秋田県立秋田南高等学校自然科学部
小松千春，澤口真由，古井瑛恵（顧問：遠藤金吾）

食品保存料ナイシンの有効的な利用方法に関する研究
本 研 究 は， 日 本 農 芸 化 学 会 2013 年 度 大 会（開 催 地東北大学）での「ジュニア農芸化学会」において発表された．シナモンとの併用における食品保存料ナイシンの抗菌効果促進

した．
①

かっているシナモンについて，シナモン中のどのよが，シナモン中のシンナムアルデヒドによることを見いだす

うな成分がナイシンの抗菌効果の促進に関与していとともに，その作用機構を複数の構造類似物から類推しようとしている．基礎的な部分もきちんと押さえ，また得られた結果を詳細に検討，考察することによって，次段階への研究るのかを調べる．
②

価され，銅賞に選ばれた．

を探索する．
③【目的】現在，さまざまな食品に食品保存料が使われて①で判明した物質の構造をもとにして，類似した構造をもつ物質でナイシンの抗菌効果を促進する物質へと発展させている．将来性も期待されることから，高く評

本研究の背景，実験方法および結果ナイシンの抗菌効果を促進させることがすでにわ②により，ナイシンを保存料として利用できる食品の拡大を図る．

【材料と方法】
指標菌：グラム陰性菌の指標菌として，大腸菌（い る． 食 品 保 存 料の一つであるナイシンは， 乳 酸 菌）DH5α を使用し，培地は次のように調製しの産生するペプチドであり，日本でた（Yeast Extract, 1 g ; Bacto Trypton, 2 g ; NaCl, 0.5

も 2009 年に認可され，ソーセージやチーズなどの保存g ; Agar, 2.5 g ; dH2O, 200 mL）．なお，ナイシンの効果料として利用されている．ナイシンは，グラム陽性菌にを高めるために，培地は pH ＝ 5.0 に調整した．

対して細胞膜に細孔を形成し，生育の阻害や死滅をさ

コロニー数計測による抗菌効果の測定（1）

せ，抗菌効果を示す ．一方，グラム陰性菌の細胞壁は①指標菌を 30℃で一晩培養した．

透過できないと考えられており，グラム陰性菌に対して②

翌日，希釈してテスト物質とナイシンを加え，30℃はナイシン単独では抗菌効果を示さない（2）．しかし，ナで 3 時間培養した．

イシンとシナモンを併用すると，グラム陰性菌（大腸菌③適当に希釈したものを寒天培地にまいた．

O157 : H7）に対しても抗菌効果が見ら④

翌日，生えてきたコロニー数を数えて菌数を測定れようになることが示されており（3），シナモン中のどのし，生存率を求めた．

ような成分によるものかは明らかではないものの，シナ阻止円による抗菌効果の測定

モンを含む食品に対しては，ナイシンは特に有効に抗菌①

指標菌を 30℃で一晩培養した．

作用を示すと考えられる．われわれは，カレー粉やウコ②

翌日，寒天培地に菌液をまき，テスト物質とナイシン，アップルジュース，オレンジジュース，緑茶などさンの混合液を寒天培地にスポットし，30℃で 1 晩培

まざまな食品とナイシンを組み合わせて実験したが，ナ養した．

イシンの抗菌効果を促進する食品を新たに発見すること③

翌日，阻止円の直径を測定した．

はできなかった．そこで，本研究では次のことを目的と化学と生物 Vol. 51, No. 12, 2013

845

OCHO

OOHO

シンナムアルデヒド

オイゲノールサフロール

図 1 ■ シナモン中の成分

表 1 ■ シンナムアルデヒドによる生育阻止効果

10.0

生存率

control＋ナイシン
50μg/mL

1.0

シンナム
アルデヒド

ナイシン濃度阻止円の直径
［cm］

阻止率
（b/a）

0 mM
226 mM
226 mM
226 mM

2.3 mg/mL
0 mg/mL
0.23 mg/mL
2.3 mg/mL

ND
1.93 ± 0.16 a
2.06 ± 0.17 b
2.38 ± 0.17 b

―100%
107%
123%

表 2 ■ シナモン成分物質による生育阻止効果
ナイシン濃度

0.101.6 3.2 4.8 6.4
シンナムアルデヒド［mM］

図 2 ■ ナイシンとシンナムアルデヒドの相乗効果【結果と考察】実験 1．シナモンとの相乗効果の確認

0 mg/mL
0.23 mg/mL
2.3 mg/mL＋シンナムアル ＋オイゲノール
デヒド 226 mM
226 mM100%
107%
123%＋サフロール
226 mM

ND
ND
ND

ND
ND
NDのシンナムアルデヒドに対しては阻止円が見られたが，ナイシンを加えると阻止円の直径が 23% 拡大した（表本実験系でもシナモンによるナイシンの抗菌効果の促1）．以上のことから，シンナムアルデヒドはナイシンの進が見られるかどうかを確認した．シナモン単独処理

抗菌効果を促進したと考えられる．オイゲノール，サフ（20 μg/mL），ナイシン単独処理（10 μg/mL）では生存ロールについては，生存率の低下も見られず，阻止円も率の低下が見られなかったのに対し，ナイシンとシナモ検出できなかった（表 2）．

ンを併用したときには，シナモン単独処理に比べて生存実験 3．抗菌効果促進を示す部位の特定化率が 80% に低下し，本実験系でもナイシンの抗菌効果シンナムアルデヒドと共通した構造をもつ物質についがシナモンによって促進されたことが確かめられたて，ナイシンの抗菌効果を促進するかどうかを調べた．

（data not shown）．

図 3に示した 8 つの化合物を用い，ナイシンと併用した

実験 2．シナモン中成分による抗菌効果促進

が，いずれも生存率の低下は見られず（表 3），阻止円

シナモンによるナイシンの抗菌効果の促進について，の増大も見られなかった（data not shown）．

シナモン中のどのような物質によるものかを調べた．シ

乳酸菌由来の抗菌ペプチドナイシンの抗菌効果を促進

ナモンの成分であるシンナムアルデヒド，オイゲノーする食品として，これまでシナモンが知られていたが，ル，サフロール（図 1）について検証した．シナモンのシナモン中のどのような物質が原因であるかは知られて香りの主成分であるシンナムアルデヒドは単独では大腸いなかった．われわれは，シンナムアルデヒドがその原菌に対して抗菌効果はもたないが，ナイシンと併用する因であることを発見した．また，シンナムアルデヒドにと生存率が低下した（図 2）．ナイシン濃度が一定（50類似した構造をもつ物質や，シンナムアルデヒドの構造μg/mL）である場合，シンナムアルデヒドの濃度を高くと共通したフェニル基，アルデヒド基，あるいはその両しても生存率は濃度依存的に低下し続けるのではなく，方をもつ物質について探索したが，ナイシンの抗菌効果0.17 程度までしか低下しないことから，シンナムアルデを促進する物質は発見できなかった．このことから，ヒドはそれ自身の毒性によって細胞死をもたらしているフェニル基やアルデヒド基といった特定の官能基だけでのではなく，ナイシンの抗菌効果を促進しているのだとはなく，シンナムアルデヒドの全体の立体構造が，ナイいうことがわかった．阻止円の形成については，高濃度シンの抗菌効果を促進するうえで重要な働きをもつ可能846

化学と生物 Vol. 51, No. 12, 2013

HCHO

CH3ホルムアルデヒド（FA）

ベンゼン
CHO

ベンズアルデヒド
（BA）

CHO

CHO

アセトアルデヒド（AA）
CHO

3-フェニルプロピオン
アルデヒド（3-FPA）

プロピオン
アルデヒド（PA）

CHO

サリチルアルデヒド（SA）

OH

シンナミルアルコール（Ci-OH）

図 3 ■ 本研究で用いた物質

表 3 ■ シンナムアルデヒドの類似物質によるナイシンの抗菌効果の促進＋シンナムア＋ベンゼン
ルデヒド
3.2 mM
3.2 mM
生存率
標準偏差

0.33
± 0.110.94± 0.25＋ FA
3.2 mM＋ AA
3.2 mM＋ PA
3.2 mM＋ BA
3.2 mM＋ 3-FPA
3.2 mM＋ SA
3.2 mM＋ Ci-OH
3.2 mM

1.07± 0.391.07± 0.500.94± 0.240.98± 0.21

1.04± 0.210.92± 0.111.19± 0.39性が示唆された．

ションのなかから出てきたアイディアである．手近な食品を手当たり次第に試してネガティブな結果が続いてい本研究の意義と展望たときに，ただ闇雲に実験をくり返すのではなく，どうしたら解決できるかをディスカッションして考えたこと

乳酸菌は古来から食品に利用されており，乳酸菌が産は，自分で考えることもなく実験作業に明け暮れ，指導生したペプチドの一種であるナイシンを食品保存料とし教官のあずかり知らぬところにデータも埋没してしまて使用することは，消費者の理解が得られやすい．今い，研究の行き先が不明となってしまう大学院生も少な

回，シナモン中のシンナムアルデヒドがナイシンの抗菌くない昨今，将来の農学，生命科学分野を担う貴重な人効果を促進していることが初めて明らかにされた．引き材が育ちつつあることを感じさせる．

続き，構造の類似性からそのほかの物質でも同様な作用

謝辞：本研究は，科学技術振興機構「中高生の科学部活動振興プログラム」の支援を受けて行っています．この場を借りて御礼申し上げます．
また，本研究に対して助言いただいた東北大学大学院農学研究科 動物資源化学研究室 齋藤忠夫教授，北澤春樹准教授，現日本大学生物資源学部動物資源科学科 川井 泰准教授に御礼申し上げます．

をもつ物質を探索することによりナイシンのより有効的な利用活用が期待される．たとえば，シンナムアルデヒ
ドを含む芳香族アルデヒドには香料として食品に用いられているものも多く，そのような物質の中からナイシンの抗菌効果を促進する物質をほかにも発見できればナイ

文献

本研究の「効果がわかっているシナモンの原因物質を

1） T. Abee, L. Krockel & C. Hill :, 28,169（1995）.
2） K. A. Stevens, B. W. Sheldon, N. A. Klapes & T. R.
Klaenhammer :, 57, 3613（1991）.
3） J. Yuste & D. Y. Fung :, 67, 371（2004）.

突き止め，その物質を手掛かりに，構造の類似性から（文責「化学と生物」編集委員）

シンを保存料として利用できる食品が拡大できると考えられる．

追っていく」という方法論は，生徒同士のディスカッ

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