2018 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation on manifestation mechanism of texture in foods with complex inhomogeneous structures from microscopic aspect
| Project/Area Number |
18H00962
|
|---|
| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
松川 真吾 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (30293096)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福岡 美香 東京海洋大学, 学術研究院, 准教授 (10240318)
鈴木 徹 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (50206504)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 蛍光微粒子 / 微粒子追跡法 / 画像解析 / 多糖混合ゲル / ミクロ相分離構造 / 混合カラギーナン / LAOS / 非線形歪 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
平成30年度は、まず、微粒子追跡法によるミクロ物性の測定方法を改良した。具体的には、蛍光微粒子も用いて得られたビデオデータを画像解析のアルゴリズムを改良して作成したプログラムにより、粒径0.1μmの蛍光微粒子の運動の追跡を可能とした。これにより、従来の微粒子追跡法による評価対象のスケールを格段に微小化する事が出来るようになり、ミクロ物性測定において非常に意義深い、重要な成果である。
次に、この方法をイオタ/カッパーカラギーナンの混合ゲルに応用し、これまで明らかとなっていなかったミクロ相分離構造の形成に関する実験的検証を示すことが出来た。また、混合ゲルの作成方法や保存状態によってミクロ相分離構造が変化することを示した。さらに、ラムダーカラギーナンとカッパーカラギーナンとの混合ゲルに対しても実験を行い、相分離構造を形成することを明らかにした。
また、大変形振動歪によるマクロ物性の測定（LAOS）を行い、その結果の解析方法を開発した。この方法により、LAOS実験から非線形性を表すパラメータを決定できることを示した。
これらの成果は、研究目的として挙げた不均一構造が食品テクスチャーに与える影響を解明するうえで、これまでに報告されている微小歪による粘弾性測定とNMRによる分子運動性との関連性の解明に加えて、より咀嚼・嚥下に近い大変形歪とサブミクロンオーダーでのミクロ物性に関す情報を与えるものであり、今後の研究遂行の基礎となるものである。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
数μmのシリカ微粒子を用いた微粒子追跡法によるミクロ物性の測定を行う中で、ミクロ相分離構造はサブミクロンオーダーであることが分かり、より微小スケールでのミクロ物性の測定が必要となった。そこで、0.1μmの蛍光微粒子を用いた実験を行ったが、ノイズの多い画像の中での微弱な微粒子からの蛍光の追跡は既存の画像解析プログラムでは困難であった。そこで画像解析アルゴリズムを見直し、それを改良することで追跡精度を格段に向上することができた。
この方法を柔らかいゲルを作るイオタ‐カラギーナンと固いカッパ‐カラギーナンの混合ゲルに応用した。これまでの研究では、この混合ゲルがミクロ相分離となっているのか相互侵入型の網目構想となっているのかは明らかになっていなかったが、本研究によりミクロ相分離構造の存在を実験的に示すことが出来た。また、混合ゲルの作成時にゆっくり冷却するとより大きな相分離構造となり、さらに、5℃での保存期間中にも相分離構造は成長することが分かった。また、ゲルを形成しないラムダ‐カラギーナンとカッパ‐カラギーナンとの混合ゲルに対しても相分離構造が確認されたが、各相でのミクロ物性の違いはより大きなものとなった。また、大変形振動歪によるマクロ物性の測定（LAOS）を行ったところ、大きな非線形性が見られた。この結果の解析する方法を開発して、LAOS実験から非線形性を表すパラメータを決定できることを示した。
当初、数μmのシリカ微粒子を用いた微粒子追跡法と光ピンセットによるミクロ粘弾性の測定を並行して行う予定だったが、不均一構造のサイズがサブミクロンオーダーであることが分かったために、0.1μｍの蛍光微粒子を用いる方法に変更して検討を行った。その結果、ミクロ相分離構造を明らかにすることが出来たため、テクスチャー発現機構の解明への検討が当初の計画よりもさらに大きく前進した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
0.03ミクロンメートル（30nm）の蛍光微粒子を用いて混合カラギーナンゲルのナノオーダーの微小粘弾性評価を行う。そのために、ビデオ画像の取得をより強い蛍光照射により行う。これによるノイズの増加に対して画像解析プログラムをさらに改良することで対処する。また、蛍光波長とサイズの異なる3種の蛍光微粒子を添加して同時に運動を追跡する方法を開発し、ナノからミクロンオーダーまでの動的な構造を解明する。
これらの結果をX線透過性の違いを画像化するX線CT測定と水の運動性の違いを画像化するマイクロMRI測定によって得られる情報と比較し、構造とミクロ物性との関係を検討する。
LAOS測定結果を解析することで非線形性を表すパラメータを混合比の異なるイオタ/カッパ‐カラギーナン混合ゲル及びラムダ/カッパ‐カラギーナンゲルについて決定し、主成分と少量成分との海島構造－2相連続相—海島構造への相転移挙動を観察し、咀嚼に対応したツーバイト試験での結果と比較してマクロなテクスチャーへの影響を検討する。
|
| Remarks |
Full Title "Joint Mini-Symposium on Food Hydrocolloids between TUMSAT and USC 2018 was held at University of San Carlos (USC) in Cebu, Philippines."
|
