第49回入賞作品 中学校の部
文部科学大臣奨励賞

湯むきの科学 -トマトの皮はなぜ湯むきできるのか?-

文部科学大臣奨励賞

千葉県千葉市立緑町科学部中学校2年・1年 
加藤 丈 他6名
  • 千葉県千葉市立緑町科学部中学校2年・1年 
    加藤 丈 他6名
  • 第49回入賞作品
    中学校の部
    文部科学大臣奨励賞

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研究の動機

 科学部員がテーマを探し、1,200点から5点にしぼった中で最も興味を引いたのが「トマトの皮はどうして湯むきをすることができるのか」だった。湯むきは、包丁で皮をむくよりも美味しい部分が無駄にならず、簡単に皮がむける。なぜお湯にくぐらせるだけで、皮がむけやすくなるのか。湯むきをすることで、どんな変化が起きているのか。トマト以外の野菜や果物ではできないのか。追究することにした。

研究の目的
トマトの皮は実際に湯むきができるのか。他の野菜や果物では湯むきはできないのかを調査する。
トマトの皮は、なぜ湯むきができるのか。お湯にくぐらせることで、どのような変化があるのか。他の野菜や果物との比較、新鮮な状態と湯にくぐらせた後での比較などを通じて、湯むきができる理由を明らかにする。
研究の仮説
トマトの湯むきは、実際に料理の調理法として用いられている。このことからトマトは湯むきすることができる。
トマトを湯むきすると、皮が縮んでいるように見える。これは細胞に何らかの変化があるか、トマトに含まれる水分や栄養分などが抜けてしまっているからだ。
トマトが湯むきできるのは、実の部分と皮の部分の細胞の大きさに差があるか、変化が生じたからだ。
トマト以外にも湯むきができる野菜や果物はあり、それにはトマトと何らかの共通点がある。
調査Ⅰ:トマトとは…

(1)トマトについての文献調査
(2)栽培しているトマトについての観察

調査Ⅱ:湯むきとは…

(1)湯むきの方法についての文献調査
  「湯むき」とは、材料に熱湯をかけたり、熱湯の中にくぐらせて外皮を取りやすくすることをいう。主にトマトに用いられる方法で、ヘタを取り、上部の皮目に十文字の切れ目を入れ、熱湯にサッとくぐらせた(湯通しした)あと、冷水で冷やすと、表皮がやけどしたような状態になって、はがれやすくなり、きれいにむける。加熱することで皮が縮んでめくれるため、むきやすくなる。トマトはヘタの所をフォークなどに刺して熱湯にくぐらせてから、湯むきをするとよい。少量のトマトを湯むきしたいときは、フォークに刺して、ガスの火で皮をあぶり、すぐに水に取り、皮をむく方法もある。トマトを冷凍庫で凍らせて、凍ったトマトをそのまま水道水で洗うと、あっという間に皮にひびが入って、きれいにむける。

観察Ⅰ:トマトの観察(フレッシュVS湯むき)

《目的》

新鮮(フレッシュ)なトマトと湯通しした(湯むき)トマトで、どのような変化があるのかを顕微鏡で観察する。

《方法》

上部の皮目に十文字の切り込みを入れた2個のトマトのうち、1個はそのまま、もう1個は沸騰した湯に通した後、冷水で冷やす。2個のトマトの皮や皮付近を、カミソリの刃でできるだけ薄く切り、それぞれのプレパラートを顕微鏡で観察する。

《結果》

フレッシュトマト:実の中間部分の細胞は、皮の部分の細胞の2倍の大きさがある。実の内部から外側に向かうにつれて、少しずつ細胞が小さくなっている。細胞は全体的に丸みを帯びた細長い形をしている。場所によっては、球のようなかなり丸みが強い細胞も見られた。特に果実の内部に多い。

湯むきトマト:
細胞は、フレッシュトマトに比べてかなり小さかった。皮の部分の細胞は、実の部分の細胞に比べてやや小さく密集していて、縮んだ小さな層状になっていた。実は全体的にヌメヌメしていて、手で持つと滑る。上部に入れた十文字の切り込みがヘタの方向に少し伸びてきた。冷水につけると、切り込みを入れた皮の部分から裂けてきた。

《考察》

フレッシュ、湯むきトマトともに、実の外側から内部に向かって、少しずつ細胞が大きくなっていた。その大きさの変化は「皮のすぐ下の細胞→中間の細胞」で2倍、「中間の細胞→内部の細胞」では1.5倍になる。これは細胞が果実の内部から外部に向かって成長していくためと考えられる。
  フレッシュトマトと湯むきトマトでは、細胞の大きさに大きな差が見られた。湯むきによって皮の細胞は縮み、実の細胞は全体で5分の1近くも縮んでいた。

 湯むき後に見られた実の表面のヌルヌルは、お湯をくぐらせている時に、トマト内部の成分が表面に出てしまったのか、高温のために皮の細胞に何らかの変化が起こった可能性がある。この成分によって皮が滑りやすくなり、湯むきを助けた可能性もある。
 湯通しによって、十文字の切り込みがヘタの方に少し伸びたのは、トマト内部の細胞に何らかの力が加わって皮が裂けてきたものか、皮に変化が起きたものと考えられる。

《結論》

湯むきにより、皮の細胞も実の細胞も縮む。縮み方は、皮よりも実の方が数倍大きい。湯むき後、皮をむいた実の表面にヌルヌルとした物質が生じる。湯通しする作業、冷水につける作業のどちらにも、湯むきをする上で重要な役割がある。

観察Ⅱ:トマトの湯むき―湯通し時間を変えた場合

《目的》

湯むきの2つの作業「お湯に通す」「冷水につける」のうち、皮をむきやすくするのはどちらか。まずは湯通し時間を変えることで「お湯に通す」ことの影響を調べる。

《方法》

トマトのヘタを取り、逆側(上部)に十文字の切り込みを入れる。これを1個ずつ沸騰したお湯にくぐらせた後、冷水に10秒間浸す。湯通し時間は5秒から40秒まで、5秒間隔で8通り行う。トマトの皮付近をカミソリで薄くスライスして切片を作り、顕微鏡で観察する。

《結果》

湯通しする時間による皮のむけ方の比較:5秒ではやや皮のむきにくい部分が残ってしまうが、10秒からはむきやすくなった。20~30秒では、少し触るだけで皮をむくことができた。35秒以上では、皮をむく前からむけてしまっていた。湯通しする時間が長いほど、皮はむけやすくなった。▽湯通し後20秒から、皮の内側のヌメリがはっきりと現れた。湯通しする時間が長くなるほど、ヌメリも強くなった。▽湯通しする時間が長くなるほど、実はどんどん柔らかくなり、つぶれやすくなった。30秒以上では、ちょっと強い力で触るとつぶれたり、水分が出たりした。
湯通しする時間による細胞の大きさの比較:トマトの皮表面の細胞の方が、すぐ下の細胞よりも大きい。そのすぐ下の細胞では、1~2層の非常に小型の細胞層があり、その下部には3層程度のやや小型の細長い細胞層がある。さらにその下には、大型の丸みを帯びた細胞が続いている。
  フレッシュトマトでは細長い細胞や丸い細胞などの形がはっきりしているが、湯むきをすると不規則な形のものが見られる。湯むきしたトマトの細胞はフレッシュな細胞に比べて大きい。

《考察》

皮のすぐ下の細胞を1層目とし、実の内部に向かって6層目までの細胞の大きさを比較した。フレッシュ、湯むきともに1層目から6層目へ、細胞は少しずつ大きくなる。4~6層目の細胞は湯むきの方がフレッシュに比べ大きくなっている。膨張した可能性がある。▽湯通し時間が長いほど、皮はむけやすくなる。それだけ実に熱が多く伝わり、細胞や細胞内部の物質の変化が起きやすくなるのではないか。一般的に湯通しする時間は十数秒程度と言われるが、それは長く湯通しするとトマトに良くないことが起きるからではないか。それとも単純に短い時間でも十分に効果が現れるからなのだろうか。

《結論》

湯通し時間が、湯むきの効果に大きな影響を与える。湯通し時間が長くなるほど皮はむけやすくなるが、20秒以上湯通ししてもむけ方に大きな変化はなくなる。30秒以上だと実が柔らかくなりすぎてしまう。

観察Ⅲ:トマトの湯むき―冷水につけない場合

《目的》

「冷水につける」ことがどのような影響を与えるか。

《方法》

複数個のトマトの半分は、15秒間湯通しした後に氷水につけ(10秒間)、もう半分は湯通しのみ行う。トマトの断面の切片を顕微鏡で観察する。

《結果》

氷水につけたトマト:皮が浮いたり、滑ってはがれてくるなど、皮がむきやすかった。
氷水につけなかったトマト:皮をむこうとすると、熱くて、表面にヌメリがあるため手で持てない。皮のむけ具合は、氷水につけたものとあまり変わらない。皮の細胞(1~4層目)の大きさは、氷水につけた場合とつけない場合とでほとんど変わりない。

《考察》

皮のむきやすさは、氷水につける、つけないではあまり差がなかった。湯むきでは「湯通し」の作業が重要なのだろう。

《結論》

湯むきしたトマトを冷水につける理由はより皮を実から浮きやすくする。熱くなったトマトの温度を下げる――の2点だ。

観察Ⅳ:トマトの湯むき―皮の切り込みの有無

《目的》

切り込みを入れないとどうなるのか。

《方法》

切り込みのあるトマトとないトマトを複数個用意し、それぞれ5~40秒間(5秒間隔で)湯通しし、10秒間氷水に浸す。断面の切片を顕微鏡で観察する。

《結果と考察》

切り込みのないトマトは、湯通し時間が30秒を超えたあたりから、実に不規則なひびが入り、崩れやすくなった。十文字に切り込みを入れると、その部分に力が集まり、きれいにひびが入って皮がむけやすくなったのだろう。顕微鏡観察によると、細胞レベルでは切り込みの有無に大きな違いはない。時々皮の表面に、黒い斑点が見られた。湯通し後のヌルヌル成分は、切り込みのないトマトにもできた。この成分はトマトの実の細胞の内部から出てきたものと考えられる。

《結論》

十文字の切り込みは、規則的なひびが入るようにすることで、皮をむきやすくする効果がある。

観察Ⅴ:トマトの湯むき―切り込みなしの時間変化

《目的》

トマト全体に熱が伝わるよう、切り込みを入れずに湯むきし、細胞レベルでの変化を調べる。皮がむける部分の厚さや細胞の変化も確認する。

《方法》

湯通しを5秒間隔で5~45秒間まで9通り行い、それぞれを冷水に10秒間浸す。皮付近の断面切片を顕微鏡で観察する。

《結果》

同じ個体、同じ湯通し時間でも、皮が薄くむける場合と、厚くむける場合がある。▽薄くむける場合は、皮の下の超小型の細胞層までくっついてむけ、厚くむける場合は、さらに下層の細長いやや小型の細胞層までくっついてむける。▽皮がむけるときは、透明な薄皮も一緒にくっついてむける。特に湯通し時間が短い場合に見られた。透明な薄皮は、細長いやや小型の細胞層のようだ。▽基本的に、湯通し時間が長いほど、むける皮の部分も厚くなる。

《考察》

湯通しすると、皮の下層の細胞が大きくなる。特に3層目からより下層(内側)の細胞にはっきりと見られる。湯通しすることで、内部の細胞が吸水するのか、成分の変化が起こった結果なのだろうか。

《結論》

皮のすぐ下には超小型の細胞層、次にやや小型の細長い細胞層、さらに大型の細胞層がある。それぞれの細胞層は横のつながり(くっつき)が強く、湯通しすると、皮と一緒に層ごとにはがれてしまう。湯通し時間が長くなると、より下層の大型の細胞層にまで熱が伝わるため、厚くむけてしまう。

観察Ⅵ:トマトの成熟度による湯むきの違い

《目的》

未熟な硬いトマトでも、熟したトマト同様に湯むきができるのか。

《方法》

数個の未熟なトマト、熟したトマトを15秒間湯通しし、氷水に10秒間つける。断面の切片を顕微鏡で観察する。

《結果と考察》

未熟トマトは湯むきできない。皮から内部へと細胞がだんだん大きくなる点は熟したトマトと同じだが、未熟トマトの細胞は細長く小型であった。湯むきできないのは、実の硬さが原因か。硬いのは全体的に細胞が小さく、密に並んでいるからで、力を加えたときに崩れにくいと考えられる。観察でも、未熟トマトには壊れている細胞が非常に少なかった。

《結論》

未熟なトマトでは湯むきできない。湯むきとは、全体的に細胞が大きく成長した状態の完熟したトマトの皮を、簡単にむくための方法だ。

観察Ⅶ:トマトの皮の水分量

《目的》

湯むきしたトマトでは、実の表面に出てくるヌルヌルによって皮が滑りやすくなる。ヌルヌルの発生にはトマトに含まれる水分が関係しているのか、皮の含水量を調べる。他の野菜や果物とも比較する。

《方法》

複数個のトマトの半数を湯むきし(お湯に15秒、氷水に10秒つける)、残りの半数(フレッシュ)はそのまま実に切り込みを入れ、皮をむく。
むいた皮の重さを量る。
タッパーウェアーの中に加熱し乾燥させたシリカゲルを敷き、その上に薬包紙に包んだトマトの皮を置き、密閉する。
1週間ほど経過したら、再び皮の重さを量る。減った重さをトマトの含水量とし、その割合を計算する。

《結果と考察》

フレッシュトマトの皮の含水量(率)は87.7%、湯むきの皮は90.9%。湯むきトマトの皮には、小型の細胞層も一緒についているため、その細胞の分も微量ながら含まれている。

《結論》

湯むきする前と後では、トマトの皮の水分量はほとんど変わらない。実の表面に出てくるヌルヌル成分は、皮と実の間に含まれる水分、細胞内の物質が変化したものだ。たいていの果物は、皮に70%以上の水分を含む。含水量が80%以上であると湯むきしやすくなる。ただし、皮の厚さや細胞の構造などに左右されるため、スイカなどは当てはまらない。

観察Ⅷ:ミニトマトの湯むき

《目的》

ミニトマトは湯むきができないのか。

《方法》

切り込みをつけたミニトマト、つけないミニトマトを湯通しし(5~40秒間)、氷水につける。断面の切片を顕微鏡で観察する。《結果と考察》15~20秒程度で楽にむける。切り込みなしミニトマトの皮をむく際にカミソリで切り込みを入れると、皮はその部分から裂けて縮んだ。内部の実が一瞬に膨らんだように見えた。皮の下には普通のトマトと同様に細長い細胞層があり、実の表面にヌルヌル成分も存在した。

《結論》

ミニトマトも湯むきできる。

観察Ⅸ:トマト以外の野菜・果物の湯むき

《目的》

他の野菜や果物でも湯むきができるのか、トマトとの共通点や違いを見つける。

《方法》

ナス、ピーマン、ジャガイモ、リンゴ、ナシ、モモ、ソルダム、ブドウ、ニンジン、キウイフルーツを湯に通し(15秒間)、氷水につけ(10秒間)、皮をむく。切片を顕微鏡で観察する。

《結果》

モモとソルダムは湯むきできた。

《結論》

トマト以外でも湯むきできる。湯むきできるものは皮が薄く、皮の下側(内側)は小型の細胞、やや小型の細胞、大型の細胞の3層構造をしている。


研究のまとめ

湯むきできる野菜・果物の最低限の条件

実が柔らかいこと。
皮下の細胞の3層構造:皮の下にある小型の細胞、やや小型の細長い細胞、丸い大型の細胞の3種類の細胞層がはっきり分かれていること。
皮が薄く、伸縮性があること。

◇湯むきができる原理:

皮が伸びた状態で、実を丸ごと覆っている。
沸騰したお湯にくぐらせる。
熱によって皮に縮もうとする力が働く。
細胞の大きさによって熱の伝わり方が違うため、実の細胞の層と層の間に亀裂が入り、そこからむけやすくなる。
縮もうとしている皮が耐え切れなくなってヒビが入り、所々が裂ける。
亀裂の入った実の細胞層の間に、非常に滑りやすいヌルヌル成分が出現したため、皮が簡単にむけて(滑って)しまう。
指導について

指導について千葉市立緑町中学校 橋野未絵

 本校科学部では、授業や日常生活の中で疑問に感じたことを各自が記録するテーマ探しを日常的に行っている。7人の部員が出し合った1,200個近いテーマのうち、最も斬新で興味を引いたのが「トマトの皮はなぜ湯むきできるのか」であった。研究を進める上では、実や皮の状態が湯むきによりどのように変化するのか、いろいろな条件で実験を行い、対照実験を必ず行うように助言した。
 熟したトマトの切片作成は至難の業であり、暑さがこもる理科室での湯むきや顕微鏡観察を続けるのは根気と努力が必要であった。しかし、部長の加藤君を中心に試行錯誤を重ねながら9種類の実験を行い、得られた数百枚に及ぶ顕微鏡写真や細胞の大きさのグラフを全員で検討し、湯むきの原理を明らかにすることができた。各自が得意なことを生かし、最後まで協力して1つのテーマを徹底的に追及する姿勢を貫いた部員7人の粘り強さと強い探究心を、これからも大切にしていきたい。

審査評

審査評[審査員] 瀬田 栄司

 研究では主題設定が重要です。本研究はテーマ決めに際し、全部員で約9ヵ月間テーマ探しを行い、1,200点近い疑問点を見出して決めたことが良い研究につながったと思います。日常生活でよく見かけるトマトの湯むきの研究は中学生らしい視点で大変良いですね。小中学生の皆さんは、ふだんの生活の中で見かけることに驚きや疑問をもち、そのことを科学的に追及していく姿勢が大切です。本研究はトマトの皮やその付近の細胞のようすを顕微鏡観察し、湯の温度、湯に浸す時間、冷水につけた場合とつけないとき、そして、切り込みを入れたときと入れないときなど、さまざまな条件を変えたときの変化を丹念に調べています。そして、調査対象をトマトから他の野菜・果物へ拡大し、その湯むきのようすを調べていった研究の発展性がよい。その結果、細胞レベルの状況を把握し、湯むきの原理を見出し、それを一般化して湯むきのできる条件を確立した大変素晴らしい研究でした。

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