JAIMA Season 2019
機器分析が支える、豊かな暮らしと産業のフロンティア「におい」を解析する

No.6
埼玉大学大学院理工学研究科

１．はじめに准教授

長谷川登志夫

近年の分析技術の進歩には、目を見張るものがあります。より正確な、そしてより微量な成分の「におい」を感じるとはどういうことでしょう

検出が可能になっています。このような分析技術

か。においを感じるプロセスは、大きく図１のよの進歩は、香料の分野に限らず物質を扱うあらゆうにとらえることができます。ご存知のように、る分野に言えることです。分析技術が進歩すれば人はにおいを鼻でとらえていますが、においの正するほど、そこから得られるデータは膨大になり体は、におい分子という有機分子です。このにおます。そのデータをどう解析するのか。その解析い分子が、鼻にあるにおい受容体（におい分子受の仕方によっては、より多くの知見を得ることが容体）に到達し（プロセス A）、そこから信号ができます。

神経を伝わって（プロセス B）脳でにおいを認識しているのです。つまり、においを感じるための原点は、におい分子です。

２．多成分からなる素材香気をどう分析するか

この世の中には、自然界を含めてさまざまな香気素材があります。ミカンなどの食品のにおいや香気素材の香気の特徴を探るには、どんな成分化粧品のにおいそしてごみの悪臭など。どれも１が含有しているかが重要であることは言うまでもつのにおい分子ではなく複数のにおい分子が組みありません。特に香りの分野では、においはごく合わさって、素材特有のにおいをつくり出してい微量のにおい分子の存在が大きく素材のにおい発ます。したがって、それら香気素材の香気の特徴現に関係します。そのため、より微量の成分を検を探るには、どのようなにおい成分がどのくらい出することに多大の労力が使われています。もちの量で含まれているのかが重要になります。つまろん、そこからは非常に有用なデータは得られてり、素材に含まれている多くの成分の分析が必要います。しかし、素材に含有する成分の分析だけなのです。

を行っても、においの原因成分の特定はなかなかその分析に多用されているのがガスクロマトグ
ラフィー（GC）です。そして、含有する成分ができないことが多く、そのためいろいろな分析技術の工夫がされています。

どのようなにおい分子であるのかを知るために、このような工夫も必要ですが、ここで原点に核磁気共鳴分析法（NMR）や質量分析法（MS）戻って考えてみることが大切です。図１のように、が使われています。

においの認識の始まりは、におい分子とにおい受容体との出会いです。では、におい分子の受容の仕組みはどうなっているのでしょうか。

図１ においを感じるプロセスの概略

図１

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JAIMA Season 2019 Autumnにおいを感じるプロセスの概略!3

２−１．実際の素材を扱うため必要な基礎的研究
データ（においの受容機構）
近年のにおい受容機構についての研究から、におい分子とにおい分子受容体の関係は単純な１：１対応になっていないことがわかっています。図２のように、１つのにおい分子を複数の受容体が異なった強さで認識しています。さらに、構造の類似した２つのにおい分子が共存した場合、におい受容体にお互いの分子が影響しあいます（図図４ 多くのにおい成分からなる素材の複合臭の構造

３）。
実際の素材は、多くの構造類似のにおい分子を含んでいるため、素材のにおいは、単純に含有し

図４

多くのにおい成分からなる素材の複合臭の構造２−２．分析方法の選択ているにおい分子のにおいの足し合わせにはなり多くのにおい成分からなる（複合臭）香気素材ません。素材のにおいは、相互に影響しあっていの分析に、におい受容機構を取り入れた手順を図るにおい成分からなるグループの集まりととらえ５に示します。私が提案しているこの手順の具体ることができます（図４）。

的なアプローチは、図６のようになります。

このような知見をもとに、素材のにおい成分の例えば、スターアニスという中華料理によく分析を考えると、単に含有成分の精密な分析をす使われているスパイスの香気の特徴についてのるだけでは、得られたデータと素材のにおいとを分析ですが、この素材の香気成分のほとんどは、つなぐことができないことがわかります。特に重Anethole という１つの成分が占めています。

要なのは、におい分子間の相互作用をどう扱うかです。

図２ におい分子を認識する多数のにおい分子受容体

図２におい分子を認識する多数のにおい分子受容体

図５ におい受容機構を考慮した素材の複合臭の解析（香気プロフィール解析）の手順

図５ におい受容機構を考慮した素材の複合臭の解析（香気プロフィール解析）の手順!4

図３

図３ におい分子とにおい分子受容体からの図６ におい受容機構を考慮した素材の複合臭の解析（香気プロフィール解析）の具体的なアプローチにおい分子とにおい分子受容体からのにおい発現の仕組みにおい発現の仕組み

図６ におい受容機構を考慮した素材の複合臭の解析!5（香気プロフィール解析）の具体的なアプローチ
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んでした。まさしく、図３に示した構造類似のに確かに、このにおい分子のにおいは素材のにおおい分子の相互作用のために、これら成分が組みいに近い。しかし、図７のように３種類の異なっ合わさって素材の香気を作り出していると考えるたにおい成分捕集方法（MMSE 法とは、ヘッドことができます。におい受容機構を取り入れた分スペース法のひとつで、ほかのふたつの方法に比析によってはじめて判明したことです。

べてより低沸点のにおい分子の捕集が可能です）

ここまでの分析では、NMR を用いました。

を用いることで、素材の香気に対する異なった類

NMR はのちに述べるガスクロマトグラフィー分

似性の捕集物が得られます（図６の（１）のアプ

析（GC）に比べて、直接の分子構造に関する情ローチ）。

報が得られるメリットがあります。しかし、含この得られた捕集物についてのプロトン核磁気有成分の数が多くなると、NMR の分析では、香共鳴分析法（ H NMR）によって、素材香気にか気特性の解析は難しくなります。その分析には、かわるもうひとつの成分の存在が明らかになりまGC-MS 法が必要になります。このように、含有した。単に含有成分を分析するのではなく、素材する成分の状態に応じで分析方法を変えることもそのものの香気（におい分子同士の相互作用が反重要なことかと思います。

1映されています）の違いと分析データとを関連づけることで、このような新しい知見が得られたのです。

図８ 乳香 (Frankincense) のヘキサン抽出物と水蒸気蒸留物の香気と成分の 1H NMR による比較

図８
図７ スターアニスの主要２成分の比率と香気の関係

乳香 (Frankincense) のヘキサン抽出物と水蒸気蒸留物の香気と成分の1H NMRによる比較!11２−３．ガスクロマトグラフィー分析データをど
図７

スターアニスの主要2成分の比率と香気の関係

もうひとつ、例として乳香（frankincense）の分析についてご紹介します。

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う取り扱うか!10

図９は、山奈という香気素材のヘキサン抽出物の GC-MS 分析での結果です。通常の分析で図８のように 1H NMR の分析から、重要香気は、この分析データを、保持時間の順番に表にし成分群の存在が示唆されました。室温でのヘキサて、解析がされています。この方法でも十分なこン抽出物と高温の水蒸蒸留法の抽出物では、含有ともありますが、うまくいかない場合もあります。

する成分は同じでもその含有割合が異なっていまその場合は、素材の香気が単一成分からつくられした。この両抽出物の比較から、図８に示した重ているのではなく、におい分子間の相互作用が関要香気成分群の存在が明らかになったのです。こ係していると考えます。つまり、におい受容機の重要香気成分については、分留によってこの成構をこの GC-MS データの解析にも取り入れてみ分群を含む分留物を得ることができました。そのる。では、どのようにすればいいのか。図３で説においはまさしく乳香のにおいに非常に似ていま明しましたように、相互作用しうるにおい分子は、した。しかし、その分留物から、これらの成分を構造の類似した分子同士です。そこで、図 10 の単離したところいずれも弱い脂肪臭しか示しませように構造類似のにおい分子にグループ分けして、JAIMA Season 2019 Autumn

解析するということです。
例えば、山奈の香気が時間とともにどのように変化し、その際のにおいの変化にとって重要な成分群は何かを見つけるには、最初の状態のサン
プルの GC-MS データと変化後の GC-MS データを比較する際に、図 10 のようにグループごとに比較して、どのグループが変化しているかを探るというものです。変化しているグループがあれば、
図 11 アッサム種タイ緑茶のヘキサン抽出物の GC-MS 分析

そのグループを構成している成分が重要ということになります。とになります。

図１１

アッサム種タイ緑茶のヘキサン抽出物のGC-MS 分析

図 12 アッサム種タイ緑茶と中国種タオ緑茶の香気の違いと成分の関係

図９山奈ヘキサン抽出物のGC-MS
山奈ヘキサン抽出物の GC-MS分析結果
分析結果
図９

図１2

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アッサム種タイ緑茶と中国種タオ緑茶の香気の違いと成分の関係

３．おわりに私の研究結果をもとに機器分析の解析に、他分野で得られた知見を取り入れる重要性について説明しました。このことは、においの分野に限らず、多くの分野の分析において大切なことかと思います。

図 10 山奈ヘキサン抽出物の GC-MS 分析データの再構築

図１０

今後ますます分析技術の能力は高まっていくで山奈ヘキサン抽出物のGC-MS 分析データの再構築

もうひとつ、緑茶の香気特性についての検討結!14しょう。それに伴って得られるデータも膨大なも果をご紹介します。タイ緑茶には中国種からつくのになります。そうなると、ますます重要なのは、られたものとアッサム種から作られたものがあり、どのようにしてデータをとるのか、得られたデーこの両者の香気は明確に異なっています。図 11

タをどう解析するのかではないでしょうか。まさにアッサム種から作られたタイ緑茶のヘキサン抽に、人が果たす役割はここにあるのではないかと出物の GC-MS 分析結果を示します。緑茶には非思います。

常に多くの成分が含まれています。両抽出物のGC-MS データのにおい受容機構を考慮した比較検討結果が図 12 です。アッサム種で含まれている成分の欠如がそのグループのにおいの特徴を変え、それらにおいの変化したグループが合わさったことで、アッサム種と中国種の香気の違いが生み出されたと考えられます。

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