光多重散乱を用いたオレオゲルの新規構造評価法の開発と構造ー物性相関の解明

• Project/Area Number: 22K05513
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38050:Food sciences-related
• Research Institution: University of Shizuoka
• Principal Investigator: 本同 宏成 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 准教授 (10368003)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: オレオゲル / 構造評価 / 非破壊 / 光散乱 / 多重散乱 / 非破壊評価 / 評価法開発 / 構造ー物性相関

Outline of Research at the Start

本研究では、オレオゲルの構造を定量的に評価し物性と関連付けることで、オレオゲル開発の新しい指標を提示することを目的とする。従来行われているフラクタル解析に加えて、光多重散乱法により、オレオゲルの吸収および散乱係数を決定し、これらを合わせてネットワーク構造の新規評価法とする。実際に電子顕微鏡でオレオゲル骨格の観察を行い、評価指数と比べることで、評価指数とゲル骨格の関係を示す。

Outline of Annual Research Achievements

トランス脂肪酸や飽和脂肪酸の摂取を減らすため、さまざまな素材を用いたオレオゲルの研究が盛んである。しかしながらオレオゲル構造の非破壊評価方法が確立しておらず、構造を定量的に評価できていない。本研究では、光多重散乱法である空間分解拡散散乱法により、オレオゲルの吸収および散乱係数を決定し、ネットワーク構造の新規評価法とすることを目的としている。
これまでに、米糠ワックスを用いたオレオゲルの作製に取り組み、１０％以上の高濃度のワックス添加によりオレオゲルを作製することに成功した。しかしながらワックスを高濃度で添加するとゲルが硬くなりすぎたため、濃度による構造や物性の違いを見ることが困難であった。またワックスが低濃度の場合、ゲルが柔らかく、保形性に問題が生じた。これらの理由のためオレオゲル作製への米糠ワックス利用を再考し、飽和脂肪酸を含む油脂結晶によるゲル作製を試みた。トリパルミチン結晶を骨格とし、キャノーラ油を含む良好な硬さを持つオレオゲルの作製に成功した。またココアパウダーを添加することで黒く色をつけることができ、光の吸収係数の異なるゲルを作製することができた。加えてトリパルミチン濃度を１０ー３０％の変化させ、固体量の異なるゲルの作製にも成功した。さらに冷却速度を変えることで、異なる構造が予想されるゲルの作製に成功した。現在これらのゲルを用いて、空間分解拡散散乱法により光学係数の測定を行なっている。ココアパウダー添加量の異なるゲルについては、添加量に比例して級数係数が増加した。このことより、本手法によりオレオゲルの構造を評価可能であることが示された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

油脂結晶の多形を測定するためのX線回折計の故障により、油脂結晶多形を決定することが困難となった。そのため結晶多形が存在しないワックスを用いたオレオゲルを測定試料とするよう研究内容を変更した。過去の文献に従いワックスゲルの作製条件を設定したが、ワックスの精製度の違いのためか、同様のゲルを作製することができなかった。そのため当初の予定よりも高濃度のワックスを用いたゲル作製を試みたが、ワックス濃度によるゲル強度の制御が困難であった。
年度末には装置の修理が終わり、X線回折による結晶多形の同定が可能となったため、油脂を用いたオレオゲルの作製を試み、現在油脂濃度や冷却速度の異なるオレオゲルの作製に取り組んでいる。そのため試料作製に遅れが生じているが、今後オレオゲルの構造評価に取り掛かる予定である。

Strategy for Future Research Activity

オレオゲル試料の作製条件が決定されつつあるため、今後はゲルの構造評価を進める予定である。破断面の電子顕微鏡観察や、そのフラクタル解析など従来の手法によりオレオゲル骨格を評価する。また同時に空間分解拡散散乱法により非破壊でゲルの構造評価を行い、これらの結果を比較することで、空間分解拡散散乱法の有用性を評価する。
また、油脂骨格部分のみを最初に構築し、その後液油を浸透させる方法によるゲル作製も試みる。骨格形成時に空間のサイズや密度を制御できれば、その後の構造評価が容易となる。多形転移による構造変化を利用し、骨格内の空間制御を試みると同時に、スペーサとなる材料の利用により空間の制御を試みる。
以上の方法により、ゲルの作製および空間分解拡散散乱法の有用性が示されたのち、クリープメータなどを用いたオレオゲルの強度測定や保油力などの物性の測定を行う。同時に空間分解拡散散乱法により得られた構造情報と照らし合わせることで、種々の物性を決定する構造的要因を明らかとする予定である。