研究室
11863051

原將太

目次
第1章

緒言・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・1

第2章

原理

2.1

湿式灰化法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・22.2

誘導結合プラズマ発光分光分析法・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2

第3章

実験

3.1

試薬・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・2

3.2

装置・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3

3.3

溶液調製・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3

3.3.1
3.4

実験操作・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・4

3.4.1
3.5

ミネラル含有量の測定・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・4

測定条件・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・5

3.5.1
3.6

ミネラル含有量の試料調整・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・3

ICP 発光分光器の測定条件・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・5

モロヘイヤの栽培方法 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・6

3.6.1 モロヘイヤの栽培方法の違い・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・６
第4章

結果と考察4.1

ミネラル含有量の測定結果・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・7

4.2

ミネラル含有量についての考察・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・10

4.3 抗酸化能とマンガンとカリウムの比較図・・・・・・・・・・・・・・・・・・・11

第1章

緒言

近年、若い世代での生活習慣病が深刻化している中、生活習慣病予防として食用植物である野菜は、ミネラル等の栄養素の摂取源として重要視されている。野菜は多くの種類が存在し、それぞれに含まれるミネラルの含有量は野菜によって異なる。ミネラルの不足や過剰摂取は多くの病気を引き起こす原因となる。その為、ミネラルの摂取にはバランスが重要であり、食品成分含有量を把握することが必要となる。
野菜中のミネラルの含有量の測定には、サンプルの前処理後に酸性溶液とし、原子吸光分
析法(AAS)による測定が一般的に用いられているが、原子吸光分析法は単元素測定のため多元素を同時に測定することが不可能である。一方、誘導結合プラズマ(Inductively CoupledPlasma)発光分光分析法は、多元素を同時に測定することが可能である。さらにダイナミッ
クレンジが広いという利点もあり、食品分析の分野で利用されている。そこで、本研究もICP 発光分光分析法を用いて乾燥モロヘイヤ中のミネラル含有量の測定を行い、モロヘイヤの栽培方法や肥料の比較し、ミネラル含有量の評価を行った 1)2)。

1

第2章
2.1

原理

湿式灰化法

硝酸、硫酸、過塩素酸などの酸化力のある無機塩を用いて、比較的低温で試料中の有機物を酸化して分解除去する方法である。乾式灰化法に比べて処理温度が低く、ヒ素、鉛などの低沸点元素の前処理法に適している。本研究では、誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法の前処理法として使用した 1)。
2.2

誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法

誘導結合プラズマ(ICP)発光分光分析法は、誘導結合放電を利用する溶液試薬の分光分析法である。石英ガラス製の放電管(トーチ)を巻き付けた誘導コイルに高周波電流を流すことにより誘導電場を発生し、アルゴンガスを導入してプラズマ状態とする。試料溶液をプラズマ中に噴霧すると目的成分が気化され、中性の原子およびイオンとなり、励起される。この励起された原子やイオンの外殻原子が基底状態に戻る際に各元素固有の波長の光を放射する。この発光線の検出により、波長から定性分析を、発光強度から定量分析を行える 1)。

第3章

3.1

実験

試薬

ミネラルの含有量測定に使用した試薬は表 1-1 に示した。

表 1-1

使用試薬(ミネラル含有量の測定)
試薬名

製造会社

試薬等級

カルシウム

和光純薬工業

原子吸光分析用

銅

和光純薬工業

原子吸光分析用

鉄

和光純薬工業

原子吸光分析用

カリウム

和光純薬工業

原子吸光分析用

マグネシウム和光純薬工業

原子吸光分析用

マンガン

和光純薬工業

原子吸光分析用

リン

和光純薬工業

原子吸光分析用

ケイ素

和光純薬工業

原子吸光分析用

2

亜鉛

和光純薬工業

原子吸光分析用

イットリウム和光純薬工業

原子吸光分析用

硫酸ナトリウム

和光純薬工業

試薬特級

硝酸

富士フィルム和光純薬精密分析用

過塩素酸 60 %和光純薬工業

精密分析用

測定試料には、株式会社青粒様よりご提供いただいた、モロヘイヤのチップを使用した。
本研究で用いたモロヘイヤは、収穫後乾燥させ、カットしたものをチップとした 1)。
3.2

装置

ミネラル含有量の測定装置として、SPECTRO 社製 ARCOS FHX22 を使用した 1)。
3.3 溶液調製
3.3.1

ミネラル含有量測定用の試料調製

検量線作成のために表 2 に示した標準溶液を下記のように適宜希釈して使用した。
鉄、マンガン、亜鉛を 1.0 mL 、銅を 0.25 mL 量り取り、イオン交換水を用いて全量 50mL に希釈しこれを A 溶液とした 1)。
硫酸ナトリウムをイオン交換水で溶解させ硫黄が 1000 ppm の溶液を調製した。これを、B 溶液とした 1)。
1000 ppm カルシウム標準溶液をイオン交換水で希釈し、100 ppm カルシウム溶液を調製した 1)。
上記に記した以外の標準溶液は 1000 ppm 標準溶液原液を使用した。
次の表 1-2 のように、試料を量り取り、イオン交換水を用いて全量 25 mL に希釈した。
検量線用に５種調製した 1)。
表 1-2

検量線用の試料調整
0123400.50

1.00

2.00

4.00

00.125

0.25

0.50

1.00

Y0.25

0.25

0.25

0.25

0.25

HNO₃0.20

0.20

0.20

0.200.20

Ca (100 ppm ),K

Mg,A,P, Si,B

(単位：mL )3調整した、溶液の濃度を表 1-3 に示した。
表 1-3

検量線用試料溶液中の金属イオンの濃度
01234Ca02.04.08.016Cu

00.0250.050

0.100.20Fe00.100.200.400.80K0204080

160Mg05.0102040Mn00.100.200.400.80

Na00.180.360.721.4P05.0102040S05.0102040Si05.0102040

Zn00.100.20

0.400.80(単位：ppm )3.43.4.1

実験操作
ミネラル含有量の測定

測定試料を 0.02 g 秤量し、硝酸 1 mL 加えバイアル瓶にて一晩ふやかした。これに硝酸を加え、湿式灰化した。160 度に加熱し、試料から褐色煙が出た後、過塩素酸を 2 mL 加えて 190 度に温度を上げた。褐色煙が発生しなくなり、溶液の色が透明になるまで加熱した。
このとき、溶液が乾ききらないように硝酸を適宜加えた。溶液が透明になり、褐色煙が出なくなったことを確認後、溶液の量が 1 mL 以下になったところで湿式灰化を終了した。
1000 ppm イットリウム溶液をイオン交換水で希釈し、10 ppm イットリウム溶液を調製した。湿式灰化を終えた溶液に、調製した 10 ppm イットリウム溶液を 0.25 mL 、硝酸原液を 0.2 mL 加え、イオン交換水を用いて全量を 25 mL に希釈し試料溶液を調製した。ブ
ランク溶液として、モロヘイヤのチップを入れず、同様の手順を用いて湿式灰化し、希釈および調製をした。試料調製後、検量線作成用試料溶液を用いて ICP 発光分光器を使用し、ミネラルの含有量を測定した 1)。

4

3.53.5.1

測定条件
ICP 発光分光器の測定条件

ICP 発光分光器では、表 1-4 の条件および、検出波長で発光強度を測定した。
表 1-4

ICP 発光分光器の検出波長および、測定条件

測定元素波長( nm )Ca396.847

Cu224.700

Fe259.941

K766.491

Mg279.553

Mn

257.611

Na

589.592

P177.495

S

180.731Si

251.612Zn

213.856

RF output

1.2 kW
Argon gas mass flow

Plasma gas

13.00 L / min

Auxiliary gas

1.00 L / minInternal standard elementY5

3.6 栽培方法
3.6.1 モロヘイヤの栽培方法
モロヘイヤの栽培方法の違いを表 1-5 に示した。
表 1-5 モロヘイヤの栽培方法
モロヘ植え方マルチイヤのの種類

種類

***

肥料

畝の有種の種類無B-①-1

200 本定植*

黒

牛糞

有青粒の種

B-①-2

200 本定植

シルバ

牛糞

有青粒の種

ー
B-①-3200 本定植

黒酒ろ過炭入り牛糞

有青粒の種

B-①-4種（直まき）黒モロヘイヤ粉末

有青粒の種

C- ① 摘1000 本定植

黒牛糞

有

こころ農園さんの種1000 本定植

黒牛糞

有

こころ農園さんの種1000 本定植

黒牛糞

有鞍居地区の種間隔をあけて直黒牛糞

有青粒の種間隔をあけて直マルチ

牛糞

無青粒の種まき無し

芯C- ① 収穫分
C- ② 収
穫分
B-②

まき**
Ｂ-③

*定植・・・植物を苗から畑に植えること**直まき・・・種を直接畑に植えること***マルチ・・・畑のうねをビニールで覆うもの

6

第4章
4.1

結果及び考察ミネラル含有量の測定結果
チップそれぞれの 100 g あたりのミネラル含有量について、縦軸にミネラル含有量、横軸にそれぞれの元素をグラフにプロットした。図 1-1 にカルシウム、カリウムを、図 1-2 にマグネシウム、リン、硫黄を、図 1-3 に銅、鉄、マンガン、ナトリウム、亜鉛とした。

3000

2500

mg/100g

2000

1500

1000

5000CaB-①-1
B-①-4
C-②収穫分乾燥ほうれん草
図 1-1K
B-①-2
C-①摘芯
B-②

乾燥モロヘイヤ中のカルシウム、カリウムの含有量
7B-①-3
C-①収穫分
Ｂ-③

700600mg/100g

5004003002001000Mg

図 1-2PS

B-①-1

B-①-2

B-①-3

B-①-4

C-①摘芯

C-①収穫分

C-②収穫分B-②

Ｂ-③

乾燥ほうれん草

乾燥モロヘイヤ中のマグネシウム、リン、硫黄の含有量82520mg/100g

151050Cu

図 1-3FeMn

NaSi

B-①-1

B-①-2

B-①-3

B-①-4

C-①摘芯

C-①収穫分

C-②収穫分B-②

Ｂ-③

乾燥ほうれん草

乾燥モロヘイヤ中の銅、鉄、マンガン、ナトリウム、ケイ素、亜鉛の含有量

9Zn

4.2

ミネラルの含有量についてのまとめ全般的に、カルシウム及びカリウムの含有量は、ほかのミネラルと比較して非常に大きい値が得られた。それに次いで、マグネシウム、リン、硫黄の含有量について大きな値が得られた。
炭入り牛糞を使用して栽培された B-①-３は、ケイ素と銅が少なく、他のモロヘイヤと比べてもカルシウムの含有量に目立った変化は無かった。また、鉄とマンガンは他の試料と比べて一番多く検出された。これは、牛糞ではなく、酒ろ過炭入り牛糞を用いた影響だと考えた。
間隔を空けて直まきを行なっていた B①-4 と B2 と B3 を比較してみると、B2 はカルシウムと鉄、ケイ素が大きな値が得られた。しかしカリウムや硫黄、銅が少なく、リンに至っては値が得られなかった。B3 は、銅やマグネシウム、カルシウム、亜鉛、リン、硫黄、カリウム等々多くのミネラルの含有量が高い値が得られた。Ｂ-①-４は、カリウム、鉄、銅、以外のミネラル含有量の値が低かった。B3 は平均的にミネラル含有量が多く、直まきで育てられたモロヘイヤの中でもリンが多く含まれていることが分かった。これは他の試料とは異なる栽培方法で栽培したことが影響したと考える。他の試料は定植で植えられていたが B3 は、間隔を空けて直まきで行っていた。種子が密集してしまい大きくなるにつれ下の葉の方には太陽光が当たりにくくなる 1)。対して間隔をあけて直まきした場合、モロヘイヤ全体に太陽光が良く当たる。これにより、B3 は、太陽光を十分に当てたため、栄養素の吸収に差が生じたと考える。また植え方が同じである B3 と B2 で差が生じたのは、マルチと畝の有無による育て方の違いによる影響が大きいのではないのかと考えられる。
カルシウムやマグネシウムを多く含まれているバイトルプラスを多く使用した C1 摘心部分と C1 収穫分、C２収穫分をみてみるとカルシウムとマグネシウムは、他のモロヘイヤと比べても、特別大きな含有量は得られなかった。しかし、マンガンの含有量は他のモロヘイヤと比べて大きな値が得られた。
また、乾燥ほうれん草はモロヘイヤと同様に、カルシウム及びカリウムの含有量は、非常に大きい値が得られた。またそれに次いでマグネシウム、リン、硫黄の含有量についても大きな値が得られた。ナトリウムがモロヘイヤと比べてとても大きな値が得られた。対照的にカルシウムと鉄、マンガンの含有量は少ない値が得られた。

ミネラルと抗酸化能の比較
ミネラル含有量と抗酸化能を比較した際、抗酸化能がＢ①１から次第に抗酸化能が増加するにしたがって、マンガンとカリウム含有量も同じように高くなり、最も相関が見られた。
しかし、それ以外のミネラル含有量にはあまり相関が見られなかった。よって抗酸化物質とマンガンは一緒に存在していて 1)、モロヘイヤの植え方や畝の有無によって増加や減少するのではないかと考える。
104.3 抗酸化能とマンガンとカリウムの比較図

2018161412108642076543

抗酸化能mg/100g

各モロヘイヤのMn含有量と抗酸化能の比較

210Mn

抗酸化能

図 1-4 抗酸化能とマンガンの比較図

3000

7250065200041500310002500100K

抗酸化能

図 1-5 抗酸化能とカリウムの比較図

11

抗酸化能mg/100g

各モロヘイヤのK含有量と抗酸化能の比較参考文献
••

大橋紗也香

甲南大学

卒業論文

令和 2 年度松廣菜月

甲南大学

論文

理工学部

機能分子化学科

環境・計測化学研究室

1)

理工学部

機能分子化学科

平成 26 年度 2)12

環境・計測化学研究室

卒業

謝辞
本研究を行うにあたって終始適切な助言を賜り、ご指導して下さった甲南大学 理工学部
機能分子化学科 環境分析・計測化学研究室 茶山健二教授に深く感謝申し上げます。また、
乾燥モロヘイヤのチップをご提供頂きました、株式会社青粒 社長 永原豊大様、部長 近江
信夫様、並びにその他多くの皆様に心より御礼申し上げます。

13