（ 1 ）1

日本食品保蔵科学会誌
４
０

VOL．

会
長
編集委員長
編集委員

１

NO．

髙井 陸雄
太田 英明
石田
裕
津久井亜紀夫

副

会

長

稲熊 隆博
東尾 久雄

太田

英明

小宮山美弘

早坂

薫

井上 茂孝
古庄
律

今堀 義洋
松田 茂樹

竹永

章生

＜報
文＞
小麦粉生地形成に及ぼすβ-ラクトグロブリンによるグリアジンの特性変化について ……………………（３）／岡 大貴・大原慎太郎・塩野弘二
野口智弘・髙野克己
還元的TCA回路を利用した Lactobacillus plantarumによる有機酸生産 ……………………………………（９）／佐藤英一・梶川揚申・HOLS Pascal
岡田早苗・辻聡＜研究ノート＞
即席麺の蒸し処理が乾燥速度に与える影響……………………………………………………………………（１５）／杉山 久・川井清司・羽倉義雄
バオバブフルーツ（Andasonia digitata）粉末摂取は高コレステロール負荷食を与えたラットの体重増加と血清コレステロール濃度の上昇を抑制する……………………………………………………（２１）／米澤加代・野口有希・谷岡由梨
石田 裕・島田剛志・古庄 律＜総説＞
シミュレーションモデルに基づく青果物の収穫後品質制御に関する研究…………………………………（２５）
／椎名武夫
＜講
座＞
身近な野菜・果物〜その起源から生産・消費まで（２３） 実エンドウ ……………………………………（３１）
／伊東卓爾
＜情
報＞
HACCP教育講座（５）HACCP制度の現状と展望 ……………………………………………………………………………………（３９）／池戸重信＜文献抄録＞………………………………………………………………………………………………………（４３）

2

（ 2 ）

Food Preservation Science

CONTENTS OF VOL．
４
０ NO．
１（２
０
１
４）
＜Article＞（Japanese）
Characteristic Change of Gliadin by β-lactoglobulin on the Dough Formation
OKA Daiki, OHARA Shintaro, SHIONO Kouji,
NOGUCHI Tomohiro and TAKANO Katsumi ………………………………………………………（３）Metabolic Engineering of Lactobacillus plantarum for Fumaric Acid Production
Through Activation of the Reductive Branch of the Tricarboxylic Acid Cycle
SATOH Eiichi, KAJIKAWA Akinobu, HOLS Pascal,
OKADA Sanae and TSUJI Akira ………………………………………………………………………（９）＜Research Note＞（Japanese）
Effect of Steaming Treatment on Drying Rate of Noodle Sheets
SUGIYAMA Hisashi, KAWAI Kiyoshi and HAGURA Yoshio ……………………………………（１５）Intake of Baobab（Andasonia digitana）Fruit Powder Suppress Elevationof Body Weight Gain and Serum Cholesterol Level in High-Cholesterol Diet Fed Rats
YONEZAWA Kayo, NOGUCHI Yuki, TANIOKA Yuri,
ISHIDA Hiroshi, SHIMADA Tsuyoshi and FURUSHO Tadasu …………………………………（２１）＜Review＞（Japanese）
The Use of Mathematical Model and Simulation
for Managing the Postharvest Quality of Fresh Produce
SHIINA Takeo………………………………………………………………………………………………（２５）＜Serialization Lecture＞（Japanese）
Peas
ITO Takuji …………………………………………………………………………………………………（３１）＜Information＞（Japanese）
The Present State and Future Direction of HACCP System
IKEDO Shigenobu …………………………………………………………………………………………（３９）（ 3 ）

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４ 〔報

文〕

3

小麦粉生地形成に及ぼすβ-ラクトグロブリンによるグリアジンの特性変化について岡

大 貴＊１・大原慎太郎＊２・塩 野 弘 二＊２
野 口 智 弘 ・髙 野 克 己＊２＊１§＊１ 東京農業大学応用生物科学部食品加工技術センター＊２ 東京農業大学応用生物科学部生物応用化学科

Characteristic Change of Gliadin by β-lactoglobulin
on the Dough Formation
OKA Daiki＊１, OHARA Shintaro＊２, SHIONO Kouji＊２,
NOGUCHI Tomohiro＊１§ and TAKANO Katsumi＊２＊１＊２

Food Processing technology Center, Faculty of Applied Bioscience, Tokyo University of Agriculture,1−1−1 Sakuragaoka, Setagaya-ku 156−8502
Departmentof Applied Biology and Chemistry, Department of Applied Bioscience, Tokyo University of Agriculture,1−1−1 Sakuragaoka, Setagaya-ku 156−8502

We here investigated the mechanism underlying changes in baking quality when ω - gliadin isdesorbed from gliadin aggregates due to the action of β-lactoglobulin（β -Lg）. As a result of ω-gliadin
desorption, gliadin became hardened and less sticky. In addition, the surface hydrophobicity of gliadin
and the hydrophobic interactions between gliadin molecules increased as a result of ω - gliadin
desorption. The intermolecular protein interactions in the dough were analyzed using a protein crosslinking experiment, and the results revealed that the intermolecular distances of α-, β -, and γ -gliadin
decreased, thereby increasing their associative forces. These results revealed that ω -gliadin desorption
led to an increase in the hydrophobic interactions among gliadin molecules, including increased
hardening and decreased stickiness. Gliadin confers increased extensibility characteristics to the dough ;therefore, these changes in gliadin properties would likely affect the extensibility of gluten degradationand degrade the baking quality of dough.
（Received Mar. ２
１, ２
０
１３；Accepted Sep. １０, ２
０
１３）
Key words：β-lactoglobulin, ω-gliadin, gluten formation, hydrophobic interaction, protein crosslinking
β-ラクトグロブリン，ω-グリアジン，グルテン形成，疎水性相互作用，タンパク質架橋

パンに脱脂粉乳を加えることで，味や香りの向上，焼とで，その製パン性阻害が消失することを明らかにしき色の良色化，栄養価の向上が期待されている１）が，そた５），６）。さらに，未変性のβ-Lgの作用によってα，β，γ，の一方，低度加熱処理した脱脂粉乳を用いると，クラム

ωからなるグリアジン会合体からω-グリアジンが脱離すの硬さの増加や比容積の減少など製パン性の低下がみらることを明らかにした７）。

れ２），３），高度加熱処理した脱脂粉乳では，製パン性低下

グリアジンはα-，β-，γ-，ω-グリアジンが互いに疎水が抑制されることが経験的に知られている４）。筆者らは，性相互作用など非共有結合により会合体を形成している

ホエータンパク質であるβ-ラクトグロブリン（β-Lg）がことから，ω-グリアジンの脱離によってグリアジン会合

未変性状態であると製パン性を低下させること５），脱脂体の相互作用が変化しグリアジンの性状に影響を与える

乳の加熱処理によってβ-Lgとκ -カゼイン（κ -CN）がジことが推察されるが，その詳細は不明である。

スルフィド結合（SS結合）により複合体を形成するこ

＊１ 〒１
５
６―８
５
０
２ 東京都世田谷区桜丘１―１―１§ Corresponding author : E-mail : tomo@nodai.ac.jp
＊２ 〒１
５
６―８
５
０
２ 東京都世田谷区桜丘１―１―１

そこで本報では，ω-グリアジンンの脱離による製パン

4

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

性および小麦粉生地形成に与える影響機序を解明するた（ 4 ）すなわち，グアジンを７０％エタノールにて溶解しタン$/!になるよう調整後，１０µ&を専用セルにめ，生地すなわちグルテンの伸展性にかかわるグリアジ

パク質量１ンの性状変化を検討し，新たな知見が得られたので報告

入れ，２５℃の条件下で動的光散乱測定器に供し，重量を基準とした成分比率（％Mass）により粒子径分布を得する。

た。また，キュムラント法にて平均粒子径（n＝１０）を試料および実験方法
１．試求めた。
７．小麦粉生地中のタンパク質分子間距離の解析

料

東京農業大学富士農場で飼育されている乳牛（ホルスタンパク質分子間相互作用の変化により，分子間距離

タイン種）より生乳を搾乳し，クリームセパレーターにに 変 化 が 生 じ る こ と が 推 察 さ れ る。そ こ で，URADEて４０℃の加温条件下で乳脂肪を分離除去し非加熱脱脂乳ら１１），１２）の方法を改良し，アミノ基（−NH２）に結合能をを得た。小麦粉にはカメリア（日清製粉社製）を用い，有する官能基スクシンイミドを分子両端にもつアーム長

グリアジンとしてグリアA（アサマ化成社製）を用い試の 異 な る３種 の タ ン パ ク 質 架 橋 剤，DSP（Dithiobis

験に供した。

［succinimidyl propionate］，スペーサーアーム長１２Å），

２．β-ラクトグロブリンの分画

DSG （ Disuccinimidyl
８）

未変性のβ-LgはASCHAFFEBURGら の方法に従い，非加
熱脱脂乳より分画精製し，凍結乾燥（RLE!―２０５，共和glutarate ， ７．
７ Å ）， DST（Disuccinimidyl tartrate，６．
４Å）を用い，各架橋剤によって架橋され不溶化したタンパク質を解析し，小麦粉

真空技術社）させ試料とした。

生地中のタンパク質の分子間距離を測定した。すなわち，

３．ω-グリアジンを脱離させたグリアジンの調製

小麦粉１gにβ-Lg溶液１!（タンパク質量と$）を添加し十分に混捏した。その後，５倍量のグリアジン１gあたりβ-Lg溶液１して５純水を加えホモジネート（ヒスコトロン，マイクロテッ
ク・ニチオン社製）後，遠心分離（６，０００×!（タンパク質量として５$）を添加し十分に混捏後，繰り返し純水にて洗浄を行い，
ω-グリアジンとともに澱粉を除去しグルテンを回収した。
このグルテンに対して，２．
５mMの架橋剤を加え室温で%，２０分間， ２時間振盪反応後，１０％グリシンにて反応停止させ架橋反応を行った。その後，遠心分離（６，
０
０
０×%，２
０分間，

２
０℃）により水溶化したω-グリアジンを除去し，沈殿物を凍結乾燥させ試料とした。なお，ω-グリアジンの脱離室温）により回収した沈殿物のグルテンを０．
１％SDS溶および除去の確認にはSDS-PAGE（１２．
５％，Me＋）を液にて溶解後，BCA法にてSDS可溶性タンパク質量を用いて行った。

定量しグルテンの可溶化率（％）を求めた。また，可溶

４．グリアジンの物性測定

性タンパク質をSDS-PAGE（１２．
５％，Me＋）に供し，%!

グリアジン０．
５ に純水０．
８ を加え生地を調製後，圧!

縮型物性測定器テンシプレッサー（My Boy ；タケト

そのバンドパターンよりタンパク質の架橋状態を確認した。

モ電機社製）を用いて１バイト法によりグリアジンの硬実験結果

さおよび粘りを測定した。グリアジン生地の厚さは約１０"に調整し，直径１．０"の円柱型プランジャーを用いて圧縮率８０％時の硬さ（gw/#）および粘り（gw/#）を

１．ω-グリアジンの脱離によるグリアジンの性状変化測定した。なお，測定は同試験区にて３０回行い，多重比に供したところ，５
５kDa付近のω-グリアジンのバンドがβ-Lgを作用させたグリアジンをSDS-PAGE（Me＋）

較検定（Fisherの最小有意差法，p＜０．
０５）を用いて統消失していることを確認した（Fig．
１）
。そこで，ω-グリ

計処理を行った。

アジンの脱離によりグリアジンの性質に影響を与えるこ

５．グリアジンの表面疎水性度測定
グリアジンを０．
１N酢酸溶液にて溶解しタンパク質量$ !に調整後，N

０．
１ /

AKAI

９）
，
１
０）

らの方法に従いグリアジ

ンの表面疎水性度を測定した。なお，タンパク質１mgとが推察されたため，ω-グリアジンを脱離・除去させたグリアジンの物性測定を行ったところ，β-Lg未処理の#）は５９１．４±８４．６（±SD），#）は２３３．８±５９．１を示したのに対し，６５２．２

グ リ ア ジ ン の 硬 さ（gw/
粘り（gw/

あたりの蛍光強度（Em．
３５０nm，Ex．
３８０nm）を表面疎

±９
７．
７および１
１
２．
２±２
２．
７を示し，グリアジンが硬く粘水性度（F.I./性が低下した（Table１）。

$）とした。

６．動的光散乱法によるグリアジン分子間の凝集性の評
価

２．グリアジンの性状に対する疎水性相互作用の影響
前述の試験において，グリアジン会合体からω-グリア

グリアジンは分子間で疎水性相互作用により複雑な会

ジンが脱離するとその物性が大きく変化した。この様な合体を形成し巨大分子として存在していると考えられる。

変化は，ω-グリアジンの脱離によって生じるグリアジン

そのため，その会合状態を解析することで，グリアジン

分子間の疎水性相互作用の変化によるものと推察された。

分子間の相互作用性を評価できると推察し，動的光散乱

そこで，グリアジンの表面疎水性度（F.I./$）を測定

測 定 器（DynaPro NanoStar ; Wyatt社 製）を 用 い て グ

し た と こ ろ，β-Lg未 処 理 の グ リ ア ジ ン で は２
４
０±４．
０

リアジンの粒子径を測定した。

（±SD）を示したが，β-Lg処理によってω-グリアジンを

文〕 β-Lgによるグリアジンへの影響〔報（kDa） M

a

b

250
150
100
75
ω- gliadin

50
37
25
20

Hydrophobicity （F.I./mg protein）

（ 5 ）

300

200
150
100
50
0

Untreated
gliadin（non-addition）

ω-gliadin-deficient
gliadin（β-Lg addition）

!

２
３
４±５
９

１
１
２±２
３＊

!

５
９
１±８
５

６
５
２±９
８＊

Stickiness［gw/ ］
Hardness［gw/ ］

Physical properties were measured by using TensipresserTM（ TAKETOMO ）. The stickiness and hardness experiment
was repeated ３
０ times. The asterisks indicate a significant
difference from the untreated gliadin sample（p＜０．
０５）.

脱離させたグリアジンでは２７８±６．
７と有意に表面疎水性度が上昇した（Fig．
２）
。さらに，動的光散乱測定器を用いて７０％エタノール溶液分散系におけるグリアジンの粒子径分布を測定したところ，ω-グリアジンの脱離によって分布が大粒子側にシフトし平均粒子径（nm）は１
０
７．
０
±３
２．
１から３
５
７．
０±４
８．
６に変化した（Fig．
３，Table２）。

Untreated gliadin（non-addition）
Fig．
２ Surface
gliadinhydrophobicity

ω-gliadin-deﬁcient
gliadinβLg
addition）（
ofω - gliadin - deficient

The surface hydrophobicity was measured using the ANS
method. The hydrophobicity experiment was repeated ９ times.
The asterisks indicate a significant difference from theuntreated gliadin sample（p＜０．
０５）.

% massTable１ Physical properties of ω-gliadin-deficient gliadin
by the action of β-Lg

*

250

Fig．
１ Confirmation of ω -gliadin-deficient gliadin by theaction of β-Lg using SDS-PAGEa, Untreated gliadin（β-Lg non-addition）; b, ω-gliadin deficient
gliadin by the action of β-Lg（β-Lg addition）

5

45
40
35
30
25
20
15
10
5
0

1

10

100
Radius（nm）

1,000

Fig．
３ Size distribution chart of ω-gliadin-deficient gliadin
based on dynamic light scattering
The particle size of gliadin that is dissolved with ７０％ ethanol
was measured using dynamic light scattering method, and the
distribution chart is shown as the ratio of components （ ％mass）to total weight.
Symbols,
Untreated gliadin ;ω-gliadin-deficient gliadin

ω-グリアジンは各グリアジンの中で最も疎水性度が低いと報告１３）があることからも，ω-グリアジンが脱離することによって，グリアジンの表面疎水性度が高くなり，グリアジン分子間の疎水性相互作用が強まることでグリ

Table ２
gliadinAverage particle size of ω - gliadin - deficient

アジン会合体が大きくなることが示唆された。

Untreated
ω-gliadin-deficient
gliadingliadin（non-addition） （β-Lg addition）

３．小麦粉タンパク質間の疎水性相互作用の解析
前述の試験の結果，ω-グリアジンの脱離によってグリアジン分子間の疎水性相互作用が強まることが示唆されAverage particle size

たが，小麦粉生地中においてもグリアジンの表面疎水性［nm］

度の変化によってタンパク質分子間の相互作用に影響を及ぼすのか検討を行うため，タンパク質架橋剤である
DSP（１
２Å）
，DSG（７．
７Å），DST（６．
４Å）を 用 い て，
小麦粉生地中のタンパク質分子間距離の変化を測定した。
グルテンに対し架橋反応後，０．
１％SDS溶液にて溶解し

１
０
７±３
２．
１

３
５
７±４
８．
６＊

The particle size of gliadin that is dissolved with ７０％ethanol was measured using dynamic light scattering method,
and the average particle size was calculated by using the
cumulant approach. The dynamic light scanning experiment
was repeated １
０ times. The asterisks indicate significant
difference from the untreated gliadin sample（p＜０．
０５）
.

6

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

（ 6 ）

Table３ Solubilization ratio（％）of crosslinking-treated gluten

Untreated gluten（non-addition）
ω-gliadin-deficient gluten（β-Lg addition）

DSP（１
２．
０Å）

DSG（７．
７Å）

DSP（６．
４Å）

１
４．
８±１．
８

１
８．
５±２．
９

８
０．
９±３．
０

１
３．
７±２．
２

１
６．
５±３．
５

５
０．
６±２．
３＊

The soluble protein amount was measured BCA assay, Solubilization ratio （％）＝
０．
１％ SDS soluble protein amount of crosslinking-treated gluten （mg）/０．
１％ SDSsoluble protein amount of non-crosslinking-treated gluten（mg）×１
００. The asterisks
indicate a significant difference from the untreated gluten sample（p＜０．
０５, n＝３）.

Non-crosslinking

（kDa）
250
150
100
75

M

【A】
DSP
（12.0Å）

1

2

3

【B】
DSG
（7.7Å）
4

5

【C】
DST
（6.4Å）
6

7

ω-gliadin5037α-,β-,γ-gliadin
25
20
Noncrosslinking

Untreated ω-gliadin（Non-add）deﬁcient（β-Lg add）

Untreated ω-gliadin（Non-add） deﬁcient（β-Lg add）

Untreated ω-gliadin（Non-add）deﬁcient（β-Lg add）

Fig．
４ Effect of ω-gliadin-deficient gliadin on the crosslinking of gluten
０．
１％ SDS soluble proteins of crosslinking-treated gluten（A, B, C）in which ω-gliadin
was desorbed due to the action of β -Lg were analyzed using SDS-PAGE（Me+, T＝１２．
５％）. A, DSP crosslinking-treated gluten （lanes ２ and ３）; B, DSG crosslinkingtreated gluten（lanes ４ and ５）; C, DST crosslinking-treated gluten（lanes ６ and ７）;
lane １, Non-crosslinking ; lane ２, ４ and ６, β -Lg-non-addition ; lane ３，５ and ４， ω gliadin-deficient gluten by β-Lg addition ; M, Protein Marker

たタンパク質量を求め，架橋反応を行っていないグルテ

とんどのタンパク質の架橋がみられた（Fig．
４A，
４B）
。

ンのタンパク質量を１００とした際の可溶化率（％）を算

一方，DSTにおいては，未処理グルテンと比較しω-グ

出した。その結果，アーム長が長いDSPにおいて，β-Lg

リアジンを脱離させたグルテンは５５kDa付近のω-グリア

未 処 理 の グ ル テ ン の 可 溶 化 率（％）は１
４．
８±１．
８（±

ジンのバンドの消失とともに２５−３
５kDa付近のα-，β-，γSD）を示したのに対し，β-Lg処理によってω-グリアジ-グリアジンの分子量域の染色濃度が淡くなっているこ

ンを脱離させたグルテンは１３．
７±２．
２を示し有意差はみとが確認された（Fig．
４C）
。

られなかった（Table３）。また，DSGにおいてもそれ

以上，ω-グリアジンの脱離によってα-，β-，γ-グリア

ぞれ１
８．
５±２．
９，１
６．
５±３．
５と有意差はみられなかった。

ジンの分子間距離が近接することから，小麦粉生地におDSPおよびDSGはアーム長が長いため，β-Lg未処理，

いてもω-グリアジンが脱離することで，グリアジン分子処理にかかわらず大半のグルテンが架橋され不溶化した間の相互作用が強まることが明らかになった。グリアジ

ものと推察された。一方，DSTでは未処理グルテンはンは生地すなわちグルテンに伸展性を付与することから，

８
０．
９±３．
０，ω-グリアジンを脱離させたグルテンは５０．
６

同現象によってグリアジンが硬化し粘性が低下すること±２．
３を示し，ω-グリアジンの脱離によって可溶性タンで，グルテンの伸展性が低下し製パン性が低下すること

パク質量が減少したことから，生地中のタンパク質分子が示唆された。

間の距離が近接することが明らかとなった。

本結果より，ω-グリアジンはグルテンの伸展性に大きさ ら に，SDS可 溶 性 タ ン パ ク 質 をSDS-PAGE（Me

な影響を及ぼすタンパク質であることが示唆されたため，＋）に供しバンドパターンを確認したところ，DSP，DSG

今後はω-グリアジンと製パン性との関係について検討をにおいては，未処理グルテンおよびω-グリアジンを脱離進めたい。

させたグルテンともにタンパク質バンドが確認できずほ（ 7 ）〔報

要文〕 β-Lgによるグリアジンへの影響

7

to bread manufacture, N. Z. J. Dairy Sci. Technol .,

約

１
９, ２
２
９〜２
３
７（１
９
８
４）

本研究では，脱脂粉乳中の β-Lgによる製パン性の低５）菊池千尋・岡

大貴・上野

宏・塩田

誠・野口智

"野克己：脱脂乳による製パン性阻害に対する乳下要因を解明するため，β-Lgの作用によってグリアジ

弘・ン会合体から ω-グリアジンが脱離することによる製パン

タンパク質の熱変性の影響，日食保蔵誌，３
８，２
１
１〜

性への影響機序を検討した。その結果，ω-グリアジンが

２
１
５（２
０
１
２）

脱離することによってグリアジンが硬化し粘性が低下し６）岡た。また，同現象によってグリアジンの表面疎水性度が弘・上昇し，グリアジン分子間の疎水性相互作用が強まること小麦粉タンパク質の分子間相互作用について，日食とが示唆された。タンパク質架橋法を用いて小麦粉生地

保蔵誌，３
９，８
７〜９
１（２
０
１
３）

中におけるタンパク質分子間相互作用を解析したところ，

大貴・菊池千尋・塩野弘二・内田達也・野口智"野克己：小麦粉生地形成に対する乳タンパク質７ ） OKA, D. , KIKUCHI, C. , SHIONO, K. , UCHIDA, T. ,ω-グリアジンの脱離によって，α-，β-，γ-グリアジン分

NOGUCHI, T.

子間の距離が近接し相互作用が強まることが明らかにな

molecular interactions between β -lactoglobulin andった。

gliadin on the baking quality, Food Preservation Sci.,

以上，ω-グリアジンの脱離によってグリアジン分子間の疎水性相互作用が強まり，グリアジンの硬化および粘andTAKANO, K. :Effect

of

the

３
９, ３
２
５〜３
２
９（２
０
１
３）
８）ASCHAFFENBURG, R. and DREWRY, J. : Improved
β-性の低下が引き起こされることが明らかになった。グリ

methodアジンは生地すなわちグルテンに伸展性を付与すること

Lactoglobulin and α -Lactalbumin from cow’s milk,から，これらの変化によってグルテンの伸展性が低下し製パン性が低下することが示唆された。

for

the

preparationofcrystalline

J. Biochem., ６
５, ２
７
３〜２
７
７（１
９
５
７）
９）HAYAKAWA, S. and NAKAI, S. : Relationships ofhydrophobicity and net charge to the solubility of

謝辞

本研究遂行にあたり，試料のご提供をして下さいましたアサマ化成株式会社，新井千秋様，丹下幹milk and soy proteins, J. Food Sci., ５
０, ４
８
６〜４
９
１
（１
９
８
５）

子様，動的光散乱測定器（DynaPro NanoStar）による

１
０）BONOMI, F., MORA, G., PAGANI, M.A. and IAMETTI,

測定にご協力いただいた昭光サイエンティフィック株式

S. : Probing structural features of water-insoluble

会社の皆様に厚く御礼申し上げます。

proteins by front-face fluorescence, Anal. Biochem.,
１
９
９, ２
２
３〜２
３
１（１
９
９
１）

文

献

１）製パン材料の科学，製パンの科学
本!（田中康夫・松博編）（光琳，東京）
，pp．
１
６
０〜１
６
１（１
９
９
２）

２ ） LARSON, B. L. , JENNESS, R. , GEDDES, W. F. and
COULTER, S. T. :An evaluation of the methods

used for determining the baking quality of nonfat
dry milk solids, Cereal Chem., ２
８, ３
５
１〜３
７
０（１
９
５
１）
３）VOLPE, T. and ZABIK, M. E. : A whey protein
contributing

to

loaf

volumedepression,

CerealChem., ５
２, １
８
８〜１
９
７（１
９
７
５）
４）HARPER, W. J. and ZADOW, J. G. : Heat inducedchanges in whey protein concentrates as related

１１）裏出令子：グルテンタンパク質のネットワーク形成における食塩の役割，食品と技術，４
５
０，１〜９（２００８）１２） UKAI,T. ,Disaggregation

MATSUMURA,
and

Y.

and

reaggregation

URADE,ofR. ,glutenproteins by sodium chloride, J. Agric. Food Chem.,
５
６，１
１
２
２〜１
１
３
０（２
０
０
８）
１
３）OERNEBRO, J., WAHLGREN, M., ELIASSON, A. C. FIDO,
R. J. and TATHAM, A. S. : Absorption of α -, β -, γ and ω -gliadin onto hydrophobic surfaces, J. Cereal
Sci., ３
０，１
０
５〜１
１
４（１
９
９
９）
（平成２
５年３月２
１日受付，平成２
５年９月１
０日受理）

（ 9 ）

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４ 〔報

文〕

9

還元的TCA回路を利用したLactobacillus plantarumによる有機酸生産
佐 藤 英 一＊１・梶 川 揚 申＊１・HOLS Pascal＊２
岡 田 早 苗＊１・辻聡＊１§＊１ 東京農業大学応用生物科学部生物応用化学科＊２ ルヴァンカトリック大学生命科学研究所遺伝学部門

Metabolic Engineering of Lactobacillus plantarum for Fumaric Acid Production
Through Activation of the Reductive Branch of the Tricarboxylic Acid Cycle
SATOH Eiichi＊１, KAJIKAWA Akinobu＊１, HOLS Pascal＊２,
OKADA Sanae＊１ and TSUJI Akira＊１§＊１

Department of Applied Biology and Chemistry, Tokyo University of Agriculture, 1−1−1,
Sakuragaoka, Setagaya-ku, Tokyo 156−8502, Japan＊２ Institut des Sciences de la Vie, Université Catholique de Louvain, Place Croix du Sud,
B-1348 Louvain-La-Neuve, Belgium

We report the metabolic engineering of Lactobacillus plantarum, a lactic acid bacterium, forbiosynthesis of fumaric acid. A disruptant of the fumarate reductase gene was derived from an L.
plantarum lactate dehydrogenase（LDH）-deficient mutant strain, VL１
０３, which accumulated fumaric acid.
However, increasing the flux of pyruvate to the TCA cycle did not enhance fumaric acid production ;instead, it resulted in the production of lactate. We believe that the fumarate was converted to malate
and finally to lactate via the malolactic fermentation pathway. We also observed a marked reductionin cell growth of this mutant strain. Therefore, due to the inefficiency of the fumaric acid transportsystem in strain VL１
０３，lactic acid accumulation was observed in the cells. We concluded that blocking
the malolactic fermentation system and enhancing transporter influx are necessary for application of L.
plantarum VL１
０
３ in fumaric acid production.
（Received Jul. ２
２, ２
０
１３；Accepted Oct. ３
１, ２
０
１
３）
Key words：Lactobacillus plantarum, C4 ―dicarboxylic acid, metabolic analysis, fumarate reductase, lactic acidbacteria,
ラクトバチルスプランタルム，C４―ジカルボン酸，代謝解析，フマル酸還元酵素，乳酸菌

これまでは発酵菌として認識されることの多かった乳

また，通性嫌気性であることの利点についてはこれま酸菌であるが１），筆者らは乳酸菌に代謝工学を駆使し，での検討で Lactobacillus plantarum NCIMB ８
８
２
６（以下，

物質生産菌としての応用を試みている２），３）。乳酸菌を物野生株と略記）を利用したコハク酸生産について報告し質生産の宿主とする利点は，その耐酸性と通性嫌気性のている７）。これは野生株が保持するオキサロ酢酸からリ特性である４）〜６）。乳酸菌を培養すると代謝産物として乳ンゴ酸，フマル酸，コハク酸までの不完全なTCA回路

酸を生成し，培養液のpHの低下に伴い一般的な細菌の関連遺伝子を利用し，嫌気条件下での還元的な反応によ

生育は抑えられ，最終的には耐酸性のある乳酸菌も生育

りコハク酸生成を試みたものである。この報告では，野が抑制されるようになる。しかし，乳酸よりpK aの大き

生株の乳酸生成経路欠損株である L. plantarum VL１０３

な酸を生成する場合には，菌の生育抑制の影響は少ない（以下，VL１
０３と略記）を利用して，代謝改変により還と考えられる。

元的なTCA回路へ代謝流量を増加させることにより，

＊１ 〒１
５
６−８
５
０
２ 東京都世田谷区桜丘１―１―１§ Corresponding author, E-mail : at２０２
４
９３＠nodai.ac.jp＊２ Place Croix du Sud, B-１
３
４
８ Louvain-La-Neuve, Belgium

10

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

GlucoseADP
ATP

Phosphoenolpyruvate

ADP
NADH NAD
ATP
（4）
（1）
LactatePyruvate

CO₂

ATP
ADP

CO₂

!

した。各培地１０ に１
４〜１
６時間前培養したVL１
０
３または

2 NAD
2 NADH（3）（ 10 ）

形質転換体を１％量接種し，３７℃で２４時間静置培養した。
これらの培養液を用いて分光光度計（SHIMADZU UV２０００）により６６０nmにおける吸光度を測定し生育を比較した。有機酸分析，残糖分析に際しては５０mMの炭酸水
素ナトリウムを添加したMRS培地を用いて生育測定試
験と同様の条件で培養した。
２．

（5）

遺伝子破壊株の作出

遺伝子破壊用プラスミドとして温度感受性プラスミド
pBTEを用いた。まず，野生株の染色体遺伝子を鋳型にfrd遺伝子の上流約３００bpと下流約３００bpをそれぞれPCR法
Citric acid

Oxaloacetate
NADH
NAD

NADH
NAD

にて取得した。そして，増幅した各DNA断片を用いてオーバーラップPCR法にて約６００bpの∆frd を作成した。

CO₂

このDNA断片を制限酵素 Pst I とBam HI を用いて消化Malate

し，同制限酵素により消化したpBTEにライゲーション
し，frd 遺伝子破壊用プラスミドpBTE :: ∆frd を構築した。
これらのプラスミドをエレクトロポレーション法によFumarate
FPH₂
FP

りVL１
０
３に形質転換した１１）。pBTE :: ∆frd を用いて二重（2）交叉相同組換え法によりVL１
０
３のFRDを欠損した∆frd 株

Succiniate

Fig ．
１ Strategy for metabolically engineering fumarate
production in Lactobacillus plantarum VL１０３（１） lactate dehydrogenase ;（２） fumarate reductase ;（３）phosphoenolpyruvate carboxykinase （; ４）pyruvate carboxylase ;（５）malic enzyme.

（以下，破壊株と呼称）を作出した。
３．炭酸固定酵素高発現株の作出
各酵素の高発現には，以前に構築した遺伝子発現用プ
ラスミドpMH :: pycA，pMH :: pckA，pMH :: mae用いた７）。
これらの各プラスミドをエレクトロポレーション法により破壊株に形質転換した１１）。得られた形質転換株をそれ
ぞれ ∆frd（ pMH :: pycA ）， ∆frd（ pMH :: pckA ）， ∆frd

コハク酸生成量を向上させている。この研究成果より，（pMH :: mae）とした。なお，各酵素の高発現はウエス

還元的TCA回路を利用することでVL１
０
３はコハク酸生

タンブロット解析により確認した（データ示さず）。

成以外の有機酸も生成可能であると考えられた。

４．酵素活性測定

TCA回路の中間代謝産物であるフマル酸は食品添加各供試菌株を２
４時間前培養したものを５０mMの炭酸水!に１％量接物や不飽和ポリエステル樹脂，サイズ剤の合成原料に用素ナトリウムを添加したMRS液体培地５

い ら れ て い る。微 生 物 に よ る 発 酵 法 で は，Rhizopus

種し，同様に培養した。得られた菌体を５０mMリン酸緩nigricans や R. oryzae, Saccharomyces cerevisiae な ど の 微

衝液（pH７．
０）で洗浄し，回収した菌体を３００µ の氷冷８）〜１０）

生物種を利用して生産されている#。これらの菌種にしたリン酸緩衝液に懸濁し，ガラスビーズ０．
１gを加えおいて，培養工学や分子育種の手法を用いて改良が試みた後に冷却しながら１
０分間激しく振盪して菌体を破砕しられている。しかし，いまだに化学合成による工業的なた。得られた破砕液を遠心分離（１
３，
０
０
０×

大量生産が主流であるため，筆者らは新たな発酵菌とし４℃）し，上清を酵素活性測定に用いた。各酵素の活性て乳酸菌の改良に着目した。

は文献を参考にピルビン酸もしくはホスホエノールピル

具体的にはVL１
０
３の保持するフマル酸からコハク酸へ"，１０min，

ビン酸を基質とし，目的物質の生成に伴い減 少 す る!

の変換酵素Fumarate reductase（FRD）遺伝子を破壊

NADHを３４０ の吸光度の減少により測定した７）。

することでフマル酸を蓄積するようになると考えられる

５．HPLCによる有機酸分析，残糖分析

（Fig．
１）
。そこで本稿では，乳酸生成経路欠損株VL１
０３

培養２
４時間後の培養液２!を遠心分離し（１３，０００×"，から二重破壊株を作出し，代謝改変により還元的TCA

１min，４℃），上 清 中 の 有 機 酸 をHPLC（Waters ２６９５回路を利用したフマル酸生成を試みた。

Separation Module, Waters ２９９６ PhotodiodeArray，

実験方法
１．供試菌株および培養

カラム；Rspak KC-８
１
１，Rspak KGG，移動相；０．
０８％
HClO４）により分析した。また，上清中の残糖はHPLC（Waters ２
６
９
５ Separation

Module,Waters ２
４
１
４

VL１
０
３はMRS液体培地（Difco社製）を用い３
７℃で静Refractive Index Detector，カラム；Shodex Asahipak

置培養した。また，各形質転換体はMRS培地にエリス

NH２P-５
０４E，移動相；７５％ CH３CN）により分析 し た。

!になるように添加して使用

ロマイシン（Em）を５µg／

（ 11 ）

〔報文〕 代謝改変 L. plantarumによる有機酸生産

11

さらに，破壊株の代謝産物総量はVL１
０３と比べて低い

実験結果および考察

値を示している。しかし，両菌株ともに培地中のグルコ

１．FRD欠損二重破壊株の作出と代謝解析

ースは全て消費していることから，破壊株では代謝の停VL１
０３と破壊株の代謝産物をTable１に，生育をFig．
２

滞または本実験で測定した代謝産物以外の代謝産物に多に示した。破壊株ではコハク酸生成が消失しており，少くの炭素源が利用されている可能性がある。

量のフマル酸とリンゴ酸を生成していた。この結果より，

２．FRD欠損二重破壊株における酵素高発現と代謝解析

FRDの欠損によりフマル酸を生成可能な菌株を取得し作出した破壊株はフマル酸を生成したものの，その生成量は微量であった。そこで，VL１
０３のコハク酸生成量

た。
また，破壊株はVL１
０３と比べて生育が著しく低下してを向上させた代謝改変実績を基にTCA回路への炭素流いた。これはフマル酸⇔コハク酸間の反応が停止したた

量の向上を試みた。破壊株に各酵素を高発現した代謝改めにNADHの再酸化に支障をきたしているためだと考変株を作出した。各酵素高発現株の酵素活性を測定し，えられる。この反応は培地中に５５mM程度含まれている

VL１
０３と比較した（Table２）。その結果，各酵素はVL

酢酸が破壊株では消費されていることからも裏づけられ１
０３に対してPCでは１．
５倍，PEPCKでは１．
３倍，MEではる。乳酸菌はNADHの再酸化の補完経路として酢酸を１．
４倍程度高い酵素活性を示していた。これにより各酵

４）エタノールに変換する経路を保持している 。VL１
０３に素の活性上昇を確認した。

おいてもエタノールの生成は確認できないが酢酸を消費

各 酵 素 高 発 現 株 の 代 謝 産 物 をTable３に，生 育 をして何らかの代謝産物に変換することで，NADHの再Fig．
３に示した。各代謝改変株のフマル酸生成量は破壊酸化を行っていると考えられている７）。そのため，破壊株と同程度かそれよりも低い値を示した。また，リンゴ株も同様の代謝経路を利用していると判断した。

酸やコハク酸，酢酸は破壊株と同様の挙動を示していた。

Table １ Fermentation product concentrations in modified MRS medium produced by Lactobacillus
plantarum VL１
０
３ and ∆frd strain
Fermentation product（mM）

L. plantarumstrains

Succinate

MalateFumarate

AcetateFormateAcetoinLactate

VL１
０
３

１
６．
９±０．
９

ND

ND

５
９．
０±２．
５

１
６．
３±０．
５

７
５．
１±１．
２

ND

VL１
０
３ ∆frd

ND

１
２．
８±１．
１

２．
０±０．
２

１
９．
５±１．
３

３．
５±１．
２

１
４．
１±０．
４

９．
４±２．
６

ND, not detected
Values represent the mean and standard error derived from three independent experiments, with eachexperiment performed in triplicate.

Table２ Enzymatic activities detected in cell extractsa
from the Lactobacillus plantarum VL１
０
３ ∆frd andderivatives

8

O.D. 660 nm

7
6
5
4
3
2
1
0
0

12

24

36
48
Time（h）

60

72

Fig ．
２ Cell growth of L. plantarum VL１
０
３ and ∆frd
strain in a modified MRS medium, ascertained bymeasuring the increase in optical density at ６６
０nm
These data are mean of three independent experiments andthose in parentheses are standard deviation.
Symbols： ▲，VL１
０３； □，∆frd strain.

aL. plantarum
VL１
０
３ ∆frdstrains

Enzymatic activityb （U／mg of protein）
of strain
PC

PEPCK

ME

pMH

０．
２
９±０．
０
６

０．
３
８±０．
０
４

０．
３
６±０．
０
１

pMH :: pycA

０．
４
３±０．
０
４

−

−

pMH :: pckA

−

０．
５
０±０．
０
１

−

pMH :: mae

−

−

０．
５
１±０．
０
６

Cellextracts were prepared according to the method describedin Materials and methods.
b
Oneunit of activity corresponds to the conversion of１mmol
substrate per minute.
Values represent the mean and standard error derived fromthree independent experiments, with each experiment
performed in triplicate.
PC, pyruvate carboxylase ; PEPCK, phosphoenolpyruvatecarboxykinase ; ME, malic enzyme

12

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

（ 12 ）

Table ３ Fermentation product concentrations in modified MRS medium produced by Lactobacillus
plantarum VL１
０
３ ∆frd derivatives
L. plantarum
VL１
０
３ ∆frdstrains

Fermentation product（mM）
Succinate

MalateFumarate

AcetateFormateAcetoinLactatepMH : : pycA

ND

５．
０±０．
６

ND

２
０．
１±１．
０

１
０．
５±１．
０

１
３．
５±０．
１

４
４．
８±４．
１

pMH : : pckA

ND

１
０．
３±１．
５

１．
７±０．
１

２
９．
６±０．
７

１
０．
１±０．
７

１
２．
９±０．
７

１
３．
１±０．
２

pMH : : mae

ND

１
０．
７±１．
３

１．
４±０．
１

２
５．
３±１．
１

８．
４±１．
４

９．
９±０．
４

１
２．
７±０．
６

ND, not detected
Values represent the mean and standard error derived from three independent experiments, with eachexperiment performed in triplicate.

質親和性が著しく低いことが示唆された。

8

また，破壊株への遺伝子高発現ではフマル酸生成の向O. D. 660 nm

76

上には至らなかった。そのため，VL１
０３を利用したフマ

5

ル酸生成菌の作出には，マロラクティック酵素の欠損や4

フマル酸排出経路の構築や強化などが必要であると考え

3

られる。

2

要

1

約

本研究では，乳酸菌の嫌気条件下で多様な有機酸生成

0
0

12

24

36
48
Time（h）

60

72

Fig ．
３ Cell growth of L. plantarum ∆frd strain andderivatives in a modified MRS medium, ascertained bymeasuring the increase in optical density at ６６
０nm
These data are mean of three independent experiments andthose in parentheses are standard deviation.
Symbols：●, ∆frd（pMH :: pycA）； ◆, ∆frd（pMH :: pckA）； ○, ∆frd（pMH :: mae）.

宿主としての可能性を追求するために，フマル酸生成経路の構築を試みた。宿主として供試したL. plantarum VL１０３では，代謝改変によりコハク酸発酵生成系の構築が試みられている。そのため，コハク酸と同様にTCA回路に存在する他の有機酸生成にも利用できると考えられた。そこで，VL１
０
３の保持するフマル酸からコハク酸への変換酵素Fumarate reductase破壊株を作出し，フマ
ル酸生成能を測定した。
その結果，破壊株はVL１
０３と比較して生育の減少がみられるものの，コハク酸を生成不能となりフマル酸を生

しかし，LDHの欠損により生成経路が遮断された乳酸成した。そのため，VL１
０３を利用したフマル酸の発酵生が検出された。その中でもPC高発現株は４４mM程度と成は可能であると考えられた。

高い乳酸生成量を示している。しかし，破壊株のLDH

次に，破壊株のフマル酸生成量を向上させるために，活性は復帰しておらず，同様の培養条件で野生株が生成

TCA回路への炭素流量の向上を試みた。しかし，フマする乳酸量（約１７０mM）よりも低い値である１２）。そのル酸生成量は向上せず，乳酸が生成された。これは，菌ため，乳酸が生成された原因としてマロラクティック発

体内で生成されたフマル酸がリンゴ酸に変換されたのち酵が考えられた。この発酵はリンゴ酸を乳酸に変換し，に，マロラクティック発酵により生成されていると判断

マロラクティックトランスポーターにより細胞外に放出した。これはVL１
０
３のフマル酸排出経路の機能が弱く，することで，細胞内外のpHバランスを整える発酵であ

フマル酸が菌体内に蓄積するためであると考えられる。

る１３）。
また，フマル酸の生成量が高発現株においても増加しなかったことから，VL１
０３はフマル酸の排出能が低く，そのため，VL１
０
３をフマル酸生成菌として利用するためには，排出経路の強化やマロラクティック発酵系の遮断が必要であることが判明した。

溶解度の低いフマル酸を菌体内で蓄積できずにリンゴ酸
文を生成していると考えられる。この生成物の蓄積による菌体内pHの低下が，生育の低下につながると推察した。

献１ ） LEROY, F. and VUYST, L. D. :Lactic acid

そして，生成蓄積されたリンゴ酸による菌体負荷を軽減

bacteria as functional starter cultures for theするために，マロラクティック発酵を行っているのでは

food

ないかと考えた。これらの結果からVL１
０
３のコハク酸排Science & Technology, １
５, ６
７〜７
８（２
０
０
４）

出経路は，フマル酸などの他のC４―ジカルボン酸への基

fermentationindustry,

TrendsinFood２）JOHN, R. P., NAMPOOTHIRI, K. M. and PANDEY, A.

（ 13 ）

〔報文〕 代謝改変 L. plantarumによる有機酸生産

13: Fermentative production of lactic acid fromPETRUCCIOLI, M.

biomass : an overview on process developments

production

andMicrobiol.

phosphorous limitation, Biotechnology Letters., ２２,３）CHONG, B. F., BLANK, L. M., MCLAUGHLIN, R. and

９）ROA ENGEL, C. A., VAN GULIK, W. M., MARANG, L.,

futureperspectives,

Appl.

Biotechnol ., ７
４, ５
２
４〜５
３
４（２
０
０
７）
NIELSEN,

L.

K.

:

Microbial:

byDirect ammonium fumarate
Rhizopusarrhizus

under

１
０
４
３〜１
０
４
７（２
０
０
０）
hyaluronic

acid

VAN DERWIELEN, L. A. and STRAATHOF, A. J. :production, Appl. Microbiol. Biotechnol ., ６
６, ３
４
１〜

Development of a low pH fermentation strategy

３
５
１（２
０
０
５）

for fumaric acid production by Rhizopus oryzae,

４）KLEEREBEZEM, M., HOLS, P. and HUGENHOLTZ, J. :Lactic acid bacteria as a cell factory : rerouting

Enzyme Microb. Technol ., ４
８, ３
９〜４
７（２
０
１
１）
１
０） XU, Q., LI, S., HUANG, H. and WEN, J. : Keyof carbon metabolism in Lactococcus lactis bytechnologies for the industrial

metabolic engineering, Enzyme Microb. Technol . ,fumaric acid by fermentation, Biotechnol. Adv., ３
０,

２
６, ８
４
０〜８
４
８（２
０
０
０）

production

of

１
６
８
５〜１
６
９
６（２
０
１
２）

５）PAPAGIANNI, M. : Recent advances in engineering

１１）AUKRUST, T. and BLOM, H. : Transformation of

the central carbon metabolism of industrially

Lactobacillus strains used in meat and vegetable

important bacteria, Microb. Cell Fact. , １
１, ５
０

fermentations,

Food

Res.

Int. , ２
５, ２
５
３〜２
６
１

（１
９
９
２）

（２
０
１
２）
６）DE VOS, W. M. and Hugenholtz, J. : Engineering
metabolic highways in Lactococci and１２）辻聡・梶川揚申・岡田早苗・HOLS, P.・佐藤英一：

other

ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼの発

lactic acid bacteria, Trends Biotechnol ., ２
２, ７
２〜７
９

現強化によるLactobacillus plantarumのピルビン酸

（２
０
０
４）

生 成 反 応 の 迂 回 経 路 の 構 築，日 本 乳 酸 菌 学 会

７）TSUJI, A., OKADA, S., HOLS, P. and SATOH, E. :Metabolic engineering of Lactobacillus plantarum

誌，２
４，８
８〜９
２（２
０
１
３）
．
１
３） DU TOIT, M. , ENGELBRECHT, L. , LERM, E. andfor succinic acid production through activation

KRIEGER - WEBER, S.

of the reductive branch of the tricarboxylic acidgeneration

cycle,

EnzymeMicrob. Technol . , ５
３, ９
７〜１
０
３

（２
０
１
３）
８ ） RISCALDATI, E. , MORESI, M. , FEDERICI, F. andcultures - anof:

Lactobacillus :the next

malolactic

fermentation

overview,

Food

and

starter

Bioprocess

Technology, ４, ８
７
６〜９
０
６（２
０
１
１）
（平成２
５年７月２
２日受付，平成２
５年１
０月３
１日受理）

（ 15 ）

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４ 〔研究ノート〕

15

即席麺の蒸し処理が乾燥速度に与える影響
杉山久＊１＊２§・川 井 清 司＊１・羽 倉 義 雄＊１＊１ 広島大学大学院生物圏科学研究科＊２ 東洋水産（株）
総合研究所

Effect of Steaming Treatment on Drying Rate of Noodle Sheets
SUGIYAMA Hisashi＊１＊２§, KAWAI Kiyoshi＊１ and HAGURA Yoshio＊１＊１＊２Graduate school of Biosphere Science, Hiroshima University, 1−4−4,
Kagamiyama, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739−8528
R&D center, Toyo Suisan Kaisya, Ltd., 4-32, Shiohama 2-shome, Koto-ku, Tokyo 135−0043

In this study, the effect of steam treatment （pre-cooking） on the drying rate of a noodle sheet
during the manufacture of instant noodles was examined. The noodle sheet was dried using a forced
convection dryer with an air velocity of ２．
５m/s. Air temperatures ranging ８０〜１
１
０℃ were set as thedrying conditions. Since measured values of relative humidity of air used for the drying tests were１％ or less, we described the relative humidity with ０％ . The noodle sheet subjected to steam
treatment dried faster than a noodle sheet not subjected to steam treatment when the drying
temperature was same. The drying contraction of the noodle sheet subjected to steam treatment wasless than that of the noodle sheet not subjected to steam treatment. The steam-treated noodle sheet
dried faster than the untreated noodle sheet because the decrease in the evaporation area of water
was small on the steam - treated noodle sheet. As a result of evaluating the relationship between
quality（good quality implied a noodle sheet without foaming）and the drying rate of a noodle sheet,it was found that drying at １
０
０℃ was suitable for steam-treated noodle sheets. Moreover, drying at
９０℃ was suitable for noodle sheets that are not steam-treated.
（Received Mar. ２８, ２０
１３；Accepted Nov. １４, ２
０
１
３）
Key words：Instant Noodle, Drying, Steam Treatment, Drying Rate, Foaming
即席麺，乾燥，蒸し処理，乾燥速度，発泡

乾燥麺類である即席麺は世界で年間約９５０億食が生産熱風を利用し，乾燥させる「ノンフライ麺」である。こされており，日本では年間約５３億食が生産されている乾れは，麺塊を金属枠ごと熱風乾燥機に入れ，８０℃前後の燥食品である。即席麺は調理の簡便性や保存性の観点か

熱風で３０分以上乾燥させ，生地の段階で３
０〜４
０％あった

ら現在広く利用されている乾燥食品の１つである。即席

水分を１０％前後に減少させる乾燥方法である。フライ麺

麺の製造方法は，通常の麺と同じように小麦粉に水を加の乾燥は被乾燥物（麺）と熱媒体（油）が直接接触する

え，混捏を行い，生地をつくる。この生地を帯状にし，ため，伝熱効率がよい。一方，ノンフライ麺は熱媒体が薄くするための圧延を行い，切り出される。即席性を保熱風であるため，伝熱効率が悪く，乾燥時間も長い。
乾燥操作は多くの食品で利用されている加工操作の１持するためにあらかじめプレクッキングの操作である蒸し操作や茹で操作を行い，その後，乾燥を行う。即席麺つである。食品加工技術としての「乾燥」の目的は，は乾燥の種類により大きく２つに分類されている。１つ「貯蔵・運搬のための容量減」とともに「保存安定性」

は麺を油で揚げることで乾燥させる「フライ麺」である。

の向上である１）。乾燥操作を行うことにより食品中の水

こ れ は，麺 塊 を 金 属 枠 ご と１
４０〜１
６０℃の 揚 げ 油 に 入分を減少させ，食品の変敗を引き起こす原因となる微生

れ，１〜２分通過させ，生地の段階で３０〜４０％あった水物の増殖や種々の反応を抑制させることで保存安定性が分を３〜６％に脱水させる乾燥方法である。もう１つは向上する。代表的な乾燥食品としては，乾燥果物（水分

＊１ 〒７
３
９―８
５
２
８ 広島県東広島市鏡山１―４―４
＊２ 〒１
３
５―０
０
４
３ 東京都江東区塩浜２丁目４―３
２§ Corresponding author, E-mail : sugiyamahi@maruchan.co.jp

16

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

（ 16 ）

１
５〜２
０％），乾 燥 麺 類（水 分１２％），乾 燥 野 菜（水 分皮）とした。また，この生麺皮をセイロ蒸し器を用いて，

５％），コーンフレーク（水分５％），全粉乳（水分２〜

ガス流量６．
６ /min（強火）で２分間蒸したものを「蒸３％）などがある２）。

し麺皮」（蒸し処理を行った麺皮）とした。これらの生食品の乾燥操作には熱風乾燥，マイクロ波乾燥，真空凍結乾燥などがある。それぞれの乾燥操作の特徴を活か%

麺皮と蒸し麺皮を用いて，乾燥試験を行った。
２．乾 燥 装 置

し，食品の用途に合わせて乾燥方法を設定している。乾本研究で使用した強制対流式の乾燥装置では，乾燥速３）燥に関する既往の研究には，MENGESとERTEKIN（２００６）

度を決める重要な条件因子である乾燥空気の温度と風速のリンゴの乾燥特性に与える風速と乾燥温度の影響に関が乾燥特性に与える影響を検討することができる。実験する研究がある。この研究では，乾燥温度を６０〜８０℃，

装置の概略をFig．
１に示した。この乾燥装置は，インバ

風速を１〜３ーター制御された送風ファンおよび温度制御可能なヒー"/sの間で変化させ，リンゴの乾燥曲線を４）求めている。また，PALとCHAKRAVERTY（１
９
９
７）
の研究

ターから成る熱風発生部において乾燥空気の温度と風速

では，マッシュルームの乾燥において乾燥時間と品質とを設定できる仕組みになっている。

!

乾燥筒内の金網（試料台）の上部２５０ の位置にK型の関係に注目し，乾燥温度を４
５〜６
０℃，風速を０．
９〜１．
６"/sの間で変化させ，マッシュルームの最適乾燥条件を

熱電対を設置し，送風空気の温度の測定を行った。また，

明らかにしている。その他，乾燥食品に関する研究報告

乾燥装置の送風空気出口に風速計を設置し，乾燥筒内のでは，ぶどう５），りんご６），バナナ７），梨８），プラム９）など

平均風速の測定を行った。乾燥装置は乾燥空気温度，風の果物を対象とし，数学的モデルを利用して，その乾燥速を設定した後，約３０分で定常状態に達した。乾燥装置

特性を評価したものが多い。

が所定の乾燥条件で定常状態に達した後，再度，乾燥空麺類の乾燥に関する研究としては，生うどんを温度

気温度，風速の確認を行った。定常状態を確認した後，

４
０℃，湿度７
０％で乾燥した際の水分含量と風速の関係を

金網（目開き１２ ）に麺皮を乗せ，上部より強制対流に

１
０）

!

明らかにした研究報告 がある。この研究では乾燥期間

より熱風（乾燥空気）を吹き付け，乾燥操作を行った。

ごとに検討を行っている。すなわち，初期乾燥期では風３．乾 燥 試 験""

強制対流による乾燥試験は風速２．
５ /sの下で４つの速２．
０ /sまでは風速が乾燥速度に影響を与えるが，それ以上の風速では乾燥速度に影響を与えないことを明ら"

乾燥温度（８
０℃，９
０℃，１
０
０℃，１
１
０℃）で乾燥速度の評

かにしている。また，乾燥期間の後半で，風速を１．
０ /価を行った。すべての実験で使用した空気の相対湿度がs以上に設定しても乾燥速度に影響を与えないことを明１％以下であったため，相対湿度を０％と表示した。試らかにしている。

料には生麺皮と蒸し麺皮を用いた。乾燥試験中５分毎に数学的モデルを用いて，生うどんを乾燥した際の乾燥

試料を乾燥装置から取り出し，電子天秤（Chyo Balance

曲線を解析した研究報告１１）もある。ここでは，乾燥温度

Co., MP-３０００）によって重量を測定し，同時にノギスで

１
５〜６
５℃，湿度６０〜８０％で生うどんを乾燥し，乾燥工程

麺皮の寸法（縦，横）を測定した。本研究では乾燥試験

中のある時間における水分含量を予測する方法を提案しを２回行い，その再現性を確認した。乾燥の終了時期は，ている。多くの研究報告は，試験サンプルとして生の麺

生 麺 皮，蒸 し 麺 皮 の 含 水 率 が０．
１６５（を使用し，その乾燥特性を調査している。しかし，生のsolid）になるまでとした。乾燥試験終了後，乾燥減量

麺に対してプレクッキング（蒸し，茹で）処理を施し，

１
２）
試験法（１
０
５℃，３時間）により両麺皮の絶乾重量を測

それを乾燥させてつくる即席麺の乾燥特性に関する研究定した。

はほとんどない。

被 乾 燥 試 料 の 含 水 率W（

そこで本研究では，即席麺の製造において一般的な乾"燥条件（風速２．
５ /s，乾燥温度８０〜１１０℃）を用い，即$-water/$-$-water/kg-solid）は 式（１）を用いて計算した。ここで，wはある時間の重量$-water and solid），w は絶乾重量（$-solid）である。

（

０

席麺の製造工程における蒸し工程（プレクッキング操作）が乾燥速度に与える影響を明らかにすることを目的
とした。

実験方法

RECTIFICATIONLATTICE（MESH 12mm）〜〜試験に供した麺皮の調製には市販の北海道産小麦粉##（強力粉）を用いた。小麦粉１
０
０．
０ と水３
２．
０ をミキサ950mm

１．試 料 調 製
INVERTORTHERMOMETER・HYGROMETER
250mm
SAMPLEーで混合し，その後，手で捏ねてそぼろ状の生地を作製した。次に，パスタマシーンを用いて複合・圧延を行い，

!

!

!

厚み２．
０ の麺帯を作製した。この麺帯を６０ ×６０ に切断したものを「生麺皮」（蒸し処理を行っていない麺

FAN

HEATER

100mm

WIRE NETTING（MESH 12mm）
ANEMOMETER

Fig．
１ Schematic drawing of forced convection drier（ 17 ）

W=

〔研究ノート〕 麺の蒸し処理と乾燥速度の関係

w−w０………………………………………（１）w０

実験結果および考察
１．乾燥温度と乾燥時間との関係17じであった。蒸し麺皮の８０℃と９０℃の乾燥操作で乾燥が早く進む理由としては，蒸し処理を行うことで麺皮の収縮が抑制されることが考えられる。すなわち蒸し麺皮では収縮が抑制されることにより，水分の蒸発面積が急激に減少せず乾燥が進行するが，生麺皮では収縮により蒸各乾燥温度における乾燥後の麺皮の外見的な品質について検討を行った。すべての生麺皮および蒸し麺皮にお発面積が急激に減少し，乾燥の進行が遅れている可能性が考えられる。

いて，乾燥による反りはみられなかった。生麺皮ではそこで，蒸し処理の有無による麺皮の面積変化を乾燥

１
０
０℃，１
１
０℃による乾燥において麺皮に部分的な発泡現温度ごとに経時的に測定し，収縮率を式（２）より求め象が観察された。また蒸し麺皮では，１１０℃による乾燥た。

において部分的な発泡現象が観察された。発泡現象は乾CR =燥時の温度上昇により，麺皮内部で水から水蒸気への相２転移が急激に起こり，麺皮内部に気泡が発生する現象である。即席麺の製造工程ではこの発泡現象の発生を避け，S０は初期
ここで，Stはある時間の麺皮の面積（m ）２の麺皮の面積（m ）である。

る必要がある。本研究では，発泡現象の発生を抑えた上で，乾燥を効率的に行う条件の検討を行った。

St…………………………………………（２）S０

収縮率の経時変化を調べたところ，蒸し麺皮では乾燥時間とともに徐々に収縮していた。一方，生麺皮では乾各乾燥温度での生麺皮と蒸し麺皮の含水率の変化を燥初期の段階で急激に収縮していた。生麺皮の乾燥終点

Fig．
２（a）〜（d）に示した。即席麺の品質規格である（含 水 率W＝０．
１６５）に お け る 収 縮 率 は，乾 燥 温 度 が

１
３）

日本農林規格（JAS法） によると，「水分は，油処理に

８
０，９
０，１
０
０，１
１
０℃でそれぞれ０．
８
６，０．
８
６，０．
８
５，０．
８
３

より乾燥したもの以外のものにあっては，１
４．
５％以下で

で あ っ た。一 方，蒸 し 麺 皮 の 乾 燥 終 点（含 水 率W＝あること」と規定されている。そこで，本研究では乾燥

０．
１
６
５）
における収縮率は，乾燥温度が８
０，９
０，１
０
０，１
１
０℃

の終点を水分１
４％近辺に相当する含水率０．
１
６
５に設定し

でそれぞれ０．
８
９，０．
９
０，０．
８
８，０．
８
７であった。蒸し処理た。

を施すことで麺皮の収縮が抑制されていることが明らか

Fig．
２では，蒸し処理の有無にかかわらず乾燥温度をとなった。

高く設定することにより，乾燥時間が短くなっているこ

麺皮の蒸し処理では，麺皮の構成成分である小麦澱粉とがわかる。生麺皮の乾燥終点（含水率W＝０．
１６５）まの糊化が起こる。澱粉の糊化ではアミロースとアミロペでの所要時間は乾燥温度が８
０，９
０，１
０
０，１
１
０℃でそれぞクチンからなる規則正しい配列（ミセルや分子間結合）

れ３，
６
０
０，３，
０
０
０，１，
８
９
０，１，
３
６
０秒 で あ っ た。一 方，蒸 しが崩れて，水分子と水和し，澱粉粒子は大きく膨潤する

麺皮の乾燥終点（含水率W＝０．
１６５）までの所要時間は（糊化） 。糊化した麺皮の乾燥操作では，ミセルや分子

１４）乾 燥 温 度 が８
０，９
０，１
０
０，１
１
０℃ で そ れ ぞ れ間結合で規則正しい配列が崩壊した澱粉の構造内に存在

３，
０
０
０，２，
４
０
０，１，
９
２
０，１，
３
９
０秒であった。蒸し麺皮ではする水分は蒸発するが，元に戻すための結合がなくなっ

乾燥時間０sでの含水率が生麺皮より大きくなっている。

た澱粉の構造は規則正しい配列が崩壊したままである。

これは，蒸し処理を行うことで蒸し麺皮の小麦澱粉が糊

そのため，蒸し麺皮では乾燥による収縮が起こりにくく化し，その結果，生麺皮よりも水分が増えたと考えられなったと考えられる。

る。蒸し処理を加え，初期含水率が高くなっているにもかかわらず，８０℃と９０℃では乾燥時間が短くなっていた。

以上の結果より，蒸し処理は麺皮の収縮を抑制し，乾燥速度の低下を抑える効果があると考えられる。

一方，１
０
０℃と１
１
０℃では最終的な乾燥終了時間はほぼ同

Without steam treatment

0.50

Moisture Ratio(-)

Moisture Ratio(-)

0.60
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00

0

600 1,200 1,800 2,400 3,000 3,600
Drying Time(s)

0.80
0.70
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
0.10
0.00

With steam treatment

0600 1,200 1,800 2,400 3,000 3,600
Drying Time(s)Fig．
２ Comparison of transient moisture ratio of noodle sheet with and without steam
treatment dried at ８
０, ９
０, １
０
０ and １
１０℃
Symbols indicate experimental data. ●：８
０℃

○：９
０℃

■：１
０
０℃

□：１
１
０℃

18

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

２．麺皮の乾燥速度（ 18 ）

速度係数（−），aは乾燥速度定数（

本研究では，乾燥に伴う麺皮の大きさの変化を標準化

Wは含水率（定義される。乾燥速度J（"-water/（m ・s））は乾燥材
２"-water/"-solid）である。

式（４）を用いて近似した乾燥特性曲線をFig．
３に破するため，単位面積当たりの乾燥速度を求めた。一般に乾燥速度は，単位時間，単位面積当たりの水分蒸発量と"-water/（!・s）），

線で示した。また，近似に用いた乾燥速度係数 k，乾燥２

速度定数a，相関係数R をFig．
３の中に合わせて記入した。

料 の 重 量 w（kg）と 乾 燥 時 間 t（s）の 測 定 値 か ら 式

乾燥速度定数aは，各乾燥温度における乾燥速度の速

１
５）
（３）
を用いて求めることができる。ここで，Aは乾燥さを表している。２種類の麺皮とも乾燥温度が高くなる（蒸発）面積（m２）である。

に従って，乾燥速度定数 a が大きくなる傾向を示した。

J＝

１
・
A

!!!!#"" ………………………………（３）また，乾燥温度８
０，１
０
０，１
１
０℃において，蒸し麺皮の aのほうが生麺皮の a よりも大きくなった。これは，蒸し

各乾燥温度での蒸し処理の有無による乾燥速度の変化

処理による収縮抑制の影響によるものと考えられる。

を乾燥特性曲線としてFig．
３（a）〜（d）に示した。各

乾燥速度係数 k は，含水率が減少する際の乾燥特性曲

乾燥温度において，同じ含水率での生麺皮と蒸し麺皮の線の急激な下降を表しており，k が小さいほど乾燥特性

乾燥速度を比較すると，蒸し麺皮の乾燥速度が生麺皮の

曲 線 が 緩 や か に 減 少 す る こ と に な る。乾 燥 温 度

乾燥速度よりも常に速いことがわかる。調理による過度

８
０，９
０，１
１
０℃において，蒸し麺皮のkのほうが生麺皮のの硬化や収縮がなければ，調理済みの野菜，肉，魚類のkよりも大きくなった。

乾燥は，新鮮物よりも容易である。また，ブランチング

以上の結果をもとに，強制対流乾燥における麺皮の品や調理をすることによって植物や動物の細胞組織は容易

質の評価（発泡の有無）と乾燥速度の評価（乾燥速度定１６）に水を通しやすくなる との報告があるように，麺皮も数aの評価）を行い，Table１に示した。発泡が起こら

蒸し処理を行うことにより，乾燥しやすい状態となってない乾燥温度は蒸し麺皮では８０〜１
００℃，生麺皮では８０いると考えられる。

〜９０℃であった。乾燥速度は高温ほど乾燥速度定数aが２種類の麺皮の乾燥特性曲線（Fig．
３）を式（４）に２

操作条件として適していると考えられる。一方，生麺皮

J＝a exp（kW） ………………………………（４）700(a) 80℃
600 ●：Without Steam Treatment
a=9.756, k=6.718, R2=0.940
500△：With Steam Treatment
400
a=13.127, k=6.651,
R2=0.973
300
200
100
0
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
Moisture Ratio(-)

700(c) 100℃
600 ●：Without Steam Treatment
a=22.476, k=6.086, R2=0.955
500△：With Steam Treatment
400
a=33.264, k=5.238,
R2=0.989
300
200
100
0
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
Moisture Ratio(-)

であり，乾燥速度を考慮すると４つの乾燥温度の中では2
Drying Rate(kg/(m・s))"-water/（!・s）），kは乾燥

では９０℃での乾燥が発泡の起こらない最も高い乾燥温度

0.60

2
Drying Rate(kg/(m・s))2Drying Rate(kg/(m・
s))

2
s))
Drying Rate(kg/(m・ここで，J は乾燥速度（大きくなった。したがって，蒸し麺皮では１００℃での乾燥が乾燥速度が速く，発泡も起らないことから，乾燥の当てはめ，その適合性をR 検定で評価した。

0.60

700
(b) 90℃
600 ●：Without Steam Treatment
a=23.976, k=4.554, R2=0.895
500△：With Steam Treatment
400
a=13.902, k=7.028,
R2=0.949
300
200
100
0
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
Moisture Ratio(-)

700

0.60

(d) 110℃

600 ●：Without Steam Treatment
a=40.874, k=5.225, R2=0.990
500
400
300

△：With Steam Treatment
a=36.824, k=4.875,
R2=0.913

200
100
00.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60
Moisture Ratio(-)

Fig ．
３ Drying rate VS. moisture ratio of noodle sheet with and without steam
treatment dried at ８
０, ９
０, １
０
０ and １１０℃
Symbols indicate graphical differentiation of drying curves based on experimental data ; lines
indicate values calculated based on Eq.（４）.

（ 19 ）

〔研究ノート〕 麺の蒸し処理と乾燥速度の関係

19Table１ Comparison of drying rate and quality of noodle sheet with and without
steam treatment dried at ８
０, ９
０, １
０
０ and １
１
０℃
Dryingtemperature

Noodle with steam treatment
Drying rate
Quality

８
０℃
９
０℃
１
０
０℃
１
１
０℃

×
×
○
◎

Noodle without steam treatment
Drying rate
Quality

○
○
○
×

×
△
△
◎

○
○
×
×

Dring rate was evaluated based on the drying rate coefficient（a）.
×：a＜１
５, △：１５＜a＜２
５, ○：２５＜a＜３
５, ◎：３５＜aNoodle sheet which did not foam was evaluated as good quality.

characteristics of seedless grapes, Energy Convers.

最もよい条件であると考えられる。

要

Mgmt., ４
７, １
６
１
０〜１
６
２
０（２
０
０
６）

旨

６）VELIC, D., PLANINIC, M., TOMAS, S. and BILIC, M. :本研究では，市場規模の大きい即席麺の製造工程を想Influenceof

airflow

velocityonkinetics

of

定し，プレクッキングである蒸し処理が乾燥速度に与えconvection apple drying, J. Food Eng., ６
４, ９
４〜１
０
２

る影響を明らかにすることを目的とした。具体的には即

（２
０
０
４）

席麺の乾燥温度が生麺皮と蒸し麺皮の乾燥速度に与える

７）KARIM, M. A. and HAWLADER, M. N. A. : Drying

影響を検討した。乾燥温度・風速の限定された条件で得characteristics of banana :られた結果から，以下のことが明らかとなった。

and experimental validation, J. Food Eng., ７０, ３５〜① 乾燥温度が高くなると，生麺皮と蒸し麺皮の乾燥速度はともに速くなることが示された。
② 同じ乾燥温度では，蒸し麺皮のほうが生麺皮よりも早く乾燥が進むことが示された。この理由として，

theoretical modeling

４
５（２
０
０
５）
８）GUINE, R. P. F., RODRIGUES, A. E. and Figueiredo,
M. M. : Modeling and simulation of pear drying,
Applied Mathematics and Computation, １
９
２, ６
９〜７
７

麺皮の蒸し処理により，乾燥しやすい状態となるこ

（２
０
０
７）

とや，麺皮の乾燥に伴う収縮が抑制されることに起

９）DOYMAZ, I. : Effect of dipping treatment on air
drying of plums, J. Food Eng., ６
４, ４
６
５〜４
７
０（２
０
０
４）

因すると考察した。
③ 麺皮の品質評価（発泡の有無）と乾燥速度の評価

１０）INAZU, T., IWASAKI, K. and FURUTA, T. : Effectを行ったところ，蒸し麺皮では１００℃での乾燥が適of air velocityon fresh Japanese noodle （ Udon ）

していることが示された。また，生麺皮では９０℃でdrying, Lebensm. - Wiss. U. - Technol . , ３
６, ２
７
７〜２
８
０

の乾燥が４つの乾燥温度の中では最もよい条件であることが示された。

（２
０
０
３）
１
１）CHEN, J. Y., ISOBE, K., ZHANG, H. and MATSUNAGA,
R.

文

献

Hot - Air Drying Model for Udon Noodles,

Food Sci. Technol. Res., ６（４）
,２
８
４〜２
８
７（２
０
０
０）

１）日本食品工業会：食品工学（朝倉書店，東京）
，p．
１
０
７
（２
０
１
２）

１
２）厚 生 労 働 省：第 五 版 食 品 添 加 物 公 定 書，p．
１
１
（１
９
８
６）

２）松野隆一：食品工学基礎講座６ 「濃縮と乾燥」（光琳，東京）
，pp．
１〜５（１
９
８
８）
３ ） MENGES, H. O. and ERTEKIN, C. ::１３）農林水産省：「即席めんの日本農林規格」（平成２１年
４月９日農林水産省告示第４
８
４号）
（２
０
０
９）

Mathematicalmodeling of thin layer drying of Golden apples, J.
Food Eng., ７
７, １
１
９〜１
２
５（２
０
０
６）
４）PAL, U. S. and CHAKRAVERTY, A. : Thin Layer
convection - drying of mushrooms, Energy Convers.
Mgmt., ３
８（２）
,１
０
７〜１
１
３（１
９
９
７）
５）EL -GHETANY, H. H. : Experimental investigationand empirical correlations of thin layer drying

１４）渋川祥子：調理科学（同文書院，東京）
，pp．
４
７〜
５
０（１
９
９
６）
１
５）日本食品工業会：食品工学（朝倉書店，東京）
，p．
１
１
２
（２
０
１
２）
１
６）NORMAN, N. P.：総 合 食 品 科 学（建 帛 社，東 京），
pp．
２
２
６（１
９
７
５）
（平成２
５年３月２
８日受付，平成２
５年１
１月１
４日受理）

（ 21 ）

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４ 〔研究ノート〕

21

バオバブフルーツ（Andasonia digitata）粉末摂取は
高コレステロール負荷食を与えたラットの体重増加と血清コレステロール濃度の上昇を抑制する
米 澤 加 代＊１・野 口 有 希＊１・谷 岡 由 梨＊１
石田裕＊１・島 田 剛 志＊２・古 庄
律＊１§＊１ 東京農業大学短期大学部栄養学科＊２ （株）
エコロジーヘルスラボ

Intake of Baobab（Andasonia digitata）Fruit Powder Suppress Elevationof Body Weight Gain and Serum Cholesterol Level
in High-Cholesterol Diet Fed Rats
YONEZAWA Kayo＊１, NOGUCHI Yuki＊１, TANIOKA Yuri＊１,
ISHIDA Hiroshi＊１, SHIMADA Tsuyoshi＊２ and FURUSHO Tadasu＊１§＊１＊２

Department of Nutrition, Junior Cleege of Tokyo University of Agriculture,1−1−1 Sakuragaoka, Setagaya, Tokyo 156−8502
Ecology Health Labo Inc, 1−3−8 Nakamura-kita, - Nerima, Tokyo 176−0023

Intake of baobab fruit powder（BBFP）significantly suppressed body weight gain and decreased thelevels of serum and liver cholesterol levels in rats fed a high-cholesterol diet. These results suggestthat these effects may be due to the soluble dietary fiber that is present in substantial amounts inthe fruit.
（Received Nov. ２
５, ２０
１３；Accepted Jan. ８, ２
０
１
４）
Key words：serum cholesterol, hepatic cholesterol, baobab fruit, soluble dietary fiber, body weight gain
血中コレステロール，肝臓中コレステロール，バオバブフルーツ，水溶性食物繊維，
体重上昇抑制生活習慣病のうち，心疾患や脳血管疾患などの循環器

胆汁酸排泄量が増加し，生体内のコレステロールプール

系による日本の死亡率は，全死亡率の約３割を占めていを減少させ，血漿中コレステロール濃度の低下にも関与る。これらの疾患は脂肪をはじめとするエネルギーの過している可能性が示唆されている１），２）。

剰摂取や運動不足などの生活習慣が長期間続いた場合にバオバブ（Andasonia digitata）は，アフリカ全土に広引き起こされる高コレステロール血症や高脂血症を起因く自生する樹木で，樹齢１００年を越える頃から開花・結とすることが多い。したがって，生活習慣の改善および実することが知られている。現地では完熟して乾燥した

食品成分によるコレステロール代謝の調節が非常に重要

果実を食用としているが，果実以外にも根や葉，樹皮にである。食物繊維は，小腸における消化・吸収を受けず至るまで広く利用されている。乾燥した果実内は繊維状

大腸に到達する。そこで，腸内細菌による発酵によっての白い果肉と淡褐色の種衣に覆われた種子が存在し，そ

短鎖脂肪酸が生成される。短鎖脂肪酸のうち，プロピオのまま菓子として食用にされたり，種衣を水に溶かし，ン酸が肝臓におけるコレステロール合成を阻害すること

ジュースとして飲用されたりしている３）。バオバブフルが報告されておりコレステロール代謝調節に重要であるーツ（BBF）は，ビタミンやミネラルなどが豊富で非ことが示唆されている１）。また，食物繊維の摂取により常に栄養価が高い４）。また，食物繊維（DF）も豊富に含

＊１ 〒１
５
６―８
５
０
２ 東京都世田谷区桜丘１―１―１§ Corresponding author, E-mail : tfurusho@nodai.ac.jp
＊２ 〒１
７
６―０
０
２
３ 東京都練馬区中村北１―３―８

22日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

まれており，特に水溶性食物繊維（SDF）は１００ｇ乾燥
重量あたり約３０ｇと他の果物に比べ非常に多い。２０
１
１年には欧州ノベルフード認定を取得し，日本でもスーパー
フルーツ素材として注目されている食品の一つである５）。
しかしながら，ノベルフードとして認定さてから日も浅く，主要成分である食物繊維を含めてBBFの生体調節機能に関する研究はほとんど報告されていないのが現状である。
そこで今回，筆者らはBBFのSDFに着目し，その機能性を実証することを目的として，動物実験を用いて粉末化したバオバブフルーツ（BBFP）の体重増加抑制効
果，血清および肝臓コレステロール濃度上昇抑制効果について検討した。その結果，コレステロール負荷食にお（ 22 ）

Table１ Composition of Baobab fruit powder（g/１
００g dry weight）
Component

Baobab fruit powder

Crude protein
Crude fat
Carbohydrate
Dietary fiber＊
Soluble dietary fiber
Insoluble dietary fiber
Moisture
Ash

１．
６
１．
０
８
４．
６
３
０．
６
１
１．
０
８．
８
４．
０

＊ Dietary fiber is determined by a modified enzymatic gravimetric method of PROSKY, et al . : JAOAC Int., ７
７（３）,
６９
０〜６
９
４（１
９
９４）

いてBBFPを添加した群は，SDFによる胆汁酸ミセル形成の阻害に伴う脂質の吸収抑制が原因と考えられるエネ
Table２ Composition of experimental diets（weight ％）ルギー摂取量低下による体重増加の抑制，さらに血清および肝臓中コレステロール濃度の低下，糞中へのコレス
テロール排泄促進作用が確認されたので報告する。

Diet group
Ingredient
CO

HC

BBF

CaseinCorn starch
Soybean oil
Cellulose
Baobab fruit powder
Vitamin mix（AIN-７
６G-VX）
Mineral mix（AIN-７
６G-MX）
Sodium Cholate
DL-methionine
Cholesterol
Choline bitartrate

２０．
０
６５．
０
５．
０
５．
０
０
１．
０

２
０．
０
６
３．
５
５．
０
５．
０
０
１．
０

２
０．
０
５
８．
５
５．
０
０
１
０．
０
１．
０

３．
５

３．
５

３．
５

０．
２
０．
３
０
０

０．
２
０．
３
１．
０
０．
５

０．
２
０．
３
１．
０
０．
５

Total

１
０
０

実験方法
１．実 験 材 料
実験試料として用いたBBFPは，エコロジーヘルスラボ株式会社から供与されたナイジェリア産のものを使用した。BBFPの成分組成をTable１に示した。分析値はエコロジーヘルスラボ（株）
で求めた値を使用した。飼料
調製には，カゼイン（ニュージーランド産），コーンス
ターチ（日本コーンスターチ（株）），セルロース（オリエンタル酵母工業（株））を用いた。ビタミン混合およびミネラル混合の調製のための試薬，コレステロール，コール酸ナトリウム，DL-メチオニン，塩化コリン，大豆
油は和光純薬工業（株）
より購入した。
２．実験動物および飼育条件

１
０
０

１
０
０

８週齢のSprague Dawley（SD）系雄ラットを東京実
験動物（株）より購入し実験に供した。本実験の基準飼料は，AIN７
６飼料組成に従いTable２のように調製した。

で保存した。また，飼育終了日の糞を採取し，分析時ま対照群（n＝６；以下CO群）に１％コレステロールおよで−８０℃で保存した。なお，本動物実験は東京農業大学

び０．
５％コール酸ナトリウムを添加した群を高コレステ

動物実験指針に基づいて実施した。

ロール群（n＝６；以下HC群）とした。また，HC群の

３．分 析 方 法

セルロースの代わりにBBFPを１０％添加し，総食物繊維

血清中の総コレステロール，HDLコレステロール，

量を１００ｇ飼料あたり４．
２ｇにした群をバオバブフルーツ

は，それぞれ市販の測定キットであるコレステロール投与群（n＝６；以下BBF群）とした。ラットを個別にE-テストワコー，HDLコレステロールE-テストワコー

金網ケージに入れ，室温２３±１℃，湿度５０±５％，１２時（和光純薬工業（株））を用いて測定した。肝臓および糞間の明暗サイクル（明期８：００−２
０：００）の環境下にお中脂質の抽出は，FOLCHら５）の方法に従い，クロロホル

い て 飼 育 し た。固 形 飼 料（MF：オ リ エ ン タ ル 酵 母

ム−メタノール溶液で抽出した後，溶媒を留去して粗脂（株））で１週間馴化後，平均体重が等しくなるように３肪とした。抽出した粗脂肪は，５％ TritonX-１００を含む群に分け，BBF群に対するpair-feedingで各群の飼料にイソプロパノールに溶解し，上述の血清分析時と同様のより３０日間飼育した。採血は１５時間の絶食後，ネンブタ

キットを用いて，肝臓および糞中総コレステロールを測ール麻酔下で心臓採血を行い，遠心分離（２，５００rpm，１
５定した。

分間）によって血清を調製した。絶命直後に肝臓を摘出

４．統 計 処 理

し，生理食塩水で還流して脱血した後，分析時まで−８０℃

各実験結果は平均値±標準偏差（mean±SD）で示し

（ 23 ）

〔研究ノート〕 バオバブフルーツの食物繊維効果

23

２．コレステロール濃度に及ぼす影響た。有 意 差 検 定 は，統 計 ソ フ ト Statcel２ を 用 い て

各群の血清，肝臓および糞中コレステロール濃度を

Bonferroni/Dunnの多重比較検定を行い，p＜０．
０１で統Table４に示した。BBFP摂取により，血清総コレステ

計的に有意とした。

ロールおよびLDL＋VLDLコレステロール濃度は，HC

実験結果および考察

群に比べ有意に低値を示した（p＜０．
０１）
。肝臓中の総１．体重増加，摂餌効率

コレステロール濃度はCO群に比べ他の２群はいずれも各群の体重増加量および飼育期間中の摂餌効率につい高値を示したもののHC群と比べBBF群は有意に低値をてTable３に示した。摂餌効率は各群間に有意な差異は示した（p＜０．
０１）。これらの現象は，BBFPに多量に含認められなかったが，体重増加量においてHC群はCO群まれるSDFの以下のような生理作用によるものと考えらと比べ有意に増加したのに対し，BBF群ではCO群およれる。まず，① SDFの高粘度による食事中コレステロ

びHC群よりも有意に上昇が抑制されていた（p＜０．
０１）
。

ールの腸管壁への移動が遅延。② コレステロールとSDF

BBF群の有意な体重上昇抑制は，BBFに含まれるSDFとのイオン結合・水素結合によるコレステロールの吸収の摂取による脂質の吸収抑制によるエネルギー摂取の抑効率低下，③ ゲル形成による疎水化で脂質成分のミセ制が考えられる。データには示さないが，血清トリアシル化阻害によるコレステロールの吸収低下，④ 胆汁酸

ルグリロール濃度を測定した結果は，BBF群がCOおよがSDFに吸着し，排泄が促進されたことにより，腸肝循

びHF群に比較して有意に低下していることから，BBF

環が阻害され肝臓内のコレステロールプールが減少した

由来のSDFの摂取により胆汁酸排泄が亢進されたことで， こと。これらにより，血中コレステロールの肝臓への取ミセル形成が阻害され，飼料に添加した脂質の吸収抑制

り込みが増加し，血中コレステロール値低下の誘導が起が起こり，それに伴いエネルギー摂取量が低下し，体重こる。糞中総コレステロール排泄量が，HC群に比べて増加抑制に至ったものと推察される。

BBF群が有意に高値であった（p＜０．
０１）ことは，これTable３ Effects of baobab fruit powder on body weight gain and food efficiencyof rats fed a high-cholesterol diet１
Diet group
CO
Body weight gain
１
７
２．
０±２
３．
７a
（g/３
０d）
Food efficiency
０．
２
７（body weight gain g/g diet）

HC

BBF

１
８
４．
３±１
６．
６b

１
６
１．
６±１
３．
０c

０．
２
７

０．
２
４

CO, control ; HC, high-cholesterol ; BBF ; baobab fruit
are means±SD, N＝６. Means in a row with superscripts without a common letter
differ, P＜０．
０
１

１Values

Table ４ Effects of baobab fruit powder on serum, liver and fecalcholesterol concentrations of rats fed a high-cholesterol diet
Diet group!"

Serum（ / ）Total cholesterol
HDL- cholesterol
LDL+VLDLcholesterol２
Liver（ /g liver）
Total cholesterol
Feces（ /g feces）
Total cholesterol

CO

HC

BBF

８
９．
０±１
３．
７a
６
０．
７±６．
０a
２
１．
４±７．
１a

１
６
７．
２±１
５．
４b
２
７．
１±４．
０b
１
２
６．
９±１
１．
３b

１
２
５．
７±７．
７c
３
２．
５±５．
５b
７
０．
４±３．
３c

１．
３±０．
２a

３
２．
０±５．
６b

２
３．
４±２．
４c

１．
８±０．
７a

２
６．
４±３．
７b

３
６．
１±３．
４c

!

!

CO, control ; HC, high-cholesterol ; BBF ; baobab fruit
are means±SD, N＝６．Means in a row with superscripts without acommon letter differ, P＜０．
０
１
２Values were calculated as follows : LDL+VLDL choresterol=Total choresterolHDL choresterol.
１Values

24

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

（ 24 ）

文らの結果を反映するものと考えられた。
７）

一般的に果物のSDFはペクチンであり，FRUCTOSOらは，ラットへのペクチン投与により血清および肝臓コレ
ステロールが低下すること を 報 告 し て い る。ま た，

献１）日本食物繊維学会監修：食物繊維―基礎と応用―
第３版（第一出版

東京）
，pp．
１
３
６〜１
４
１（２
０
０
８）

２ ） LEVRAT - VERNY, M. A. , BEHR, S. , MUSTAD, V. ,TERPSTRAら８）も，高コレステロール負荷ハムスターにレRÉMÉSY, C. and DEMIGNÉ, C.

モン由来ペクチンを供与したところ，血漿および肝臓コ

viscous hydrocolloids lower plasma cholesterol in

レステロール濃度がコントロールに比べ有意に低下する

rats primarily by impairing cholesterol absorption,

ことを報告している。本実験における血清および肝臓コ

J. Nutr., １
３
０, ２
４
３〜２
４
８（２
０
０
０）

:

Low levels of

レステロール低下作用は，BBFに含有されるペクチン

３）ODETOKUN, S. M. : The nutritive value of Baobab

によって発現していると推測されるが，今回はBBFPかfruit （ Andasonia digitata ）, Rivista - Italiana - delle -らSDFを抽出し，構成糖，粘度測定等は行っていないので今後の検討課題としたい。印南ら９）は，コレステロー

Sostanze-Grasse, ７
３, ３
７
１〜３
７
３（１
９
９
６）
４）BERRY, R. E. : Tropical fruits and vegetables as

ル非負荷ラットを用いてモロヘイヤ由来SDFを１．
６％のpotential

割合で飼料に添加すると血清および肝臓コレステロール

CHICAGO , ３
５, ４
５〜４
９（１
９
８
１）

濃度が減少することを報告している。本研究におけるBBF群飼料１００gあたりには，約４．
２ｇのDFが添加されproteinsources,

TECHNOL -FOOD５）スーパーフルーツ素材の市場動向，食品と開発，
４
４，５
１〜５
６（２
０
０
９）

ていたことになり，セルロースを５％添加したコントロ６）FOLCH, J., LEES, M. and STANLEY, G. H. S. : A

ール食に比べると８４％に留まっている。しかし，SDF量simple method for isolation and purification ofを算出すると約３ｇと多量に含まれていることから，

total lipids from animal tissues, J. Biol Chem, ２
２
６,

SDFとしての生理機能が十分に発現されたと推察される。

４
９
７〜５
０
９（１
９
５
７）

以上のことから，BBFはコレステロール吸収を阻害

７）GARCIA -DIEZ, F., GARCIA -MEDIAVILLA, V., ENRIQUEすることで血清および肝臓コレステロール濃度を低下さ

BAYON, J. and GONZALEZ - GALLEGO, J.

せる水溶性食物繊維としての機能を十分に備えるととも

feeding influences fecal bile acid excretion, Hepaticに，体重増加抑制の効果をもたらす機能性食品素材であbile acid and cholesterol synthesis and serum

ることが示唆された。

cholesterol in rats, J. Nutr., １
２
６, １
７
６
６〜１
７
７
１（１
９
９
６）

要

約

:

Pectin８）TERPSTRA, A. H. M., LAPRE, J. A., DEVRIES, H. T.
and

BEYNEN,

A.

C. :

The

hypocholesterolemic

バオバブフルーツ（BBF）には水溶性食物繊維が約

effect of lemon peels, lemon pectin, and the waste

３０％含まれている。高コレステロール負荷食を与えたラ

stream material of lemon peels in hybrid F １ B

ットを用いて，粉末化したバオバブフルーツ（BBFP）
摂取による体重増加および血清，肝臓および糞中コレス

hamsters, Eur. J. Nutr., ４
１, １
９〜２
６（２
０
０
２）
９）INNAMI, S., TABATA, K., SHIMIZU, J., KUSUNOKI, K.,

テロール濃度を測定した。その結果，BBF添加群は高ISHIDA, H., MATSUGUMA, M., WADA, M., SUGIYAMA, N.

コレステロール食群に比べ体重増加が有意に抑制され，and KONDO, M. : Dried green leaf poeders of Jew’s

血清および肝臓コレステロールも有意に低値を示した

mellow（Corchorus）, permission（Diosphyros kaki）

（p＜０．
０
１）
。さらに，BBFP投与により糞中へのコレス

and sweet potato （ Ipomoea batatas poir ） lower

テロール排泄が促進されていた。以上のことから，BBF

hepatic

は高コレステロール血症予防のための機能性食品として

fecal bile acid excretion in rats fed a cholesterol-

利用可能であることが明らかとなった。

free diet, Plant Food Hum Nutr., ５
２, ５
５〜６
５（１
９
９
８）

cholesterol

concentration

andincrease

（平成２
５年１
１月２
５日受付，平成２６年１月８日受理）

（ 25 ）

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４ 〔総

説〕

25

シミュレーションモデルに基づく
青果物の収穫後品質制御に関する研究
平成２４年度日本食品保蔵科学会学会賞

椎 名 武 夫＊§
＊ （独）農業・食品産業技術総合研究機構食品総合研究所

The Use of Mathematical Model and Simulation
for Managing the Postharvest Quality of Fresh Produce
SHIINA Takeo＊§＊

National Food Research Institute, NARO, 2−1−12 Kannondai, Tsukuba-shi, Ibaraki

305−8642

Key words：fresh fruits and vegetables, quality management, mathematical model, simulation
青果物，品質管理，数学モデル，シミュレーション

収穫後の青果物は，品質変化が急激に進むため，品質を維持したまま最終消費者に届けるためには，各青果物の特性に応じた適正条件での取り扱いが不可欠である。
具体的にどのような環境条件が品質保持に適しているか

１．ポストハーベストシステムとシミュレーション（１）シミュレーションと数学モデルという点に関しては，国内外のこれまでの研究により品

まず，「シミュレーション」とは何かについて考えて目ごとにかなりデータが蓄積され，温度，湿度，ガス組

おきたい。近藤２）は，シミュレーションを，「現象のモ成などの主要な環境因子の適正条件が一覧表として公表

デルによる再現であって，広い意味では各種の物理実験１）されている（例えばUSDAハンドブック ）。
しかしながら，例えばMA包装を施したときの包装内や化学実験などが含まれる」，と定義している。
同じく，近藤２）は，シミュレーションの効用について，

ガス組成変化のダイナミクスや，既存システムを変更し

次のような論考を加えている。

たり新たな品質管理技術を開発したりする際に，新たな「数学モデルを用いた現象の再現，すなわちシミュレ

操作条件が適用されることで環境条件がどのように変化

ーションを行うことで，現象のより深い理解が可能となし，結果として青果物の品質変化にどのような影響を及ったり，システム設計等の工学的な利用が可能となった

ぼすのかという点に関しては，十分な知見が得られていりする。
」

るとは言えない状況であった。
筆者は，このような状況を打開するため，ポストハー

さらに，上記文章の冒頭に出てくる「数学モデル」については，以下のように論述している２）。

ベストプロセスとそれに伴う青果物の品質変化に関する「数学モデルとは，現象の特徴または本質を数学的にシミュレーションモデルを構築するとともに，開発した

表現したものである。これは模型（モデル）の一種類でモデルを用いた品質制御の最適化について研究を行ってある。単純化・抽象化が行われているため数学モデルは，

きた。本稿では，日本食品保蔵科学会学会賞の受賞対象

数式で表された仮定である。現象の数式化の思想は，となった現在の職場（１
９
８
２〜１
９
９
１年，１
９
９
７年〜）と途中

Galileo Galileiにまで遡ることができる。モデルの条件

１９９７年）において実施した研究の概要を紹介するととも! 特定の二，三の事実だけでなく，多くの事実を説明することができなければならない，" そのに，その後の研究テーマについても簡単にふれたい。

モデルを利用して予測した事がらが，その通りに成立すで勤務した北海道農業試験場畑作研究センター（１
９
９
１〜

としては，

ることが，誰にでも認められるようなものでなければな
らない。
」

＊ 〒３
０
５―８
６
４
２ 茨城県つくば市観音台２―１―１
２§ E-mail : shiina@affrc.go.jp

26

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

（２）ポストハーベストシステムのシミュレーション

により定式化したこと，（ 26 ）" 普及しつつあったマイクロ

上記の「シミュレーション」と「数学モデル」の考え

コンピュータ（ヒューレットパッカード製，HP-８５。現方や手法を，青果物のポストハーベストプロセスに応用

在のパーソナルコンピュータ（PC）に相当。
）でのシミすることで，青果物を取り巻く環境とその変化にかかわュレーションを実現したこと，などがあげられる。学会

る現象の理解が進み，品質制御のための知見が得られる

誌に論文が掲載された際に，流通工学研究室長であったものと期待される。

岩元睦夫博士に，「良い論文ができたな」と言って頂い（３）受賞研究のテーマたことに喜んだことと，しばらくして日本語論文であっ受賞タイトルである「シミュレーションモデルに基づたにもかかわらず，ポストハーベスト研究に大きな足跡

く青果物の収穫後品質制御に関する研究」の基本理念は，を残して昨年亡くなられたUC DavisのAdel A. Kader

数学モデルに基づくシミュレーションモデルを開発する

教授から論文別刷請求があり，この分野の世界的権威にことで，定性的な説明にとどまっていた青果物の品質変論文の重要性を認めて頂いたものと勝手に思い込んだこ化を，定量的に示すことを可能とするとともに，数量的とを記憶している。

な予測を可能とし，ひいては，最適品質制御手法の開発

開発したシミュレーションモデルは，青果物の包装量と呼吸速度，包装資材の表面積とガス透過性を与えるこに結びつけることである。

とで，密封包装後の包装内ガス組成変化の予測を可能と

２．受賞対象研究の概要するものであり，MA包装における最適包装条件の設計（１）研究者としてのスタートに非常に有益であった（図１，図２）。この研究成果は，

食品総合研究所で配属先となった食品工学部流通工学

その後のMA包装の実用化と発展に多少なりとも寄与し研究室では，農林水産省のプロジェクト研究「業務用野

たと考えている。

菜の生産及び一次加工技術の確立（１
９
８
２〜１
９
８
４年度）
」

（３）一次加工野菜の品質保持とモデリングがスタートしたばかりで，研究の企画立案，実行，報告，２報目の筆頭筆者論文となった研究は，「カットキャ

論文投稿に至る研究の流れを，若干ではあるが体得する

５）
ベツの品質保持と低温管理」
である。この研究は，品質ことができた。

変化が急激なカット野菜の品質を維持するうえで極めて

以下，紙面の都合で，受賞対象となった研究の一部に重要な低温管理（カット野菜の製造や流通において，

ついて，その概要を紹介する。

HACCP，GMP，GDPのCritical Control Point，CCPと（２）MA包装に関するシミュレーションモデルの開発

位置づけられよう）のための急速冷却と流通時の保冷輸最初の筆頭筆者論文となった，「シミュレーションモ

送方法について検討したものである。

デルによるカット野菜包装における内部ガス組成の解３）析」
においては，現在，多くの青果物で実用化されていN₂るMA包装における，ガス組成変動に関する数理モデルを構築し，その妥当性を検証した。当時，日本においては，MA包装という用語すら存在しなかった（一般的にはCA包装と呼ばれていた）ものの，筆者は，所属研究室の先輩の主任研究官である河野澄夫博士（現在，鹿児

O₂

CO₂

O₂

CO₂

島大学教授）の指導の下，カット野菜包装を事例として，
酸素，二酸化炭素，窒素という主要３成分ガスのすべてを含むMA包装内のガス組成変動予測モデルを開発した。
この論文で特筆すべき点として，! それまで指数曲線等の経験式への回帰モデルで説明されることの多かっ

25

実測O₂

20

実測CO₂

15

予測値

10
5
0

2
4
6
保存期間（日）50g 詰め，LDPE 40μm

図１ 小袋包装（均質フィルム）のガス移動モデル

ガス濃度（％）

ガス濃度（％）たガス組成変動４）を，物質移動現象に基づく移動速度論

25
20
15
10
5
0

2
4
6
保存期間（日）200g 詰め，LDPE 40μm#

図２ シミュレーションモデルによる包装内ガス組成の推定（２ 幅カットキャベツ，保存温度５℃）

（ 27 ）

〔総説〕 青果物の収穫後品質制御

27

カット野菜の衛生性を担保しながらの急速冷却に関し

圧力発信器を追加購入するだけでシステムを構築するこては，平板状および球状に密封包装した後の冷水冷却をとができた。なお，HP-８５のプログラミングとGP-IBに取 り 上 げ，そ の 冷 却 過 程 を 非 定 常 熱 伝 導 に 関 す る

よる機器制御の基礎については，計測工学研究室の先輩

Gurney-Lurieの図解法により解析した（図３）。また，研究者である魚住純博士（現在，北海学園大学教授）に

解析結果を利用して，カットキャベツについて冷却速度

新人研修等でご指導頂いた。

を規定する温度伝導率を算出するとともに，３０分以内のさらに，カットレタスの配送実態を調査し，冷凍車を冷却を可能とするための包装形状とその寸法を示した

使用した場合でも，扉の開閉が頻繁なため品温を低く維（表１）。
また，真空冷却によるカットキャベツの冷却過程を解1.00

ため迅速な冷却が可能であることを示すとともに，品温が真空槽の圧力で規定される湿球温度にほぼ等しく，冷却過程を槽内圧力の調節により制御可能であることを示した。真空槽内の圧力制御の自動化に関しては，MA包装シミュレーションでもふれたマイクロコンピュータ（HP-８５）を使用するシステムを独自に開発した（図４）。
現在，計測機器の制御とデータ収集にはPCが使用されるが，当時はスタンドアローンの計測制御装置が一般的

無次元温度
Y=（t-tw）/（to -t w）

析し，カットキャベツは切断面が多く水分蒸発が容易な

r/R:
0
0.2
0.4
0.6
0.8

0.10
r/R:1.0

0.01
0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00

で，新たな装置開発には高額の開発費が必要であった。

X=（λ/C pρ）
×（θ/R²）
無次元時間

開発したシステムは，前記のHP-８５を利用することで，
GP-IB（正式名称はGeneral Purpose Interface Busで，

図３ 平板の非定常熱伝導解析（Gurney-Lurie図）

HP社が開発したHP-IBと同一規格。
）接続の制御ユニッ

Rは半径，rは中心からの距離で，表面熱伝達抵抗が無視できる場合の線図。

ト（AD/DA変換）と真空槽内の圧力を測定するための

表１ 氷水（０℃）によってカットキャベツを３０分以内に冷却を完了させるための包装条件探索（初期品温２５℃，目標品温５℃：無次元温度０．
２）

平板状包装の場合

球状包装の場合時間 θ（min）
厚さの１／２R（ ）普通包装 減圧包装

!

０．
５
１．
０
１．
５
２．
０
２．
５
３．
０

１．
２
４．
７
１
０．
６
１
８．
９
２
９．
５
４
２．
４

０．
９
３．
６
８．
１
１
４．
３
２
２．
４
３
２．
３

半径
R（ ）

!

時間 θ（min）
普通包装 減圧包装

１．
０
２．
０
３．
０
４．
０
５．
０
７．
５
１
０．
０

３
１
２
２
７
４
８
７
６
１
７
０
３
０
２

２
１
０
２
１
３
８
６
０
１
３
４
２
３
８

Pressure Sensor

Vacuum Chamber

GP-1B Interface

Plotter

A/D Input/Output Equipment

Relay Driver

Vacuum Valve
Vacuum Pump

Leak Valve
Condensing Coil

PC（HP-85）
Floppy Disk Drive

Relay

図４ パーソナルコンピュータによる真空冷却制御装置の概略図（制御圧力の任意制御）

28

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

（ 28 ）a）

持することが困難であることを示した。そこで改善策として，発泡スチロール容器と氷詰めによる低温流通方式を提案し，輸送シミュレーションによりその品質保持効
果を確認した。
これらの研究成果は，カット野菜の品質管理の高度化を可能とするもので，カット青果物のCCPとその管理手法を示した実用的研究として位置づけることができる。
学位論文「熱物質移動制御による青果物の品質保持に６）関する研究」
では，上記の研究内容に加えて，キャベツ

を青果物の代表として取り上げ，空気および冷水による冷却過程を，それまでほとんど適用例がなかった非定常
熱伝導理論（フーリエの法則）の解析解に基づいて解析した。キャベツの充実度（仮比重），体積（球と仮定す
ると半径と同義），質量のうち，冷却速度に最も大きなb）

Dimensionless Temperature（４）不均質青果物の冷却過程モデリング

1.00

0.10

0.01
0.0

影響を及ぼすのは質量であることを明らかにし，質量か0.20.4
Dimensionless Timeら得られる球相当直径を用いたシミュレーションモデル
を構築した。本モデルにより，充実度や寸法の異なるキ
ャベツの冷却過程を統一的に示すことができることを示すとともに，計測が容易な質量を測定することで，ある冷却条件に置かれたキャベツの冷却過程の予測を可能と

0.6

図５ フーリエの法則に基づくキャベツの強制通風
冷却過程の解析a）は充実度仮比重の異なる供試キャベツの垂直切断面。
b）は未成熟キャベツ（F-３）のモデル適合性確認結果。

した（図５）。開発したモデルは，結球野菜という不均質な物体を対象としながら，理論的でかつ実用的な冷却累積エチレン生成量と着色（a＊値）
・果実硬度との関係

過程のモデルであり，低温流体（冷風・冷水）による青を表現するもので，時間軸上では個体ごとに存在する成果物の冷却過程の解析と予冷システムの設計に有益であ熟パターンの違いが，この曲線では個体によらず一定でる。

あることを示した。本論文に対しては，平成２３年度の論さらに，空気冷却と冷水冷却における冷却過程を，表文賞が授与されたが，本研究開始時においては，筑波大

面熱伝達率，熱伝導率，半径で規定される無次元数（ビ学大学院博士課程に在籍し食品総合研究所で研究を行っオ―数）に基づいて解析し，キャベツのように内部の伝ていた，臼田浩幸博士（現在，NEDO）の貢献がある。

熱抵抗が大きく（熱伝導率が小さい），伝熱距離（半本学会誌に続報として掲載された「成熟遺伝子型の異径）の大きな青果物では，空気冷却と冷水冷却で冷却速なるトマト緑熟果実の果皮色変動予測モデル」８）は，度に大きな違いがないことを示した。これらの知見は，

ripening inhibitor（rin）変異体および正常型という成冷却速度が大きく，迅速でかつ個体ごとにばらつきの無熟を制御する遺伝子型の異なるトマト果実に対して既報

い均一な冷却を実現する予冷技術の開発の必要性を強くと同様の手法を適用し，さらに，新たに開発したシグモ

示唆するものであり，予冷技術の革新につながるものとイド曲線モデルが遺伝子型によらず普遍的に適用できる期待される。

ことを示したものである。なお，本研究の成果は，共同

この研究を実施したのは，北海道農業試験場畑作研究

研究によりrin変 異 体（rin/rin），ヘ テ ロ 型（RIN/rin），

センター在籍中であった。広大な実験圃場の一部を占有

正常型（RIN/RIN ）等の多様な果実の提供を頂いたカゴ

させて頂き，業務科の方々の協力を得て大量のキャベツ

メ（株）の貢献によるところが大きい。

を栽培し，実験に必要な試料を厳選することができたこ

これら２つの論文の研究成果は，トマトの着色とエチとが，研究成果に結びついたと考えている。

レン生成との間に存在する生理メカニズムの解明のため（５）トマト追熟生理のモデリングの糸口を与えるものであり，ポストハーベスト分野の基

本学会誌に掲載された，
「トマト

桃太郎

緑熟果実

の追熟過程における果皮色および果実硬度変化の積算エ
７）

礎研究の進展に対する寄与や，トマトの実用的な品質制
御技術の開発への応用も期待される。

チレン生成量による予測」は，流通工学ユニットの主任（６）ま研究員である中村宣貴博士が筆頭筆者として取りまとめ（２）〜（５）の研究は，それまで主として園芸学分とめを行ったものである。本論文では，追熟性青果物の代表

野の研究者が研究対象としてきた青果物の品質保持に関であるトマト果実について，緑熟収穫果の追熟過程を解して，化学工学，システム工学などの視点を取り入れて，

析し，個体ごとに異なる追熟過程を，エチレン累積生成

ポストハーベストシステムの理解を深め，システム設計

量により統一的に表現する手法を開発した。具体的には，等の工学的な利用を可能としたものであり，収穫後工学

（ 29 ）

〔総説〕 青果物の収穫後品質制御

29

研究（Postharvest Engineering Research）と位置づけ

主として「健康に寄与する農林水産物データ ベ ー ス

ることができる。

（DB）の開発」に取り組んでいる。この研究では，開発

３．現在の研究と今後の展望

済みの「食事バランスDBシステム」を基礎に，栄養成分に加えて，対象農産物およびその加工品について，機平成２
２〜２
４年度には，農林水産省の提案公募型研究事

能性成分の種類と含有量，機能性成分の健康への影響評業である「新たな農林水産政策を推進する実用技術開発

価に関する科学的エビデンスデータを網羅的に収集し，事業（略称：実用技術開発事業）」による，「コスト・環

それらの情報に基づく健康の維持・増進を図ることが期

境負荷同時低減のためのバルクコンテナ物流技術の開発待されるメニューの開発を可能とするDB開発を目的と（課題番号２２０１４）」を，Manasikan Thammawong 博 士

している。

（現在JSPS外国人特別研究員），兼田朋子博士（現在，これらの研究によって，地球という奇跡の惑星の一員

徳島県立農林水産総合技術支援センター）が博士研究員

として，人類が将来にわたって安全に暮らし健康で豊かとして参画して実施した。その成果については，本学会

な食生活を送ることのできる持続的社会の実現に向けて，

９）
〜１
２）

誌

および本学会大会において報告させて頂いている。

微力を尽くしたいと考えている。

この研究において，バルクハンドリングに伴う衝撃等の４．お わ り に

物理ストレスが青果物の品質に及ぼす影響解明の一環として，定量リアルタイムPCR（qRT-PCR）によりカル

この度，栄えある日本食品保蔵科学会学会賞を受賞さ

シウム結合タンパク質であるCalmodulin（CaM）等をせて頂くに当たり，ご推薦頂いた本学会副会長の小宮山

コードするストレス関連遺伝子の発現解析を実施したが，美弘先生，授賞選考委員の先生方をはじめ，ご尽力頂いその中核を担ったThammawong博士は，今年度の本学た皆様に心よりお礼申し上げます。

会奨励賞の受賞者となった。なお，本研究の実施に当た筆者が研究者としての道を歩き始めた場所は，思いもっては，食品総合研究所の生物機能制御ユニット主任研

よらず公務員試験（農業工学のうち農業機械）に合格し，究員である伊藤康博博士にご指導頂いた。

就職先となった農林水産省食品総合研究所であった。大

この研究においてもう一つの重要な研究手法として，学在籍中，周囲や知人に研究機関に所属する人がほとん

ライフサイクルアセスメント（Life Cycle Assessment,

どおらず，研究関係の職場のことには全く知識がなかっ

LCA）がある。筆者がLCA研究を本格的に開始したのた。１９８
２年３月８日付の食品総合研究所からの配属通知は，２００
４年に筑波大学大学院博士課程を修了したROYで，初めて同研究所の存在を知ったといえば，状況をご博士を博士研究員として受け入れてからである。ROY

理解頂けると思う。

博士は，当時の木村俊範教授の下で，パーボイルドライ

Wikipediaによれば，「On the Job Trainingは，企業

スの製造と品質に関する研究で学位を取得しているが，内で行われる企業内教育・教育訓練手法のひとつで，職その過程でパーボイルドライス製造過程のエネルギ消費場の上司や先輩が部下や後輩に対し具体的な仕事を通じに関する研究を実施していた。筆者の方は，それまでほて仕事に必要な知識・技術・技能・態度などを意図的・

とんど研究例のなかったポストハーベストプロセスへの計画的・継続的に指導し，修得させることによって全体

LCAの適用を構想し，生産段階を含めたLCAによる食的な業務処理能力や力量を育成するすべての活動であ料供給の最適化を標榜していた。両者が共同研究を進める」，とのことである。研究者としての準備が全くなかることで，当グループのLCA研究のフィールドを食産った筆者の場合，まさにOJTのおかげで何とか一人前の業全般に広げることができ，研究成果をあげることがで研究者になることができたと思っている。これまでご指

１
３）
〜１
９）

きた

。現在は，主として稲わらからのバイオエタノール生産のLCAについて，その後に博士研究員として研究に加わった折笠貴寛博士（現在，岩手大学准教授）
とも共同で研究を実施し，グループの研究成果を報告し導頂いた諸先輩をはじめ，研究推進にご協力頂いた方々に，この場を借りて厚くお礼申し上げます。
最後に，日々の研究者生活を陰で支えてくれた家族に感謝したい。

ている２０）〜２４）。
文その他の研究としては，農林水産省の新規提案公募型

献研究事業「農林水産業・食品産業科学技術研究推進事業

１）HARDENBURG, R. E., WATADA, A. E. and WANG, C.

（略称：農食事業）」により，H２
５年度から「地域ブラン

Y. : The commercial storage of fruits, vegetables,

ドを創出するメロンの食べごろ保証技術の開発（課題番and florist and nursery stocks, USDA Handbook

号２
５
０
４
３B）
」を実施している。また，同じく今年度から

No.６
６, pp.１〜１
３
０（１
９
８
６）

H２
４年度補正予算で開始された「機能性を持つ農林水産
物・食品開発プロジェクト」の中で，「機能性を持つ農

２）近藤次郎：数学モデル―現象の数式化―（丸善，東
京）
（１
９
７
６）

林水産物のデータベースの構築及び個人の健康状態に応３）椎名（小野寺）武夫・河野澄夫・岩元睦夫：シミュ

じた栄養指導システムの開発（課題番号C-１）」を担当し，

レーションモデルによるカット野菜包装における内部30

日本食品保蔵科学会誌 VOL．
４
０ NO．
１ ２
０
１
４

ガス組成の解析，園芸学会雑誌，５
６（４）
，４
８
６〜４
９
２

（ 30 ）

１
５）ROY, P., NEI, D., OKADOME, H., NAKAMURA, N. and

（１
９
８
８）

SHIINA, T. : Life cycle inventory analysis of fresh４）椎名武夫：MA包装に関する研究の最新動向，特集

tomato distribution systems in Japan considering「青果物の鮮度保持包装」，日本包装学会誌，１７（３），the quality aspect, Journal of Food Engineering, ８
６

１
３
３〜１
４
４（２
０
０
８）

（２）
,２
２
５〜２
３
３（２
０
０
８）

５）椎名武夫・河野澄夫・山下昭道・岩元睦夫：カット

１６）ROY, P., IJIRI, T., OKADOME, H., NEI, D., ORIKASA,

キャベツの品質保持と低温管理，日本食品工業学会

T., NAKAMURA, N. and SHIINA, T. : Effect of processing

誌，４
１（２）
，９
４〜１
０
１（１
９
９
４）

conditions on overall energy consumption６）椎名武夫：熱物質移動制御による青果物の品質保持に関する研究，筑波大学大学院生命環境科学研究科博士（農学）学位論文，１〜１
５
５（２
０
０
２）
７）中村宣貴・徐andquality of rice （Oryza sativa L.）, Journal of FoodEngineering, ８
９（３）
,３
４
３〜３
４
８（２
０
０
８）
１
７）ROY, P., NEI, D., ORIKASA, T. XU, Q. OKADOME, H.

歩前・マナシカンタンマウォン・伊NAKAMURA, N. and SHIINA, T. : A Review of Life

藤博孝・北川麻美子・稲熊隆博・伊藤康博・椎名武

Cycle Assessment（LCA）on some Food Products,

夫：トマト

Journal of Food Engineering, ９
０（１）
, １〜１
０（２
０
０
９）

桃太郎

緑熟果実の追熟過程における果皮色および果実硬度変化の積算エチレン生成量による

１
８）ROY, P., ORIKASA, T., THAMMAWONG, M., NAKAMURA,

予測，日本食品保蔵科学会誌，３
６
（２）
，６
７〜７
４
（２
０
１
０）

N., XU, Q. and SHIINA, T. : Life cycle of meats :８）中村宣貴・タンマウォン

マナシカン・金原淳司・

伊藤博孝・北川麻美子・稲熊隆博・伊藤康博・北澤裕

An opportunity to abate thegreenhousegasemission from meat industry in Japan, Journal of

豊・春見隆文・椎名武夫：成熟遺伝子型のEnvironmental Management, ９
３（１）
,２
１
８〜２
２
４（２
０
１
１）

異なるトマト緑熟果実の果皮色変動予測モデル，日本

１９）折笠貴寛・ロイポリトシュ・根井大介・中村宣貴・明・石川

食品保蔵科学会誌，３
７（２）
，６
１〜６
７（２
０
１
１）

椎名武夫：卸売市場流通におけるCO２排出量削減の可９ ） THAMMAWONG, M. , KANETA, T. , NAKAMURA, N. ,YOSHIDA, M., SOGA, A. and SHIINA, T. : Influence of能性，宮城大学紀要，４（１）
，２
３〜２
８（２
０
１
０）
２
０）折笠貴寛・徳安健・井上貴至・小島浩司・中村宣

impact stress on the postharvest physiological and貴・椎名武夫：稲わら由来のバイオエタノール生産にchemicalFood

おけるエタノール変換効率の違いがコスト，CO２排出N. I. ,

７
１（５）
,４
５〜５
３（２
０
０
９）

properties

ofcabbageheads,

Preservation Science, ３
７（６）
,２
７
３〜２
８
２（２
０
１
１）
１
０） THAMMAWONG, M. ,HEWAJULIGE,GANGA,

およびエネルギ収支に及ぼす影響，農業機械学会誌，

KANETA T., NAKAMURA N., ITO Y. and SHIINA T. :The

Calmodulin - Encoding

Gene

BoCam 1 :２
１）ROY, P., TOKUYASU, K., ORIKASA, T., NAKAMURA, N.

Aand SHIINA, T. : A Review of life cycle assessment

Sensitive Wound - Responsive Gene in Cabbage,（LCA）of bioethanol from lignocellulosic biomass,

Food Preservation Science, ３
８（５）
,１
５〜２
１（２
０
１
２）

Japan Agricultural Research Quarterly（JARQ）,４
６

１
１）兼田朋子・中村宣貴・タンマウォン
・曽我綾香・吉田マナスィカン

誠・新實誉也・横山幸一・椎名武

（１）
,４
１〜５
７（２
０
１
２）
２
２）ROY, P., TOKUYASU, K., ORIKASA, T., NAKAMURA, N.

夫：新規バルクコンテナ輸送に伴うダイコンの加速度

and

および接触部位応力が損傷特性に及ぼす影響の解明，environmental

日本食品保蔵科学会誌，３
９（２）
，６
７〜７
４（２
０
１
３）

bioethanol produced from rice straw by RT -１２）兼田朋子・中村宣貴・タンマウォン
・北澤裕明・曽我綾香・吉田

マナスィカン

誠・福島崇志・椎名武

夫：加振周波数と包装資材が多段積載されたダイコン

SHIINA,T. :A

evaluation

techno - economic
of

the

life

cycle

of

CaCCO process, Biomass and Bioenergy, ３
７, １
８
８〜
１
９
５（２
０
１
２）
２
３）SRICHUWONG, S., ORIKASA, T., MATSUKI, J., SHIINA,の加速度，回転，損傷特性に及ぼす影響，日本食品保

T. , KOBAYASHI, T. and TOKUYASU, K. :蔵科学会誌，３
９（５）
，２
５
５〜２
６
１（２
０
１
３）

potato１３）ROY, P., SHIMIZU, N., SHIINA, T. and KIMURA, T. :andhaving

a

low

Sweet

temperature - gelatinizing

starch as a promising feedstock for bioethanol

Energy consumption and cost analysis of local

production, Biomass and Bioenergy, ３
９, １
２
０〜１
２
７

parboiling processes, Journal of Food Engineering,

（２
０
１
２）

７
６（４）
,６
４
６〜６
５
５（２
０
０
６）

２
４）ROY, R., ORIKASA, T., TOKUYASU, K., NAKAMURA,

１４）ROY, P., SHIMIZU, N., OKADOME, H., SHIINA, T. andN. and SHIINA, T. : Evaluation of the life cycle of

KIMURA, T. : Life cycle of rice : Challenges andbioethanol produced from rice straws, Bioresource

choices for Bangladesh, Journal of Food Engineering,Technology, １
１
０, ２
３
９〜２
４
４（２
０
１
２）

７
９（４）
,１
２
５
０〜１
２
５
５（２
０
０
７）