中性子非弾性散乱による食品タンパク質の水和とガラス転移の解析

Investigation of hydration and glass transition of food protein by inelastic neutron scattering

中川 洋   ; 片岡 幹雄

Nakagawa, Hiroshi; Kataoka, Mikio

乾燥食品の低水分活性とガラス状態は微生物の増殖を抑え、そして食品の安定性を向上させる。また食品のガラス化はテクスチャーと関連する。したがって、水和とガラス化は、食品の物性や品質を決定する重要な要因となる。中性子非弾性散乱は、食品中の水の動態やガラス転移の解析に有効な実験手法である。中性子は物質の透過性が高く、食品の分子運動を非破壊的に観測できる。中性子では、分子の振動状態、緩和や拡散過程、そして平均自乗変位の分子運動の情報を得ることができる。分子シミュレーションでは、分子の構造や運動性を原子分解能で観ることができる、中性子非弾性散乱と相補的な研究手法である。筆者らは、蛋白質のガラス転移の水分量依存性が、水和水のパーコレーション転移と相関があることを見出した。さらに、水和水の分子運動がガラス転移温度以上で顕著に変化することがわかった。水和水のパーコレーション転移が蛋白質のガラス転移を引き起こしていると考えられる。

Low water activity and glass state in dried food restrict the growth of microorganisms and increase the food stability. Vitrification of food is related with the texture. Thus, hydration and vitrification is an essential factor determining the physical property and quality of food. Inelastic neutron scattering (INS) is a promising experimental method for analysis of water mobility and glass transition of food materials. Neutron can give information about vibrational density of states, relaxation and diffusion processes, and mean-square displacements. Molecular Dynamics (MD) simulation gives the information on the molecular structure and dynamics with atomic scale, which is complementary to INS. It was found that the hydration level dependence of the onset of protein glass transition is correlated with the percolation transition of hydration water. The percolation of hydration water induces the protein glass transition.