関東森林研究 73 (2022)

論 文

つる性植物の酵素糖化
瀬山智子 1 ・鈴木康平 1
１ 東京農業大学地域環境科学部
要旨：つる性植物は，生活の中に取り入れられている一方，生育が旺盛なため，街路，森林内および木材生産において被害をもたらしていることがある。本研究では，除去や剪定したツルの有効利用を目的として，アルカリ前処理の後に酵素糖化を試みた。試料には，フジとクズを用い，採集場所や幹と葉に分けて，合計５種類について酵素糖化特性について検討した。いずれの試料においても，1.0 mol/l のアルカリ前処理条件において高い遊離グルコース量が得られた。また，５種類の試料の中では，二次木部が発達したフジの幹から最も高い遊離グルコース量が得られた。さらに，クズでは，前処理により幹と葉から同等の遊離グルコース量を得られることが明らかとなった。したがって，除去や剪定により発生したツルは，酵素糖化のための有用な資源としての利用が期待される。
キーワード：つる性植物，フジ，クズ，酵素糖化，アルカリ前処理

Enzymatic saccharification of vine plants
Tomoko SEYAMA1, Kohei SUZUKI１
1 Faculty of Regional Environment Science, Tokyo University of Agriculture
Abstract: Vine plants are used for ornamental plants, but, on the other hand, their vigorous growth causes serious damages not only
to roads, forests but also to the process of timber production. In this study, we attempted enzymatic saccharification after alkaline
pretreatment for the purpose of effective utilization of removed and pruned vines. Wisteria (Wisteria floribunda) and Kudzu(Pueraria lobata) were used as samples. The characteristics of enzymatic saccharification were examined in five types of samples.
An alkaline pretreatment condition of 1.0 mol/l gave good results in all the samples. Of the five samples, the highest level of freeglucose content was obtained in the stem of wisteria with secondary xylem. Furthermore, in Kudzu, almost the same contents wereobtained in the stem and the leaves after pretreatment. In conclusion, removed and pruned vines will be expected as a usefulsaccharification raw materials.
Key-word: vine plant, wisteria, kudzu, enzymatic saccharification, alkaline pre-treatment

Ⅰ はじめに無処理よりも子づるの総伸長量や節発根率がともに大幅

つる性植物は，グリーンカーテンやガーデニング等，に増大することや，つるの引きむしりでは，８月までに身近な植物として生活の中に取り入れられている。
一方，実施することが望ましいなど(４)，防除の方法や時期の生育旺盛のため，他の植物を被覆して光合成を妨げたり，選択も重要である。

巻き付きにより成長を阻害したりすることがある。
また，森林施業の現場や林内では，ツルの巻き付きによる被我々の日常生活において被害をおよぼす恐れもあり，例害が発生している(７, １)。ヒノキ造林地においては，木えばトゲや鉤毛による傷害が発生する場合もある。そし本性のつる植物による被害が多く，具体的な影響を与えて，障害リスクとしては，クズ(Pueraria lobata )によるガているのは巻き付き型であり，なかでもフジ(Wisteria

ードレール，道路標識および道路ミラーなどへの隠蔽にfloribunda)とミツバアケビ(Akebia trifoliata)による被害がよる交通障害リスクがある(３)。さらに，街路や土手など多いことが報告されている(７)。よって，森林内での適切市街地だけではなく，林内においても他の樹木や植物をな管理がなされなければ，幹折れ被害が発生し，木材と被覆し，生育等の被害が発生している。一方，機械的なしての価値を低下させる恐れもある。そのため，森林保防除方法として，刈取り，つる切り(樹林地)，つるの引き育では，ツル切り作業によって木材生産へ影響をおよぼむしりなどがある。つる切りでは，つるの先方を切るとさないように環境を整えている。さらに，植栽された広－141－（受理日 2022 年 1 月 24 日）

葉樹林への被害に関する研究では，甚大な被害である食い込み型として，フジやミツバアケビが多かったと報告されている(１)。
森林の保育施業でのツル切り，林内でのツルの除去，公園や街路でのツルの除去や剪定作業等によりツルが発生すると考えられる。また，被害が発生している場合だ
けでなく，定期的な剪定等の管理の中でもツルは発生する。
そこで，本研究では，除去や剪定した後のツルの有効利用を目的として酵素糖化を試みた。酵素糖化は，植物の細胞壁成分である多糖を酵素を用いて加水分解することにより単糖であるグルコースを得る手法である。ツルからグルコースを得ることが可能になれば，様々な製品やエネルギーの原料として使用することができ，これまで廃棄されていた除去や剪定したツルの資源としての価値が付加されることにより利用用途が広がると期待される。また，リグノセルロース系資源を酵素糖化する際に図-１. 巻き付き被害をおよぼしているフジ（東京は，細胞壁にリグニンが堆積しているため酵素と反応す農業大学奥多摩演習林内）る糖質成分を露出させる必要がある。そのため，リグニ

Fig.1 Wisteria vine of wrapping damage (Okutama

ンを予め除去する手法としてアルカリ前処理を用いた。

practice forest).

試料は，林内で被害をおよぼしているツル(フジ)，剪定作業により発生するツル(フジ)，および街路における被害をおよぼしているツル(クズ)の３つの状況に着目し，各試料における酵素糖化特性を比較した。
Ⅱ 試料と方法
１．試料の採集 供試試料は，以下のとおりである。
フジの試料は，３種類を用いた。フジ幹( I )は，東京農業大学奥多摩演習林内で採集した(図-１)。巻き付き被害をおよぼしているツルとして，除去される対象になるツルであることから試料に用いた。
フジ幹( II )とフジ葉( III )は，管理されている公園内のフジ棚から採集した(図-２)。定期的な剪定等の作業により発生するツルとして，上述のフジ幹(I)と比較するため，試料に用いた。また，部位による影響を比較するため，幹と葉に分けて検討した。
クズの試料は，２種類を用いた。街路における被害を

図-２. 公園のフジ棚およぼしているツルとして，植栽された植物を覆うよう

Fig.2 Wisteria shelf in the park.に繁茂しているツルを街路から採集した(図-３)。フジ幹(I)と同様に除去される対象になるツルであることから，試料に用いた。また，フジ幹(II)やフジ葉(III)と同様にクズ幹(IV)とクズ葉(V)に分けて検討した。

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２．４ 遊離グルコースの定量
酵素糖化処理後の試料は，ヒートブロックを用いて酵素を失活させた。遠心分離により上清を回収し，ろ過(ADVANTEC, 孔径 0.22 m)したのちに遊離グルコースの定量へ供した。
遊離グルコースの定量には，GOD 法(グルコース CIIテストワコー，富士フィルム和光純薬株式会社)を用い，呈色反応による 515 nm の吸光度を測定した。グルコー
ス CII-テストワコーに付属のグルコース標準液を用いて検量線を作成し，試料中１g 当たりの遊離グルコース量(mg)を算出した。また，Tukey 検定を用いて有意差を求

図-３. 街路に繁茂しているクズめた。なお，p < 0.05 とした。

Fig.3 Kudzu vine grows on the load.

Ⅲ 結果と考察本研究では，ツルが発生する３つの状況から試料を採２．実験方法
２．１ 供試試料集し，フジとクズの２種類のつる性植物についてツルの採集したフジとクズは、50 ℃で乾燥後にそれぞれ以下有効利用を目的として酵素糖化特性を比較した。前処理は，比較的温和な室温下，静置の条件とした。の方法で調製し，供試試料は５種類とした。
フジ幹( I )は，自動カンナで切削後にワンダーブレンダ

１．フジの酵素糖化特性 結果を図-４に示した。いずー(大阪ケミカル株式会社)で粉砕した。フジ幹( II )とフジれの試料も，0.1 mol/l と比較して，1.0 mol/l のアルカリ葉( III )，クズ幹( IV)とクズ葉( V )は，幹と葉に分けて，前処理により有意に多くグルコースが得られた。脱リグ剪定ばさみで細かく切断したのちにワンダーブレンダーニン等の効果が良好であったためと考えられる。特に，で粉砕した。

フジ葉(III)における前処理の効果が高かった。また，３種

なお，粉砕後の試料は，20-80 メッシュのふるいにより類のフジの試料の中では，フジ幹(I)から最も多くグルコースが得られた。フジ幹(II)とフジ葉(III)と比較して，二粒径を調整し，使用まで室温下で保管した。
２．２ アルカリ前処理

次木部が発達していたためと考えられる。林内でも，フ各試料は，固液比が ５%になるように水酸化ナトリウジの巻き付きによる被害が報告されており(１, ７)，ツルム水溶液により前処理した。水酸化ナトリウム水溶液の切り等の除去による資源としての有効利用が期待される。

濃度は，0.1 M と 1.0 M の２種類とし，処理期間は，３週また，フジ幹(II)とフジ葉(III)においても，剪定等により間とした。なお，処理期間中は，室温下，静置とした。

定期的にツルが発生するため，アルカリ前処理の条件等

処理後は，遠心分離により上清を除去したのち，純水をさらに工夫することにより有用な資源として利用でき

または 0.1 M の塩酸を用いて中和した。中和後，純水にると考えられる。

より洗浄し，再び遠心分離によって上清を除去したのち，残渣を凍結乾燥させて酵素糖化処理に供した。

２．クズの酵素糖化特性 公園から採集したフジと同様に，クズ幹(IV)とクズ葉(V)に分けて検討した。結果を２．３ 酵素糖化

図-４に示した。いずれの試料も，フジ同様に，0.1 mol/l以下の３種類の酵素を混合して用いた。と比較して，1.0 mol/l のアルカリ前処理により有意に多Cellulase “ONOZUKA” RS (２%，ヤクルト薬品工業株

くグルコースが得られた。特に，アルカリ前処理の効果

式会社) ，Cellulase from Trichoderma ressei (24 l/ml ，は，クズ葉(V)において高く，1.0 mol/l の前処理後には，SIGMA)，-Glucosidase (0.01 %，SIGMA)

クズ幹(IV)と同等のグルコースが得られ有意差は認めら

上記の濃度になるように，３種類の酵素を 0.05 M クエれなかった。
よって，前処理により部位の差がなくなり，ン酸緩衝液(pH 5.0)に溶解させ，固液比が５％となるよう分別することなく刈り取ったツルと葉を共に有効に利用に混合酵素溶液を試料に加えて反応させた。なお，反応することができると考えられる。

条件は，50 ℃，24 時間とし，振とう条件は，70 往復/分
IV おわりにとした。また，酵素糖化反応の繰り返し回数は３回とし近年では，剪定により得られたツルの有効利用も研究た。

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－

遊離グルコース量 (mg/g)

400

300

200

1000
奥多摩フジ幹(Ⅰ)

公園フジ幹(Ⅱ)

公園フジ葉(Ⅲ)

0.1mol/L 酵素有

0.1mol/L コントロール

街路クズ幹(Ⅳ)

1.0mol/L 酵素有

街路クズ葉(Ⅴ)

1.0mol/L コントロール

図-４. 酵素糖化における各試料からの遊離グルコース量
Fig.4 Amounts of free glucose from each sample from enzymatic saccharification.

されており(６)，資源としてのツルの価値が期待されてと誤伐・シカ食害を防ぐ単木ネットの開発．東京農総研

いる。本研究で用いたフジとクズを比較すると，いずれ研報 12: 73-78

も 1.0 mol/l のアルカリ前処理の効果が高かった。
さらに，(２) 團迫智子・中野智彦・間島いつか・野本享資（2011）

1.0 mol/l 前処理後のフジ幹(I)から最も多くグルコースがクズ葉における機能性成分の季節変動．奈良県農業総合得られたことから，被害をおよぼしている木化したツルセンター研究報告 42: 13-19の資源としての価値が明らかになった。
一方，
クズでは，

(３) 伊藤幹二（2017）雑草ウォッチ報告 雑草リスク情1.0 mol/l のアルカリ前処理により茎と幹から同等のグル

報－その１：雑草による傷害．草と緑 9: 27-36

コースが得られたことから，除去後のツルと葉の分別が(４) 伊藤操子（2010）雑草紹介シリーズ クズ（Pueraria

不要であることは大きな利点となりうる。クズは，生育lobata Ohwi）．草と緑 2: 36-41

旺盛な特徴から，日本国外でも古くから利用方法が研究(５) 松本陽一・西松豊典・東義昭・森鎮雄・福嶋一成（2007）

されており(８)，近年では国内においても根に含まれる

廃棄葛根を用いたヘミセルロース繊維集合体の作製．

でんぷんを採集した後の試料の有効利用や葉の機能性成Journal of Textile Engineering 53(6): 217-223

分について研究されている(５, ２)。カスケード利用を考(６) Senila L, Kovacs E, Scurtu DA, Cadar O, Becze A, Senila

慮した場合，これらの手法と組み合わせることによって，M, Levei EA, Dumitras DE, Tenu I, Roman C (2020)

より無駄なく資源を活用することが可能になると期待さBioethanol production from vineyard waste by autohydrolysis
pretreatment and chlorite delignification via simultaneous

れる。

saccharification and fermentation. Molecules 25: 2606

本研究では，つる性植物としてフジとクズを用いて酵素特性を明らかにした。今後は，トゲなどによる障害リ(７) 鈴木和次郎（1989）ヒノキ造林地における植栽木のスクの高い種類や剪定により大量に発生する種類等にもつる被害とその発生機構．日林誌 71(10): 395-404

着目して資源としての価値を見出したい。

(８) Tanner RD, Hussain SS, Hamilton LA, Wolf FT (1979)
Kudzu (Pueraria lobata): Potential agricultural and industrial
resource. Economic Botany 33(4): 400-412

引用文献(１) 新井一司・畑尚子・吉岡さんご・菅原泉・中村健一（2017）植栽された広葉樹に及ぼすツル植物の被害予測－

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