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

微生物の機械的ガラス転移と動的転移に及ぼす水分活性の影響

川井 清司*; 曽我部 知史*; 中川 洋   ; 山田 武*; 小関 成樹*

Kawai, Kiyoshi*; Sogabe, Tomochika*; Nakagawa, Hiroshi; Yamada, Takeshi*; Koseki, Shigenobu*

本研究の目的は、様々な水分活性(aw)条件下における凍結乾燥細菌の機械的ガラス転移および動的転移に及ぼすグリセロールおよびグルコースの影響を明らかにすることである。水分収着等温線から、各awにおける含水率および単分子膜含水率は、グリセロール、グルコース、無添加試料の順に高くなることがわかった。試料中の原子の平均二乗変位(MSD)に対する温度の影響を非干渉性中性子弾性散乱により調べた。MSDは温度の上昇に伴い、重水素及び添加溶質に依存して徐々に増加した。線形フィッティングから、3つの動的転移温度(低Tds、中Tds、高Tds)が決定された。Couchman-Karaszモデルは、添加された溶質とバクテリアは完全には混和しないことを示唆した。

The purpose of this study was to clarify effect of glycerol and glucose on the mechanical glass transition and dynamical transition of freeze-dried bacteria at various water activity (aw)-conditions. From the water sorption isotherm, it was noted that the water content at each aw and monolayer water content were higher in the order of glycerol, glucose, non-added samples. Effect of temperature on the mean square displacement (MSD) of atoms in the samples was investigated by incoherent elastic neutron scattering. The MSD increased gradually with an increase in temperature depending on the aw and added solute. From the linear fitting, three dynamical transition temperatures (low-, middle- and high-Tds) were determined. The Couchman-Karasz model suggested that the added solute and bacteria were not completely miscible.