東 北 農 研 研 報 Bull. Natl. Agric. Res. Cent. Tohoku Reg. 111, 101 114(2010) 101 スキャナ 式 胚 乳 測 色 システムによる 胚 乳 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 性 の 検 証 *1) *2) *1) *1) 石 川 吾 郎 前 島 秀 和 中 村 和 弘 鈴 木 雅 博 *1) *1) *1) *1) 伊 藤 裕 之 平 将 人 谷 口 義 則 中 村 俊 樹 抄 録 : 国 内 産 小 麦 の 小 麦 粉 は 概 して 暗 いくすんだ 色 相 をしており この 原 因 究 明 が 求 められている 最 近 製 粉 による 二 次 的 な 影 響 を 受 けずに 種 子 内 部 ( 胚 乳 部 )の 色 相 を 効 率 的 に 評 価 できる スキャナ 式 胚 乳 測 色 システム が 開 発 された そこで 小 麦 粉 での 報 告 があるくすみとタンパク 質 含 量 および 鉄 含 量 との 関 係 を 胚 乳 色 において 調 査 した その 結 果 胚 乳 の 明 るさ(L * ) 値 は タンパク 質 含 量 およ び 鉄 含 量 が 低 いほど 高 くなる 傾 向 がみられた しかし 同 等 なタンパク 質 含 量 を 示 す 材 料 でみた 場 合 に は 胚 乳 L * と 鉄 含 量 に 相 関 は 認 められなかった このことから 鉄 は 胚 乳 のくすみを 引 き 起 こす 主 要 因 ではないと 考 えられた つまり これまでに 報 告 されている 小 麦 粉 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 は ふ すまの 切 れ 込 み あるいは 鉄 含 量 とタンパク 質 含 量 との 正 相 関 によって 間 接 的 にみられたものである 可 能 性 が 示 唆 された キーワード: 小 麦 粉 胚 乳 明 度 L * 鉄 含 量 タンパク 質 含 量 Determining Whether a Relationship Exists between Iron Content and Darkness of Wheat Endosperm Using a New Colorimetry System : Goro ISHIKAWA *1),Hidekazu MAEJIMA *2),Kazuhiro NAKAMURA *1),Masahiro SUZUKI *1),Hiroyuki ITO *1),Masato TAIRA *1),Yoshinori TANIGUCHI *1), and Toshiki NAKAMURA *1) Abstract : Domestic wheat flour is generally darker than imported flours, and wheat researchers would like to elucidate the cause of darkness in wheat. A high-throughput endosperm colorimetry system has been established to evaluate flour color without an effect of milling fraction. Using the system, we investigated whether the endosperm brightness(l * value)was associated with the protein and iron contents. We found that as the endosperm L * value rose, the protein and iron contents declined. However, among samples with similar protein contents, there was no correlation between endosperm L * value and iron content. Therefore, we conclude that iron content is not a main cause of endosperm darkness. It is possible that the reported relationship between flour darkness and its iron content is caused by bran included in the flour and/or by a positive correlation of protein and iron content. Key Words : wheat flour, endosperm, brightness, L *, iron content, protein content Ⅰ 緒 言 国 内 産 小 麦 の 小 麦 粉 は 概 して 暗 いくすんだ 色 相 を しており これまで 実 需 者 の 間 での 評 価 は 決 して 高 くなかった そのため 我 が 国 の 小 麦 育 種 事 業 では 小 麦 粉 の 色 相 ( 粉 色 )を 改 善 することに 多 くの 努 力 が 払 われ 最 近 日 本 めん 用 の 輸 入 小 麦 銘 柄 ASW (Australian Standard White)に 匹 敵 する 色 相 をも つコムギ 品 種 きたほなみ が 北 海 道 立 北 見 農 業 試 験 場 において 開 発 された( 柳 沢 ら 2007) これを 受 けて 全 国 の 小 麦 育 種 機 関 では きたほなみ が もつ 良 粉 色 形 質 を 各 地 の 適 応 品 種 に 導 入 する 試 みが 始 まっている このような 育 種 的 成 功 にも 関 わらず 粉 色 を 低 下 させる 要 因 特 にくすみの 原 因 物 質 については 未 だ 明 確 な 結 論 は 得 られていない その 理 由 として 粉 *1) 東 北 農 業 研 究 センター(National Agriculture Research Center For Tohoku Region, Morioka, Iwate 020-0198, JAPAN) *2) 現 長 野 県 農 業 試 験 場 (Nagano Agricultural Experiment Station, Suzaka, Nagano 382-0051, JAPAN) 平 成 21 年 7 月 22 日 受 付 平 成 21 年 12 月 17 日 受 理
102 東 北 農 業 研 究 センター 研 究 報 告 第 111 号 (2010) 色 は 播 種 時 期 や 収 穫 期 の 気 象 など 環 境 による 影 響 を 受 けやすいこと( 松 崎 豊 田 1997 佐 藤 ら 2003a 2003b 内 村 ら 2004) 製 粉 工 程 が 必 要 であるため ふすまの 切 れ 込 みなど 二 次 的 要 因 の 影 響 が 不 可 避 で あること(Shuey 1975 Olivarら 1992)などから くすみを 実 験 的 に 制 御 することが 難 しい 点 が 挙 げら れる しかしながら 粉 色 の 劣 化 を 引 き 起 こす 要 因 を 解 明 することは その 回 避 技 術 の 開 発 に 繋 がるば かりでなく 色 相 という 間 接 的 な 方 法 ではなく 原 因 物 質 を 指 標 とした 高 精 度 な 遺 伝 解 析 を 可 能 にする ごく 最 近 粉 色 を 指 標 とした 遺 伝 解 析 により 多 数 の 量 的 形 質 遺 伝 子 座 (QTLs)が 検 出 された(Zhang ら 2009a Zhangら 2009b) くすみの 原 因 物 質 を 特 定 しこれを 指 標 とすることによって これら 多 数 のQTLsから 育 種 選 抜 の 対 象 とするべき 遺 伝 子 座 を 絞 り 込 める 可 能 性 がある これまでに 粉 色 の 品 種 間 差 異 あるいは 各 種 形 質 との 関 連 性 について 多 くの 研 究 が 行 われてきた (Petersonら 1986 小 綿 ら 1996 木 谷 ら 2002 伊 藤 ら 2002 堀 田 本 多 2005 辻 ら 2006) そ の 中 で 最 も 多 く 報 告 されているものとして 小 麦 粉 の く す み と タ ン パ ク 質 含 量 と の 関 係 が あ る (Petersonら 1986 小 綿 ら 1996 辻 ら 2006) つ まり 小 麦 粉 のタンパク 質 含 量 が 高 いものほど 測 色 色 差 計 のL * で 表 される 明 るさが 劣 るという 傾 向 が 認 められる また Petersonら(1986)および 木 谷 ら(2002)は 粉 色 とミネラル 含 量 との 関 係 を 調 査 し 鉄 の 含 有 量 とL * との 間 には 負 の 相 関 がみられ ることから 粉 色 には 鉄 が 関 連 していると 報 告 して いる これらの 事 実 から 粉 色 の 劣 化 はある 種 のタ ンパク 質 に 結 合 した 鉄 が 原 因 ではないかと 考 えられ ている しかしながら 小 麦 粉 を 用 いた 色 相 評 価 には 大 き な 問 題 が 存 在 する つまり 小 麦 粉 では 微 生 物 の 繁 殖 や 夾 雑 物 製 粉 時 のふすまの 切 れ 込 みの 影 響 を 回 避 出 来 ないため 種 子 本 来 の 色 相 つまり 胚 乳 部 の 色 相 ( 胚 乳 色 )を 正 確 に 評 価 出 来 ないことである そのため Barnes(1986)は 種 子 を 切 開 し 胚 乳 部 のみを 取 り 出 して 粉 砕 した 粉 の 色 を 測 定 し 胚 乳 色 にも 品 種 間 差 異 が 存 在 することを 初 めて 示 し た 胚 乳 色 による 評 価 は 製 粉 による 二 次 的 影 響 を 避 けられるという 点 で 優 れていたが 測 定 に 大 きな 労 力 を 要 するためこれまで 育 種 選 抜 で 利 用 されるこ とはなかった 近 年 胚 乳 色 測 定 に 掛 かる 労 力 を 減 らす 目 的 で 種 子 切 断 面 の 胚 乳 部 を 直 接 測 定 する 手 法 が 開 発 され た すなわち 輪 切 りにして 皮 を 剥 いた 種 子 を 微 小 面 測 色 計 で 測 定 する 方 法 ( 小 綿 ら 1999)や 多 検 体 の 種 子 断 面 の 二 次 元 画 像 を 解 析 する 方 法 ( 二 次 元 測 色 法 )(Horiganeら 2003)である これらによっ て 先 に 述 べた 製 粉 による 二 次 的 要 因 を 避 けられる という 利 点 に 少 量 の 種 子 で 胚 乳 色 を 評 価 できるとい う 利 点 が 加 わり 特 に 育 種 の 初 期 世 代 での 選 抜 に 有 効 な 手 段 となり 得 る 可 能 性 が 示 唆 された その 後 前 島 ら(2007)は 二 次 元 測 色 法 および 解 析 ソフトウ ェアを 改 良 することによって 効 率 的 な 多 検 体 測 定 法 である スキャナ 式 胚 乳 測 色 システム を 確 立 した この 方 法 による 胚 乳 色 の 測 定 値 は 粉 色 と 一 定 の 相 関 がみられることから その 簡 易 評 価 法 として 育 種 選 抜 に 利 用 され 始 めている この 改 良 によって 初 め て 胚 乳 色 と 他 の 形 質 との 関 係 について 大 規 模 に 調 査 する 事 ができるようになったことから 本 研 究 では これまで 粉 色 で 見 出 されていたくすみとタンパク 質 含 量 あるいは 鉄 含 量 との 関 係 が 製 粉 による 二 次 的 影 響 を 受 けない 胚 乳 色 においても 認 められるかどう かについて 検 証 したので 報 告 する 本 研 究 の 遂 行 にあたり 当 所 業 務 科 職 員 および 契 約 職 員 には 供 試 材 料 の 栽 培 管 理 および 調 整 に 関 して 協 力 を 頂 いた 特 に 契 約 職 員 の 中 山 貴 司 氏 には 大 変 な 労 力 を 要 する 小 麦 胚 乳 の 調 整 にご 尽 力 頂 いた これらの 方 々に 感 謝 の 意 を 表 する また 本 研 究 は 農 研 機 構 交 付 金 プロジェクト 研 究 新 たな 需 要 動 向 に 対 応 するための 製 パン 性 や 色 相 に 優 れた 小 麦 系 統 および 赤 かび 病 抵 抗 性 系 統 の 開 発 ( 新 需 要 麦 ) の 助 成 のもとで 行 われた 本 プロジェクトの 関 係 者 の 方 々には 推 進 会 議 などを 通 じてご 指 導 ご 鞭 撻 を 賜 った この 場 を 借 りて 深 く 感 謝 申 し 上 げたい Ⅱ 材 料 および 方 法 供 試 材 料 東 北 農 業 研 究 センターでの 生 産 力 検 定 試 験 および その 予 備 試 験 で 得 られた2007 年 産 の202 点 および 2008 年 産 の201 点 のコムギ 種 子 を 供 試 した これら のサンプルには 同 じ 品 種 系 統 による 複 数 試 験 区 由 来 のものが 含 まれているため 品 種 系 統 数 でみると 2007 年 産 は57 2008 年 産 は92 品 種 系 統 からなって いた 小 麦 の 粒 は その 粉 の 粒 度 分 布 によって 硬 質 軟 質 および 中 間 質 に 明 瞭 に 分 けられる 供 試 サンプ
石 川 ほか:スキャナ 式 胚 乳 測 色 システムによる 胚 乳 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 性 の 検 証 103 ルを 粒 の 硬 軟 別 にみると 硬 質 は224 点 (64 品 種 系 統 ) 中 間 質 は23 点 (8 品 種 系 統 ) 軟 質 は156 点 (51 品 種 系 統 )であった 栽 培 方 法 は 両 年 と も 条 播 区 では 畦 幅 70cmの 播 幅 15cm ドリル 播 区 では 区 幅 156cmの 条 間 20cmの6 条 ドリル 播 ( 区 間 56cm)であり 苦 土 石 灰 を80kg/10a 基 肥 を 10a 当 りN:P2O5:K2Oが4:13.5:10kg 施 した な お 土 壌 は 黒 ボク 土 であった 病 害 虫 防 除 は 東 北 農 業 研 究 センターの 慣 行 法 に 従 った サンプルは 収 穫 後 本 研 究 に 用 いるまで4 に 設 定 した 低 温 庫 で 保 管 した タンパク 質 含 量 および 鉄 含 量 の 測 定 原 粒 タンパク 質 含 量 は 近 赤 外 分 析 機 (FOSS Infratec 1255 検 量 線 HS270310)を 用 いて1 反 復 あたり5 回 測 定 し 水 分 含 量 13.5%に 換 算 した 値 を 用 いた 胚 乳 部 は 各 サンプルから 任 意 に 選 んだ50 粒 を 供 試 し セラミック 刃 を 用 いて 皮 部 および 糊 粉 層 を 剥 いた 後 粒 溝 に 沿 って 縦 に 割 り 最 後 に 溝 に 残 っていた 皮 部 および 糊 粉 層 を 取 り 除 いて 調 整 し た このとき 胚 乳 部 は 原 粒 重 量 のおよそ 半 分 にな っていた 胚 乳 部 のタンパク 質 含 量 は 窒 素 分 析 装 置 (Perkin Elmer Series Ⅱ Nitrogen Analyzer, 窒 素 タンパク 換 算 係 数 5.7)を 用 いた 燃 焼 法 によっ て 測 定 し 水 分 含 量 13.5%に 換 算 した 鉄 含 量 は 500mgの 胚 乳 部 から 硝 酸 による 湿 式 分 解 法 によっ て 抽 出 した 鉄 を ICP-MS(エスアイアイ ナノテ クノロジー 製 SPQ-9500)を 用 いて 定 量 した す べての 測 定 は2 反 復 行 い 平 均 値 をサンプルの 値 と した 胚 乳 色 の 測 定 胚 乳 の 色 相 は スキャナ 式 胚 乳 測 色 システム ( 前 島 ら 2007)により 測 定 した すなわち 各 サ ンプル20 粒 を 専 用 フォルダーに 接 着 した 後 鏡 面 切 断 装 置 ( 千 穂 田 精 衡 CGC-350)を 用 いて 種 子 の 中 央 部 付 近 から 切 断 した 切 断 面 の 画 像 を 専 用 スキャ ナ( 千 穂 田 精 衡 CSS-60F)によって 取 り 込 み 200bpiのビットマップ 画 像 として 保 存 した ろ 紙 (ADVANTEC Filter paper No.2)1 枚 を 敷 いた シャーレ( 栄 研 器 材 2 号 角 シャーレ)に 蒸 留 水 15mlを 加 えて シャーレ 当 り15フォルダーを 切 断 面 が 下 になるように 置 き 20 のインキュベーター 内 に 静 置 して 吸 水 させた 吸 水 開 始 後 4 時 間 目 ( 以 降 4 時 間 処 理 )および6 時 間 処 理 時 に 切 断 面 の 余 分 な 水 分 をろ 紙 (ADVANTEC, Filter paper No.2) で 取 り 除 いた 後 前 述 と 同 じ 方 法 で 断 面 の 画 像 を 取 り 込 んだ 保 存 した 画 像 は 解 析 ソフトウェア ピ クセル 解 析 9.0 ( 千 穂 田 精 衡 )を 用 いて 明 るさ(L * ) 値 によって 胚 乳 部 のみを 抽 出 し 抽 出 された 領 域 の ピクセルデータを 単 純 平 均 して 各 サンプルのL * 赤 み(a * )および 黄 色 み(b * ) 値 とした 測 定 は 2 反 復 行 い 平 均 値 をそのサンプルの 値 とした ま た 盛 系 D-B006 および 厨 系 B-B143 の1 反 復 目 の6 時 間 処 理 の 画 像 について ピクセル 解 析 9.0 の 機 能 を 使 って1 粒 当 りおよそ900ピクセル 分 のL * 値 (ピクセルデータ)を 取 得 した ピクセルデータ は MS Excel 2007 (マイクロソフト)を 用 いて 加 工 した すなわち 種 子 断 面 のL * 値 による 色 分 け ヒストグラム 作 成 L * が65 以 上 の 全 ピクセル 数 に 対 する 各 値 のピクセル 数 の 割 合 (ピクセル 頻 度 ) 2 系 統 のピクセル 頻 度 の 差 を 算 出 した 硝 子 率 の 測 定 硝 子 率 は サンプルあたり40 粒 (20 粒 2 反 復 ) を 供 試 して 測 定 した 胚 乳 色 を 測 定 するために 切 断 した 種 子 の 断 面 を 観 察 して 粉 状 質 の 割 合 が 断 面 全 体 の70% 以 上 のものを 粉 状 粒 30~70%のものを 中 間 粒 30% 未 満 のものを 硝 子 粒 として 分 類 を 行 い 各 区 分 の 粒 数 から 次 の 計 算 式 で 算 出 した 硝 子 率 (%)=( 中 間 粒 数 0.5+ 硝 子 粒 数 )/40 100 Ⅲ 結 果 原 粒 タンパク 質 含 量 による 系 統 の 抽 出 収 穫 年 次 および 粒 の 硬 軟 別 の 原 粒 タンパク 質 含 量 の 分 布 を 図 1に 示 す 2008 年 産 は2007 年 産 に 比 べて タンパク 質 含 量 が 高 く また 変 異 幅 がやや 小 さい 傾 向 がみられた また 粒 の 硬 軟 別 の 最 頻 値 は 硬 質 が 13.4% 中 間 質 が12.4% 軟 質 が12.4%であった タ ンパク 質 含 量 が 同 等 のサンプルをできるだけ 多 く 供 試 して 胚 乳 色 と 鉄 含 量 との 関 係 を 調 査 するため 原 粒 タンパク 質 含 量 の 最 頻 値 付 近 から 硬 質 および 軟 質 それぞれについて60サンプルを 選 んだ( 表 1 タン パク 区 分 中 ) さらに タンパク 質 含 量 の 影 響 を みるため 原 粒 タンパク 質 含 量 の 最 大 値 および 最 小 値 付 近 からも 硬 質 と 軟 質 それぞれ15サンプルずつ 選 んだ( 表 1 タンパク 区 分 高 および 低 ) 最 終 的 に タンパク 区 分 中 から120 低 および
104 東 北 農 業 研 究 センター 研 究 報 告 第 111 号 (2010) 高 の 区 分 からそれぞれ30サンプル 合 計 180サン プルを 選 び 出 して 胚 乳 色 を 測 定 した 吸 水 による 種 子 断 面 L * の 変 化 および 閾 値 の 設 定 胚 乳 色 測 定 時 の 種 子 断 面 画 像 および 画 像 内 に 示 し た 走 査 線 上 でのL * の 変 化 を 図 2に 示 した 軟 質 品 種 である ネバリゴシ は 吸 水 とともにL * 値 は 減 少 したが 吸 水 4 時 間 処 理 から6 時 間 処 理 にかけて 値 はほぼ 一 定 であった 一 方 硬 質 品 種 である ゆ きちから では 吸 水 とともにL * 値 は 急 激 に 増 加 し 4 時 間 処 理 に 比 べて6 時 間 処 理 が 全 体 的 にやや 高 い 値 を 示 した 吸 水 後 の 画 像 では 走 査 線 上 の 粒 と 背 景 の 境 界 付 近 ではL * が50から70 程 度 まで 急 激 に 変 化 していることから 閾 値 をこの 間 に 設 定 する ことによって 胚 乳 部 分 を 抽 出 できると 考 えられた そこで 閾 値 を50から70まで5ずつ 段 階 的 に 変 化 さ せて 選 択 領 域 に 種 皮 あるいは 糊 粉 層 が 含 まれるかど うかを 調 査 したところ 閾 値 を65に 設 定 した 場 合 に 最 も 良 く 胚 乳 部 分 が 抽 出 できていた(データ 未 提 示 ) したがって 以 降 のデータは 閾 値 を65に 設 定 して 得 られた 値 を 用 いることとした 胚 乳 色 とタンパク 質 含 量 との 関 係 粒 の 硬 軟 収 穫 年 次 およびタンパク 区 分 別 にみた 胚 乳 色 を 図 3に 示 す なお 吸 水 4 時 間 と6 時 間 処 理 で 同 じ 解 析 をしたところ 結 果 が 一 致 していたこと から これ 以 降 は6 時 間 処 理 のデータのみを 示 す 胚 乳 L * は 硬 質 軟 質 ともにタンパク 区 分 高 中 低 の 順 に 高 くなる 傾 向 がみられた 収 穫 年 次 別 に 見 た 場 合 でも サンプル 数 が1の2007 年 高 と2008 年 低 を 除 けば タンパク 区 分 高 中 低 の 順 に 有 意 に 高 くなっていた a * につ いては L * とは 逆 にタンパク 区 分 高 中
石 川 ほか:スキャナ 式 胚 乳 測 色 システムによる 胚 乳 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 性 の 検 証 105 低 の 順 に 低 くなる 傾 向 がみられたが この 傾 向 は 軟 質 に 比 べて 硬 質 の 方 が 明 瞭 であった b * につ いては タンパク 区 分 高 中 低 の 順 に 高 くなる 傾 向 が 認 められたが a * と 同 様 に 軟 質 に 比 べ て 硬 質 の 方 が 明 瞭 であった サンプル 数 の 少 ない 群 を 除 いた 場 合 これらの 傾 向 は 収 穫 年 次 間 で 一 致 し ていた 次 に タンパク 質 含 量 が 同 等 なサンプル 間 にも 胚 乳 色 に 有 意 な 差 異 が 見 られるかどうかを 調 べるた め タンパク 区 分 中 のサンプルについて 胚 乳 色 に 関 する 分 散 分 析 を 行 った その 結 果 収 穫 年 次 お よび 粒 の 硬 軟 に 関 わらずサンプル 間 に 有 意 な 差 異 が 認 められた( 表 2) また タンパク 区 分 低 お よび 高 について 分 散 分 析 を 行 った 場 合 でも 胚 乳 色 に 有 意 な 差 異 が 見 られた(データ 未 提 示 ) 胚 乳 L * と 硝 子 率 硝 子 率 が 胚 乳 L * に 与 える 影 響 を 調 査 するため 粒 の 硬 軟 およびタンパク 区 分 別 に 両 者 の 関 係 を 示 し た( 図 4) 硬 質 のサンプルでは 全 てのタンパク
東 北 農 業 研 究 センター 研 究 報 告 第 111 号 (2010) 106
石 川 ほか:スキャナ 式 胚 乳 測 色 システムによる 胚 乳 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 性 の 検 証 107
東 北 農 業 研 究 センター 研 究 報 告 第 111 号 (2010) 108
石 川 ほか:スキャナ 式 胚 乳 測 色 システムによる 胚 乳 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 性 の 検 証 109 区 分 で 胚 乳 L * と 硝 子 率 に 相 関 は 見 られなかった 一 方 軟 質 では タンパク 区 分 高 のサンプルで 合 でも 胚 乳 L * はタンパク 区 分 高 中 低 の 順 に 高 くなる 傾 向 が 認 められた は 相 関 は 見 られなかったが 中 および 低 の サンプルでは 認 められた これらの 相 関 は 硝 子 率 が30% 以 下 と 特 に 低 い2007 年 のサンプルによって 引 き 起 こされたものであった なお 硝 子 率 のほぼ 等 しい 領 域 ( 硬 質 50~60% 軟 質 40~50%)でみた 場 胚 乳 色 と 鉄 含 量 タンパク 区 分 中 のサンプルから 原 粒 タンパ ク 質 含 量 が 同 等 かつ 胚 乳 L * の 差 が 大 きくなるよ うに20サンプルを 選 び 出 し これらの 胚 乳 粉 のタン
110 東 北 農 業 研 究 センター 研 究 報 告 第 111 号 (2010) パク 質 含 量 および 鉄 含 量 を 測 定 した( 表 1) 胚 乳 L * と 鉄 含 量 との 散 布 図 を 図 5に 示 す 調 査 した20 サンプルのうち 硬 質 の9サンプルの 胚 乳 タンパク 質 含 量 は9.8から10.8% 軟 質 の10サンプルは10.3か ら11.4%の 範 囲 に 入 っていた なお 硬 質 の1サン プルについては 胚 乳 タンパク 質 含 量 が8.2%と 低 かっ たためデータから 除 外 した 図 5に 示 すとおり タ ンパク 質 含 量 を 揃 えたサンプルでは 両 収 穫 年 次 とも 胚 乳 L * と 鉄 含 量 との 間 に 相 関 は 認 められなかった このことは a * およびb * でも 同 様 であった 次 に タンパク 質 含 量 が 胚 乳 色 および 鉄 含 量 に 与 える 影 響 をみるため タンパク 区 分 低 および 高 からもそれぞれ4サンプルを 選 んで これら の 胚 乳 タンパク 質 含 量 および 胚 乳 鉄 含 量 を 測 定 した ( 表 1) このとき 先 にタンパク 区 分 中 で 胚 乳 成 分 を 測 定 した ハルイブキ ゆきちから ナ ンブコムギ キタカミコムギ の4 品 種 について
石 川 ほか:スキャナ 式 胚 乳 測 色 システムによる 胚 乳 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 性 の 検 証 111 は それぞれ2 水 準 のタンパク 質 含 量 での 値 を 比 較 できるようにした 胚 乳 L * タンパク 質 含 量 およ び 鉄 含 量 の 関 係 を 図 6に 示 す これら3 項 目 の 間 に は 有 意 な 相 関 が 存 在 した つまり タンパク 質 含 量 や 鉄 含 量 が 高 くなると 胚 乳 L * が 低 くなる 傾 向 があ り タンパク 質 含 量 と 鉄 含 量 の 間 にも 正 の 相 関 がみ られた また この 傾 向 は 同 一 品 種 で 比 較 した 場 合 にはより 明 瞭 であった さらに 胚 乳 鉄 含 量 が3.0 ~4.0µg/gと 近 い12サンプルを 用 いて 胚 乳 L * とタン パク 質 含 量 との 関 係 を 見 た 場 合 には 有 意 な 負 の 相 関 が 認 められた(r= 0.852 ** ) なお a * およびb * では L * でみられたようなタンパク 質 含 量 と 鉄 含 量 との 関 係 はみられなかった(データ 未 提 示 ) 種 子 断 面 の 胚 乳 L * 分 布 盛 系 D-B006 および 厨 系 B-B143 は 共 に 硬 質 で 胚 乳 タンパク 質 含 量 が10.2%と 等 しく 鉄 含 量 がそれぞれ3.3および3.1µg/gと 近 かった しかし 胚 乳 L * が 大 きく 異 なっており 盛 系 D-B006 は 80.9 厨 系 B-B143 は83.7であった( 表 1 20 番 お よび29 番 ) そこで 胚 乳 L * の 差 異 が 生 じる 要 因 を 探 るため 6 時 間 処 理 の 種 子 断 面 のL * 分 布 および 20 粒 分 のピクセル 頻 度 の 差 を 示 した( 図 7) 種 子 断 面 のL * 分 布 では 厨 系 B-B143 は 盛 系 D-B006 に 比 べて85 以 上 の 値 を 示 すピクセルが 種 皮 の 近 くま で 広 がっており 90 以 上 の 値 を 示 すピクセルが 頬 の 部 分 を 中 心 に 多 く 存 在 していた( 図 7A) また 65 以 上 の 値 を 示 した 全 ピクセル 数 に 対 するそれぞれ の 値 のピクセル 数 を 百 分 率 で 表 してピクセル 頻 度 と した 胚 乳 L * の 高 い 厨 系 B-B143 から 低 い 盛 系 D-B006 のピクセル 頻 度 の 差 をみたところ 厨 系 B-B143 は90 以 下 の 値 を 示 すピクセルが 比 較 的 少 ないのに 対 し 90 以 上 の 値 を 示 すピクセルが 極 め て 多 いという 特 徴 が 見 られた( 図 7B) Ⅳ 考 察 小 麦 粉 の 明 るさ(L * )はそのタンパク 質 含 量 の 影 響 を 受 けることが 知 られている(Petersonら 1986 小 綿 ら 1996 木 谷 ら 2002) また 小 麦 粉 のタンパク 質 含 量 は 原 粒 タンパク 質 含 量 と 高 い 相 関 がある 本 研 究 でも 胚 乳 のL * a * およびb * はい ずれもタンパク 質 含 量 の 影 響 を 受 けることが 示 され た( 図 3) そこで タンパク 質 含 量 の 同 等 なサンプルを 胚 乳 色 の 測 定 に 用 いるため 近 赤 外 分 析 機 によって 原 粒 タンパク 質 含 量 を 測 定 し この 値 から 供 試 するサン プルを 選 抜 した さらに 以 前 の 報 告 では 胚 乳 色 の 測 定 には 粒 の 硬 軟 を 考 慮 する 必 要 があることが 示 されていることから( 前 島 ら 2007) 胚 乳 色 を 測 定 するサンプルは 粒 の 硬 軟 別 に 選 ぶこととした 本 研 究 では 両 年 を 通 じた 原 粒 タンパク 質 含 量 の 最 頻 値 の 前 後 約 1%の 範 囲 から 硬 質 および 軟 質 それぞ れ60サンプルを 選 出 した これまでの 色 相 研 究 にお いて これほどの 規 模 でタンパク 質 含 量 が 同 等 な 材 料 を 供 試 したものはないことから これらはタンパ ク 質 含 量 以 外 の 色 相 劣 化 要 因 を 探 る 上 で 有 効 な 材 料 になると 考 えられた Horiganeら(2003)は 種 子 断 面 のL * によって 胚 乳 部 分 が 抽 出 できることを 示 している 本 研 究 に おいても 吸 水 開 始 後 の 種 子 断 面 では 胚 乳 部 と 周 辺 部 のL * が 明 瞭 に 異 なることを 確 認 できた( 図 2) さらに 種 子 断 面 の 画 像 とL * のピクセルデータを 重 ね 合 わせたところ 皮 部 あるいは 糊 粉 層 がピクセ ル 中 に 僅 かでも 含 まれるとL * が 急 速 に 低 下 し 50 以 下 の 値 をとっていることがわかった(データ 未 提 示 ) また 50~70の 間 で 閾 値 を 段 階 的 に 変 えて 算 出 した 場 合 にも 得 られるL * 値 にほとんど 影 響 が 見 られなかったことから この 範 囲 に 入 るピクセル の 種 子 断 面 全 体 に 占 める 割 合 は 少 なく 胚 乳 部 とそ れ 以 外 の 部 分 のL * 値 がこの 範 囲 を 境 に 明 瞭 に 分 か れていることが 示 された 種 子 断 面 による 胚 乳 色 測 定 では 2つの 大 きな 問 題 が 考 えられる そのひとつは 硝 子 率 の 影 響 であ り 硝 子 質 の 部 分 では 測 定 光 の 多 くが 透 過 してL * が 低 く 算 出 され 本 来 の 色 相 が 評 価 できないという 問 題 がある 一 般 に タンパク 質 含 量 が 高 くなるに 従 って また 軟 質 粒 より 硬 質 粒 において 硝 子 率 が 高 くなることが 知 られている( 長 尾 2007) これ は 小 麦 粉 の 見 た 目 において 粒 度 が 粗 いものは 光 の 反 射 が 少 ないため 全 体 的 にくすんで 見 えるのと 似 ている そのため 粉 色 を 評 価 する 際 には 粒 度 の 影 響 を 取 り 除 くため 小 麦 粉 に 蒸 留 水 を 加 えて 一 定 時 間 攪 拌 したペーストを 用 いる( 農 林 水 産 技 術 会 議 事 務 局 1968) 同 じ 考 えから 胚 乳 色 の 評 価 にお いても 硝 子 質 の 影 響 を 取 り 除 くため 一 定 時 間 吸 水 させてから 測 定 する 方 法 が 確 立 している( 小 綿 ら 1996 Horiganeら 2003) 本 研 究 においても 水 を 含 んだろ 紙 上 に 種 子 断 面 を 置 いて 吸 水 させて 測 定
112 東 北 農 業 研 究 センター 研 究 報 告 第 111 号 (2010) することによって 胚 乳 L * の 測 定 における 硝 子 率 の 影 響 を 取 り 除 けていることが 示 された( 図 4) つまり タンパク 区 分 高 中 低 の 順 に 胚 乳 L * が 高 くなるのは 硝 子 率 の 影 響 ではなく これ まで 報 告 されていたようなタンパク 質 含 量 と 胚 乳 L * との 負 の 相 関 に 依 るものと 考 えられた もうひとつ の 問 題 は 吸 水 によって 生 じる 切 断 面 の 凹 凸 の 影 響 である 色 相 は 光 の 反 射 で 決 まることから 凹 凸 に よって 測 定 光 が 乱 反 射 することにより それ 自 体 が くすみの 原 因 となりうる そこで 胚 乳 L * が 異 な るサンプルを 供 試 して 6 時 間 処 理 後 に 切 断 面 を 再 度 薄 く 切 って 鏡 面 化 してから 測 定 した その 結 果 切 断 している 間 の 乾 燥 によってL * の 値 はやや 減 少 するもののサンプル 間 の 差 はよく 保 存 されていた (データ 未 提 示 ) このことから 本 研 究 で 用 いた 胚 乳 色 測 定 法 は サンプル 間 の 胚 乳 L * の 差 異 を 検 出 するという 目 的 においては 問 題 がないと 言 える 本 研 究 では タンパク 質 含 量 が 同 等 なサンプルを 用 いた 場 合 には 胚 乳 色 と 鉄 含 量 との 間 には 関 係 性 が 見 られなかった( 図 5) このことは 過 去 に 小 麦 粉 において 報 告 されているL * と 鉄 含 量 との 負 の 相 関 ( 木 谷 ら 2002)と 矛 盾 しているようにみえる
石 川 ほか:スキャナ 式 胚 乳 測 色 システムによる 胚 乳 のくすみと 鉄 含 量 との 関 係 性 の 検 証 113 しかし 木 谷 ら(2002)は 施 肥 量 や 晩 刈 りを 行 うこ とによって 人 為 的 に 色 相 を 変 化 させていることか ら 色 相 の 劣 化 要 因 が 本 研 究 とは 異 なる 可 能 性 があ る もしくは タンパク 質 含 量 が 大 きく 異 なる 品 種 系 統 で 胚 乳 L * と 鉄 含 量 との 関 係 を 調 査 したと ころ 負 の 相 関 がみられた( 図 6)ことから 過 去 の 報 告 はタンパク 質 含 量 と 鉄 含 量 との 相 関 によって 間 接 的 にみられた 現 象 である 可 能 性 が 示 唆 された 粒 あるいは 小 麦 粉 のタンパク 質 含 量 と 鉄 含 量 との 相 関 に つ い て は こ れ ま で に い く つ か の 報 告 が あ る (Petersonら 1986 Morgounovら 2007 Zhaoら 2009)が タンパク 質 含 量 と 鉄 含 量 が 同 じ 遺 伝 因 子 に 支 配 されているかどうかは 分 かっていない 最 近 野 生 4 倍 体 コムギに 由 来 する 高 タンパク 質 含 量 遺 伝 子 が 単 離 され NACと 呼 ばれる 転 写 因 子 をコード していることが 判 明 した(Uauyら 2006) この 遺 伝 子 はタンパク 質 含 量 を 増 大 させるだけでなく 枯 れ 上 がりの 早 期 化 や 種 子 のミネラル 含 量 を 高 めるな どの 多 面 効 果 を 持 っている したがって もし 供 試 サンプルのタンパク 質 含 量 の 高 低 がこの 因 子 の 関 与 に 拠 るものであれば 鉄 含 量 も 同 様 の 傾 向 が 生 じる 可 能 性 は 高 いと 考 えられる タンパク 質 含 量 や 鉄 含 量 の 同 等 なサンプルを 用 い た 場 合 にも 胚 乳 L * に 有 意 差 が 認 められた( 図 5) そこで 胚 乳 L * の 差 を 生 み 出 す 要 因 を 探 るため 種 子 断 面 のピクセル 毎 のL * 値 を 用 いてその 分 布 と 頻 度 をみたところ L * の 高 いサンプルと 低 いサン プルとでは90を 境 としてピクセル 頻 度 に 顕 著 な 違 い がみられた( 図 7B) この 傾 向 はここに 示 した2 系 統 だけでなく 粒 の 硬 軟 に 関 わらず 胚 乳 L * の 高 い サンプルと 低 いサンプルを 比 較 した 場 合 に 供 試 サン プル 間 で 一 般 的 にみられる 傾 向 であり 88~90が 境 界 となっていた この 境 界 値 が 本 研 究 で 供 試 した サンプル 特 有 のものなのか 普 遍 的 に 言 えることな のかは 今 後 さらなる 調 査 が 必 要 である しかし 胚 乳 L * の 優 劣 をその 分 布 から 明 瞭 に 分 けられること は くすみの 新 たな 評 価 指 標 として 利 用 できる 可 能 性 がある 糊 粉 層 には 原 粒 中 のミネラルの60% 以 上 が 含 まれ ている( 栗 本 大 楠 2007)ことから これが 僅 か でも 混 入 すると 鉄 含 量 に 大 きな 影 響 を 与 えることが 予 測 できた そのため 本 研 究 では 皮 部 の 微 小 な 切 れ 込 みや 糊 粉 層 の 混 入 を 防 ぐ 目 的 で 手 作 業 により 胚 乳 部 の 調 整 を 行 った その 結 果 小 麦 粉 の 鉄 含 量 は4~14µg/gの 範 囲 (Pedersonら 1986 木 谷 ら 2002)であるのに 対 し 胚 乳 の 鉄 含 量 の 範 囲 は2~ 6µg/gであった( 図 5 6) このことは 製 粉 工 程 では 皮 部 あるいは 糊 粉 層 の 混 入 が 少 なからずある ことを 示 しており 小 麦 粉 を 用 いて 各 種 形 質 との 関 係 性 を 見 る 場 合 には ふすまの 混 入 による 成 分 組 成 特 にミネラル 含 量 の 変 化 を 常 に 考 慮 する 必 要 性 を 示 唆 している 本 研 究 で 用 いたスキャナ 式 胚 乳 測 色 シ ステムは 製 粉 による 二 次 的 影 響 を 取 り 除 いて 種 子 本 来 の 色 相 を 高 速 多 検 体 で 測 定 することを 実 現 させ た したがって 今 回 見 出 された 胚 乳 L * に 差 異 の ある 試 料 は 種 子 内 部 のくすみの 原 因 を 解 明 する 上 で 重 要 な 手 掛 りのひとつとなると 考 えられる これまで 小 麦 粉 の 色 相 劣 化 はある 種 のタンパク 質 に 結 合 した 鉄 が 原 因 ではないかと 考 えられてい た しかし 本 研 究 において 供 試 サンプルをタンパ ク 質 含 量 が 同 等 のもののみに 絞 って 解 析 した 場 合 に は 鉄 は 胚 乳 のくすみの 原 因 とは 言 えない 結 果 が 得 ら れた つまり 小 麦 粉 のくすみと 鉄 との 関 係 性 は 鉄 含 量 とタンパク 質 含 量 との 相 関 および 皮 部 ある いは 糊 粉 層 の 混 入 によって 説 明 された しかしなが ら 一 般 に 種 子 内 部 は 周 辺 部 に 比 べてタンパク 質 含 量 が 低 いことが 知 られている( 長 尾 2000) つま り 粒 全 体 のタンパク 質 含 量 は 同 程 度 であっても L * の 高 いサンプルはL * の 低 いサンプルに 比 べて 周 辺 部 にタンパク 質 が 偏 在 していることも 考 えられ る そのため タンパク 質 含 量 の 影 響 を 完 全 に 取 り 除 くためには 種 子 内 部 のタンパク 質 分 布 まで 考 慮 したさらなる 調 査 が 必 要 であろう 引 用 文 献 1)Barnes, P.J. 1986. The influence of wheat endosperm on flour color grade. J. Cereal Sci. 4 : 143-155. 2)Horigane, A.; Yamada, S.; Hikichi, Y.; Kiribuchi- Otobe, C.; Fujita, M.; Yamaguchi, T.; Horiguchi, M. 2003. Evaluation of color characteristics of cross-sectioned wheat kernels. Food Sci. Technol. Res. 9: 327-331. 3) 堀 田 博, 本 多 一 郎. 2005. 国 内 産 小 麦 粉 のくす みと 遊 離 トリプトファン 含 量. 日 本 食 品 科 学 工 学 会 誌 52 : 538-541.
114 東 北 農 業 研 究 センター 研 究 報 告 第 111 号 (2010) 4) 伊 藤 美 環 子, 中 村 和 弘, 吉 川 亮. 2002. 小 麦 の 粉 色 向 上 のための 遺 伝 資 源 の 評 価. 東 北 農 業 研 究 55 : 79-80. 5) 木 谷 裕 亮, 堀 田 博, 本 多 一 郎. 2002. 国 内 産 小 麦 粉 色 相 とミネラル 含 量 の 関 係. 日 本 食 品 科 学 工 学 会 誌 49 : 49-52. 6) 小 綿 美 環 子, 渡 辺 満, 佐 藤 暁 子. 1996. 東 北 地 域 で 栽 培 されたコムギにおける 粗 タンパク 含 量 と 粉 色 の 関 係 東 北 6 県 における 連 絡 試 験 のデー タの 解 析 から. 東 北 農 業 試 験 場 研 究 資 料 19 : 41-45. 7) 小 綿 美 環 子, 渡 辺 満, 中 村 信 吾, 佐 藤 暁 子. 1999. コムギ1 粒 の 胚 乳 断 面 色 の 測 定 による 粉 色 の 評 価 法 の 開 発. 育 種 学 研 究 1 : 149-156. 8) 栗 本 洋 一, 大 楠 秀 樹. 2007. 小 麦 粉 その 原 料 と 加 工 品, 第 4 編 小 麦 粉 及 び 副 製 品, 第 2 章 小 麦 粉 製 品 の 成 分, 日 本 麦 類 研 究 会 編, 東 京 都. p.483-515. 9) 前 島 秀 和, 石 川 吾 郎, 鈴 木 雅 博, 伊 藤 裕 之, 平 将 人, 中 村 俊 樹, 谷 口 義 則. 2007. 小 麦 粉 色 相 評 価 のた めのスキャナ 式 胚 乳 測 色 システム, 平 成 19 年 度 東 北 農 業 研 究 成 果 情 報. p.55-56. 10) 松 崎 守 夫, 豊 田 政 一. 1997. コムギ 品 質 の 登 熟 に ともなう 推 移 (2) 粉 の 品 質 特 性. 日 本 作 物 学 会 紀 事 66 : 183-188. 11)Morgounov, A.; Gomez-Becerra, H.F.; Abugalieva, A.; Dzhunusova, M.; Yessimbekova, M.; Muminjanov, H.; Zelenskiy, Y.; Ozturk, L.; Cakmak, I. 2007. Iron and zinc grain density in common wheat grown in Central Asia. Euphytica 155 : 193-203. 12) 長 尾 精 一. 2000. 小 麦 の 科 学, 2. 小 麦 の 種 類 と 品 質 特 性, 2.6 小 麦 粒 の 構 造 と 成 分 組 成, 朝 倉 書 店, 東 京 都. p.37-40. 13) 長 尾 精 一. 2007. 小 麦 粉 その 原 料 と 加 工 品, 第 2 編 小 麦, 第 7 章 小 麦 の 品 質, 日 本 麦 類 研 究 会 編, 東 京 都. p.244-275. 14) 農 林 水 産 省 技 術 会 議 事 務 局. 1968. 小 麦 品 質 検 定 方 法 小 麦 育 種 試 験 における. 研 究 成 果 35 : 1-70. 15)Olivar, J.R.; Blakeney, A.B.; Allen, H.M. 1992. Measurement of flour color space parameters. Cereal Chem. 69 : 546-551. 16)Peterson, C.J.; Johnson, V.A.; Mattern, P.J. 1986. Influence of cultivar and environment on mineral and protein concentrations of wheat flour, bran, and grain. Cereal Chem. 63 : 183-186. 17) 佐 藤 大 和, 内 村 要 介, 尾 形 武 文, 松 江 勇 次, 陣 内 暢 明. 2003a. 九 州 北 部 におけるコムギ 粉 の 色 相 の 年 次 間 変 動 とその 要 因. 日 本 作 物 学 会 紀 事 72 : 409-417. 18) 佐 藤 大 和, 内 村 要 介, 松 江 勇 次. 2003b. コムギに おける 播 種 時 期 の 違 いが 製 粉 特 性 に 及 ぼす 影 響. 日 本 作 物 学 会 紀 事 72 : 43-49. 19)Shuey,W.C. 1975. Flour color as a measurement of flour quality. Baker's Digest 49 : 18-26. 20) 辻 孝 子, 吉 田 朋 史, 藤 井 潔. 2006. 小 麦 粉 色 相 に 関 与 する 成 分 の 解 明 と 簡 易 色 相 選 抜 法 の 開 発. 愛 知 県 農 業 総 合 試 験 場 研 究 報 告 38 : 1-5. 21)Uauy, C.; Distelfeld, A.; Fahima, T.; Blechl, A.; Dubcovsky, J. 2006. A NAC Gene regulating senescence improves grain protein, zinc, and iron content in wheat. Science 314 : 1298-1301. 22) 内 村 要 介, 佐 藤 大 和, 尾 形 武 文, 松 江 勇 次. 2004. 成 熟 期 の 降 雨 処 理 によるコムギの 子 実 水 分 含 有 率 の 変 化 と 品 質 低 下 の 品 種 間 差. 日 本 作 物 学 会 紀 事 73 : 29-34. 23) 柳 沢 朗, 吉 村 康 弘, 天 野 洋 一, 小 林 聡, 西 村 努, 中 道 浩 司, 荒 木 和 哉, 谷 藤 健, 田 引 正, 三 上 浩 輝, 池 永 充 伸, 佐 藤 奈 奈. 2007. 秋 まきコムギ 新 品 種 きたほなみ の 育 成. 北 海 道 立 農 業 試 験 場 集 報 91 : 1-13. 24)Zhang, K.P.; Chen, G.F.; Zhao, L.; Liu, B.; Xu, X. B.; Tian, J.C. 2009a. Molecular genetic analysis of flour color using a doubled haploid population in bread wheat(triticum aestivum L.).Euphytica 165 : 471-484. 25)Zhang, Y.; Wu, Y.; Xiao, Y.; He, Z.; Zhang, Y.; Yan, J.; Zhang, Y.; Xia, X.; Ma, C. 2009b. QTL mapping for flour and noodle colour components and yellow pigment content in common wheat. Euphytica 165 : 435-444. 26)Zhao, F.J.; Su, Y.H.; Dunham, S.J.; Rakszegi, M.; Bedo, Z.; McGrath, S.P.; Shewry, P.R. 2009. Variation in mineral micronutrient concentrations in grain of wheat lines of diverse origin. J. Cereal Sci. 49 : 290-295.