植物のミカタ

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EFポリマーは食品残渣由来の土壌改良材で、高い保水性を持ち、砂地や塩類集積土壌に有効。吸水すると粒状になり、堆肥と混ぜると保水性を高める。更に、重粘土質の土壌に添加すると団粒構造を形成し、通気性・通水性を向上させる効果も確認された。植物繊維が主原料のため、土壌微生物により分解されるが、腐植と併用することで団粒構造への取り込みが期待される。緑肥播種前の施肥も有効。二酸化炭素埋没効果も期待できる、画期的な土壌改良材。

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腸内細菌が食物繊維などを分解して産生する短鎖脂肪酸（酪酸、プロピオン酸、酢酸など）が注目されている。特に酪酸は、無菌マウス実験でうつ様症状を改善する効果が報告されている。つまり、酪酸は単なるエネルギー源ではなく、何らかのシグナル機能を持つと考えられる。ただし、過剰摂取は免疫系への悪影響も報告されており、適量の摂取が重要となる。その他、プロピオン酸や酢酸は食欲や肥満への関与も示唆されている。

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ポリフェノールは腸内細菌叢で代謝され、最終的に単純な有機酸となる。ケルセチンを例に挙げると、フロログルシノールと3-(3,4-ヒドロキシフェニル)-プロピオン酸に分解され、それぞれ酪酸・酢酸と4-ヒドロキシ馬尿酸へと変化する。4-ヒドロキシ馬尿酸生成過程ではアミノ酸抱合が関わっていると考えられる。この代謝経路は土壌中での分解と類似すると推測される。ポリフェノール豊富な飼料を家畜に与えると糞中ポリフェノールは減少し、土壌改良効果も低下するため、ポリフェノールを含む食品残渣は直接堆肥化するのが望ましい。

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キレート作用を持つ有機酸について解説。アスコルビン酸(ビタミンC)のキレート能は限定的。キレート作用で有名なEDTAはカルボキシ基が金属イオンと結合する。キレート作用を持つ有機酸として、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、シュウ酸、フマル酸、コハク酸などが挙げられ、これらは複数個のカルボキシ基を持つ。アスコルビン酸も挙げられるが、キレート能は低い。比較的低分子で複数個のカルボキシ基を持つことがキレート作用を持つ有機酸の特徴と言える。

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日本化学会近畿支部が実施した実験によると、10円硬貨を酢酸に浸したところ、緑青が除去され、ピカピカになった。しかし、黒ずんだ箇所は残った。他の液体では、塩酸で黒ずみが除去されたが、10円硬貨が溶解した。また、アンモニア水で緑青が除去され、アルミニウムの輝きが戻った。これらの結果は、緑青を含む10円硬貨の表面状態が異なることを示唆しており、最適な洗浄方法を選択することが重要であることを明らかにしている。

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銅などの金属は酸と反応して溶ける。この反応では、金属の表面の金属イオンが溶液中の酸と反応して、金属イオンの水和物（水に囲まれたイオン）となり、溶液中に放出される。一方、酸は水素イオンを失い、溶液中の水和水素イオンとなる。金属イオンと水和水素イオンが反応して、水素ガスを発生させる。この反応は、金属の表面に凸凹を作ったり、穴を開けたりするため、金属を溶かす。また、酸が濃ければ金属が溶ける速度も速くなる。

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スダチは酢橘と漢字で書き、古くから酢の原料として利用されてきた。クエン酸を多く含み、酢酸は少ない。スダチチンというポリメトキシフラボンと呼ばれる成分が機能性を有することが判明。スダチチンはタチバナのノビレチンと構造が類似しており、両者の近縁性が示唆される。スダチも古代史では「非時香菓（ときじくのかくのこのみ）」に該当する可能性がある。

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哺乳類の大便の臭い成分は、スカトールやインドールなどのインドール環を含む化合物です。これらは、セロトニンやメラトニンのような神経伝達物質の代謝産物であると考えられています。インドールは、白色腐朽菌（キノコ）によって分解が促進されることが知られています。

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ケトン体は、脂肪酸から生成されるアセト酢酸、3-ヒドロキシ酪酸、アセトンの総称です。 糖質制限などでブドウ糖が不足すると、脂肪酸が分解されてアセチルCoAが生成されますが、クエン酸回路が十分に回らないため、余剰のアセチルCoAからケトン体が作られます。 ケトン体は脳関門を通過し、脳のエネルギー源として利用されます。 ただし、ケトン体が増えすぎると血液が酸性になり（ケトアシドーシス）、疲労感や体調不良を引き起こす可能性があります。 ケトン体はあくまで緊急時のエネルギー源であり、過度な糖質制限は避けるべきです。

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クレアチンは、グリシンとアルギニンから合成される非必須アミノ酸で、無酸素運動のエネルギー供給に重要な役割を果たします。クレアチンの合成は腎臓と肝臓で行われ、筋肉組織に貯蔵されます。休息時には、筋肉組織でATPを用いてクレアチンリン酸が合成され、無酸素運動時にエネルギー源として利用されます。クレアチンリン酸は、筋肉中に貯蔵されたクレアチンとATPから合成され、無酸素運動の初期段階でエネルギーを供給します。つまり、クレアチンは、短時間・高強度の運動時に重要なエネルギー源となる物質です。

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サンショウの実の香りの主成分はd-リモネンと酢酸ゲラニルで、どちらもテルペノイドに属する。リモネンはミカン科のサンショウに含まれることは納得できる。テルペノイドはカロテノイド合成に関連しており、サンショウはカロテノイドも豊富に含むと推測される。先駆植物であるサンショウは、強光下で活性酸素の発生を抑えるキサントフィルサイクルのためにカロテノイドを蓄えている可能性がある。葉の表面のツヤではなく、カロテノイドで過剰な光エネルギーに対処していると考えられる。香りの良い葉にも注目することで、更なる発見があるかもしれない。

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クエン酸散布による食味向上効果は、土壌鉱物の違いにより地域差が生じる。火山灰土壌のように鉱物が未風化で粘性が低い土壌では、クエン酸散布によりミネラルが溶脱しやすく効果が出やすい。一方、鳥取砂丘のような深成岩由来で石英が多い土壌では、クエン酸によるミネラル溶脱はほとんど期待できず、pH低下を招き逆効果になる可能性もある。つまり、有機酸散布による微量要素溶脱による秀品率向上は、土壌の特性を考慮せず万能的に適用できるものではなく、地域差を踏まえた判断が必要である。

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クエン酸溶液散布による作物の発根促進や食味向上効果について、土壌への影響を懸念する内容です。クエン酸は土壌中の金属系ミネラルを溶かし出し、植物の成長を促進しますが、同時に土壌中のカリや微量要素などの有限な資源を枯渇させる可能性があります。また、粘土鉱物の構造変化も引き起こす可能性も懸念されます。クエン酸散布は一時的な効果は期待できるものの、長期的には土壌の劣化につながり、持続可能な農業に悪影響を与える可能性があるため、安易な使用は避けるべきだと主張しています。土壌の適切な管理と持続可能性を重視した上で、クエン酸散布の利用を慎重に検討する必要性を訴えています。

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酸性土壌では、アルミニウムイオンが溶け出し、植物に有害となる。しかし、ある種の植物は、このアルミニウムを体内に取り込み無毒化したり、土壌中の有機酸とアルミニウムが結合することで無毒化する戦略を持つ。具体的には、クエン酸やリンゴ酸などの有機酸を根から分泌し、アルミニウムとキレート錯体を形成するか、アルミニウムイオンと腐植が結合し、植物への吸収を抑制する。これらのメカニズムにより、植物はアルミニウム毒性から身を守り、酸性土壌でも生育することが可能となる。

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粘土鉱物を肥料として活用する目的は腐植蓄積だが、粘土鉱物と腐植の繋がりは疑問が残る。2:1型粘土鉱物は正電荷が少ないため、有機物とのイオン結合による蓄積モデルでは説明が不十分。しかし、現実には2:1型粘土鉱物投入で土壌改良効果が見られる。これはAl由来の正電荷以外の結合機構を示唆する。ヒントとして、カオリン鉱物と酢酸カリウムの水素結合、スメクタイトとアルキルアンモニウムの正電荷による結合が挙げられる。腐植蓄積にはこれら以外のメカニズムが関与していると考えられ、特定の肥料と現象がその鍵を握る可能性がある。

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著者は、菌根菌の活性に関連するラウリン酸を含む植物性物質を探している。ウイスキーの熟成に関する文献で、発酵モロミや蒸留液にラウリン酸が含まれることを発見した。ウイスキーのフルーティーな香りはラウリン酸に由来し、原料の大麦麦芽、ピート、発酵に関与する土着菌がラウリン酸の供給源と考えられる。今後は、ウイスキー製造過程を調査し、ラウリン酸が豊富な原料や微生物を特定することで、菌根菌活性化のための堆肥づくりに役立てたいと考えている。

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カプサイシンはトウガラシの辛味成分で、バニリルアミンと分岐脂肪酸がアミド結合した構造を持つ。辛味度はスコビル単位で表され、純粋なカプサイシンは1600万単位と非常に高い。人体への作用は、TRPV1受容体を活性化し、熱さや痛みを感じさせる。また、内臓脂肪の燃焼促進や食欲抑制、血行促進などの効果も報告されている。しかし、過剰摂取は胃腸障害を引き起こす可能性がある。農林水産省はカプサイシンを含むトウガラシの適切な利用と注意喚起を促している。

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米ぬかボカシ肥は、米ぬかと水、発酵促進剤を混ぜて発酵させた肥料。発酵促進剤には、ヨーグルトや納豆、ドライイーストなどが使われ、それぞれ乳酸菌、納豆菌、酵母菌が米ぬかの分解を促す。発酵により、植物の生育に必要な栄養素が吸収しやすい形になり、土壌改良効果も期待できる。 作成時は材料を混ぜて袋に入れ、発酵熱で高温になるが、数日で温度が下がれば完成。好気性発酵のため毎日かき混ぜ、水分調整も重要。完成したボカシ肥は、肥料として土に混ぜ込んだり、水で薄めて液肥として使う。

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塩化石灰(CaCl₂)と過酸化水素の混用は、塩素ガス発生の可能性があり危険です。塩化石灰溶液中の塩素イオンが塩酸のように働き、過酸化水素と反応するためです。しかし、通常の農業用途では濃度が低いため、過剰な心配は不要です。とはいえ、曝露リスクを減らすには、ギ酸カルシウム肥料が推奨されます。ギ酸と過酸化水素は反応して過ギ酸を生成しますが、これはWikipediaによると殺菌力が高い一方で毒性はありません。ギ酸カルシウムは塩化石灰や硫酸石灰ほど水に溶けやすいわけではありませんが、混用による不安を解消できます。ただし、ギ酸自体にも毒性があるので、使用時は用量を守ることが重要です。

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酸素供給剤（過酸化水素水）と水溶性カルシウム剤の混用について、硫酸カルシウムとの反応を中心に解説している。過酸化水素は活性酸素で、触媒があると水と酸素に分解する。しかし、鉄イオンなど電子を受け渡ししやすい物質と反応すると、より強力な活性酸素が発生する。硫酸カルシウムは水溶液中でカルシウムイオンと硫酸イオンに解離する。硫酸と過酸化水素は反応して過硫酸という強力な酸化剤になる。これはピラニア溶液と呼ばれ、有機物を除去する作用がある。肥料として使う場合は濃度が薄いため、過度の心配は無用だが、塩化カルシウムとの反応については次回解説する。硫酸マグネシウムも同様の反応を示す。

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この記事では、乳酸菌の発酵メカニズムに着目し、健康効果への影響を考察する。乳酸菌は、大きく分けてホモ型乳酸発酵とヘテロ型乳酸発酵（タイプ1とタイプ2）を行う。ホモ型はグルコースから乳酸のみを生成する一方、ヘテロ型タイプ1は乳酸、エタノール、二酸化炭素を、タイプ2は乳酸と酢酸を生成する。ヨーグルトで有名なブルガリア菌（植物性乳酸菌）はホモ型、すぐき漬けに利用されるラブレ菌（植物性乳酸菌）はヘテロ型で発酵する。食品の甘味や酸味の差は、これらの発酵様式の差異に起因すると考えられる。この発酵メカニズムの違いが、乳酸菌摂取による健康効果にどう影響するのか、今後の考察に期待が寄せられる。

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海苔のビタミンB12含有量の違いに興味を持った著者は、ビタミンB12産生菌について調査。論文検索で*Propionibacterium freudenreichii*と*Pseudomonas denitrificans*という2種の細菌を発見した。後者は脱窒菌として知られる。前者は土壌細菌で、エメンタールチーズの穴を作る際に働く。エメンタールチーズにもビタミンB12が含まれることから、*P. freudenreichii*由来の可能性が示唆されるが、確証は得られていない。

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ヘアリーベッチの土壌消毒効果のメカニズムを探るため、その根から分泌されるシアナミドの作用機序に着目。シアナミドは石灰窒素の有効成分で、人体ではアルデヒドデヒドロゲナーゼを阻害し、アセトアルデヒドの蓄積による悪酔いを引き起こす。アセトアルデヒドはDNAと結合し、タンパク質合成を阻害することで毒性を発揮する。この作用は菌類にも影響を及ぼし、土壌消毒効果につながると考えられる。

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大雨は河川を通じて土壌中の有機物を海底へ運び、炭素を固定する役割を持つ。土壌中の有機物は海底の嫌気的環境でバクテリアやメタン生成アーキアによってメタンに変換される。この過程で二酸化炭素は減少し、酸素が増加する。生成されたメタンは海底の低温高圧環境下でメタンハイドレートとなる。つまり、雨は大気中の二酸化炭素濃度調整に寄与していると言える。一方、現代社会では大雨による水害が増加傾向にある。これは大気中の二酸化炭素濃度調整のための雨の役割と関連付けられる可能性があり、今後の水害増加に備えた対策が必要となる。

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バリダマイシンAは、糸状菌の細胞壁合成を阻害する抗生物質農薬で、うどんこ病に高い効果を示す。耐性菌出現リスクが低いとされ、有機JASで使用可能なため注目されている。しかし、うどんこ病菌の細胞壁合成に関わる酵素の遺伝子に変異が生じると抵抗性を獲得してしまう。そこで、バリダマイシンAと他の作用機構を持つ農薬を組み合わせることで、耐性菌出現リスクを低減し、持続的な防除効果を目指す研究が進められている。他の農薬との混合散布やローテーション散布は、うどんこ病の防除において重要な戦略となる。

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この記事は、アミノ酸の理解を深めるための新たな視点を提供する書籍「アミノ酸 タンパク質と生命活動の化学」を紹介しています。著者は薬学の専門家で、アミノ酸を薬の前駆体として捉え、トリプトファンからオーキシンが合成される過程などを解説しています。この視点により、アミノ酸の側鎖の重要性や、カルボニル基やアミノ基の存在による酸性・塩基性の理解が容易になります。著者は、この本と「星屑から生まれた世界」を併せて読むことで、生物への理解が深まると述べています。

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植物ホルモンのエチレン合成に関わるメチオニンとシアン化水素の無毒化に関わるシステインの生合成経路を辿ると、両者ともアスパラギン酸を起点としていることがわかる。 メチオニンはアスパラギン酸とシステインから、システインはメチオニンとセリンから合成される。さらにセリンもアスパラギン酸から派生する。アスパラギン酸自体は、光合成産物であるオキサロ酢酸とグルタミン酸から生合成されるため、これらのアミノ酸は全て光合成産物に由来する。アスパラギン酸は様々なアミノ酸合成の起点となる重要な物質である。

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植物ホルモン、オーキシン(IAA)はトリプトファンから合成され、その量の調節にはアミノ酸が関わる。IAAはアスパラギン酸、グルタミン酸、アラニン、ロイシンなどのアミノ酸と結合し、不活性化される。この「結合型IAA」はオーキシンの貯蔵形態と考えられ、必要に応じて加水分解され再び活性型IAAとなる。アセチル化もオーキシンの活性に影響する。つまり、アミノ酸はオーキシンと結合することでその作用を抑制し、植物におけるオーキシン活性を調節する役割を担っている。

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植物と土壌微生物は共生関係にあり、互いに利益を与え合っている。植物は光合成産物を微生物に提供し、微生物は植物が必要とする栄養素を供給する。特に、植物の根圏は微生物の活動が活発な場所で、植物は根から分泌物を出して特定の微生物を集め、独自の微生物叢を形成する。窒素固定細菌は空気中の窒素を植物が利用できる形に変換し、菌根菌はリン酸などの栄養吸収を助ける。また、植物成長促進根圏細菌(PGPR)は植物ホルモンを産生したり、病原菌から植物を守ったりするなど、様々な形で植物の成長を促進する。このように、植物と土壌微生物の相互作用は植物の生育に不可欠である。

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この記事では、乳酸菌がγ-アミノ酪酸(GABA)を生成するメカニズムと、その生理活性について解説しています。千枚漬けからGABA高生産性乳酸菌が発見され、グルタミン酸ナトリウム存在下でGABAを大量に生成することが示されました。GABAはグルタミン酸デカルボキシラーゼ(GAD)によりグルタミン酸から合成され、この酵素はビタミンB6の活性型を補酵素として利用します。GADは人体にも存在し、神経伝達物質としてGABAが機能しています。食品中のGABAはリラックス効果を期待して添加される例が増えており、糠漬けにも含まれる可能性があります。GABAがそのまま神経に到達するかは不明ですが、前駆体であるグルタミン酸は旨味成分として重要です。乳酸菌自身にとってGABAがどのような役割を果たしているかは、今後の研究課題となっています。

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植物の茎が折れると、折れた部分から不定根が生える。これは、茎の先端で生成されるオーキシンが関係している。オーキシンは茎の伸長を制御し、先端に近いほど高濃度で伸長を促進、離れるほど抑制する。茎が水平になると、オーキシンは下側に集まり、下側の伸長は抑制され、上側は通常通り伸長することで茎は上向きに曲がる。同時に、オーキシンが抑制的に働く部分では側根と不定根の発生が促進されるため、折れた茎の下側から不定根が生える。

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植物は光合成で得た糖を分解し、クエン酸回路の中間体である有機酸に、硝酸から還元したアミノ基(-NH₂)を付加することでアミノ酸を合成する。グルタミン酸はα-ケトグルタル酸に、アスパラギン酸はオキサロ酢酸に、アラニンはピルビン酸に、それぞれアミノ基が付加されて生成される。グルタミン酸は、アスパラギン酸とアラニンの合成にも関与する重要なアミノ酸である。植物がアミノ酸を直接吸収できれば、硝酸還元と糖分解の過程を省略できる。動物もアミノ基があれば有機酸からアミノ酸を合成できるが、必須アミノ酸は体内で合成できないか、合成量が不足するため、食物から摂取する必要がある。グルタミン酸は旨味成分としても重要である。

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解糖系で生成されたピルビン酸は、ミトコンドリア内でクエン酸回路に入り、電子を放出する。この回路では、ケトグルタル酸など様々な有機酸を経由し、NADH₂⁺の形で電子を取り出す。ケトグルタル酸は植物のアミノ酸合成にも利用される物質である。つまり、植物はクエン酸回路で生成される有機酸をアミノ酸合成にも活用している。そのため、糖をアミノ酸合成に利用する植物にとって、アミノ酸を直接吸収する能力は大きなメリットとなる。

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土壌のCEC測定では酢酸アンモニウムで土壌中のミネラルをアンモニウムと交換する。しかし、硫安（硫酸アンモニウム）のような強酸塩を施肥すると、CEC測定以上のミネラルが交換され、苦土などの養分が溶脱する可能性がある。肥料偽装で革粉の代わりに硫安を使用していた事例では、残留性だけでなくミネラルの効きも弱まり、野菜の品質低下を招いていた可能性がある。つまり、アンモニア態窒素肥料は土壌への影響を考慮し、施肥する必要がある。

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土壌のCEC（陽イオン交換容量）測定は、土壌が保持できる養分の量を測る方法です。まず酢酸アンモニウムで土壌中の陽イオンをアンモニウムイオンに置換し、エタノールで洗浄後、塩化カリウムでアンモニウムイオンを溶出させます。この溶出したアンモニウムイオン量を測定することで、土壌のCEC、つまりマイナスの電荷量を間接的に測ることができます。測定単位はmeq（ミリイクイバレント）で、イオンの電荷数を示します。

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土壌中のカルシウム測定法は、酢酸アンモニウムで交換性石灰を抽出し、OCPC試薬で発色させ、吸光度を測定する。これは主に炭酸石灰やリン酸石灰由来のカルシウムを捉える。しかし、土壌劣化の原因となる硫酸カルシウムは難溶性のため、この方法では測定できない。農学的に「水溶性」とされるカルシウム塩も、化学的には難溶性であるため、土壌中の全カルシウム量を把握するには不十分。つまり、土壌分析の数値だけで判断せず、土壌の状態をよく観察することが重要である。石灰資材の過剰施用は土壌硬化や養分バランスの崩壊を招くため、注意が必要。

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キレート作用とは、EDTAのような物質が金属イオンを挟み込むように結合する現象である。実験では、ミネラルの影響を受けやすい酵素反応において、EDTAを添加することでミネラルを捕捉し、影響を抑制する目的で利用される。同様に、植物も根からキレート物質を分泌し、ミネラルを吸収しやすくしている。フィチン酸も強いキレート作用を持つが、栄養吸収の阻害となるため、フィターゼ酵素によってキレート部分を分解することでリン酸の利用を可能にしている。