11品種のリンゴ搾りかす：生物活性化合物の供給源を特定するためのアプローチ
CROP PRODUCTION
Bagaço de maçã de 11 cultivares.A pomace from Eleven cultivars: An approach to identify of bioactive compounds
Apple pomace from Eleven cultivars.An capartment: An capartment of bioactive compounds
Apple Pomace from eleven cultivars.Bagço de mascã de 11 cultivares: uma abordagem identificando fontes de compostos bioativos
Mariana Fátima Sato; Renato Giovanetti Vieira; Danianni Marinho Zardo; Leila Denise Falcão; Alessandro Nogueira; Gilvan Wosiacki*
Departamento de Engenharia de Alimentos, Setor de Ciências Agrárias e de Tecnologia, Universidade Estadual de Ponta Grossa, Av. Carlos Cavalcanti, 4748, 84030-900, Ponta Grossa, Paraná, Brazil
ABSTRACT
本研究では11品種の乾燥リンゴ果肉の組成を評価した． リンゴ果汁の乾燥工程は、オーブンのトレイに薄く広げながら作業を行った。 60℃の熱風循環式オーブンのトレイに薄く広げたリンゴ果汁の乾燥過程は3次の多項式傾向を示し、10時間後には平衡水分10％の製品は比色パラメーターにより均質な外観を示した。 脂質、タンパク質、総滴定酸、総還元糖、食物繊維、総フェノール化合物の含有量、および酸化活性に有意差があった。 食物繊維はペクチン35％、不溶性食物繊維65％であった。 Folin Ciocalteu試薬で測定され、カテキンとして表される総フェノール化合物の含有量は、乾燥リンゴかすの2.29から7.15 g kg-1に、総当量（TEAC）として表される抗酸化能は17.41から77.48 mMol g-1になる。 これら両品質要素の間には82％の相関が認められた。 主成分分析により、総フェノール化合物、抗酸化力、総繊維、総還元糖の効率が確立され、生物活性化合物の供給源として最適な品種群を特定することができた。 Cv. M-2/00は高い総フェノール化合物含有量と抗酸化力を示し、cv. Catarinaはペクチンの含有量が多く、cv. MRC 11/95、M-12/00、M-8/00、M6/00、M-11/00はリンゴ酸と全還元糖の含量が高いことがわかった。 他の品種は繊維、灰分、脂質の含有量が高い。
キーワード：乾燥リンゴ果肉、転化糖、食物繊維、総フェノール化合物、抗酸化力.
総まとめ
本研究では、11種の新品種について、リンゴの乾燥果汁の組成を決定した。 60℃に加熱した空気の対流式乾燥炉で薄層に配置したリンゴ果汁の乾燥は3次多項式傾向を示し、10時間後の製品は平衡水分10％を含み、測色パラメーターによれば均質な外観で、過熱を示すことはなかった。 分析したサンプルの脂質、リンゴ酸、総フェノール化合物、総還元糖、食物繊維の含有量には有意差があった。 食物繊維の内訳は、ペクチンが35％、不溶性食物繊維が65％であった。 Folin-Ciocalteu試薬で測定し、カテキンで表した総フェノール化合物の含有量（CFT）は、リンゴ果肉の2.29から7.15 g kg-1、総当量（TEAC）で表した抗酸化力は17.41から77.48 mMol g-1の範囲であった。 この2つの品質特性の間には、82％の相関が見られた。 主成分分析により、生物活性化合物の供給源としての修飾リンゴポマースサンプルにおける総フェノール化合物、抗酸化能、総繊維、総還元糖の有意性が確認された。 品種M-2/00はフェノール化合物と抗酸化力の含有量が高く、品種Catarinaはペクチンの含有量と関係が深いが、品種MRC 11/95, M-12/00, M-8/00, M6/00, M-11/00はリンゴ酸と総還元糖の含有量は高い。 他の品種は、繊維、灰分、脂質の含有量が高かった。
キーワード：乾燥リンゴ果肉、転化糖、食物繊維、総フェノール化合物、抗酸化力。
はじめに
従来のリンゴ収穫技術は、その廃棄が高価な環境問題を引き起こすため、ポマースを廃棄物として扱っていました。 しかし、リンゴの搾りかすは興味深い原料であり、潜在的な糖、食物繊維、ペクチン、およびフェノール源として大きな注目を集めている。 これらの製品は、医薬品、化粧品、食品産業において様々な用途に使用することができます。
ブラジルの商業用リンゴ生産は、わずか2品種をベースに、要求の厳しい国内の小売業者や、最近ではリンゴジュースやワイン業界に供給するために推進されました。 生産量の70%は自然界での消費用に商業化されており、30%は産業用果実と見なされている。 このうち3分の1は品質の劣る果実で、廃棄されるか、酢の発酵や蒸留飲料の製造に使用され、残りの3分の2はリンゴジュースの製造に使用できる果実である（WOSIACKI et al.、2002）。 後者のうち、75%は果汁またはマスト、25%は湿った搾りかすとなるが、現在では新世代の酵素を用いて、それぞれ91%および9%に変更する技術が開発されている（ISSENHUTH；SCHNEIDER、2008年）。
工業用リンゴかすは、リンゴ酒、ワイン、ブランデー、蒸留酒、ビネガー（SMOCK; NEUBERT, 1950）の搾りかす、および冷凍、缶詰、脱水、その他の加工の準工業プロセスで得られる残留表皮と内果皮の成分からなる（VIRK; SOGI, 2004）。 リンゴの搾りかすを乾燥させることは、体積を大幅に削減し、輸送コストを下げることができるため、安定化のための最も経済的な方法であると思われる。 60℃での乾燥収量は10時間で約50.0g kg-1となり、原料の5%に相当します。
乾燥したザクロの外観は、乾燥温度に依存します。 50〜60℃では酵素による褐変反応が促進され（WOSIACKI; SATAQUE, 1987）、90〜100℃ではメイラード反応が起こり、70〜80℃の範囲で得られた製品よりも黒っぽく見えるようになります。 しかし、ザラメの温度が上昇し始めたときを停止する基準とすると、その温度は52℃より高くなることはなく、最終製品の外観は均質になる傾向があります。
りんごの搾りかすの不安定性は、その物理化学的組成と植物組織の崩壊後に活性化する酵素の存在に関係している（ENDREB, 2000; KENNEDYら, 1999; SMOCK; NEUBERT, 1950)。 リンゴの搾りかすは、水分（76.3%）と乾燥固形分（23.7%）からなり、果肉と表皮（95.5%）、種子（4.1%）および茎（1.1%）から生成されます。 平均水分は80%で、全可溶性固形分の14%はグルコース、フルクトース、スクロースを含んでいる。 その組成は、リンゴの品種と加工に関連している(KENNEDY et al., 1999)。 食物繊維の含有量は11.6から44.5%で、セルロース（12.0から23.2%）、リグニン（6.4から19.0%）、ペクチン（3.5から18.0%）およびヘミセルロース（5.0から6.2%）から構成されています。 平均的な食物繊維（35.8%）と残糖（54.4%）でザクロの 91.2%を構成し、残りの成分はタンパク質、脂質、灰分である（CARSON et al.、1994）。 リンゴの搾りかす試料では、L=51.8, a=5.4, b=18.2 の色度特性が決定されている (SHUDA et AL., 2007)。
アスペルギルス・フォエティダスによるグルコシダーゼ生産のための栄養源として、アップルポーマスの利用がHang and Woodams（1994）によって提案されました。 その10年後、Schieberら（2004）は、ポリフェノール化合物の回収など、他の技術的な目的での利用を提案した。 また、ポマスはエタノール生産（PAGANINI et al., 2005）、香り、クエン酸、ペクチン、酵素、食物繊維や植物炭の抽出後のカビなどのバイオテクノロジーの用途にも推奨されている（TSURUMI et al., 2001）。
ふじとガラはブラジルで最も栽培されている品種ですが、酸味と総フェノール化合物レベルが低いため、工業用リンゴの品質基準には適合していません。 ブラジルでは工業的果樹園の実践が始まったばかりであり（WOSIACKI et al., 2007）、ジュースやワイン加工への有用性やその果汁など、新しい品種の可能性についての情報が必要である。 本研究の目的は、現在も農業研究が行われている11品種のリンゴの搾りかすの物理化学的組成と抗酸化力の特徴を明らかにし、リンゴジュース加工におけるこの重要な副産物に残存する生物活性化合物の最適な供給源を特定することであった。
材料と方法
選択したリンゴ品種のサンプル（10kg）は、Empresa de Pesquisa e Extensão Agropecuária de Santa Catarina – Estações Experimentais de Caçador e de São Joaquimから、コード化したcv. 1 (Catarina), cv. 2 (Joaquina), cv. 3 (M-11/00), cv. 4 (M-11/01), cv. 5 (M-11/00 AGR), cv. 6 (M-12/00), cv. 7 (M-13/00), cv. 8 (M-2/00), cv. 9 (M-6/00), cv. 10 (M-8/01) 及び cv. 11 (MRC-11/95) と呼ばれる。 化学製品は「プロ・アナリシス」（p.a.）品質であった。
方法
プロセス
縦型プレスで果汁を抽出後、りんご果肉を水道水（1：1：w：v）で一度洗い、860×gで完全に排水するまで家庭用小型装置で遠心分離をした。 次に、洗浄したリンゴ果汁を実験室のオーブンの6つのトレイのそれぞれに円形の竹製支持体に薄く広げ、60℃の循環空気下で放置して乾燥させた。 アップルポマースの温度と重量を1時間ごとにモニターし、温度の上昇または重量の安定によって乾燥工程の終了を判断した。 乾燥された製品は、ワーリングブレンダーで粉砕され、60MESH画分から皮、種および茎の断片を分離するためにふるいにかけられ、その後、さらなる分析のために密閉容器に22℃±3℃で保管された。
ペクチンの抽出は、Fertonaniら(2006)が以前に記載した手順に従い行った。 原料（10g）と400mLの水性HCl（100mM）の混合物を10分間煮沸し、氷浴で反応を停止した；スラリーをチーズ布を通して濾過し、アルコール（1：2：：v：v）を使用して透明抽出物からペクチンを沈殿させた。 チーズクロスで濾過し、50℃の乾燥熱風を循環させたオーブンで乾燥後、ペクチンをワーリングブレンダーでトリチュレートし、シリカゲルを入れたビニール袋に入れて22℃±3℃で保存し、さらなる分析に備えた。
分析
外観の評価は、Sony Cyber-shot 4.0を使用して、輝度（L *）と色座標（a *、b *）を測定するCIELAB法により測定した相対色属性を見て行いました。pH はデジタル pH メーター（Tecnal TEC3MP, Sao Paulo, Brazil）で測定し、pH 7.0 および 4.0 の標準溶液で校正した。 全可溶性固形分は屈折計を用いて20ºCで測定した。 水分およびミネラル含有量は、それぞれ105℃（一定値まで）および550℃での重量減少によって測定した（AOAC, 1998）。 脂質含量はソックスレーでヘキサンを用いて4時間抽出した後のサンプルの重量差として算出し、タンパク質含量は窒素含量と係数6.25を考慮して算出した（AOAC, 1998）。 還元糖および全還元糖は、塩酸で穏やかに加水分解した後、Nelson (1944) によって修正された Somogyi (1945) の古典的方法論によって測定し、グルコースとして g 100g-1 で表した。 スクロースは、全還元糖と還元糖の差として計算した。 グルコース含量はGODキット（AOAC, 1998）を用いてグルコン酸に酸化して測定し、フルクトース含量は還元糖とグルコースの差として計算した。 全酸度は0.1N NaOHによる滴定で測定し、0.64を換算係数としてリンゴ酸（g 100 g-1）として表した（AOAC, 1998）。 食物繊維は、市販の酵素でアミロリシスおよびプロテオリシスした後、重量法で測定した(AOAC, 1998)。 総フェノール化合物は、Singleton and Rossi (1965)に従ってFolin-Ciocalteu試薬で測定し、りんご果肉1kgあたりのカテキン当量mgで表示した。 抗酸化活性は、BenzieとStrain（1996）がPulidoら（2000）の修正を加えて記載したように実施したFerric Reducing Ability of Plasma（FRAP）アッセイによって決定された。
結果と考察
ザラメの脱水
リンゴザラメの乾燥速度論は以下のように3次または3次モデルに適合する。
Y = -a – x3 + b – X2 -c – x + d
ここで。
y＝総質量（キログラム）、x＝時間（時間）
60℃の加熱循環空気を備えた実験室の対流式乾燥機で標準的な条件で処理すると、4時間で50％の重量減少を確認できましたが、曲線が時間軸に対して漸近していることから10時間後に初めて重量が一定とみなされ、約10％の平衡湿度に到達しました。 この場合の脱水は、42℃前後の平衡温度に達するまでの加熱、一定温度での蒸発による乾燥、重量を一定に保ちながら循環する空気の温度に達するまでの加温の3段階からなる。 最後の工程は、温度に敏感な化合物の腐敗を避けるため、あるいは透明な製品をもたらす酸化反応を防止するために省略することが望ましい。 乾燥工程の製品は、ワーリングブレンダーで粉砕した後、60MESHで篩い分けできる粉末であり、密閉容器に22℃±3℃で保存すれば安定である。
図1Aは、60℃の等温線が時間軸に漸近していることからわかるように、りんごポマースの乾燥を3次の多項式モデルとして示しています。 最初の4時間で50%の重量が失われ、理論的には15時間必要ですが、10時間で12%の平衡水分が得られ、中断することができ、過熱を避けることができます。 また、リンゴの搾りかすの温度は、全乾燥工程で45℃に達することはありませんでした。 図1Bは前式の一次微分で、水分蒸発による重量減少の速度を表し、式を負にしたものです。図1Cは時間軸を横切る直線減速で、より正確に15時間よりやや長い工程の終了を表しています。 Wang et al. (2002)は、薄層リンゴの熱風乾燥に関する数学モデルを探して、対流式空気乾燥機で75、85、97、105℃のプロセスを薄層10mmの厚さで研究しました。 温度を上げると乾燥工程が速くなり、乾燥時間が短くなるため、著者らは全工程の長さを決定しましたが、それは今回報告されたものと同様です。
図2は色パラメーターに関連する乾燥アップルポマースサンプルの結果で、すべての製品の均質性が容易に見て取れます。 この比色分析は、温度ストレスによる腐敗を避けるために、乾燥工程を実施したときの製品の外観特性を判断するために行われたものです。 空気温度は60℃、搾汁温度は42.5℃であり、この条件下で製品の明度は0〜100のスケールで56〜63、平均は59.7±2.93%であり、均質な乾燥リンゴ搾汁群であることがわかる。 すべての測色パラメータの変動係数が低いことから、すべてのサンプルは同じ乾燥手順により確かに類似した外観を持ち、組成の均質性を示唆していることがわかります。 Shuda et al. (2007)は、異なる数値で、研究した品種の間でより多くの違いを見出した。 最終的な外観に影響を与える要因として、少なくとも品種自身と採用した乾燥工程の2つがあることを強調しなければならない。
物理化学的組成と抗酸化活性
表1は、乾燥リンゴかすに見られる主成分の組成を、乾燥リンゴかすと比較して示している。 湿らせたリンゴ果汁と比較して、湿度、脂質含量、リンゴ酸において、ANOVAを用いて計算した両者の有意差（それぞれFcal/Ftab = 21.50, 1.68 and 90.36）
水分（平均11.43％）は微生物的安定性を保つのに十分低い値です。 22ºC±3ºCで1年間保存した後、微生物負荷は実験開始時と同じで、連邦法で定められた制限値よりも低くなっています。 Smock and Neubert (1950) は、米国で通常見られる湿度として 11.00 から 12.50 g 100 g -1 の範囲を挙げている。 Shuda ら（2007）は、インドにおける市販の乾燥リンゴかすの特徴について述べており、その湿度値は 10.80 ± 0.03 g 100 g-1 であったという。
我々の研究では、灰分画分は1.84 g 100 g-1の平均濃度で現れる。 Smock and Neubert (1950) は 2.11～3.50 g 100 g-1、Cho and Hwang (2000) は 0.56 g 100 g-1）、Teixeira et al (2007) は 0.56 G 100 G-1で同様の結果を報告している。
脂質含有量は平均1.72 g 100 g-1で、他の著者が報告した3.01から4.70 g 100 g-1 (SMOCK; NEUBERT, 1950; CHO; HWANG, 2000; SHUDA et al.)より低い結果であった。 2007). 脂質画分における最も可能性の高い変動要因は種子組成であり、その範囲は 2.20 から 4.40 g 100 g-1 である (CARSON et al., 1994; KENNEDY et al., 1999)。
タンパク質含量に関して、我々のサンプルは3.75から4.65 g 100 g-1の範囲であり、Shudaら（2007）が見出した平均2.06 g 100 g-1より高いが、Smock and Neubert（1950）が報告した4.45 to 5.67 g 100 g-1 rangeとCho and Hwang（2000）の11.40 g 100 g-1 より低い値である。 リンゴの搾りかすに含まれるタンパク質は、安定した製品を得るためのSaccharomyces cerevisiaeによる発酵のための原料として、あるいはオーク樽での蒸留アルコールの熟成に使用する可能性につながります（PAGANINI et al.、2005）。
リンゴ酸は、様々な量でザクロに存在する成分であり、この変動は検出方法の精度によって増幅される。 リンゴ酸は、人間の腸の蠕動運動に関与する機能性化合物です。 ザクロに含まれる量は平均して1.08 g 100 g-1で、これはリンゴジュースに含まれる量よりも多い。 リンゴ酸は、甘いリンゴジュースと酸っぱいリンゴジュースや商業・工業用果物を区別する品質指標でもあり、一般的には4.5 g L-1を基準としてカットオフの役割を果たし、濃縮リンゴジュースの価格にある程度の影響を与える（HALBWARE-PRISNOTIERUNG、2007）。
我々の研究で検出された平均総ポリフェノール量は4620 mg kg-1で、平均抗酸化活性は36.69 mMol g-1でした。 これらのデータについて、R2 = 0.82 は、リンゴのしぼりかすに残っているポリフェノール化合物が抗酸化活性と高い相関関係があることを明らかにしています。 総フェノール化合物プロファイルがより均質であれば、さらに高い相関性が見出されるはずであった。 リンゴの表皮には、アントシアニンのような多くのポリフェノール化合物が存在し、果実を剥ぐと（SMOCK; NEUBERT, 1950）、これらの生理活性化合物は失われてしまう。 これらの表皮化合物は果肉よりも高い生理活性を示すことがよく知られている（WOLFEら、2003）。
表2は、リンゴの搾りかすに含まれる糖分と食物繊維の含有量を示している。 ポマース中の糖度は平均して40g 100g-1であった。 糖度を測定するためには、まずザクロを水道水で洗い、水分の蒸発を妨げるような層ができないようにし、水分の多い乾燥ザクロを避ける必要がある。 ザクロを水洗いすることで乾燥が促進され、安定したザクロを得ることができる。 糖度については、品種間で差があった。 リンゴジュースには通常、「転化糖」と呼ばれる単糖が存在し、グルコース：フルクトース：スクロースの比率は1.00：3.51：1.64だが（WOSIACKI et al, 2007）、これらのザラメでは比率が異なっていることがわかった。 果糖は依然として優勢な糖であるが、平均的な糖の比率は、グルコース：果糖：スクロース 1.00：1.43：0.56 であった。 リンゴの搾りかすに含まれる「還元糖」または「転化糖」の総量とその抽出のしやすさから、この原料を使用して天然甘味料を得ることが可能であることがわかる。
水溶性繊維と不溶性繊維の両方を含む食物繊維画分は、33.40 g 100 g-1 から 51.85 g 100 g-1 の値で、不均一であると考えられ、品種間で有意差があった（Fcal/Fta bは3.2340）。 Shuda ら（2007）の研究では、食物繊維は 51.10 g 100 g-1 で、不溶性食物繊維は 36.50 g 100 g-1 、水溶性食物繊維は 14.60 g 100 g-1 であったと報告している。
食物繊維を多く含む食品の魅力は、食物繊維がコレステロールの腸肝循環に関与し、血中コレステロール値の低下に寄与するという生理学的観察に基づいています。したがって、リンゴよりも食物繊維が濃縮されているリンゴポマースはさらに魅力的な食品と言えるでしょう。
ミネラル、脂質、タンパク質などの微量化合物は、様々な品種の間で比較的均質である（p < 0.05）。 主要化合物は，Fcal/Ftab比を正確に定量しなくても，様々な品種で異なるレベルで存在した。 これらの違いは，全糖（グルコース，フルクトース，スクロース），ペクチンなどの消化性繊維にみられたが，デンプンやタンパク質にはみられなかった。
図3は10種類のリンゴポマースの物理化学的プロファイルを主成分分析（PCA）した結果である。 PCAは相関行列で行われた。 第1因子×第2因子の軸は、データ間の全分散の57.00%を説明し、第1因子は全分散の32.40%、第2因子は24.60%を表す。
りんご品種の得点は、これらの最初の2成分とオーバーレイローディング（元の変数のPC空間での位置）に基づいている。 因子座標から、脂質と総繊維は第1因子と強い正相関があり、抗酸化活性、TPC、タンパク質は第1因子と強い負相関があることがわかった。 因子2は、リンゴ酸とタンパク質の変数の間の全体的な対立を示し、それぞれ強く正と負の相関がある。 因子2は、総糖とペクチン変数と強い正の相関があった。 これらの事例を2軸に投影すると、M-2/00品種はTPCと抗酸化性で高い値を示すようである。cv.1はペクチンとより相関し、cv.11, cv.6, cv.10, cv.9, cv.3 品種はリンゴ酸と全糖の変数で高い値を示し、ホアキナ, M-11/01 と M-13/00 は全繊維、灰汁と脂質の値が高いようであった。
結論
60℃で乾燥したアップルポマースは平衡水分が10％である。 微量成分（ミネラル、脂質、タンパク質、総ポリフェノール）および主要成分（リンゴ酸、転化糖、食物繊維）を定量したところ、リンゴ酸、転化糖、食物繊維含量に関して試料間で有意差が見られた（p＜7931＞0.05）。 また、ポリフェノール化合物は抗酸化活性と高い相関があることがわかった。 リンゴの搾りかすは、機能性食品産業にとって潜在的に興味深い化合物の供給源である。 PCAの結果、異なる品種のリンゴの搾りかすは、物理化学的組成と抗酸化活性によって区別できることが示された。
謝辞
著者らは、インフラ、助成金、リンゴ品種について、ポンタ・グロッサ州立大学、CNPq、CAPES、Empresa de Pesquisa e Extensão Agropecuária de Santa Catarina Estações Experimentais de Caçador e de São Joaquimに感謝の意を表した。
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2007年10月22日受理。
2008年4月30日受理.
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