| 研究課題/領域番号 |
23580236
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| 研究機関 | 神戸女子大学 |
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研究代表者 |
山根 千弘 神戸女子大学, 家政学部, 教授 (70368489)
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| 研究分担者 |
岡島 邦彦 徳島文理大学, 理工学部, 教授 (30389168)
上田 一義 横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40223458)
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| キーワード | セルロース / 再生セルロース / 構造形成 / X線回折 / 分子動力学 |
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| 研究概要 |
セルロース溶液からの構造形成は，まずセルロース分子がグルコピラノースリング平面同士の疎水性の相互作用によりシート状の分子集合体を形成することから始まり，次にこのシートが水素結合により積層し結晶や非晶などの高次構造を形成することで完結する。これは，我々が明らかにしてきたことである。平成25年度は高輝度放射光施設SPring-8を使用して，この構造形成仮説を確認するとともに，ナノ食品の出口分野として，麺類に大きな可能性を見出したので報告する。
セルロース/水酸化ナトリウム水溶液は高温状態でゲル化する。そこで当該溶液の昇温過程（ゲル化過程）をSPring-8の高輝度放射光X線で追跡した。まず断面のGuinierプロットから，ゲル化が進んだ時点でもセルロース分子鎖が1本で存在している可能性が指摘された。一方，厚みのGuinierプロットでは，ゲル化の進行にしたがってシート状物の厚さが増加する様子が観察された。そして最終的にセルロースII型の結晶ピークが広角領域に観察された。すなわち，我々が提案している疎水性の相互作用により形成したシート状の分子集合体が架橋点となってゲル化が開始され，その架橋点（結晶核のようなものか）に分子シートが積層してゆき，ついに結晶が生じるという，より詳細なメカニズムを提案できた。
一方以前の研究から，多糖をナノブレンドすることにより結晶性が低下し，食感が良くなることがわかっている。平成25年度は，コンニャクグルコマンナンをナノブレンドすることにより，食感が著しく向上し，ノンカロリー麺類として展開できる見通しを得た。現在，食品メーカーと共同で事業化を目指した研究開発を行っているところである。なお，この麺類は，全く新しい製法で作られたものではあるが，食品として展開できることを厚生労働省に確認することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
木質パルプを水酸化ナトリウム水溶液に溶解する技術を見出し，世界で初めて法律的に可食なセルロース成型体の調製が可能になったが，食感的には極めて不十分なものであった。セルロースの食感の悪さはその構造に起因しており，再生セルロースの構造形成過程の解明と，構造制御が最重要課題である。したがって，当初の本研究課題の３つの目標（（１）構造形成機構の解明；（２）ナノ食品の構造解明と構造制御；（３）ナノ食品の生理機能と物理機能）のうち（１）構造形成機構の解明と（２）ナノ食品の構造解明と構造制御を重点的に行った。
構造形成機構の解明のおいては，今まで分子シートが構造形成初期に形成されることだけはわかっていたが，それがどのような役割を果たし，構造形成全体に影響を及ぼしているのか判っていなかった。25年度の検討により分子シートが，ゲルの架橋点のような役割を果たすと同時に結晶核としても働くことを見出し，構造形成はほぼ解明できた。
構造制御においては，多糖が分子シートの形成を阻害し，結晶の成長を抑制するとの過去の知見を生かして，グルコマンナンをナノブレンドすることにより，著しい食感の改善を達成することができた。すなわち食感の改善をもたらす，適切な構造制御がなされたわけではあるが，その詳細は不明なままである。
まとめると，当初の目的のうち（１）構造形成機構の解明はほぼ達成した；（２）ナノ食品の構造解明と構造制御は，著しい進捗をみた。すなわち食品メーカーとの共同研究開発につながり，本研究課題の事業化へのスタートをきることができた。とはいえ，構造制御の本質は未解明なままである；（３）ナノ食品の生理機能と物理機能はほぼ未達成ではあるが，25年度の実施目標ではない。などの進捗状況から「おおむね順調に進展している」という自己評価を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
当初の本研究課題の３つの目標（（１）構造形成機構の解明；（２）ナノ食品の構造解明と構造制御；（３）ナノ食品の生理機能と物理機能）のうち（２）ナノ食品の構造解明と構造制御と（３）ナノ食品の生理機能と物理機能）を重点的に行う。
グルコマンナンをナノブレンドすることにより，著しい食感の改善を達成することができた。すなわち食感の改善をもたらす，適切な構造制御がなされ，好ましい構造が得られたわけではあるが，その詳細は不明なままである。したがって平成26年度はセルロース/グルコマンナンのナノ複合体の構造解析を重点的に行う。具体的にはセルロースとグルコマンナンの比率を変えて，また凝固系を系統的に選択してフィルムを作成し，その微細構造，特定結晶面の面配向性，非晶部の複合状態などを解明する。
ナノ食品の生理機能については，まず基盤的検討から開始する。生理機能はセルロースと食品成分との相互作用により発現されるはずであるから，その相互作用をコンピュータシミュレーションにより解明する。これは，本研究課題の予算にて平成24年度に購入したアクセルリス社製の科学計算用ソフトウェアー，Materials Studioを使用して検討する。具体的には，Cellulose II型結晶の特定結晶面をコンピュータ上に設置してその表面エネルギーを計算する。水系の溶解･凝固系で再生して得たセルロースは（１－１０）結晶面が固体の表面に平行に面配向するので，特定結晶面としてこの結晶面が挙げられるが，その確認として上述した，セルロース/グルコマンナン複合体の面配向性の解明が重要となってくる。また，常に水存在下中で，生理機能が発現するわけであるから，その結晶面上に水を配置して水の状態（密度，拡散挙動，自由エネルギーなど）を明らかにする。その上で，特定の食品成分とセルロース結晶面との相互作用を計算する。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
まず，次年度使用額（B-A）は\18,956-であり，当該年度所要額\772,633-の2.5%にすぎない。基本的に当初の計画に沿った使用と考える。個人的には不要不急の支出をしてB-Aをゼロにするよりも，適切な支出と考える。とはいえ，差額が生じた理由の一つは,本研究課題の目標の一つである（２）ナノ食品の構造解明と構造制御において,解析研究に掛かる費用がやや少なかったため,物品費（消耗材料費）の支出がやや少なかったことが挙げられる。
基本的に当初の予定どうりに使用する。すなわち当初の目標（（１）構造形成機構の解明；（２）ナノ食品の構造解明と構造制御；（３）ナノ食品の生理機能と物理機能）に対して,消耗費52万円；交通費23万円；謝金（食感パネラーなど）15万円；その他（論文印刷，英文校閲など）12万円の使用を予定している。差額（B-A＝\18956）については，（２）ナノ食品の構造解明と構造制御の「構造解明」を重点的に行う予定なので,その費用に当てる予定である。
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