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2012 年度 実績報告書

非染色・前処理不要なタンパク質・デンプン・脂質分布の同時可視化手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 12J07698
研究機関東京大学

研究代表者

粉川 美踏  東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 特別研究員(DC2)

キーワード蛍光指紋 / ハイパースペクトル / イメージング / 励起蛍光マトリクス / グルテン / 澱粉 / PLS回帰分析 / 主成分分析
研究概要

【研究1】蛍光指紋イメージングシステムの構築
本課題に必要な計測システムを構築した。精密な焦点合わせのための自動Z軸ステージ、均一な照明を得るためのロッドレンズ、蛍光を分光するフィルターを制御するためのフィルターホイール、及びフィルターホイールを観察系に挿入するための特注治具を選定・設置した。また、システム制御ソフトウェアを使用し、光源、CCDカメラ、Z軸ステージおよびフィルターホイールをPCから制御できるようなプログラムを作成した。蛍光指紋イメージングでは多くの波長条件で試料の撮像を行う必要があるが、この測定を自動的に進める計測機を完成させた。計測の自動化により計測時間は1/3程度になり、計測可能なサンプルが増えただけでなく、試料の変性も抑えられるようになった。
この計測装置を構築したことにより、測定の手間が減り、画像の精度が大きく向上した。蛍光指紋イメージングを用いた今後の研究を加速させ得るものとなった。
【研究2】モデル小麦粉生地中のグルテン・澱粉の定量的可視化手法の開発
本研究では小麦粉生地中のグルテン・澱粉を対象とし、それぞれの量が正確に反映されるイメージング手法を開発することを目的とした。グルテン粉末、小麦澱粉粉末、及び蒸留水をそれぞれの割合を変えつつ混合したモデル小麦粉生地を作製し、蛍光指紋からグルテン・澱粉割合を推定するPLSモデルを構築した。このモデルでは、水分量に関わらず、グルテン・澱粉割合を決定係数(R2)0.96という精度で推定することができた。また、モデル小麦粉生地画像の各画素に対してグルテン・澱粉割合を推定するモデルを適用することにより、各画素に存在するグルテン・澱粉割合を推定できた。
【研究3】パイ生地中のグルテン・澱粉・バターの可視化
タンパク質(グルテン)、澱粉に加え、油脂(バター)を含めた3成分での可視化手法を開発することを目的とした。バターの分布がわかりやすい折りパイ生地を可視化対象とし、蛍光指紋画像を取得した。各画素の蛍光指紋に対して主成分分析を適用したところ、第一主成分にはグルテンの軸が、第三主成分には澱粉とバターの軸が見られた。この主成分軸に合わせて色軸を設定することにより、グルテンの分布、および澱粉とバターの分布を可視化することができた。この研究により、3成分以上の同時可視化が可能であることが示され、より複雑で実際の食品に近い系を扱う可能性が見えた。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本年度は、グルテン・澱粉・油脂の3成分について、定量化・分布可視化を行う予定であった。研究実績の欄に記述した通り、これらの課題については結果を出し、それぞれ投稿論文および学会発表にまとめている。さらに、申請時には記述がなかった測定機械の精度向上には多くの時間を割き、申請当初に考えていたよりも鮮明な画像が得られるようになり、また短時間での計測が可能になっている。

今後の研究の推進方策

本研究課題は基本的に申請書通りの計画で進めていくが、特に澱粉と油脂の可視化・分離に多くの時間を割く。これらの物質は元々蛍光が弱いため、正確に分離するには、計測装置の信号雑音比(Signal to Noise Ratio, S/N比)を上げる必要がある。現時点ではある程度の分離は可能であるが、カメラの感度ムラや照射光のムラなど空間的な不均一性に結果が左右されてしまっている。このような空間的不均一性を修正するために、照射光は拡散板などを使いハード面で改善し、カメラの感度ムラはデータ処理によって不均一性を改善する予定である。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (20件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Development of a quantitative visualization technique for gluten in dough using fluorescence fingerprint imaging2012

    • 著者名/発表者名
      Kokawa, M., Sugiyama, J., Tsuta, M., Yoshimura, M., Fujita, K., Shibata, M., Araki, T., Nabetani, H.
    • 雑誌名

      Food and Bioprocess Technology

      ページ: 1-11

    • DOI

      10.1007/s11947-012-0982-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 攪拌処理による高アミロース米のゲル物性の変化2012

    • 著者名/発表者名
      柴田真理朗, 杉山純一, 藤田かおり, 蔦瑞樹, 吉村正俊, 粉川美踏, 荒木徹也
    • 雑誌名

      日本食品科学工学会誌

      巻: 59 ページ: 220-224

    • DOI

      10.3136/nskkk.59.220

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 蛍光指紋計測によるマンゴーの産地判別2012

    • 著者名/発表者名
      中村結花子, 藤田かおり, 蔦瑞樹, 柴田真理朗, 吉村正俊, 粉川美踏, 杉山純一, 鍋谷浩志, 荒木徹也
    • 雑誌名

      日本食品科学工学会誌

      巻: 59 ページ: 387-393

    • DOI

      10.3136/nskkk.59.387

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Detection of Aflatoxins B1, B2, G1 and G2 in Nutmeg Extract using Fluorescent Fingerprint

    • 著者名/発表者名
      Fujita, K., Sugiyama, J., Tsuta, M., Shibata, M., Kokawa, M., Onda, H., Sagawa, T.
    • 雑誌名

      Food Science and Technology Research

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Image analysis of bread crumb structure in relation to mechanical properties

    • 著者名/発表者名
      Shibata, M. , Tsuta, M., Sugiyama, J., Fujita, K., Kokawa, M., Araki, T., Nabetani, H.
    • 雑誌名

      International Journal of Food Engineering

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of novel staining procedure for visualizing gluten-starch matrix in bread dough and cereal products

    • 著者名/発表者名
      Maeda, T., Kokawa, M., Miura, M., Araki, T., Yamada, M., Takeya, K., Sagara, Y.
    • 雑誌名

      Cereal Chemistry

      巻: (印刷中)

    • 査読あり
  • [学会発表] 光の指紋によるパイ生地中のグルテン・澱粉・バターの分布可視化2013

    • 著者名/発表者名
      粉川 美踏, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 藤田 かおり, 吉村 正俊, 柴田 真理朗, 荒木 徹也, 鍋谷 浩志
    • 学会等名
      日本食品科学工学会平成25年度関東支部大会
    • 発表場所
      東京, 東京農業大学
    • 年月日
      2013-03-07
  • [学会発表] ダイレクト糊化法による高アミロース米麺の開発2013

    • 著者名/発表者名
      松山 真悟, 柴田 真理朗, 杉山 純一, 藤田 かおり, 蔦 瑞樹, 吉村 正俊, 粉川 美踏, 平野 由香里, 荒木 徹也
    • 学会等名
      日本食品科学工学会平成25年度関東支部大会
    • 発表場所
      東京, 東京農業大学
    • 年月日
      2013-03-07
  • [学会発表] ダイレクト糊化による高アミロース米の最適製パン技術の開発2013

    • 著者名/発表者名
      平野 由香里, 杉山 純一, 柴田 真理朗, 藤田 かおり, 蔦 瑞樹, 吉村 正俊, 粉川 美踏, 松山 真悟, 荒木 徹也
    • 学会等名
      日本食品科学工学会平成25年度関東支部大会
    • 発表場所
      東京, 東京農業大学
    • 年月日
      2013-03-07
  • [学会発表] Development of High-Amylose Rice Gel by Gelatinization and Mechanical Mixing2012

    • 著者名/発表者名
      M. Shibata, J. Sugiyama, K. Fujita, M. Tsuta, M. Yoshimura, M. Kokawa and T. Araki
    • 学会等名
      2012 EFFoST Annual Meeting
    • 発表場所
      Montpellier, France
    • 年月日
      20121120-20121123
  • [学会発表] 高アミロース米を用いた新規食品の開発2012

    • 著者名/発表者名
      柴田 真理朗, 杉山 純一,藤田 かおり, 蔦 瑞樹, 吉村 正俊, 粉川 美踏, 荒木 徹也
    • 学会等名
      日本食品工学会第13回年次大会
    • 発表場所
      北海道, 北海道大学
    • 年月日
      20120809-20120810
  • [学会発表] Detection of Fusarium Mycotoxin in Wheat Grain Using Fluorescence Fingerprint2012

    • 著者名/発表者名
      K. Fujita, M. Tsuta, J. Sugiyama, H. Nakagawa, M. Yoshimura, M. Kokawa and M. Shibata
    • 学会等名
      6th International Crop Science Congress
    • 発表場所
      Bento Goncalves, Brazil
    • 年月日
      20120806-20120810
  • [学会発表] Determination of the Geographic Origin of Mangoes using Fluorescence Fingerprint2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakamura, K. Fujita, J. Sugiyama, M. Tsuta, M. Shibata, M. Yoshimura, M. Kokawa, H. Nabetani, T. Araki
    • 学会等名
      16th IUFoST, World Congress of Food Science and Technology
    • 発表場所
      Foz do Iguacu, Brazil
    • 年月日
      20120805-20120809
  • [学会発表] Contactless Estimation of Pore Size in Bread Crumb by Hyperspectral Scattering Imaging2012

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuta, K. Fujita, M. Shibata, M. Yoshimura, M. Kokawa and J. Sugiyama
    • 学会等名
      16th IUFoST, World Congress of Food Science and Technology
    • 発表場所
      Foz do Iguacu, Brazil
    • 年月日
      20120805-20120809
  • [学会発表] Quantitative Visualization of the Distribution of Gluten and Starch in Model Dough with Fluorescence Fingerprint Imaging2012

    • 著者名/発表者名
      M. Kokawa, M. Tsuta, J. Sugiyama, M. Yoshimura, K. Fujita, M. Shibata, T. Araki and H. Nabetani
    • 学会等名
      International Conference of Agricultural Engineering, CIGR-AgEng2012
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      20120708-20120712
  • [学会発表] Detection of Aflatoxins B1, B2, G1, G2, in Nutmeg Extract Using Fluorescence Fingerprint2012

    • 著者名/発表者名
      J. Sugiyama, K. Fujita, M. Tsuta, M. Shibata, M. Kokawa, H. Onda and T. Sagawa
    • 学会等名
      International Conference of Agricultural Engineering, CIGR-AgEng2012
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      20120708-20120712
  • [学会発表] Contactless Evaluation of Airbubble Structure in Bread by Laser Scattering Imaging2012

    • 著者名/発表者名
      M. Tsuta, K. Fujita, M. Shibata, M. Yoshimura, M. Kokawa and J. Sugiyama
    • 学会等名
      International Conference of Agricultural Engineering, CIGR-AgEng2012
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      20120708-20120712
  • [学会発表] Development of Rapid Estimation method of Aerobic Bacteria Population on Beef surface by Fluorescence Fingerprints2012

    • 著者名/発表者名
      M. Yoshimura, M. Tsuta, M. Shibata, K. Fujita, M. Kokawa and J. Sugiyama
    • 学会等名
      International Conference of Agricultural Engineering, CIGR-AgEng2012
    • 発表場所
      Valencia, Spain
    • 年月日
      20120708-20120712
  • [学会発表] 蛍光指紋と多変量解析による牛肉の衛生モニタリング手法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      吉村 正俊, 中村 円亮, 蔦 瑞樹, 杉山 純一, 柴田 真理朗, 藤田 かおり, 粉川 美踏, 中内茂樹
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第59回大会
    • 発表場所
      北海道, 藤女子大学
    • 年月日
      2012-08-31
  • [学会発表] パン生地の蛍光指紋イメージング : 成分存在比を考慮したカラーマッピング法2012

    • 著者名/発表者名
      粉川 美踏, 蔦 瑞樹, 杉山 純一, 藤田 かおり, 西村 正俊, 柴田 真理朗, 荒木 徹也, 鍋谷 浩志
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第59回大会
    • 発表場所
      北海道, 藤女子大学
    • 年月日
      2012-08-31
  • [学会発表] ダイレクト糊化による高アミロース米ゲル食品の開発2012

    • 著者名/発表者名
      柴田 真理朗, 杉山 純一, 松山 真悟, 藤田 かおり, 粉川 美踏, 蔦 瑞樹, 吉村 正俊, 荒木 徹也
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第59回大会
    • 発表場所
      北海道, 藤女子大学
    • 年月日
      2012-08-30
  • [学会発表] 蛍光指紋によるサトイモの産地判別法開発とその精度検討2012

    • 著者名/発表者名
      中村 結花子, 藤田 かおり, 杉山 純一, 蔦 瑞樹, 粉川 美踏, 吉村 正俊, 柴田 真理朗, 鍋谷 浩志, 荒木 徹也, 中村 哲
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第59回大会
    • 発表場所
      北海道, 藤女子大学
    • 年月日
      2012-08-30
  • [学会発表] 蛍光指紋計測による小麦粒赤かび毒のイメージング検出手法の開発2012

    • 著者名/発表者名
      藤田 かおり, 吉村 正俊, 蔦 瑞樹, 杉山 純一, 粉川 美踏, 柴田 真理朗
    • 学会等名
      日本食品科学工学会第59回大会
    • 発表場所
      北海道, 藤女子大学
    • 年月日
      2012-08-30
  • [学会発表] 蛍光指紋によるマンゴーの産地判別技術の開発2012

    • 著者名/発表者名
      杉山 純一, 中村 結花子, 藤田 かおり, 蔦 瑞樹, 柴田 真理朗, 吉村 正俊, 粉川 美踏
    • 学会等名
      農業情報学会2012年度
    • 発表場所
      東京, 東京大学
    • 年月日
      2012-05-17
  • [学会発表] 蛍光指紋イメージングによる小麦カビ毒の非破壊検出2012

    • 著者名/発表者名
      藤田 かおり, 蔦 瑞樹, 杉山 純一, 吉村 正俊, 粉川 美踏, 柴田 真理朗
    • 学会等名
      農業情報学会2012年度
    • 発表場所
      東京, 東京大学
    • 年月日
      2012-05-17
  • [学会発表] 蛍光指紋によるパン生地中グルテンの定量イメージング2012

    • 著者名/発表者名
      粉川 美踏, 蔦 瑞樹, 杉山 純一, 藤川 かおり, 吉村 正俊, 柴田 真理朗, 荒木 徹也, 鍋谷浩志
    • 学会等名
      農業情報学会2012年度
    • 発表場所
      東京, 東京大学
    • 年月日
      2012-05-17
  • [備考]

    • URL

      http://www.iai.ga.a.u-tokyo.ac.jp/nabetani-araki2012/src/index.html

  • [備考]

    • URL

      http://mitokokawa.web.fc2.com/index.html

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公開日: 2014-07-16  

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