Analysis of fluoride adsorption on rice and technology development for reduction of fluoride intake in areas with fluoride-laden groundwaters
| Project/Area Number |
23K22891
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| Project/Area Number (Other) |
22H01621 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 22060:Environmental systems for civil engineering-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
滝沢 智 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (10206914)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
橋本 崇史 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (80735712)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | フッ素摂取 / 米 / デンプン / 地下水 / 吸着 |
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| Outline of Research at the Start |
地下水中のフッ素を摂取すると様々な健康影響を引き起こす。フッ素の主な摂取源として、飲料水以外に水中のフッ素を吸着する米飯があることをを2019年に報告した。本研究では、米飯等に含まれるデンプンへのフッ素の吸着機構と吸着動力学とを明らかにし、米飯等からのフッ素摂取量を推定するとともに、新たなフッ素除去技術の開発し摂取量を低減する。米飯等へのフッ素吸着機構を解明するため、NMRおよびFT-IRによる吸着機構の解析、デンプンの糊化や老化とフッ素吸着との関係性の解析、フッ素吸着に関する動力学的な解析等を行う。さらに、デンプンへのフッ素吸着特性を利用して、新しい水中のフッ素除去技術を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
（１）デンプン含有食品へのフッ素吸着機構の解明
デンプンとフッ素との水素結合について、①水素結合阻害剤を用いた実験と、②水素結合の機器分析、の2つの方法で解析・検証した。水素結合阻害剤には、デンプン分子内の水素結合を阻害する尿素と、デンプン分子間の水素結合を阻害する1, 1, 3,3,-テトラメチル尿素(TMU)があり、フッ素がデンプン分子に水素結合しているとすれば、このうちTMUによりフッ素の吸着量が低下し、尿素の影響はわずかであることが推定される。そこで、これらの水素結合阻害剤を異なる条件で添加して、デンプン中のamyloseとamylopectinへのフッ素吸着に及ぼす影響を検証した。機器分析による方法は、フーリエ変換赤外吸光法(FT-IT)と核磁気共鳴法(NMR: Nuclear Magnetic Resonance)を用い、デンプンの構成成分である、グルコースやデキストリン、さらにamyloseとamylopectinとフッ素の水素結合を1H/19FNMRを用いたHSQCにより解析した。
（２）デンプン含有食品へのフッ素吸着の動力学
炊飯前の洗米・浸漬における含水率の変化と、フッ素の拡散および吸着の過程を解析した。COMSOL Multiphysicsの固体力学モジュールと拡散吸着モジュールとを組み合わせて、米粒内のデンプンへのフッ素吸着動力学を解析した。
（３）デンプンへのフッ素吸着機構を用いた水中のフッ素除去技術の開発
（１）および（２）により、デンプンへのフッ素吸着機構と動力学を解析し、デンプン粒子を水中のフッ素除去技術として用いることを検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
フッ素の摂取は、ヒトの健康に影響を及ぼすことが知られており、これまでは飲料水からの摂取が主な摂取源であると考えられてきた。しかし、近年の研究によると、食品からのフッ素の摂取も無視できないことが報告されている。そこで、本研究ではフッ素を含む水中に浸漬あるいは沸騰した水中に浸漬した食品へのフッ素の吸収および吸着を実験的に確認した。実験の結果として、コメ中のフッ素含有量は、従来考えられていたフッ素含有水を吸収することによって含まれる値よりも高く、フッ素がコメに吸着されることが推定された。これについて、コメへのフッ素吸着後の水中のフッ素濃度を、吸着前のフッ素濃度と比較したところ、コメへのフッ素吸着によって、水中のフッ素濃度が低下していることが確認できた。また、コメデンプンのヨウ素ヨウ化カリウムによる染色反応に対して、フッ素イオンが阻害することから、フッ素イオンはヨウ素とデンプンの相互作用に影響することが明らかとなった。コメを炊飯することや、野菜を調理することを想定して、50℃および100℃の水中でフッ素の吸収と吸着を調べたところ、加温することでフッ素の吸収および吸着量が大幅に増加することが示された。これらのことから、フッ素含有水を調理用水として使用すると、従来考えられていたよりも多くのフッ素を摂取することが示された。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究で、コメ、野菜などにフッ素が吸着することが確認できた。今後の研究では、フッ素の吸着機構について検討する。検討法としては、コメ中のデンプンへのフッ素吸着が水素結合によるものだとの仮説に基づいて、フッ素と同じくハロゲンイオンである塩素イオンの吸着についての実験を行う。異なる塩素イオンとフッ素イオン濃度の溶液からコメへの競合吸着について調べる。また、水素結合阻害剤として知られている尿素などを添加して、フッ素の吸着に及ぼす影響を評価する。また、フッ素とデンプンの水素結合を調べるため、Molecular Dynamics Modelの一つであるPyMolを用いて検討する。
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Report
(1 results)
Research Products
(13 results)
