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平田 芳信*; 中川 洋; 山内 宏樹; 金子 耕士; 萩原 雅人; 山口 秀幸*; 今泉 鉄平*; 西津 貴久*
International Journal of Biological Macromolecules, 306, p.141668_1 - 141668_7, 2025/03
被引用回数：2 パーセンタイル：70.02(Biochemistry & Molecular Biology)中性子準弾性散乱(QENS)を用いて、炊飯米澱粉の老化における分子ダイナミクスに及ぼす米に対する水の割合の影響を調べた。X線回折と示差走査熱量測定の結果、炊飯用米澱粉の結晶化度にはほとんど差が認められなかったが、再結晶化の程度とエンタルピーの変化は、加水量の増加とともに小さくなることがわかった。QENS測定の結果、ゲル化試料の弾性非干渉性構造因子(EISF)値は、炊飯加水量の増加とともに小さくなり、加水量の多いゲル化米澱粉のダイナミクスが空間的に拡張していることがわかった。
平田 芳信*; 金子 文俊*; Radulescu, A.*; 西津 貴久*; 勝野 那嘉子*; 今泉 鉄平*; 元川 竜平; 熊田 高之; 中川 洋
Journal of Applied Glycoscience, 72(1), p.7201102_1 - 7201102_9, 2025/02
SANS/FTIR-ATR同時測定システムを用いて、逆分解過程におけるジャガイモデンプンの複数の構造変化を記録した。SANSパターンでは、肩のようなピークが時間とともに顕著になる。二重らせん構造が整然と並んだ量を示すピーク強度Imaxは時間の経過とともに増加し、レトログラデーションによってデンプンがナノスケールで整然と再構築されたことが示された。FTIR-ATRスペクトルでは、1042cm
と1016cmの吸収の比率が増加し、デンプンの短距離秩序構造の量が逆行分解中に増加したことが示された。
の平衡値の半分を得るまでの時間は、Imaxのそれよりも大きかった。デンプンの短距離秩序構造の変化は、ナノ構造の変化よりも先に収束することが観察された。これらの結果は、二重らせん構造がアミロペクチン側鎖によって最初に形成され、その後、これらの二重らせん構造が整然と配列することを示している。
中川 洋; 平田 芳信*; 西津 貴久*
低温生物工学会誌, 70(1), p.17 - 24, 2024/06
中性子非弾性散乱は、ピコ秒からナノ秒の時間スケールで原子の熱揺らぎを測定することができ、テラヘルツ領域の低エネルギーダイナミクスの観測や生体分子の運動形状の特徴付けに威力を発揮する。水素原子からの強い散乱を利用した水の分子運動やガラス物質の分子運動の研究など、物質科学の研究に広く利用されているが、タンパク質やデンプンなどの様々な生体分子や食品分子の分子運動を直接観測するプローブとしても有効である。ここでは、中性子ビームの特徴と中性子非弾性散乱スペクトルの基礎について解説する。そして、得られた分子運動に関する代表的な3つの研究例を紹介する。これらの研究例は低温生物学の様々な問題に応用できる可能性がある。
平田 芳信*; 中川 洋; 山内 宏樹; 金子 耕士; 萩原 雅人; 山口 秀幸*; 大元 智絵*; 勝野 那嘉子*; 今泉 鉄平*; 西津 貴久*
Food Hydrocolloids, 141, p.108728_1 - 108728_7, 2023/08
被引用回数：22 パーセンタイル：82.28(Chemistry, Applied)結晶化度は食品や材料の機械的性質に反映される。結晶化度は澱粉の構造ダイナミクスと関係しているはずである。本研究では、中性子準弾性散乱(QENS)を用いて、炊飯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QENS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(EISF)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。低移動度と高移動度をそれぞれ結晶相と非晶質相に対応させた2値分布の連続拡散モデルを用いてEISFを解析したところ、低移動度成分の割合が老化によって増加することが示された。
平田 芳信; 中川 洋; 山内 宏樹; 金子 耕士; 萩原 雅人; 今泉 鉄平*; 西津 貴久*
no journal, ,
澱粉老化の評価方法として、一般的にはX線回折やDSCが挙げられ、これらは澱粉鎖の二重らせん構造に由来する結晶化度を老化の指標としている。しかし、老化澱粉の大部分は非晶質であることから、結晶化度は老化による品質劣化の一部を見ているにすぎない。一方で、食感に関わるマクロな物性と分子運動性が関係するため、老化の理解には分子動力学的解析が重要だと考える。本研究では、中性子準弾性散乱(QENS)を用いて老化における炊飯米の澱粉の分子ダイナミクス解析を行った。QENSスペクトルからEISFを算出すると、糊化によりEISFの減少が確認され、澱粉の分子運動性が増加することが明らかになった。また、老化によりEISFの増加が確認され、澱粉の分子運動性が減少することが明らかになった。さらにEISFのQ-依存性に対して、運動成分が2種類存在すると仮定した連続拡散モデルでフィッティングしたところ、2成分が澱粉の結晶質と非晶質に対応することが示され、結晶質の割合が老化により増加することで澱粉全体の分子運動性が減少することが明らかになった。最近では、QENSにより、炊飯時の加水量が増えることで糊化澱粉の分子運動性が増加することが明らかになり、糊化澱粉の分子運動性の違いが老化速度に影響することが示唆された。本講演では、中性子小角散乱(SANS)とFTIR同時測定による澱粉構造解析についても紹介する。
平田 芳信; 中川 洋; 山内 宏樹; 金子 耕士; 萩原 雅人; 今泉 鉄平*; 西津 貴久*
no journal, ,
澱粉は穀物の主成分であり、人間の主要なエネルギー源である。澱粉は水と加熱されると糊化(非晶化)し、糊化した澱粉は時間経過により再結晶化する。この過程を老化と呼び、老化は澱粉性食品(米、麺、パン等)の食感劣化(ボソボソとした食感)を引き起こす。その為、食品加工においてフードロスに関わる澱粉老化機構の解明及び対策が求められている。澱粉老化の評価方法として、一般的にはX線回折やDSCが挙げられ、これらは澱粉鎖の二重らせん構造に由来する結晶化度を老化の指標としている。しかし、老化澱粉の結晶質は全体の半分以下に留まり、残りの大部分は非晶質であることから、結晶化度は老化による品質劣化の一部を見ているにすぎない。一方で、食感に関わるマクロな物性と分子の運動性が関係していることから、老化に伴う品質劣化を理解するためには分子動力学的なアプローチが重要だと考える。そこで本研究では、非干渉性中性子準弾性散乱(QENS)を用いて老化における炊飯米の澱粉の分子ダイナミクス解析を行った本研究では澱粉を選択的に観測するためにD2Oで米を炊飯した。生米、炊飯直後(D+0)および4日間保存した炊飯米(D+4)のQENSスペクトルをみると、生米のスペクトル幅が狭く、D+0はスペクトル幅が広くなり、D+4はD+0に比べてスペクトル幅が狭くなっていることが確認された。EISFを算出したところ、生米のEISFが最も大きく、D+0が最も小さいことが確認され、糊化により準弾性成分が増加、つまり澱粉の分子運動性が増加することが明らかになった。また、保存日数の増加と共にEISFの増加が確認され、老化により澱粉の分子運動性が減少することが明らかになった。さらにEISFのQ-依存性に対して、運動成分が2種類存在すると仮定した連続拡散モデルでフィッティングを行ったところ、2成分が澱粉の結晶質と非晶質に対応することが示され、結晶質の割合が老化により増加することで澱粉全体の分子運動性が減少することが明らかになった。また、澱粉老化は炊飯時の加水量が多いと抑制されることは知られていたが、炊飯時は澱粉が非晶質状態になるため、従来の構造解析手法では加水量の変化による糊化澱粉の非晶質状態の違いを識別出来ていなかった。最近では、QENSを用いることにより、炊飯時の加水量が増えることで糊化澱粉の分子運動性が増加することが明らかになり、分子ダイナミクスの情報から従来では困難だった澱粉の非晶質構造の推定も可能にし、糊化澱粉の非晶質構造の違いが老化速度に影響することが示唆された。
