2020 Fiscal Year Research-status Report
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19K05918
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| Research Institution | Kyoto University of Advanced Science |
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Principal Investigator |
安達 修二 京都先端科学大学, バイオ環境学部, 特任教授 (90115783)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | でん粉麺 / 吸水 / 復水 / 糊化 / ガラス転移温度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スパゲッティやうどんなどの乾燥小麦粉麺の熱水による復水（吸水）過程は，グルテンネットワークの弛緩とでん粉の糊化が関与し，前者が律速となる．しかし，乾燥小麦粉麺を常温の水で復水すると喫食できるが，グルテンを含まないでん粉麺では，でん粉の起源により，常温の水では現実的な時間では喫食できるようにならず，この差異に対する理由は十分に解明されていない．そこで，乾燥麺の内部における水の移動機構に対する理解を深化させるとともに，災害時の避難所や宇宙船内のように熱水の利用が制限される状況下で，常温の水で短時間に復水できる乾燥麺の開発に関する基礎的な知見を得ることを目的とする．
2019年度は，断面形状が大きく異なる市販の３種のでん粉麺の種々の温度での復水過程における含水率（吸水量）の経時変化を測定した．吸水過程を表現する式に基づき，熱力学的諸量を求めるとともに，グルテンを含まないでん粉麺の吸水に対する律速段階を明らかにし，その成果は国際誌に掲載された．2020年度は乾燥でん粉麺の吸水速度に及ぼすでん粉の糊化度および乾燥方法の影響を検討した．でん粉が糊化した状態を維持できる凍結乾燥および高温乾燥により，常温の水で復水できる可能性が示された．とくに，過熱水蒸気乾燥による乾燥麺が常温の水で復水しやすいことが示された．また，乾燥麺のガラス転移温度は麺を粉砕し，粉体としてから示差走査熱量計で測定するのが一般的であるが，粉砕することなく麺の形状のままでガラス転移温度を簡便に測定する新たな方法を開発した．
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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
2019年度は，断面形状が平板状，長方形およびＸ字形と大きく異なる市販の３種のでん粉麺の種々の温度（30～70℃）での復水過程における含水率（吸水量）の経時変化を測定した．なお，いずれの麺もジャガイモでん粉が主成分である．復水初期に起こるマイクロクラックへの吸水を考慮することにより，断面形状に関わらず，すべての麺および温度における吸水過程は吸水時間に関する双曲線形の式でよく表現できた．その速度式に基づき，初期吸水速度および平衡含水率の温度依存性をArrhenius式およびvan’t Hoff式により整理し，吸水過程に対する活性化エネルギーと吸水エンタルピーを算出した．吸水エンタルピーの値はでん粉の糊化温度を境として大きく異なった．また，グルテンを含む小麦粉麺では，麺内部における水の拡散に伴うグルテンネットワークの弛緩が律速過程であるのに対し，グルテンを含まないでん粉麺では麺表面と茹で水との界面における物質移動が律速となることを示した．この成果は国際誌に掲載された．
2020年度は，ジャガイモでん粉のみを原料とする乾燥麺内のでん粉を十分に糊化させてのち，保存および乾燥方法の異なる乾燥麺を調製した．それらの30℃と70℃における吸水過程を測定した．でん粉が糊化した状態で乾燥できる凍結乾燥，高温熱風乾燥および過熱水蒸気乾燥による麺が30℃で比較的短時間に復水することを示した．とくに，過熱水蒸気乾燥によるでん粉麺の復水が速かった．さらに，乾燥麺はガラス転移温度を境として力学的性質が変化することを着目し，乾燥麺の温度を時間に対して直線的に変化させたときの歪を測定することにより，麺の形状のままでガラス転移温度を求める簡便で新たな方法を開発した．
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度および2020年度の成果に基づき，2021年度は，ガラス転移温度およびアミロース／アミロペクチンの比率の異なる乾燥でん粉麺を調製し，これらの吸水挙動を種々の温度で測定する．なお，乾燥時のガラス転移温度の異なる麺は，ジャガイモでん粉にガラス転移温度の低い糖または糖アルコール（例えば，フルクトースやキシリトールなど）を適切な割合で添加して製麺し，それを乾燥することにより調製する．調製した乾燥麺のガラス転移温度は，含水率を調整したうえで，2020年度に開発した方法により，乾燥麺の形状のままで測定する．また，これらの麺の復水過程における含水率分布について，間接的な方法ではあるが，力学特性（応力－歪曲線）を測定することにより推定する．
また，ジャガイモでん粉に，アミロース含量の低いタピオカでん粉を添加し，全体のアミロース／アミロペクチンの比率を変えた乾燥麺およびグルテンのみからなる麺状のものを作製し，それらの種々の温度における復水過程における含水率の経時変化を測定する．以上の検討とこれまでの各種乾燥麺の吸水過程に関する速度論的な知見に基づき，グルテンネットワークの弛緩とともに，でん粉の老化度，麺のガラス転移温度，アミロース含量などが復水過程に対してどの程度の律速因子となるかを定量的に把握する．
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| Causes of Carryover |
麺の復水実験は操作が比較的単純であり，卒業論文の学生の協力を得て実施した．しかし，大学院生は在籍せず，卒論生の実験時間も限られ，速度解析などは十分な知識を有さない．そこで，近隣の国立大学の理系大学院生（修士課程）をアルバイトとして雇用し，実験および定量的な解析を補助して貰うために，研究費の約半額をその費用に充当した．しかし，アルバイトとして雇用した大学院生は就職活動および新型コロナ感染症の拡大に伴う行動制限などで就業日数が予定より少なく，次年度使用が発生した．なお，卒論生の頑張りとアルバイト院生の集中的な取り組みで研究自体の進捗には大きな影響はなく，ほぼ予定通りに進行した．2020年度に雇用した大学院生の一部は2021年度も継続して勤務する．2021年度に繰り越した費用をアルバイトの人件費および実験をより効率的に進めるための消耗品の購入に充当することにより，研究を進展させる．
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Research Products
(1 results)
