研究課題
基盤研究(B)
水分活性は、食品と純水の水蒸気圧の比として厳密に定義された、食品の保存性や品質を評価する熱力学量である。本研究では、水の分子運動性の解析に有効な中性子準弾性散乱、食品のミクロ構造解析に有効な中性子・X線小角散乱を基軸に、熱分析・赤外分光法・分子シミュレーションの融合解析により、食品中の水の物理化学的状態・水和構造を可視化し、食品と水との相互作用を構造科学的に調べる。食品のミクロ構造が水の存在状態に与える影響を解析することで、水分活性を決める食品の水和状態をミクロの視点から解明し、水分活性から保存性や食感といった食品機能物性を予測するための分子論的基礎を確立する。
中性子準弾性散乱を用いて、糊化した澱粉の老化に伴う分子ダイナミクスの変化を調べた結果、老化現象に伴い分子ダイナミクスが空間的に抑制されることを示した。また結晶相と非晶質相に対応した2値分布のモデルを用いて解析したところ、老化により分子運動性の低い非晶質相の割合が増加することが示された。これら成果は、中性子準弾性散乱によって老化に伴う分子ダイナミクスの変化を捉えた初めての成果である。老化は澱粉の水和状態とも関係するため、現在、水和状態の違いと老化速度との関係性などを調べている。またタンパク質などの生体分子の水和状態と水分活性との関係性を調べるため、様々な水分活性(aw) 条件下における凍結乾燥細菌の動力学転移に及ぼすグリセロールおよびグルコースの影響を中性子準弾性散乱で調べた。水分収着等温線から、各aw における含水率は、グリセロール、グルコース、無添加試料の順に高くなることがわかった。試料中の原子の平均二乗変位(MSD) に対する温度の影響を調べたところ、MSD は温度の上昇に伴い徐々に増加し、データフィッティングから、3 つの動力学転移温度が決定され、モデル解析により添加された溶質とバクテリアは完全には混和しないことが示唆された。さらに、分子間相互作用がタンパク質の物性に及ぼす影響について調べ、タンパク質の力学強度に対するジスルフィド結合の重要性が確認され、疎水性および静電的相互作用が、タンパク質の物性を制御する重要な役割を果たしていることが示された。中性子小角散乱（SANS）は、ソフトマターの高次構造を研究するための強力な手法として広く利用されているが、ナノメートルスケールの食品のミクロ構造を調べる重要な計測手法である。FTIR分光法の減衰全反射サンプリング法を採用した新しい同時測定システムを開発した。またゲルのナノ構造や糖溶液の水和状態を中性子小角散乱で解析した。
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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