2023 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of fluoride adsorption on rice and technology development for reduction of fluoride intake in areas with fluoride-laden groundwaters
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22H01621
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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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| Keywords | フッ素摂取 / 米 / デンプン / 地下水 / 吸着 |
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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として、水素結合阻害剤を異なる条件で添加し、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。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、amyloseとamylopectinとフッ素の水素結合を1H /19F NMRを用いたHSQCにより解析を行った。水素結合の分子モデル解析(PyMol)にて、フッ素イオンとデンプン分子との水素結合の有無を検証を行った。セルロースへのフッ素吸着との比較による解析・検証を行い、PyMolセルロースのフッ素吸着機構を解明した。
（２）デンプン含有食品へのフッ素吸着の動力学として、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、米粒内の水分及びフッ素分布、顕微鏡染色画像などと比較しモデルを検証した。比較対象として、塩素イオンの澱粉への吸着も検証を行った。
（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として、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。
（４）デンプン含有食品からのフッ素摂取量の推定と摂取量削減法の検討として、調査対象地域における食生活を調査し、デンプンを含む主食について、調理工程におけるフッ素の吸着量を測定し、米穀等からのフッ素摂取量を推定し、飲料水からの摂取量と比較し、WHOの飲料水ガイドラインの見直しの要否について検討を行った。
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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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