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2023 年度 実績報告書

微生物はなぜ乾燥に耐えられるのか?微生物細胞のガラス転移による乾燥適応機序の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H04710
研究機関北海道大学

研究代表者

小関 成樹  北海道大学, 農学研究院, 教授 (70414498)

研究分担者 川井 清司  広島大学, 統合生命科学研究科(生), 教授 (00454140)
中川 洋  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 物質科学研究センター, 研究主幹 (20379598)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2024-03-31
キーワードガラス転移 / 水分活性 / 乾燥
研究実績の概要

本年度は、細菌(Cronobacter sakazakii)-溶質(グリセロールおよびグルコース)系の機械的ガラス転移と動的転移を調べた。溶質(グリセロールとグルコース)系の力学的ガラス転移と力学的転移を調べた。力学的緩和に対する水分活性(aw)の影響から、25°C(グリセロールおよびグルコース)において力学的ガラス転移が起こるawを0.225と決定した。
グリセロール添加試料では0.225、グルコース添加試料では0.540であった。これらの値は、以前に報告された無添加試料の値(0.667)よりも低い値であった。原子の平均二乗変位に対する温度の影響非干渉性中性子弾性散乱によって調べた。動的遷移が起こる温度25°Cで動的転移が起こるawは、グリセロール添加試料で0.156、グルコース添加試料で0.475であった。であった。これらの値は、以前に報告された無添加試料の値(0.675)よりも低かった。Couchman-Karaszモデルによると、添加剤によって可塑化された細菌のガラス転移温度とバルク添加剤のガラス転移温度が得られた。従来明らかになっていなかった、乾燥過程における溶質の影響を明らかにしたもので、ガラス転移温度と水分活性を指標として、微生物の生存特性を予測しうるものであり、基礎的にも実用的にも重要な知見である。
また、乾燥過程におけるガラス転移温度と保存温度との差から、乾燥菌体の死滅を予測可能とする新たな数理モデルを構築することに成功し、食中毒細菌の制御だけでなく、有用細菌の保護的な長期保存を予測可能とする知見を得た。さらに、乾燥に伴う代謝の変化をメタボローム解析によって網羅的に解析することにより、乾燥過程で生じる生理的な変化の一端を明らかにするとともに、乾燥過程での代謝活性の変化についても一定の知見を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Effect of water activity on the mechanical glass transition and dynamical transition of bacteria-solute systems2024

    • 著者名/発表者名
      Kawai Kiyoshi、Sogabe Tomochika、Nakagawa Hiroshi、Yamada Takeshi、Koseki Shigenobu
    • 雑誌名

      Journal of Food Engineering

      巻: 375 ページ: 112066~112066

    • DOI

      10.1016/j.jfoodeng.2024.112066

    • 査読あり
  • [学会発表] 水分活性変化による細菌の活動停止-再開とガラス-ラバー転移2023

    • 著者名/発表者名
      川丼清司、曽我部知史、中川洋、山田式、小関成樹
    • 学会等名
      日本食品工学会第24回(2023年度)年次大会
  • [学会発表] Desiccation tolerance of Bacillus cereus: Contribution of glass transition phenomena of the bacterial cells2023

    • 著者名/発表者名
      Tatsuya INOMATA, Kiyoshi KAWAI, Kento KOYAMA, Shige KOSEKI
    • 学会等名
      37th EFFoST International Conference 2023
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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