粒子間相互作用に着目したゲル状食品のテクスチャーが胃消化に与える影響の解析

• Project/Area Number: 16K16260
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Eating habits
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 神津 博幸 筑波大学, 北アフリカ研究センター, 研究員 (40763660)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2018: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2016: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 胃消化 / 胃ぜん動運動 / テクスチャー / ゲル状食品 / 粒子間相互作用 / 胃内微細化

Outline of Annual Research Achievements

胃ぜん動運動（胃壁の収縮運動）による固形食品の胃内微細化現象は、胃における消化の重要な要素の一つである。固形食品のテクスチャー（硬さなどの食感）は、咀嚼時に限らず、胃での消化にも影響している可能性がある。本研究グループでは、胃ぜん動運動を生体外で再現した装置、ヒト胃消化シミュレーターを開発してきた。本課題ではヒト胃消化シミュレーターを用いて、固形食品のテクスチャーが胃内微細化に与える影響を定量解析することを目的とした。
テクスチャーのうち、破断応力（硬さを表す指標）および、破断歪率（変形しやすさを表す指標）の2種類の力学特性に着目した。力学特性の調節が容易なゲル状食品をモデル固形食品とした。ゲルを咀嚼後の食品粒子の最大サイズ（5 mm）にカットし、人工消化液と共にヒト胃消化シミュレーターで消化試験を行った。
試験の結果、破断歪率が小さい領域（約30%）ではゲルが顕著に微細化された。この領域では、破断応力が閾値（約40 kPa）以下で微細化が促進された。このことから、ぜん動運動によりゲル粒子かかる力がゲルの崩壊までの抵抗力（破断応力）を上回ると、顕著に微細化が進行することが示唆された。一方、破断歪率が大きい領域（約40%以上）のゲルでは、ほとんど微細化が起きず、破断応力の影響はほとんど見られなかった。ぜん動運動発生時にゲル粒子間にかかる圧力を、デモ機を含む圧力測定器（タクタイルセンサシステム）で測定した結果、変形しやすい破断歪率の大きいゲルでは、ぜん動運動によりゲルが圧縮されても、ゲルが大変形を起こすことで力が分散することにより、ゲルの崩壊が大きく抑制されることが示唆された。
本研究により得られた成果は、固形食品の胃消化を理解し、制御するための基礎的知見として有用である。
なお、本課題にて購入したタクタイルセンサシステムは、本課題終了後も筑波大学の共用機器として使用する。

Research Products

• [Journal Article] Mixing characterization of liquid contents in human gastric digestion simulator equipped with gastric secretion and emptying (2017)
  • Author(s): Hiroyuki Kozu, Isao Kobayashi, Mitsutoshi Nakajima, Marcos A. Neves, Kunihiko Uemura, Hiroko Isoda, Sosaku Ichikawa
  • Journal Title: Biochemical Engineering Journal Volume: 122 Pages: 85-90
  • DOI: 10.1016/j.bej.2016.10.013
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 胃消化シミュレーターを利用したゲル状食品の胃内微細化挙動と力学的特性との相関解明 (2016)
  • Author(s): 王 在天, 神津 博幸, 礒田 博子, 植村 邦彦, 小林 功, 市川 創作
  • Organizer: 日本食品工学会第17回（2016 年度）年次大会
  • Place of Presentation: 東京海洋大学品川キャンパス, 東京都, 港区
• [Presentation] 連続型ヒト胃消化シミュレーターによる液状胃内容物の混合特性の解析 (2016)
  • Author(s): 神津 博幸, 小林 功, 植村 邦彦, 礒田 博子, 市川 創作
  • Organizer: 化学工学会 第48回秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島県, 徳島市
• [Presentation] 胃消化シミュレーターを利用したハイドロゲルの力学特性が胃内微細化挙動に与える影響 (2016)
  • Author(s): 王 在天, 神津 博幸, 礒田 博子, 植村 邦彦, 小林 功, 市川 創作
  • Organizer: 化学工学会 第48回秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス, 徳島県, 徳島市