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じっけんで、なまの パイナップルを のせた ゼリーが、1じかんで えきたいに?

生のパイナップルをのせたゼリーが、実験で1時間に半分ほど液体になった:ブロメラインは食べものを切る酵素

実験で、生のパイナップルは1時間でゼリーを半分ほど液体にした:ブロメラインはなぜ舌・肉・やけどの治療に顔を出すのか

分野:生きもの

なまの パイナップルと グリーンキウイを のせた ゼリーは、1じかんで はんぶんほど えきたいに なりました。でも、かんづめを のせた ゼリーは、ほとんど かわりませんでした。これは、小学6ねんせいの 実験じっけんの けっかです。

パイナップルの なかに いる なにが、ゼリーを ゆるめたのでしょう。この メモでは、その なまえ「ブロメライン」と、した の ひりひり、おにくの やわらかさ、やけどの くすりまで つながる はなしが わかります。

生のパイナップルとグリーンキウイをのせたゼラチンのゼリーは、60分たつと半分ほど液体になりました。缶詰やジュースをのせたゼリーは変わりませんでした。これは、東京都の科学展に出された小学6年生の実験の結果です。パイナップルの中で、何がゼリーを崩したのでしょうか。

この記事では、その正体のブロメラインを、舌がひりひりする理由、肉がやわらかくなる理由、植物を守る働き、やけどの薬に使われる理由を見ていきます。

東京都の児童・生徒科学展(令和3年度)に出された小学6年生の実験で、生のパイナップルとグリーンキウイをのせたゼラチンのゼリーは、60分で半分ほどが液体になった。缶詰、100%ジュース、ブドウでは変化がなかった。ゴールデンキウイも、30分後に少し溶けた以外は変化がなかった。何が、ゼリーの主成分であるたんぱくしつを切ったのか。

この記事では、その酵素ブロメラインが、舌の刺激、肉をやわらかくする働き、植物の防御、やけど治療薬という、一見ばらばらの場面に登場する理由が分かる。

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1. パイナップルを たべると、どうして した が ひりひり するの?

1. パイナップルを食べると舌がひりひりするのは、なぜか

1. 舌のひりひりは、ブロメラインがたんぱくしつを切るためと説明される

パイナップルを たくさん たべると、した が ひりひり することが あります。くだものが、こちらを すこし 消化しょうかして いる、という せつめいが よく されます。

この はたらきを する ものが、ブロメラインです。酵素こうそと よばれる なかまで、にくや さかなに ふくまれる「たんぱくしつ」を、ちいさく きる ことが できます[1]。

ただし、した が ひりひり する りゆうが ぜんぶ これで きまる、とは いえません。ブロメラインだけで、ひりひりの りゆうを せつめいできるとは かぎりません[8]。

では、ブロメラインが たんぱくしつを きる ちからは、どれくらい つよいのでしょう。

パイナップルを食べすぎると、舌やくちびるがひりひりすることがあります。この理由は、パイナップルに含まれるブロメラインという酵素が、口の中のたんぱく質(粘液など)を分解するためと説明されることが多いようです[8]。

ブロメラインは、パイナップルの茎に最も多いタンパク質分解酵素として登録されています。果実にもブロメラインがありますが、茎のものとは別の酵素として区別されています[1]。

ただし、ひりひりの原因の中で、酵素がどれだけを占めるのかは、資料からは決められません。後の章で出てくる針状の結晶との組み合わせも、説の一つとして挙がっています。

では、ブロメラインのタンパク質を切る力は、どのくらい強いのでしょうか。ある小学生が、ゼリーで確かめていました。

パイナップルを食べて舌がひりひりする現象は、ブロメラインが口の中のたんぱく質(粘液など)を分解するためと説明されることが多い。ラフィド(針状結晶)との組み合わせも仮説として挙がるが、人の舌での寄与の比率は、今回の資料からは決められない[8]。

ブロメラインは単一の酵素ではない。ExPASyの酵素データベースでは、パイナップルの茎に最も多いシステインエンドペプチダーゼ(EC 3.4.22.32)が茎のブロメラインとして登録され、果実のブロメライン(EC 3.4.22.33)は別の酵素として区別されている[1]。以下で「ブロメライン」と書くときは、実験によって茎のものか果実のものかが異なりうる点に注意が要る。

では、この酵素の働きは、目に見える形でどう確かめられるのか。小学6年生の実験が、その一例になっている。

2. ゼリーに のせると、なまと かんづめで なにが ちがった?

2. ゼリーにのせた生の果物と缶詰は、1時間でどう違ったか

2. 生と缶詰でゼリーの崩れ方が分かれた小学生の実験:結果と読み方

東京の 小学6ねんせいが、ゼラチンで ゼリーを つくり、くだものを のせて みました[2]。

なまの パイナップルと、グリーンキウイを のせると、5ふんごに ゼリーを かたむけた とき、すべり おちました。30ぷんで へこみ、60ぷんで はんぶんほど えきたいに なりました。

かんづめ、100%ジュース、ぶどうでは、かわりませんでした。ゴールデンキウイは、30ぷんで すこし とけた だけでした。ゼラチンは、たんぱくしつで できています。ブロメラインが それを きった、と かんがえられます。

ただし、これは 1つの 実験じっけんの けっかです。どんな パイナップルでも おなじに なる、とは いえません。

なまは かわるのに、かんづめは かわらない。その ちがいを つくる ものは、なんでしょう。

東京都の児童・生徒科学展に出された小学6年生の研究では、ゼラチンのゼリーに果物をのせ、傾けて様子を記録しました[2]。

生のパイナップルとグリーンキウイをのせたゼリーは、5分後に傾けると滑り落ち、30分でへこみ、60分で半分ほどが液体になりました。缶詰、100%ジュース、ブドウでは変化がありませんでした。ゴールデンキウイも、30分後に少し溶けた以外は変わりませんでした。ゼラチンの主成分はたんぱく質なので、生の果物の中のタンパク質分解酵素が働いた結果と考えられます。

この小学生は、ゴールデンキウイはタンパク質分解酵素をあまり含まないらしいと分かって驚いた、と書いています。同じキウイでも、グリーンとゴールデンで、ゼリーの変化に差が出たのです。

ただし、これは一人の小学生による1回分の実験で、一般法則として言い切れるものではありません。「やわらかさ」も、目で見て、手で触った記録です。

生と缶詰を分けたものは、何だったのでしょうか。手がかりは、熱にありそうです。

この小学6年生(品川区立第二延山小)の研究は、ゼラチンゼリーに果物を置き、一定時間ごとに傾けて観察する方法をとった。生パイナップルとグリーンキウイでは、5分後に傾けると滑り落ち、30分でへこみ、60分で半分ほどが液体になった。缶詰、100%ジュース、ブドウでは変化がなかった。ゴールデンキウイも、30分後に少し溶けた以外は変化がなかった[2]。ゼラチンはたんぱく質なので、生の果物側のタンパク質分解酵素が働いたと解釈できる。

注目すべきは、同じキウイでもグリーンとゴールデンでゼリーの変化に差が見られた点である。この小学生は、ゴールデンキウイはタンパク質分解酵素をあまり含まないらしいと書いているが、酵素の量そのものは測られていない。

ただし限界もある。実験は1回分で、「やわらかさ」は目視と感触による記録であり、定量的な測定ではない。結論として一般化はできず、再現のための手がかりとして読むのがよい。

では、生で起きて缶詰で起きなかった差は、何で説明できるのか。この研究は肉を使った実験と、熱についての考察も行っている。

3. にくも やわらかくなる。でも、ねつを かけると どうなる?

3. 肉をやわらかくする時間と、熱を通したときの違い

3. 肉の実験と熱の影響:「60℃で壊れる」では説明しきれない理由

おなじ 小学6ねんせいは、ぶたにくに くだものを すりおろして まぜる 実験じっけんも しました。じょうおんで 30ぷん おくと、なまの パイナップルと グリーンキウイが いちばん やわらかく なりました[2]。

この 子は、酵素こうそは たかい ねつに よわく、れいぞうこの ような ひくい 温度おんどでは ゆっくり はたらく、と まとめて います。パイナップルは、しあげに いれれば ねつが つたわらず、酵素こうそが のこる。でも、にくを やわらかく するには 30ぷんほど かかる、とも のべて います。

「60℃で こわれる」と おぼえた ひとも いるかも しれません。でも、ブロメラインが いちばん よく はたらく 温度おんどは、60℃ くらいと いわれます[3]。

つまり、あたたかい ほうが よく はたらく ところから、もっと あつく なると はたらけなく なる。そんな かたちなのです。

ところで、ブロメラインは、なんの ために パイナップルの なかに あるのでしょう。

同じ小学生は、豚肉に果物のすりおろしを加える実験もしました。常温で30分置くと、生のパイナップルとグリーンキウイが最もやわらかくなりました[2]。

この研究では、酵素は高熱に弱く、冷蔵庫のような低温ではゆっくり働くとまとめています。さらに、パイナップルを仕上げに入れれば熱が通らず酵素が残るものの、肉がやわらかくなるには30分ほど時間がかかると考察しています。缶詰で変化がなかったことと熱の関係は、この実験だけでは決められません。

よく「60℃以上で壊れる」と説明されますが、市販の茎由来ブロメラインでは、働きが最大になる温度が60℃、pHは7付近という値が示されています[3]。60℃は「最もよく働く温度」であって、「壊れる温度」ではありません。「壊れる」のは、さらに高い温度の話です。

では、ブロメラインはパイナップルにとって、何のためにあるのでしょうか。

同研究では豚肉に果物のすりおろしを加え、常温30分で生パイナップルとグリーンキウイが最もやわらかくなった[2]。考察として、酵素は高熱に弱く低温ではゆっくり働くこと、パイナップルを仕上げに入れれば熱が通らず酵素は残るが肉をやわらかくするには30分ほどかかることが挙げられた。ただし缶詰での変化のなさが熱によるのかどうかは、この実験の範囲では切り分けられていない。

「60℃以上で失活」と説明されることがある。しかし、市販の茎由来ブロメラインの仕様では、最適温度は60℃、最適pHは7付近とされる[3]。最適温度は酵素が最も速く働く温度であり、変性して失われる温度とは別の概念である。失活する温度は条件や由来(茎か果実か)、加熱時間で変わるため、何℃で必ず失活するとは書けない。

ここまでは、酵素を「人間が使う」側から見てきた。ではパイナップル自身にとって、この酵素は何なのか。

4. パイナップルは、なんの ために 酵素こうそを もって いるの?

4. 酵素と針状の結晶は、植物を虫やカビから守る働きをするのか

4. ブロメラインとラフィドの組み合わせ:植物の防御として何が分かっているか

パイナップルや キウイの なかには、とても ほそい 針はりのような 結晶けっしょう(ラフィド)が あります。

2014ねんに、日本の 研究けんきゅうチームが、キウイで この 針はりと 酵素こうそを いっしょに かいこの 幼虫ようちゅうに あたえる 実験じっけんを しました。すると、どちらか 1つだけの ときより、ずっと つよく 幼虫ようちゅうの せいちょうが おさえられました。針はりの かたちでは ない ものでは、おきませんでした[4]。

パイナップルにも、針はりと ブロメラインが あります。ただし、この 実験じっけんは かいこの 幼虫ようちゅうでの はなしで、人の した での 実験じっけんでは ありません。

また、ブロメラインには、植物しょくぶつの びょうきの もとに なる カビの せいちょうを おさえる はたらきが、しけんかんの なかで みつかって います[5]。

むしや カビから みを まもる どうぐ。それなら、ひとの した が ひりひり するのも、すこし うなずけます。では、この 酵素こうそは、ひとの くらしでは どう つかわれて いるのでしょう。

農業生物資源研究所(当時)の研究チームは2014年、キウイのラフィド(シュウ酸カルシウムの針状結晶)とシステインプロテアーゼ(タンパク質分解酵素)を組み合わせて、蚕の幼虫に与える実験を報告しました。両方がそろったときは、単独のときよりずっと強く成長が抑えられ、死亡率も上がりました。針の形ではないシュウ酸カルシウムでは、この効果は起きませんでした[4]。

論文は、パイナップルにもラフィドとシステインプロテアーゼのブロメラインがあることにふれています[4]。ただし、実験で調べたのはキウイと蚕の幼虫で、人の舌ではありません。

別の論文では、パイナップルの茎のブロメラインに、植物の病気の原因になるカビの成長を抑える働きがあると報告されています[5]。これも試験管の中での結果です。

これらから、ブロメラインはパイナップルが虫やカビに対して持つ防御の一つらしい、という見方ができます。ただし、「身を守るために進化した」と言い切れる資料はありません。

では、この酵素を、人間はどう使ってきたのでしょうか。

Konnoらの2014年の論文(PLoS ONE)は、キウイのラフィド(シュウ酸カルシウムの針状結晶)とシステインプロテアーゼが共存すると、蚕の幼虫の成長が単独のときよりはるかに強く抑えられ、死亡率も上がる相乗効果を報告した。針状でないシュウ酸カルシウムでは、この効果は見られなかった。論文はパイナップルでもラフィドとブロメラインが同じ場所にあることを述べている[4]。ただし実験はキウイ由来の材料を蚕の幼虫に与えたもので、パイナップルのブロメラインそのものや、人の舌への作用を直接示したものではない。

もう一つの手がかりは、茎のブロメラインが植物病原性のカビの成長を強く抑えるという報告である[5]。ただし試験管内の結果であり、これだけでは、パイナップルの体内でそれが主な防御かどうかは分からない。

これらを重ねると、ブロメラインは、針と組んで虫に、単独でカビに、それぞれ働く道具として見える。「進化の結果」と断定する根拠は、手元の資料にはない。

では、この酵素を人間はどう取り出し、何に使ってきたのか。

5. くきから とった 酵素こうそは、にくの こなと やけどの くすりに

5. 茎から取った酵素は、肉をやわらかくする粉と、やけどの薬になった

5. 茎由来のブロメラインの利用:肉の軟化剤と、欧州で承認されたやけど治療薬NexoBrid

ブロメラインは、パイナップルの くきと み に あります。くきは、しゅうかくの あとでも とりだしやすいので、お店で うる ブロメラインには、くきから つくる ものが おおいと いわれます[6]。にくを やわらかく する こなとしても つかわれて います。

2012ねん12がつ、ヨーロッパの くすりの やくしょ(EMA)は、くきの 酵素こうそから つくった「ネクソブリッド」を、くすりとして みとめました。皮膚ひふの やけどで かたく なった、しんだ ぶぶんを とりのぞく くすりです。せんもんの いりょうスタッフが つかい、皮膚ひふに 4じかん おきます[7]。

パイナップルを ぬる くすりでは ありません。いえで まねしては いけません。

この くすりの おおきな しらべでは、しゅじゅつで とりのぞく ひつようが あった きずは、ネクソブリッドで 106 のうち 16、ふつうの ちりょうで 88 のうち 55 でした。わりあいで いうと、15%ほどと 63%ほどです[7]。

した を ひりひり させる ちからの もとが、たんぱくしつを きる 酵素こうそ。その ちからを、やけどで かたく なった ところを とる くすりに つかって います。

ブロメラインはパイナップルの茎にも果実にもありますが、茎は収穫後も取り出しやすいため、市販のブロメラインには茎から作られるものが多いといわれます。肉をやわらかくする粉としても使われています[6]。

欧州医薬品庁(EMA)は2012年12月18日、パイナップルの茎から取ったブロメラインの濃縮物「NexoBrid」を、やけどで硬くなった死んだ組織(痂皮)を取り除く薬として承認しました。専門の医療者が使い、皮膚に4時間置きます[7]。パイナップルを皮膚に塗るものではなく、家庭で使うものでもありません。

入院患者156人の主な試験では、手術で痂皮を取る必要があった傷は、NexoBridの群で約15%(106か所中16)、標準治療の群で約63%(88か所中55)でした。割合は患者ではなく傷あたりで、約4分の1です[7]。

キッチンで舌をひりつかせる酵素が、手術で取る範囲を減らすための薬にもなったのです。

ブロメラインはパイナップルの茎と果実に含まれる。茎は収穫後に取り出しやすいため、商業用ブロメラインには茎から作られるものが多いとされ、肉をやわらかくする粉末としても使われる[6]。

この茎由来の酵素濃縮物は、医療でも使われる。欧州医薬品庁(EMA)は2012年12月18日、「NexoBrid」を、やけどで硬くなった死んだ組織(痂皮)を取り除く薬として承認した。ブロメラインを豊富に含むタンパク質分解酵素の濃縮物で、専門の医療者が使い、皮膚に4時間置く[7]。家庭用ではなく、パイナップルを塗るものでもない。

入院患者156人の主な試験では、手術で痂皮を取る必要があった傷は、NexoBrid群で約15%(106か所中16)、標準治療群で約63%(88か所中55)だった。割合は傷あたりであり、患者あたりではない。比で見ると、NexoBrid群は標準治療群の約4分の1である[7]。

舌をひりつかせる酵素が、手術の範囲を減らす薬の材料にもなった。同じ酵素が、台所、植物の防御、医療の場面に関わる。いずれも、たんぱく質を切る性質でつながる。

6. じぶんでも しらべて みたく なったら

6. 自分でも調べてみたくなったら

6. 自分でも調べてみたくなったら

おうちの ひとと やって みよう

ゼラチンで ゼリーを つくります(おゆを つかうので、おうちの ひとと いっしょに)。かたまったら、なまの パイナップルと かんづめを のせ、30ぷんごとに そっと かたむけて、ようすを ノートに かきます。かんさつした ゼリーは たべずに、かたづけます。した が ひりひりしたら、みずで ゆすぎます。

しらべる とき

東京都の じどう・せいと かがくてんの しりょうに、小学6ねんせいの 実験じっけんが のって います[2]。おうちの ひとと いっしょに よんで みましょう。

やってみよう(おうちの人と)

ゼラチンでゼリーを作ります(お湯を使うので、おうちの人と一緒に)。固まったら、生のパイナップルと缶詰をのせ、30分ごとにそっと傾けて、様子を記録します。観察したゼリーは食べずに片づけます。口がひりひりしたら水ですすぎます。

資料を読むなら

東京都の児童・生徒科学展の資料[2]に、この記事の元になった小学生の実験があります。EMAのNexoBridのページ[7]では、やけどの薬としての承認内容が読めます。英語の資料です。

自分で確かめるなら

家庭で、ゼラチンのゼリーに生のパイナップルと缶詰をのせ、時間ごとに傾けて崩れ方を記録できる。湯を使うため大人と作業し、観察したゼリーは食べずに処分する。同条件で複数回繰り返すと、一人の小学生の1回分の結果が再現できるかを確かめられる。

資料を読むなら

日本語で読める一次資料として、東京都の児童・生徒科学展の資料[2]がある。酵素データベースのExPASy[1]、キウイを使った論文[4]、EMAのNexoBrid評価報告[7]は英語である。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

本文で使った資料です。

  1. ExPASy ENZYME 3.4.22.32. https://enzyme.expasy.org/EC/3.4.22.32.txt (茎のブロメラインの登録)
  2. 東京都 児童・生徒科学展 令和3年度(品川区立第二延山小6年の研究). https://www.kyoiku.metro.tokyo.lg.jp/school/content/files/science_exhibition_r3/9.pdf (ゼリーと肉の実験、熱の考察)
  3. Megazyme: Bromelain from pineapple stems. https://www.megazyme.com/bromelain-from-pineapple-stems-ananas-comosus (最適温度とpH)
  4. Konno et al. 2014, PLoS ONE. https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0091341 (針状結晶と酵素の組み合わせ)
  5. Bromelain is an inhibitor of fungal plant pathogens(論文の情報ページ). https://investigadores.anid.cl/en/public_search/work?id=463330 (カビへの働き)
  6. Wikipedia: Bromelain. https://en.wikipedia.org/wiki/Bromelain (商業用の原料)
  7. EMA: NexoBrid EPAR. https://www.ema.europa.eu/en/medicines/human/EPAR/nexobrid (やけどの薬としての承認と試験)
  8. ナゾロジー. https://nazology.kusuguru.co.jp/archives/88356 (舌のひりひりの説明)

なおした ところ

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