2015 Fiscal Year Annual Research Report
食品ハイドロゲルのミクロ相分離構造がテクスチャーに与える影響
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26282017
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
松川 真吾 東京海洋大学, その他部局等, 准教授 (30293096)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福岡 美香 東京海洋大学, その他部局等, 准教授 (10240318)
鈴木 徹 東京海洋大学, その他部局等, 教授 (50206504)
田代 有里 東京海洋大学, その他部局等, 助教 (10293094)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 混合多糖ゲル / ミクロ相分離 / 磁場勾配ＮＭＲ / 拡散係数測定 / マイクロＭＲＩ / 光ピンセット / 粘弾性 / 固体高分解能ＮＭＲ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度、透析により精製し、小分けしてレトルトパウチを作成したι-カラギーナン（IC）とκ-カラギーナン（KC）のマスター試料を用いて以下の検討を行った。
顕微鏡による相分離構造観察； IC、KC及びIC/KC混合溶液について降温過程におけるミクロ粘度を評価するために、１μｍのラテックス粒子を添加してブラウン運動の追跡を行った。その結果、ゲル化温度において粘弾性変化に対応したミクロ粘度の変化が見られ、また、混合溶液中においては、ミクロ粘度に空間的な分布が見られた。さらに、レーザーによるマニュピレーションを行ったところ、昨年度は０．３μｍの粒子では不可能だったが、１μｍの粒子を用いた場合には可能となり、周期的応力に対する応答を解析することでミクロ粘弾性が評価できた。すなわち、巨視的な粘弾性とミクロ粘弾性の比較が可能となり、さらにはミクロ粘弾性のμｍオーダーでの空間分布の評価が可能となった。
磁場勾配ＮＭＲ測定；降温過程におけるポリエチレングリコール（ＰＥＯ）の拡散係数（D）を測定した。その結果、混合溶液中のPEOのDはICとKC溶液中でのDの中間的な値となり、また、Dに分布は見られなかった。このことから、混合溶液におけるカラギーナン鎖による網目構造はPEOの拡散距離程度のスケールではほぼ均一な構造となっている事が示された。
固体高分解能NMR；IC、KC及び混合溶液から調製したゲルの網目構造を評価するために、ゲル状試料について前飽和法と低速MAS法による測定を検討したが、いずれも、十分な信号を得ることが出来なかった。そこで、ゲル状試料の液体窒素による急速凍結とフリーズドライによって調製した試料（クエンチ試料）について、CP/MAS法による測定を行った。その結果、混合溶液から得られたゲル試料ではIRとCRのゲル試料にはなかったピークが見られ、多糖鎖の凝集構造が異なっている事が示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
平成２６年度の光ピンセット購入に際して、予算の前倒しでレーザービーム可動式へと変更することにより、より高い精度のマニュピレーションが可能になった。そのため、当初の予定のミクロ粘度のみならずミクロ粘弾性の測定が可能となり、通常の（巨視的な）粘弾性との比較が可能となり、次年度に予定していた「ミクロ構造・物性⇔力学物性」の関係の検討が詳細に行えるようになった。
固体高分解能NMR測定においては、ゲル状試料での測定が困難であったことを踏まえて、クエンチ試料に対してCP/MAS法による測定を行う事により、次年度に予定していた混合ゲル中の凝集体網目構造や運動性、相分離構造の評価などが可能となった。
マイクロＭＲＩによる観察ではMRI撮像に必要な磁場勾配安定化ユニットが故障したために、海外での修理が必要になり、今年度はあまり実験が出来なかったが、修理が完了したので、今年度は計画通りに実験を進めることが出来る。
小角X線散乱（SAXS）による網目構造の評価においては、ゲル状試料からの散乱が微弱であり、長時間の測定が必要であり、その間の構造変化が結果に大きく影響することが考えられた。そこで、0.1μｍ程度の蛍光プローブ粒子の運動追跡によって、網目構造の評価が出来ないかを検討したところ、可能性があることが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
光ピンセットを用いた実験においては、当初の予定も速く計画が進んでおり、さらに、１μｍ程度のスケールのミクロ粘弾性の評価が可能となったことで、「ミクロ構造・物性⇔力学物性」の関係がより詳細に行えるようになった。今後は、予定を早めてテクスチャーとの関連の検討を前倒しで行い、「ミクロ構造・物性⇔力学物性⇔テクスチャー」の関係を明らかにする。
固体高分解能NMR測定においては、ゲル状試料の網目構造について、クエンチ試料でのCP/MAS法による評価方法が前倒しで確立できたので、これをIC/KC比を変えた混合試料について応用して分子レベルでのミクロ構造・物性を評価し、結果を粘弾性などの巨視的な物性と比較し、さらにはテクスチャーへの影響を議論する。
さらに、マイクロＭＲＩによる観察スケールを１０μｍ程度まで高分解能化することにより、数十μｍでの糖鎖濃度の空間分布を撮像し、光ピンセット、固体高分解能NMRおよび粘弾性測定の結果を比較する。
また蛍光プローブ粒子のブラウン運動追跡法に、0.1μｍ程度のスケールでのミクロ粘度を評価し、上記の方法による巨視的および微視的物性の評価結果と比較検討する。
さらに、これらの結果から、多糖の混合比や添加イオン量などの配合、溶解や冷却の方法、保存方法などを変えることでミクロ相分離構造やミクロ物性を制御し、そこからマクロな力学物性をデザインする一連の設計手法を提案する。
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| Causes of Carryover |
ＭＲＩ測定に必要な磁場勾配アンプが故障し、海外修理に出したために、ＭＲＩの実験に必要な液体ヘリウムの充填費用の分担、測定に必要な備品などの購入が出来なかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
磁場勾配アンプが修理から戻ってきたので、当初、予定したＭＲＩ測定を行うに当たり、必要な費用に使用する。
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