東 京 家 政 学 院 大 学 紀 要 第 46 号 2006 年 1 居 住 空 間 における 鉢 植 え 植 物 へのLED 照 射 の 効 果 中 村 アツコ 花 田 朋 美 発 光 波 長 領 域 が 狭 く 熱 を 持 たないなどの 特 徴 をもつ 可 視 光 発 光 ダイオード(LED) 赤 と 青 を 組 み 合 わせて, 居 住 空 間 において, 鉢 植 え 植 物 に 照 射 し, 成 長 と 成 分 変 化 とそれに 伴 う 抗 酸 化 作 用 への 効 果 を 調 べた 室 内 照 明 と 窓 からの 自 然 光 のみの 対 照 物 に 対 し,ローズマリー,ペパーミ ント,スウィートバジル,イタリアンパセリおよびルッコラにおいて, 高 さ, 茎 の 太 さ, 葉 の 緑 の 濃 さ, 葉 の 厚 さ 大 きさなど 成 長 促 進 効 果 とビタミン C 含 量 の 増 加 が 明 らかとなり,スウィー トバジル 以 外 は 抗 酸 化 能 においても LED 効 果 が 認 められた しかし, 全 ての 試 料 において, ポ リフェノールの 生 成 は 抑 制 される 傾 向 がみられた 実 験 には LED 40 個 および 10 個 の 照 明 灯 を, 主 として 用 いたが, 居 住 空 間 におけるハーブ 類 の 育 成 には,10 個 ( 赤 10 個, 青 2 個 )の LED 照 明 灯 で 実 用 化 が 可 能 であることがわかった キーワード: 可 視 光 発 光 ダイオード(LED), ハーブ, ビタミン C, ポリフェノール, DPPH ラジカル 消 去 能 植 物 の 成 長 に 光 が 必 要 であることは 万 人 周 知 の ことである 最 近, 可 視 光 発 光 ダイオード(LED) は 発 光 波 長 領 域 が 狭 い, 赤 外 線 を 出 さないので 熱 を 持 たない, 虫 が 寄 り 付 かない,ちらつかない 等 の 特 徴 があり,ハロゲンランプやナトリウムラン プなど 他 の 人 工 光 源 と 比 べ, 植 物 栽 培 の 有 効 性 が 期 待 されてきている 本 学 多 摩 キャンパスの 木 々 が 紅 葉 し, 落 葉 する 頃 になっても, 一 部 分 に 緑 の 葉 を 残 しているメタセコイヤがあることに 以 前 か ら 気 付 いていた 其 処 には 夕 方 になると 点 灯 する 街 路 灯 があって, 灯 の 周 囲 の 葉 が 光 合 成 を 続 けて いるのであろうと 考 えられた 1) 最 近 では, 野 菜 室 に 黄 色 の LED を 搭 載 した 冷 蔵 庫 が 市 販 され, 保 存 中 のキャベツのビタミン C 増 加 が 謳 われて いることもあり, 室 温 においても,LED を 利 用 した 観 葉 植 物 やハーブなどの 栽 培 が 可 能 ではない かと 考 え, 照 射 実 験 を 開 始 した 自 然 光 および 室 内 照 明 のみの 植 物 と LED 照 射 を 加 えた 植 物 とで, 葉 中 の 成 分 の 分 析 をし, 抗 酸 化 能 の 比 較 をしたと 家 政 学 部 家 政 学 科 ころ, 幾 つかの 知 見 が 得 られたので,ここに 報 告 する 実 験 方 法 1. 植 物 への LED 照 射 方 法 1 LED 10 個 を 直 径 7cm の 台 座 に 取 り 付 け たものをアルミ 製 の 架 台 に 設 置 し,30 cm 上 方 から 照 射 した 室 温 20, 水 のみを 随 時 散 布 して 24 時 間 連 続 照 射 し, 夜 間 は 部 屋 の 蛍 光 灯 は 消 した 窓 から 自 然 光 は 入 射 した 植 物 の 種 類 :ローズマリー,ペパーミントお よびスウィートバジルの 鉢 植 え 方 法 2 LED 40 個 を 直 径 7cm の 台 座 に 取 り 付 け たもの( 図 -1)をアルミ 製 の 架 台 に 設 置 し,40 cm 上 方 から 照 射 した 室 温 22 にて, 水 の みを 散 布 し, 約 10 時 から 19 時 を 照 射 時 間 と した 部 屋 ( 床 面 積 25 m 2, 高 さ 2.6 m)の 中 央 に 置 き, 窓 から 自 然 光 は 入 射 した 部 屋 の 蛍 光 灯 は 夜 間 は 消 灯 した 植 物 の 種 類 :イタリアンパセリおよびルッコ ラの 苗 をプランターに 培 養 土 を 入 れ 植 えたも の( 図 -2),レタスとサラダ 菜 の 葉 - 17 -
2 居住空間における鉢植え植物への LED 照射の効果 表 1 LED 照射灯仕様 *LED 光度 1000 ミリカンデラ (mcd) 1 個 図 - 1 照射灯 B 図 - 2 照射灯 A 有無によるペパーミントと スウィートバジルの寄せ植え 20 30 日後 図 - 3 - (1) イタリアンパセリ LED 無照射 30 日後 ( 室温 22 ) 総ビタミンＣ量 10mg/100g 図 - 3 - (2) イタリアンパセリ LED 照射 30 日後 ( 室温 22 ) 総ビタミンＣ量 97mg/100g 図 - 4 - (1) ルッコラ LED 無照射 30 日後 ( 室温 22 ) 総ビタミンＣ量 13mg/100g 図 - 4 - (2) ルッコラ LED 照射 30 日後 ( 室温 22 ) 総ビタミンＣ量 57mg/100g - 18 -
中 村 アツコ 花 田 朋 美 3 2. 植 物 中 の 成 分 の 分 析 総 ビタミン C 定 量 (ヒドラジン 比 色 法 ) 1 試 料 をフードプロッセッサーで 粉 砕 均 一 化 した 2 一 定 量 を 秤 量 し 乳 鉢 中 で 5%メタ 燐 酸 を 加 え て,さらに 摩 砕 した 3 全 てをメスフラスコにて 200ml に 定 容 した 3 遠 心 分 離 して 上 澄 み 液 の 一 定 量 をとり, 以 下 に より 定 量 した インドフェノールで 酸 化 し,チオ 尿 素,2, 4 ジ ニトロフェニルヒドラジン 液 を 加 え,37 および 0 ( 糖 のオサゾン 生 成 ) 恒 温 水 槽 で 3 時 間 反 応 さ せた 後,85% 硫 酸 でオサゾンを 呈 色 させ,30 分 室 温 放 置 後,540nm における 吸 光 度 を 測 定 した 今 実 験 では,ジケトグロン 酸 の 定 量 はせず, 総 ビ タミン C とジケトグロン 酸 ( 他 の 実 験 結 果 から VC に 比 し 僅 かである ) の 総 計 で 比 較 した 2) ポリフェノールの 定 量 総 ポリフェノールの 定 量 は,メタノール 抽 出 を 行 い, フォリン - デニス 法 により,(+)- カテキン を 標 準 物 質 として, 常 法 により 定 量 した 定 量 に は, 一 定 量 の 葉 からメタノール 抽 出 した 溶 液 を 用 いた DPPH ラジカル 補 足 能 の 測 定 DPPH(1,1- ジフェニル -2- ピクリルヒドラジ ル ) 溶 液 (DPPH20mg をエタノール 50ml に 溶 解 したのち 水 50ml を 加 え 不 溶 物 をろ 過 したも の) 一 定 量 (3 ~ 4ml) に 適 当 濃 度 に 希 釈 した 試 料 溶 液 の 一 定 量 (0.1 ~ 0.4ml) を 混 和 し, 室 温 で 一 定 時 間 (15 分 ~ 30 分 ) 放 置 後,517nm の 吸 光 度 を 測 定 し 比 較 した 測 定 には,ビタミン C 定 量 用 の 5% リン 酸 抽 出 液 を 用 いた ブランク (5% メタリン 酸 )に 対 すると 試 料 溶 液 の 吸 光 度 比 を 消 去 率 とし,さらに LED 照 射 有 無 での 比 を もとめた 3. 分 光 測 色 器 による 測 定 コ ニ カ ミ ノ ル タ セ ン シ ン グ 社 の 測 色 計 CM-2600d により, 基 底 表 色 系 分 光 反 射 率 を 測 定 した 結 果 および 考 察 1. LED 照 射 有 無 による 植 物 の 外 観 の 比 較 方 法 1による 30 日 間 (ローズマリーは 60 日 間 ) 後 の 様 子 の 比 較 を 図 -2 に, 方 法 2による 30 日 後 のイタリアンパセリを 図 -3 に 示 した また 方 法 2による 30 日 後 のルッコラの 様 子 と 総 ビタ ミン C 量 を 図 -4 に 示 した 全 ての 植 物 において, 葉 の 厚 さ, 茎 の 太 さ, 高 さ 共 に LED 照 射 の 効 果 が 見 られた 特 にローズマリーにおいては 照 射 し たものは 葉 の 厚 さが 約 1.3 倍 であった 緑 の 濃 さ にも 差 が 見 られたので, 分 光 測 色 器 で 分 光 反 射 率 の 測 定 をした ペパーミントの 反 射 スペクトルを 図 -5 に, 反 射 率 から 計 算 された 色 差 値 L*a*b* ( 明 度 色 相 )を 図 -6 に 示 した 照 射 無 しは 照 射 有 りに 比 べ, 黄 緑 の 位 置 にあることがわかる 反 射 スペクトルでは, 520 ~ 580 nm の 緑 領 域 の 反 射 率 において 差 が 見 られ, 照 射 した 場 合 この 領 域 の 光 の 吸 収 率 が 高 いことを 示 している 2. LED 照 射 有 無 に お け る 植 物 中 の 成 分 と DPPH ラジカル 消 去 能 方 法 2における 実 験 では,LED 照 射 無 しのルッ コラは 30 日 間 かろうじて 生 き 長 らえ,イタリア ンパセリはルッコラよりは 成 長 したが 徐 々に 成 長 が 止 まり 黄 色 化 し 萎 れた LED 照 射 したルッコ ラでは 中 心 部 から 新 たな 葉 が 出 て 成 長 し,30 日 後 も 元 気 に 成 長 を 続 けた 特 にイタリアンパセリ は 90 日 を 過 ぎても 緑 濃 く, 生 き 生 きと 成 長 を 続 けていたが,70 日 過 ぎた 頃 から, 一 部 の 葉 の 表 面 に 微 小 斑 点 が 観 察 されるようになった 照 射 に よる 結 果 か 否 かは, 対 象 物 が 枯 れてしまったので 判 断 できなかった 虫 の 飛 散 は 無 かったが,ハダ ニかも 知 れない 表 2,3 に 示 したように, 長 期 間 照 射 した 総 て の 植 物 において, 総 ビタミン C 量 が 増 加 していた 植 物 の 種 類 による 差 はあるが,LED 数 の 多 い 方 法 2においては 特 にその 増 加 は 著 しかった 光 量 子 数 が 効 いているのであろう LED の 波 長 が 植 物 の 光 合 成 に 有 効 な 領 域 にあり 1),ビタミン C の 原 料 である 糖 の 合 成 が 促 進 され, 連 続 照 射 がある 種 のストレスにもなり,その 防 御 のためもあって, 総 合 的 結 果 としてビタミン C の 増 加 がみられた のではないか 3) 一 方, 総 ポリフェノール 量 は LED 照 射 した 方 が 総 てにおいて 含 量 が 少 なく, 生 成 が 抑 制 される - 19 -
4 居住空間における鉢植え植物への LED 照射の効果 図 - 5 吸光度 SCE- 通常測定 / 光源 D65 10 / 測色器 CM-2600d/ 基底表色系 分光反射率 図 - 6 LED 照射の有無による葉表面の色差 L a b 表色系 - 20 -
中村 アツコ 花田 朋美 表 2 方法①による 30 日間 ローズマリーは 60 日間 LED 照射有無における植物中の 総ポリフェノール含量およびビタミン C 含量とラジカル消去能 表 -3 方法②による 30 日間 LED 照射有無における植物中の総ポリフェノール含量および ビタミン C 含量とラジカル消去能 表 -4 方法②による 24 時間 LED 照射有無における DPPH ラジカル消去能 - 21-5
6 居 住 空 間 における 鉢 植 え 植 物 への LED 照 射 の 効 果 のではないかと 考 えられる 植 物 におけるポリ フェノールの 機 能 は 紫 外 線 の 害 からの 防 御 といも いわれていることから 考 えると 尤 ものように 思 え る 4) しかし,カイワレ 蕎 麦 に 青 色 LED または 赤 色 LED のみで 照 射 した 場 合 にポリフェノール が 増 加 し, 赤 4 と 青 1 の 組 み 合 わせおよび 白 色 蛍 光 灯 下 では 増 加 しなかったという 学 会 発 表 があ る 5),6) ポリフェノール 合 成 と 光 の 関 係 ついて 今 後,さらに 検 討 してみたい DPPH ラジカル 消 去 率 をみてみると, 表 1 に 示 したスウィートバジルにおいてのみ, 照 射 無 し の 方 が 約 1.78 高 くなっている 他 は 総 て 照 射 有 りの 方 が 高 い 消 去 率 を 示 している 特 に 成 長 の 良 かったイタリアンパセリにおいては 約 3.1 倍 と 高 い これは 両 者 のビタミン C とポリフェノール 含 量 の 違 いに 起 因 していると 考 えられる すなわ ち,ビタミン C とポリフェノール 共 に DPPH ラ ジカル 消 去 能 があるが,その 能 力 に 差 が 有 り, 二 物 質 の 消 去 能 とそれぞれの 含 量 を 変 数 として 実 測 される スウィートバジルはビタミン C 含 量 に 大 差 がなく,ポリフェノール 含 量 が 多 い 上,1.38 倍 と 高 いからであり,イタリアンパセリとルッコ ラはポリフェノール 含 量 は 少 ない 上 に 大 差 なく, ビタミン C の 増 加 が 多 いからといえる 短 時 間 照 射 の 効 果 はあるのであろうかと 考 え, レタスとサラダ 菜 の 葉 に 24 時 間 照 射 して,DPPH ラジカル 消 去 能 をみたところ, 表 4 の 結 果 が 得 られた 湿 度 コントロールは 行 なわなかったので, 水 分 が 蒸 発 し 萎 れたが, 長 時 間 照 射 の 場 合 に 比 べ 消 去 能 は 小 さいながら, 消 去 率 からみて, 照 射 有 無 での 差 は 明 らかであった なお, 照 射 灯 B は A に 比 べ 照 度 が 約 2 倍 強 く, 効 果 的 であったが, 照 射 灯 A でも, 植 物 の 成 長, 葉 の 色, 成 分 含 量 の 変 化 ともに 明 らかに 効 果 が 認 められた 生 活 環 境 上, 庭 やベランダ 等 での 植 物 の 栽 培 が 不 可 能 で 室 内 にて 行 なうことを 余 儀 なく されるとか, 日 当 たりが 悪 い 住 まいの 場 合,また, 室 内 装 飾 としてなど, 居 住 空 間 で 植 物 の 栽 培 を 行 なうための 照 明 として, 赤 10 個 と 青 2 個 を 組 み 合 わせた 照 明 灯 でも 実 用 化 が 可 能 であることが 示 唆 された 謝 辞 LED 照 射 装 置 一 式 および 試 料 の 一 部 を 御 提 供 くださり, 助 言 をいただきました, 大 阪 府 八 尾 市, 和 光 電 研 株 式 会 社 の 服 部 静 尚 様 ならびに VC の 定 量 にご 協 力 くださいました 本 学 卒 業 生 の 小 山 幸 子 さんに 感 謝 いたします 参 考 文 献 1) 佐 藤 公 行, 和 田 正 三 :シリーズ 光 が 拓 く 生 命 科 学 第 3 巻 生 命 を 支 える 光 (2005) 2) 新 食 品 分 析 ハンドブック, 菅 原 龍 幸, 前 川 昭 男 監 修, 建 帛 社 (2000) 3) 永 田 雅 靖 :カットキャベツの 生 理 生 化 学, 日 食 工 誌, 41, 742(1994) 4) Urquiaga,I.,and Leighton,F.,Plant Polyphenol Antioxidants and Oxidative Stress, Symposium Biology and Pathology of Free Radicals:Plant and Wine Polyphenol Antioxidants July 29-30,1999,at the Catholic University, Santiago, Chile 5) 小 嶋 政 信, 池 川 茂 樹, 清 水 聡 子, 早 川 忠 良, 益 田 耕 作, 14th Lnternational Congress on Photobiology (Jeju,Korea), Abstract 5-201,230,(2004) 6) 小 嶋 政 信, 池 川 茂 樹, 清 水 聡 子,ザキールホッセン, 米 田 賢 治, 光 化 学 討 論 会 2004 講 演 要 旨 集 ID04, 78, (2004) (2006.3.15 受 付 2006.5.17 受 理 ) - 22 -