リンゴの「シャキッ」、モモの「とろける」、ナシの「みずみずしい」、バナナの「ねっとり」。果実の食感は、単なる硬さの違いではありません。噛んだときに細胞が破れるのか、細胞同士がはがれるのか、細胞内の水がどのくらい保たれているのかによって、口の中で感じる質感が変わります。
なぜ果実の食感は、細胞壁・細胞接着・膨圧の壊れ方で変わるのでしょうか。結論から言えば、果肉は細胞壁で囲まれた多数の細胞が中層で接着し、その内部を水分による膨圧が張らせた組織であり、噛んだときに「細胞壁が破断するか」「細胞同士が分離するか」「膨圧がどれだけ残っているか」の組み合わせで、 crisp、mealy、melting、juicy など異なる食感が生まれるからです。
本稿では「なぜ果実には硬さがあるのか」という一般的な硬度の原因ではなく、食べたときに組織がどのように壊れるかという力学的な仕組みに焦点を当てます。
果肉は「細胞壁の箱」に水の入った細胞が詰まった組織
植物細胞は、外側を細胞壁で囲まれています。細胞の内部には大きな液胞があり、水や糖、有機酸などが含まれています。
水が細胞内へ入ると、細胞膜は細胞壁の内側へ押し付けられます。この力が膨圧です。細胞壁が膨圧に耐えることで、細胞は張りを保ちます。
果肉は、このような細胞が多数集まった組織です。そのため、果実の食感は「細胞壁の強さ」と「細胞の張り」と「細胞同士のつながり」が重なって決まります。
細胞壁は噛んだときの抵抗をつくる
細胞壁の主要成分にはセルロース、ヘミセルロース、ペクチンなどがあります。
セルロース微繊維は骨組みとなり、ヘミセルロースやペクチンがその周囲を埋めて、細胞壁全体の強さと柔軟性を調節します。
噛む、切る、押すといった力が加わると、細胞壁は変形し、一定以上の力で破断します。このときの抵抗が、硬さや歯ごたえの一部になります。
細胞同士をつなぐ中層が「はがれやすさ」を決める
隣り合う植物細胞の間には中層があり、ペクチンを多く含みます。
中層の接着が強いと、噛んだときに細胞同士が簡単には離れません。組織へ加わった力は細胞壁へ集中し、細胞そのものが破れやすくなります。
逆に、中層のペクチンが大きく変化して細胞接着が弱くなると、細胞壁を破る前に細胞同士がはがれます。
この「破れるか、はがれるか」が、果実食感の違いを生む重要な分岐です。
シャキッとした食感では、細胞が破れて果汁が出る
リンゴなどの crisp な果実では、細胞同士の接着が比較的強く保たれています。
噛むと、隣り合う細胞が簡単には分離しないため、力が細胞壁へかかります。やがて細胞壁が破断すると、細胞内の液体が一気に外へ出ます。
このときの急な破断と果汁放出が、シャキッとした感覚やジューシーさにつながります。
リンゴ研究では、細胞間接着が強い果肉ほど破断面で細胞破裂が多く、接着が弱い果肉では細胞分離が増えることが示されています。
「粉っぽい」食感では、細胞が破れずにばらける
リンゴで見られる mealy、いわゆる粉質・ぼけた食感では、細胞同士の接着が弱くなっています。
噛んだとき、細胞壁を破るほど大きな力がかかる前に、中層から細胞同士が分離します。
細胞が破れにくいため、細胞内の果汁も一気には出ません。その結果、口の中では水分が少なく、粉っぽく、もそもそした感覚になりやすくなります。
つまり、「柔らかい＝ジューシー」とは限りません。細胞が壊れるのか、細胞のまとまりがほどけるのかによって、同じ低硬度でも食感は大きく異なります。
モモの「とろける」食感も細胞分離と細胞壁軟化が関係する
完熟したモモでは、成熟に伴って細胞壁多糖が再編され、中層の接着も弱くなります。
そのため、強く噛み砕かなくても果肉組織が崩れやすくなり、口の中でなめらかにほどける「melting」な食感が生まれます。
モモではペクチンやヘミセルロースの変化、細胞壁関連酵素の働きが軟化に関与します。
一方、硬肉タイプでは成熟しても軟化が比較的小さく、同じモモでも組織の壊れ方が異なります。
膨圧が高いと細胞は張り、破断時の勢いが大きくなる
膨圧は、細胞内の水が細胞壁を内側から押す力です。
十分な膨圧がある細胞は、張った風船のような状態です。噛んで細胞壁が破れると、内部の液体が放出されやすく、ジューシーさや crispness に寄与します。
反対に、水分が失われて膨圧が低下すると、細胞はしなびて変形しやすくなります。細胞壁が残っていても、押したときの抵抗や破裂感は弱くなります。
このため、保存中の水分損失だけでも果実の食感は変化します。
硬さと食感は同じものではない
果実の硬度は、一定の棒を押し込む力などで測ることができます。しかし、人が感じる食感は一つの硬度値だけでは表せません。
食感には、硬さ、弾力、破断感、ジューシーさ、粉質感、粘り、なめらかさ、皮の噛み切りやすさなど複数の要素があります。
同じ程度の硬度でも、細胞間接着が強い果実と弱い果実では、噛んだときの壊れ方が違います。
したがって「硬いか柔らかいか」だけでなく、「どこが最初に壊れるか」を見ることが重要です。
細胞の大きさと形も壊れ方に影響する
果肉細胞の大きさや形は、果実によって異なります。
大きな細胞は、一つが破れたときに放出する液体量も多くなります。一方、小さな細胞が密に詰まった組織では、同じ体積でも破断面に現れる細胞数が増えます。
細長い細胞、丸い細胞、細胞間隙が多い組織などでは、力の伝わり方も違います。
そのため、果実の食感は細胞壁成分だけでなく、組織の幾何学的な構造にも左右されます。
細胞間隙が多いと、組織の力学特性が変わる
果肉には細胞だけでなく、細胞と細胞の間に空気の入った細胞間隙があります。
細胞間隙が多いと、組織全体の密度が下がり、圧縮したときに空間がつぶれる余地が増えます。
リンゴでは、細胞接着、細胞密度、細胞間隙の量の違いが、 crispness や粉質感と関係することが報告されています。
果肉の食感は、細胞そのものだけでなく、細胞がどのくらい密に詰まっているかにも影響されます。
ペクチンは「硬さ」より細胞接着に強く関わる場合がある
ペクチンは果実軟化の代表的な成分として知られていますが、単純に「ペクチンが減ると柔らかくなる」と説明するのは不十分です。
ペクチンは一次細胞壁にも存在しますが、とくに中層で細胞同士の接着に重要です。
ペクチンの分子量、メチル化状態、カルシウムとの架橋、側鎖構造が変わると、細胞接着の強さが変化します。
その結果、組織が破断時に「細胞破壊型」から「細胞分離型」へ変わり、食感も crisp から mealy や melting へ変化することがあります。
カルシウムは細胞間接着を補強することがある
カルシウムは、脱メチル化されたペクチン鎖の間を橋渡しし、ゲル状の構造を安定化させることがあります。
このため、果実組織のカルシウム状態は細胞壁の力学特性や細胞間接着へ影響します。
ただし、果実の食感をカルシウム量だけで予測することはできません。ペクチン構造、細胞壁酵素、成熟段階、水分状態などが同時に影響するためです。
セルロースやヘミセルロースは「壁そのものの破れにくさ」に関わる
セルロース微繊維とヘミセルロースのネットワークは、細胞壁の骨格を支えます。
この構造が強いと、細胞壁は破断しにくく、噛んだときに大きな力が必要になります。
ニホンナシの研究では、品種間の肉質差に細胞壁成分の量が関係し、セルロースやリグニンを含む細胞壁成分が成熟期の硬度へ影響することが示されています。
ブドウでも、果皮・果肉の細胞壁成分の違いが、硬さや皮ごとの食べやすさへ影響することが報告されています。
成熟すると「どこが壊れやすいか」が変わる
未熟果では、細胞壁も中層も比較的強く、膨圧も高いことが多いため、組織全体が硬く保たれます。
成熟が進むと、ペクチンの可溶化や側鎖の変化、ヘミセルロースの再編成、細胞壁関連酵素の作用などが進みます。
その結果、細胞壁の強度低下、細胞間接着の低下、膨圧低下がそれぞれ異なる割合で進みます。
どの要素が先に大きく変わるかによって、柔らかくなった後の食感が変わります。
同じ「柔らかい」でも、バナナとマンゴーでは壊れ方が違う
バナナとマンゴーはどちらも熟すと柔らかくなりますが、口の中の感触は同じではありません。
研究では、バナナでは分離した細胞表面に中層由来成分が残りやすい一方、マンゴーでは細胞分離時に細胞が破れる例が見られ、細胞表面の性質や摩擦特性も異なることが示されています。
つまり、「柔らかい」という共通の結果でも、細胞壁・中層・細胞形状の違いによって、ねっとり、なめらか、粉質など異なる口当たりが生まれます。
果汁が多いことと、ジューシーに感じることは同じではない
果実内に水分が多くても、細胞が破れなければ口の中で果汁が急に広がりません。
反対に、細胞接着が強く、噛んだときに多数の細胞が一気に破れる果実では、内部の液体が瞬間的に放出され、強いジューシーさを感じます。
このため、ジューシーさは含水率だけでなく、破断時にどれだけ細胞内液が放出されるかという組織破壊様式によって決まります。
果皮と果肉の接着も食べやすさを左右する
ブドウなどでは、果肉の硬さだけでなく、果皮と果肉がどれだけ強く接着しているかも食感へ影響します。
果皮が厚く、果肉との接着が強いと、皮ごと噛んだときの抵抗が大きくなります。
植物成長調節剤処理によって果皮・果肉の細胞壁成分や接着力が変わり、皮ごとの食べやすさが変化する例も報告されています。
果実全体のテクスチャーは、果肉だけでなく、果皮と果肉の境界の力学特性も含んでいます。
保存中の水分損失は膨圧を下げ、食感を鈍くする
収穫後、果実は蒸散によって少しずつ水分を失います。
水分が減ると膨圧が低下し、細胞は張りを失います。すると同じ細胞壁構造でも、噛んだときの破裂感や crispness が弱くなります。
さらに保存中には細胞壁代謝も進むため、膨圧低下と細胞壁・中層の変化が重なって食感が変わります。
低温保存は食感変化を遅らせるが、果実によって限界がある
低温では、細胞壁関連酵素や呼吸など多くの代謝反応が遅くなります。そのため、適切な低温・湿度管理は軟化や膨圧低下を遅らせます。
ただし、低温に弱い果実では低温障害が起こり、細胞膜や細胞壁の正常な機能が乱れることがあります。
食感を保つには、単に低温にすればよいのではなく、果実ごとの適温で水分と代謝の両方を管理する必要があります。
食感を測るには複数の試験を組み合わせる
果実テクスチャーの測定には、貫入試験、圧縮試験、引張試験、せん断試験、音響測定などがあります。
貫入試験は硬度を評価できますが、それだけでは細胞破壊型か細胞分離型かを完全には区別できません。
破断面を顕微鏡で観察したり、果汁放出量、音、摩擦、細胞間接着力などを測ることで、食感の違いをより詳しく評価できます。
品種改良では「硬い」だけでなく「壊れ方」も重要
輸送に耐える硬い果実でも、食べたときに粉っぽければ好まれない場合があります。
反対に、非常にジューシーでも柔らかすぎる果実は流通中に傷みやすくなります。
そのため品種改良では、硬度だけでなく、細胞壁の強さ、細胞間接着、膨圧保持、果汁放出、皮の噛み切りやすさなど複数の形質を組み合わせる必要があります。
おいしい食感は、単純に「硬い・柔らかい」の中間ではなく、組織が望ましい順序で壊れることによって生まれます。
まとめ
果実の食感が細胞壁・細胞接着・膨圧の壊れ方で変わるのは、果肉が「細胞壁で囲まれた水分の多い細胞が、中層でつながった組織」だからです。
細胞間接着が強いまま細胞壁が破れると、果汁が一気に放出され、シャキッとしたジューシーな食感になりやすくなります。反対に中層が先に弱くなり、細胞が破れずに分離すると、粉質・もそもそした食感になりやすくなります。
さらに膨圧、細胞の大きさ、細胞間隙、果皮と果肉の接着、セルロース・ヘミセルロース・ペクチンの状態が、組織の壊れ方を調整します。
果実の食感は、どれだけ硬いかだけではなく、「噛んだときにどこが最初に壊れ、細胞が破れるのか分離するのか、果汁がどう放出されるのか」という組織破壊の様式によって決まるのです。
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参考資料
- 立石亮「果実の成長や軟化に伴う細胞壁の構造変化に対するβ-ガラクトシダーゼとα-アラビノフラノシダーゼの関与」Journal of the Japanese Society for Horticultural Science
- Jiang Mingfengほか「ニホンナシ果実における細胞壁成分が品種間肉質に及ぼす影響」農業生産技術管理学会誌
- Fruit softening and pectin disassembly: an overview of nanostructural pectin modifications assessed by atomic force microscopy
- Cell wall structures leading to cultivar differences in softening rates develop early during apple fruit growth
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