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A Study on the correlation bewteen the hierarchical structure of foods and texture by synchrotron X-ray scattering method

Research Project

Project/Area Number 23K05124
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 38050:Food sciences-related
Research InstitutionHigh Energy Accelerator Research Organization

Principal Investigator

高木 秀彰  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 助教 (10720261)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Keywordsテクスチャー / 階層構造 / 小角散乱 / 放射光X線 / 中性子 / 小角X線散乱 / in-situ測定
Outline of Research at the Start

食品が示す美味しさの重要な要素の一つにテクスチャーがある。また多くの食品は階層構造を形成し、それらの階層構造が複雑に作用することで、最終的なマクロな力学物性としてテクスチャーが決まる。そこで、本研究ではテクスチャーという力学物性を食品が持つ広い階層構造の観点から解明することを目的とする。そのために、試料を“非破壊”で“その場”観察することができる放射光X線を利用した小角・広角散乱法に着目した。レオメータでテクスチャーの物性値測定をしつつ、同時に広い階層構造がどのように変化するのかを散乱法により追跡する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題では食品の階層構造とテクスチャーの相関を明らかにすることを目的に研究を進めている。テクスチャー装置を利用した実験は2023年度は開発中で利用できず、量子ビームを利用いて食品の階層構造を評価した研究を行った。2023年度は主に大型の放射光施設で発生させる放射光X線を利用した小角X線散乱測定(Small Angle X-ray Scattering, SAXS)を研究手法として様々な食品の階層構造評価等を行った。さらに入射ビームに中性子を使用した小角中性子散乱(Small Angle Neutron Scattering, SANS)なども食品を対象として実験を行った。
牛乳を対象にした研究では、pHを変えた研究を行った。牛乳にとってpHは物性と密接な関係があり、特にチーズやヨーグルトといった牛乳のゲル化には重要である。pHを変えた牛乳を作成し、放射光X線SAXSを利用して牛乳のミクロ構造がpH変化に対してどのように構造を変えているのかを調査した。その結果、牛乳の基本構造であるカゼインミセルの構造はpH変化に対してミセルサイズや水の含有量などが敏感に変化することが分かった。またSANSを利用し、SAXSとは異なる散乱プロファイルが得られることが分かった。
上記の研究はテクスチャーとは直接は関連はないが、階層構造とは密接に関係があり、今後はチーズやヨーグルトといったゲル化した試料を用いて階層構造とテクスチャーの関係を明らかにする研究を実施する予定である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

食品は多様な階層構造を形成する複雑な系である。食品の重要な物性の一つにテクスチャーがあり、階層構造が複雑に作用することで、最終的なマクロな物性となる。本研究では試料を“非破壊”で“その場”観察することができる放射光X線を利用した小角・広角散乱法を利用してテクスチャーと階層構造の相関を明らかにすることを目的に研究を行っている。2023年度はテクスチャーを評価できるレオメーターを放射光施設の小角X線散乱(SAXS)装置の実験ハッチ内に設置し、散乱装置と同期するシステム開発を行った。
テクスチャーとの同期はシステム的に難しいことが判明したが、装置を外部から操作できるためテクスチャーと小角・広角散乱の同時測定には大きな影響は与えないため、今後は外部からの操作で実験を実施することとした。2023年度に予備実験まで行うことを想定していたが、そこまでは到達できなかた。

Strategy for Future Research Activity

まずはテクスチャーと小角・広角散乱の同時測定が可能であることが分かったため、実際に試料を使って実験を行う。対象試料は階層構造が既知のコメやうどんなどを使って実験を進める。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (5 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] A SAXS and USAXS study of the influence of pH on the casein micelle structure2024

    • Author(s)
      Takagi Hideaki、Nakano Tomoki、Aoki Takayoshi、Tanimoto Morimasa
    • Journal Title

      Food Chemistry

      Volume: 443 Pages: 138606-138606

    • DOI

      10.1016/j.foodchem.2024.138606

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Evaluation of a casein micelle structure using neutron small-angle scattering2024

    • Author(s)
      高木 秀彰、中野 智木、青木 孝良、谷本 守正
    • Journal Title

      Milk Science

      Volume: 73 Issue: 1 Pages: 3-10

    • DOI

      10.11465/milk.73.3

    • ISSN
      1343-0289, 2188-0700
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 量子ビームを利用した小角散乱法による牛乳およびチーズ中におけるカゼインミセルの構造解析2023

    • Author(s)
      高木秀彰
    • Organizer
      ジャパンミルクコングレス 2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 小角X線散乱法を利用した加熱冷却過程のカゼインミセル構造変化の研究2023

    • Author(s)
      高木秀彰,中野智木,青木孝良,谷本守正
    • Organizer
      日本食品科学工学会第70回大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 小角X線散乱法を利用した牛乳内カゼインミセル構造の研究:乳液内のpHがミセル構造に与える影響2023

    • Author(s)
      高木秀彰,中野智木,青木孝良,谷本守正
    • Organizer
      第34回日本放射光学会年会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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