Investigation of the structure of free and bound water in rice gel and the mechanism of water retention by using infrared spectroscopy

红外光谱研究大米凝胶中游离水和结合水的结构及保水机理

• 批准号: 20K05935
• 负责人: 大塚 由紀子
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K05935/
• 关键词: 米ゲル; 近赤外分光; 結合水; 自由水; 水素結合状態; 老化; 米デンプン; グルテンフリー; 赤外分光; 水分率; グルテンフリーの食材; FTIR

米ゲルはグルテンフリーの食材として注目されているが、米デンプンの老化という問題がある。本研究では、近赤外分光を用いて米ゲルの乾燥特性を測定し、吸光度スペクトルを解析することにより、米ゲル中の水の構造の変化に着目して米デンプンの老化による保水性の劣化について検討した。我々の実験ではプラズマ処理により表面の親水性を高めたCaF2窓板上に米ゲルを塗布して厚さ0.1mm程度の膜を作製し、試料を窒素雰囲気中で乾燥しながらFTIRによる赤外吸収測定を行なった。得られた吸収スペクトルの4500-5500cm-1の周波数領域における水分子の水素結合状態に着目して吸光度スペクトルを解析し、米デンプン中に含まれる水分子をOH基の伸縮振動に影響を及ぼす水素結合の本数により、S0（水素結合なし）、S1（１本）、S2（2本）の3種類の分子種に分類した。これらの分子種が水全体に占める比率を求めた結果、自由水（自由に動ける水）、結合水（デンプンに束縛されている水）が各々固有の比率（自由水の場合はS0:S1:S2 =1:2:2、結合水の場合はS0:S1:S2 =2:4:1）を持つことから、自由水、結合水を識別できることを見出した。さらに解析の結果から自由水、結合水の量を見積もり、老化の程度の異なる米ゲルの乾燥特性を比較した結果、（１）老化が進むにつれて米ゲル中に含まれる自由水が失われやすくなること、（２）老化の程度が大きい米ゲルほど、結合水の量が多いこと、（３）示差走査型熱量計で測定した再糊化量と老化によって増えた結合水の量とを比較した結果、自由水が枯渇する瞬間の結合水の老化による増量分は、老化の程度と比例関係にあることが実験的に解明された。本研究の成果により、老化のメカニズムに関する有益な知見が得られただけでなく、近赤外分光を用いて結合水の量から老化の量を見積もるという定量的な老化測定の新たな手法を見出すことにも成功した。

The food and beverage industry has become a hot topic in China. In this study, the drying characteristics, absorbance, and water structure of rice were determined by near-infrared spectroscopy, and the deterioration of water retention was discussed. The surface of the sample was coated with a thin film of 0.1 mm thick on the CaF2 plate, and the sample was dried in the air. The absorption spectrum of water molecules in the frequency range of 4500-5500cm-1 was analyzed. The absorption spectrum of water molecules in the frequency range of 4500-5500cm-1 was analyzed. The influence of stretching vibration of OH groups on water molecules and the molecular species of water molecules in the frequency range of S0 (water binding), S1 (1) and S2 (2) were classified. As a result, the ratio of free water (free water) and bound water (bound water) to the total amount of water (free water = S0:S1:S2 =1:2:2, bound water = S0: S1: S2 =2:4:1) is determined. The results of analysis include the accumulation of free water and bound water, the difference in the degree of aging, and the comparison of drying characteristics of the samples.(1) The aging progress of the samples contains free water and the loss of bound water.(2) The aging degree is large. The amount of bound water is large.(3) The difference between the amount of gelatinization and the amount of combined water measured by the differential calorimeter and the amount of aging, the increase in the amount of free water and the aging of combined water at the moment of aging, the degree of aging, and the proportional relationship between the amount of free water and aging are explained. The results of this study show that the new method of quantitative aging measurement is successful.

项目成果

赤外分光を応用した米ゲル薄膜中の水の構造と米デンプンの老化による保水性の劣化の測定

利用红外光谱法测量大米凝胶薄膜中的水结构以及由于大米淀粉老化导致的保水性恶化

• 发表时间: 2021
• 作者: Yamanouchi Yuka;Chudan Seita;Ishibashi Riko;Ohue‐Kitano Ryuji;Nishikawa Miyu;Tabuchi Yoshiaki;Kimura Ikuo;Nagai Yoshinori;Ikushiro Shinichi;Furusawa Yukihiro;大塚 由紀子
• 通讯作者: 大塚 由紀子