Physical chemistry of water and micro-structure to determine the water activity of food

水的物理化学和微观结构以确定食品的水分活度

• 批准号: 20H02944
• 负责人: 中川 洋
• 金额: $ 11.32万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02944/
• 关键词: 水分活性; 食品中の水; 食品のミクロ構造; 水和構造; 中性子準弾性散乱; 構造食品科学; 中性子小角散乱; 示差走査熱量測定; 水和; ナノ構造; 澱粉の糊化・老化; 卵白ゲル; 中性子食品構造物性学; 澱粉の糊化; 赤外分光法; 示差走査熱量計; マルチメソッド; ミクロ構造

澱粉の結晶化度はそのマクロな物性に反映されるため、結晶化度と構造ダイナミクスの関係性は興味深い。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。測定された中性子準弾性散乱の幅は老化に伴い狭くなった。また、弾性非干渉散乱構造因子は増加し、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が示された。さらに澱粉の老化に伴う分子運動性の変化と、X線回折による結晶化度の変化との相関関係を見出し、中性子準弾性散乱解析から澱粉の結晶性に由来する特徴的な分子運動性を解析するための手掛かりを得ることができた。これらの成果は、食品の構造物性研究の基礎研究のみならず、食品加工や保存などの応用研究としても重要な視点を与える成果である。また、澱粉の糊化を中性子準弾性散乱測定によって解析し、DSCの吸熱ピークでは分離できなかった状態変化を検出し、現在その詳細を解析中である。卵白のゲル化に伴うミクロ構造の変化について中性子小角散乱測定や中性子準弾性散乱実験を行い、マクロな物性の異なる複数の卵白ゲルのミクロ構造や水和状態の違いの解析を進めている。中性子散乱法を基軸とし各種分光測定、熱分析等の実験手法を融合した手法により、食品の構造物性相関の解析を進めた。特に、赤外分光法と中性子小角散乱の同時測定系の開発を行い、澱粉などの食品素材のナノ構造と水和状態の相関解析などに着手した。また中性子非弾性散乱手法の高度化に関わる装置の試料環境の高度化や機器開発を行った。これらの測定装置の高度化を通じて、中性子準弾性散乱により食品蛋白質の水分活性に対する塩の影響を解明や、同位体コントラスト法による食品中の水の動態を解明し、水分活性と水の物理化学的特性の関係性を解明した。また、中性子非弾性散乱とテラヘルツ分光の相補性や共通性に着目した総説を出版した。

Starch crystallization degree is a reflection of physical properties, crystallization degree and structure are very interesting. In addition, the aging of starch is accompanied by the regulation of molecular changes. The measurement of the median particle size distribution of the amplitude of the aging is accompanied by a narrow range of particles. In addition, the non-interference structure factor increases, and the aging phenomenon is accompanied by the suppression of molecular space. The correlation between molecular mobility and crystallization of starch during aging and X-ray retrogradation was found, and the molecular mobility of starch was characterized by dispersion analysis and X-ray retrogradation analysis. The achievements include basic research on structure and physical properties of food, application research on food processing and preservation, important viewpoints and achievements. For example, starch gelatinization, sub-standard dispersion determination, DSC endothermic separation, state change, and detailed analysis. The analysis of protein structure, water and state violation is carried out in the process of particle quasi-scattering measurement. The basic principle of the neutral dispersion method is to combine various spectroscopic methods, thermal analysis, etc., and to analyze the structural properties of food. The development of the system, the correlation analysis of the structure and water state of starch and food materials by infrared spectroscopy and neutral particle small angle scattering The improvement of the sample environment of the device and the development of the machine are carried out by means of neutral non-dispersive methods. The high degree of automation of the measurement device, the dispersion of the water content in the food protein, and the relationship between the water content and the physicochemical properties of the water content in the food protein are explained. The theory of neutral electron scattering and spectral complementarity and commonality is published.

项目成果

実験医学

实验医学

• 发表时间: 2011
• 作者: 松田憲之;尾勝圭;田中啓二
• 通讯作者: 田中啓二

非干渉性中性子散乱で観測する生体物質の揺らぎ

通过非相干中子散射观察到的生物材料的波动

• 发表时间: 2022
• 期刊: 波紋
• 作者: 松尾龍人;中川洋
• 通讯作者: 中川洋

Freezing, Thawing and Glass Transition of Biomolecules and Water

生物分子和水的冷冻、解冻和玻璃化转变

• 发表时间: 2021
• 作者: T. Ishimaru;K. Thandar Hlaing;Y. M. Oo;T. M. Lwin;K. Sasaki;P. D. Lumanglas;E. M. Simon;T. T. Myint;A. Hairmansis;U. Susanto;B. Ayyenar;R. Muthurajan;H. Hirabayashi;Y. Fukuta;K. Kobayasi;T. Matsui;M. Yoshimoto;T. M. Htun.;中川洋
• 通讯作者: 中川洋

中性子準弾性散乱による生体物質の低エネルギーダイナミクス研究と今後の展望

中子准弹性散射生物材料低能动力学研究及未来展望

• 发表时间: 2020
• 作者: 中本海里;馬場裕士;植村香織;寺地徹;中川洋
• 通讯作者: 中川洋

Effect of water activity on the mechanical glass transition and dynamical transition of bacteria

水分活度对细菌机械玻璃化转变和动力学转变的影响

• DOI: 10.1016/j.bpj.2022.09.001
• 发表时间: 2022
• 期刊: Biophysical Journal
• 影响因子: 3.4
• 作者: Sogabe Tomochika;Nakagawa Hiroshi;Yamada Takeshi;Koseki Shigenobu;Kawai Kiyoshi
• 通讯作者: Kawai Kiyoshi