植物のミカタ

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米ぬか嫌気ボカシ肥の発酵中、表面に白い箇所が出現後、一部が赤色に変化。生成AIによると、カロテノイドを合成する酵母やフザリウム属の菌が原因の可能性。ボカシ肥の良し悪しは香りで判断できるが、確認時の酸素流入を避けるため、現時点では臭いを確認しない。

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食品添加物は、自然毒から身を守るために重要な役割を果たしている。特に、致死レベルのボツリヌス菌の毒素を回避する亜硝酸ナトリウムは、人類の知恵の結晶とも言える。添加物について学ぶため、小学生高学年向けに「食品添加物キャラクター図鑑」を読むのがおすすめ。意外な化合物が添加物として使われていることに驚き、添加物に対する認識が深まるはず。大量の食塩摂取による健康被害を、添加物で回避できるのもメリット。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の表面に白い箇所が発生。酵母か放線菌の可能性があり、酵母なら膜状、放線菌なら粉状になる。写真から粉っぽく見えるため放線菌かもしれないが、表面は酸素が残りやすく酵母の可能性も否定できない。今後の変化を観察する。

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米ぬか嫌気ボカシ肥にEFポリマーを加えることで、EFポリマー由来のペクチンからメタノールが生成される可能性がある。このメタノールが酪酸とエステル化し、リンゴやパイナップルの香りの酪酸メチルが合成される可能性がある。酪酸メチルを合成する菌として酵母が考えられる。メタノールは大量摂取で失明の危険性があるが、ボカシ肥作りでは揮発するため過度な心配は不要。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りに、高吸水性樹脂EFポリマー（主成分:ペクチン）を新たに加えました。嫌気環境下でペクチンが分解される際、クロストリジウム属の細菌が関与する可能性があり、その過程でメタノールが生成されることがあります。このメタノールが、カルボン酸と反応して香り化合物を生成するのではないかと考察しています。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の発酵が進むと褐色化するのはメイラード反応による。米ぬかのデンプンとタンパク質が分解され、グルコースとアミノ酸が生成。これらが結合しシッフ塩基を経てアマドリ化合物となり、最終的に褐色のメラノイジンが生成される。この反応は腐植酸の形成にも重要である。

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米ぬか嫌気ボカシ肥の失敗サイン、今回はアンモニア。米ぬかのタンパク質が嫌気環境でアミノ酸に分解され、水分が多いと脱アミノ反応でアンモニアが発生。酵母がアンモニアを利用できれば問題ないが、水分管理が悪いと腐敗菌が活発になりアンモニアが蓄積。ただし、この反応で水分は消費される。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作り失敗時の悪臭は、アンモニア、硫化水素、酪酸などが原因。特に酪酸は、通常酵母と結合して良い香りの酪酸エチルになるが、水分過多で酪酸菌が優勢になると酪酸が過剰に生成され悪臭となる。水分量の調整が、酪酸菌の活性を抑え、失敗を防ぐ鍵となる。

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米ぬか嫌気ボカシ肥作りは、酵母・乳酸菌・酪酸菌の働きを利用します。成功のサインは、酪酸エチルによる甘い香り。これは、酵母が生成したエタノールと乳酸菌・酪酸菌が生成した酪酸が、酵母のエステル合成酵素によって結合した際に生まれます。この反応では水も生成され、酪酸菌は嫌気性のため密封が重要です。

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シイタケとトリコデルマの競合において、無機窒素（硫安）添加でトリコデルマが優位になるのは、トリコデルマが無機窒素（アンモニウムイオン、硝酸）をアミノ酸合成に利用できるため。生成AIによれば、トリコデルマはアンモニウムイオンをGDH/GS-GOGAT経路でアミノ酸に同化でき、硝酸も利用可能だが、アンモニア還元が必要で効率は低い。他の真菌も無機窒素を利用できるのかを知りたい。

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シイタケ菌が分泌する直鎖アルコールとは、炭素が鎖状に連なり、末端にヒドロキシ基を持つ脂肪族アルコール（H3C-(CH2)n-CH2-OH）のこと。炭素数が増えるほど水に溶けにくくなり、沸点・融点が高くなるなどの特徴がある。シイタケ菌が脂肪酸から直鎖アルコールを合成すると思われるが、硫安の添加によりトリコデルマが優位になる理由は不明。

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シイタケの香り成分「レンチオニン」は硫黄を多く含む特殊な構造を持ち、人体に良い効果がある。記事では、このレンチオニンに注目し、硫黄過剰な土壌の解決策になる可能性に言及。ただし、シイタケ菌が栽培土壌で都合良く作用するかどうかは疑問が残ると指摘している。

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シイタケ栽培において、トリコデルマというカビが天敵。培地に糖が多いとシイタケが優位になるが、硫安が多いとトリコデルマが優位になる。これはシイタケ菌がトリコデルマを阻害する直鎖アルコールを合成するため。糖が多いと直鎖アルコールを多く合成できる。硫安がトリコデルマ優位にする理由は、直鎖アルコールの合成酵素に影響するか、直接無効化するかのどちらかだと推測。

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黒麹菌の一種である*Aspergillus niger*はオクラトキシンを合成する可能性があるが、焼酎製造に使われる*A. awamori*や*A. kawachi*といった黒麹菌は基本的にオクラトキシンを合成しない。ただし、*A. awamori*の一部にはオクラトキシンを合成するものが存在する。黒麹菌の誕生過程においては、オクラトキシンが混入していた可能性も考えられる。

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コウジカビが作るカビ毒、オクラトキシンについて調査。アフラトキシンを作るフラバスとオリゼーの関係から、味噌への混入の可能性を検討した流れで、他のマイコトキシンを調べてみた。オクラトキシンはオクラセウスやニゲル（黒麹菌）が生成し、ニゲルは酢の醸造に使われることから、酢のマイコトキシン問題も深掘りすることでコウジカビへの理解を深めたい。

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アフラトキシンは自然環境下で無毒化される可能性があり、Geminiによると酸化反応（過酸化水素による分解）と生物学的分解（特定の細菌や真菌による分解）が考えられる。特に、微生物が産生するラッカーゼやペルオキシダーゼなどの酵素がアフラトキシンを分解する可能性がある。白色腐朽菌と過酸化水素の関係から、味噌や醤油の発酵過程で過酸化水素が発生し、アフラトキシンが無毒化されるのかが疑問点として挙げられている。

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コウジカビ（オリゼー）は、毒素を出すフラバスを家畜化したもの。フラバスはアフラトキシンという有害なカビ毒を作る。オリゼーをどうやって得たのか？ 元々フラバスで味噌を作っていたのか、自然界にオリゼーがいたのか？ もし発酵過程でアフラトキシンが無毒化されるなら、その反応を知りたい。

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デオキシニバレノールはフザリウム属菌が生成するマイコトキシンで、真核生物の60Sリボソームに結合しタンパク質合成を阻害します。この阻害はリボトキシックストレス応答を引き起こし、セロトニン合成量の低下を招きます。セロトニン低下は食欲不振や体重減少を引き起こし、生活に支障をきたすほど深刻な症状に繋がる可能性があります。コムギのフザリウム感染リスクを減らすために殺菌剤の使用も検討されます。

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フザリウム属のカビが作るマイコトキシンの一種、デオキシニバレノールについて解説。これは作物（コムギ赤さび病の原因）と人体に有害で、セロトニンの合成に影響を及ぼす可能性がある。デオキシニバレノールはグルクロン酸化で無毒化される。

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生成AIが提示したカビ臭物質「2-メチルイソボルネオール」について解説。これは藍藻類が生成する物質で、フザリウム属の糸状菌由来の臭気とは異なる可能性が高い。しかし、カビ臭の一種として知識をストックしておくことに意義があると述べている。

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フザリウム属の糸状菌を培養すると独特の臭いがあるという話を聞き、カビ臭について調査。ゲオスミンという降雨後の地面の匂いを持つ化合物が見つかった。しかし、フザリウムがゲオスミンを合成するかは不明。フザリウムが合成する臭気は別のものと考えられる。

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衣用の薄力粉に卵を混ぜるのは、卵のタンパク質が加熱により凝固し、材料同士を繋ぎ止める役割を期待するから。小麦粉のグルテンも同様の効果があるが、卵白の方がより強く凝固する。パンのクラムの気泡はグルテンが引き伸ばされた特性を示す一方、卵白は加熱でガチガチに固まる。この凝固時の硬さをイメージすることで、衣の中でタンパク質がどのように繋ぎの役割を果たすのかが理解しやすくなる。

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フライドチキンの衣は、片栗粉のみだと揚げたては美味しいが冷めると食感が落ちやすい。一方、薄力粉のみだと冷めても比較的美味しい。これは、片栗粉の衣はデンプンの硬化で多孔質になるのに対し、薄力粉はグルテンが網目状の構造を作り、食感の変化を抑えるため。弁当に入れる場合など、冷めても美味しく食べたいならグルテンを含む薄力粉を多く配合するのが良い。

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揚げ物の衣に使われる薄力粉はタンパク質（グルテン）が少なく、主成分はデンプン。薄力粉に片栗粉を混ぜると、片栗粉のデンプンがグルテンの網目構造を弱め、食感が変化する。薄力粉のデンプンがグルテンを覆うイメージで、デンプンの塊にグルテンが入り込んだ状態と捉えられる。

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揚げ物の衣のサクサク感は、デンプンの糊化と硬化が重要。糊化は、デンプンが加熱で水分を含み膨張する現象。揚げると水分が蒸発して多孔質になる。同時に、デンプン分子が再び結合しようとする力が働き、多孔質でありながら硬い状態になる。この相反する状態が、サクサクとした食感を生み出す。

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揚げ物の衣を理解するには、デンプンの糊化が重要です。デンプンはグルコースが連なった構造で、加熱すると水素結合が切れ、水が入り込んで膨らみます（糊化）。この状態で油で揚げると水分が蒸発し、多孔質の構造ができます。これが衣のサクサク感に関わる一方で、デンプンの硬化も重要な要素であり、詳細は次回の記事で解説されます。

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骨無しフライドチキンの衣の謎を解くため、身近な唐揚げを例に考察を始める。唐揚げの衣は薄力粉と片栗粉が一般的だが、まずは薄力粉について深堀り。薄力粉は小麦粉の一種で、タンパク質（グルテン）含有量が8.5%以下のものを指す。製粉時にどうやってタンパク含量を調整しているのか、小麦の品種や産地が関係するのかなど、農学的な疑問が湧いてきた。

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漫画の影響で「ファミチキ」に興味を持った家族の話。妻がネットで見つけたレシピでファミチキを再現し、その美味しさに驚く。ファミチキが骨無しフライドチキンというジャンルだと知り、ファミリーマートの謳い文句にある「衣」に注目。衣の秘密を探るため、科学的な視点で料理を解説する漫画「ヤンキー君と科学ごはん」を参考にすることにした。

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バイオ炭は炭化温度で性質が変わり、低温炭化ではカルボキシ基やフェノール性水酸基などの酸性官能基が多く、pHが低くなる傾向があります。高温炭化では、酸性官能基が減り、窒素や酸素含有官能基、炭素表面のπ電子といった塩基性官能基が増え、pHが高くなります。特に塩基性官能基は陰イオンを吸着する特性があり、土壌のAECを高める効果が期待できます。

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鶏糞炭化における有機態リン酸の変化に着目。特にフィチン酸の炭化過程を調査。Geminiによると、脱水反応、脱リン酸化反応、開環・縮合反応を経て炭化が進み、リン酸ガスが発生する可能性も。リン酸の気化は資源問題に繋がるため注意が必要だが、鶏糞中の未消化リンカルは残りやすい。

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植物繊維の炭化は、まず脱水反応で水分が放出され、次に分解反応で糖の鎖が切断されて低分子化合物が生成・揮発します。二酸化炭素やギ酸などが放出された後、リグニン等と反応し、タールや炭化水素類などの揮発性有機化合物が大量に放出され、炭素同士の結合が進む過程です。

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タンパク質の炭化は、熱により脱水、分解、揮発を経て、最終的に炭素含有率の高い固体が生成される反応です。タンパク質はアミノ酸に分解され、さらに低分子化。芳香族アミノ酸のベンゼン環が残り、エーテル結合構造の一部となる可能性があります。窒素はアンモニアなどのガス状化合物として放出されます。

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もみ殻燻炭の土作りへの影響を考察。炭化の過程で、もみ殻に含まれるリグニンの構成要素であるモノリグノール同士がラジカルカップリングなどの反応を起こし、重合して巨大化する。保肥力は期待薄だが、保水性はあり、イオン化した金属を保持する可能性。炭素埋没には有効で、メタン発生は起こりにくいと考えられる。ポリフェノールも同様の反応を起こし、より複雑な構造を形成する。

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もみ殻燻炭の土作りへの有効性を検証。栽培者は腐植酸に似た成分を求めており、その基となるリグニンやポリフェノールがもみ殻に含まれているか調査。農研機構の研究で、もみ殻からリグニンとポリフェノールが抽出できることが判明。今後は、炭化によってこれらの成分がどう変化するかを把握する必要がある。

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家畜糞の臭気成分トリメチルアミンは、酸化によりジメチルアミン、メチルアミンを経てアンモニアへと分解される。それぞれの過程でメチル基(-CH3)が外れ、最終的にアンモニア(NH3)となる。アンモニアは硝化され硝酸となり土壌に留まるため、トリメチルアミンは揮発または硝酸に変化することで臭いが消える。

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家畜糞の臭気成分トリメチルアミンは、刺激臭があり肥料利用時に問題となる。切り返しによる自然減に加え、酸化反応を抑制したい。穏やかな酸化剤（過酸化水素）と反応させると、トリメチルアミン-N-オキシド（無臭、揮発性）に変化する。これにより臭気を低減できる。今後は、トリメチルアミンの分解について検討する。

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家畜糞に含まれる臭気成分トリメチルアミンは魚臭が特徴。肥料として使用した場合の植物への影響は不明だが、人体には刺激性がある。刺激性の原因は今後調査予定。

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家畜糞の臭気成分メチルメルカプタンは、施肥時に根を傷める要因となる。Wikipediaによると、乳酸菌や真菌が含硫アミノ酸のメチオニンからメチルメルカプタンを合成する。家畜糞からの発生は、腸内細菌か発酵初期の真菌が関与していると考えられる。メチルメルカプタンは揮発し続けるため、硫黄が失われるのは避けられない。

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排出直後の家畜糞には、インドールに加え、刺激性のあるメチルメルカプタンや硫化水素といった臭気成分が含まれる。特にメチルメルカプタンは殺虫剤の原料にもなるため、植物の根を傷める可能性がある。家畜糞の熟成時の切り返しは、これらの揮発性物質をガス抜きする重要な作業と言える。

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排出直後の家畜糞に含まれるスカトールは植物の根を傷つける可能性がある。家畜糞を熟成させるとスカトールは酸化され、メチル基が開裂しアンモニアが外れる。最終的には二酸化炭素、水、アンモニアなどの無機物へと無機化されるため、熟成によってスカトールは消失すると考えられる。

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排出直後の家畜糞に含まれる臭い成分（スカトール等）が、肥料として使用時に植物の根や葉を傷める要因になる可能性について考察しています。一般的な原因とされるガスやpHだけでなく、スカトール自体が植物に影響を与える可能性に着目。AIへの質問から、スカトールが皮膚に炎症を引き起こす可能性があることが示唆され、その原因が自動酸化による酸化生成物であることから、植物への悪影響も考えられると結論付けています。

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魚粉にイノシン酸が豊富なのは、魚の死後に筋肉中のATPが分解されて生成されるため。生きている魚にはほとんど存在しない。さらに、魚粉の製造過程である乾燥で水分が蒸発し、イノシン酸が濃縮されることも理由。野菜やキノコでイノシン酸の話題を聞かないのは、生成過程が異なるためと考えられる。

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漫画「ヤンキー君と科学ごはん」で旨味成分の相乗効果に触発され、キノコに豊富なグアニル酸に疑問を持った筆者。グアニル酸はDNAやRNAの主要化合物であるグアノシン三リン酸(GTP)由来だが、なぜキノコに多いのか？Geminiに質問したところ、キノコはRNAを多く含み、乾燥過程でRNAが分解されグアニル酸の前駆体が生成されるためと回答があった。細胞密度や分裂速度からRNA量が多い可能性が考えられ、旨味成分の豊富さに納得した。

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葉緑素のヘムが窒素肥料の有機態窒素になるかを探る過程で、ヘムからステルコビリンへの分解経路を検討。今回は、その過程で生成されるウロビリノーゲンが酸化されてウロビリンになる点に着目。ウロビリンの構造から、ポリフェノールやモノリグノールとの反応可能性を推測し、有機物分解における光分解や酸化の重要性を強調している。

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葉緑素が窒素肥料になるかを検討。前回、ヘムからビリルビンへの変化を見た。今回は、ビリルビンが腸内細菌（土壌菌も同様と仮定）によってウロビリノーゲン、ステルコビリンへと変化する過程を紹介。しかし、ステルコビリン以降、有機態窒素として利用される過程の情報は見つからなかった。

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葉緑素中の窒素が有機態窒素肥料として機能するのかを、ヘムをモデルに考察。ヘムは土壌微生物に取り込まれ、ヘムオキシゲナーゼによって分解され、ビリベルジン、更にビリルビンへと変化する。この過程で窒素はアンモニア態や硝酸態に変換されるか否かが焦点だが、ビリルビンまでは有機態窒素として存在すると考えられる。つまり、葉緑素由来の窒素は、微生物に利用され分解される過程で、PEONのような有機態窒素肥料として機能する可能性がある。

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クチナシの果実から抽出される色素には、黄色と青色がある。青色色素ゲニポシドは、加水分解またはβ-グルコシダーゼ処理によって赤色のゲニポシド酸に変化する。クチナシは黄色、青色、赤色の三原色をすべて生成できるため、様々な色の表現が可能となる。人体への影響は今後の調査が必要だが、黄色のカロテノイドは安全と考えられる。