九州シンクロトロン光研究センター
県有ビームライン利用報告書
課 題 番 号 ： 1912125T

Ｂ Ｌ 番 号 ： 11

（様式第 5 号）

小角 X 線散乱による食品多糖類の構造解析
Structural analysis of food polysaccharides by SAXS
湯口宜明、山本郷湖、川島優美

Yoshiaki Yuguchi, Kyoko Yamamoto, Sugumi Kawashima
大阪電気通信大学大学院

工学研究科

Graduate School of Engineering, Osaka Electro -Communication University
※１
※２

※３
※４

先 端 創 生 利 用（ 長 期 タ イ プ ）課 題 は 、 実 施 課 題 名 の 末 尾 に 期 を 表 す（ Ⅰ ）、（ Ⅱ ）、（ Ⅲ ）を 追 記
してください。
利 用 情 報 の 公 開 が 必 要 な 課 題 は 、本 利 用 報 告 書 と は 別 に 利 用 年 度 終 了 後 2 年 以 内 に 研 究 成 果 公
開｛ 論 文（ 査 読 付 ）の 発 表 又 は 研 究 セ ン タ ー の 研 究 成 果 公 報 で 公 表 ｝が 必 要 で す (ト ラ イ ア ル
利 用 を 除 く )。
実験に参加された機関を全てご記載ください。
共 著 者 に は 実 験 参 加 者 を ご 記 載 く だ さ い （ 各 実 験 参 加 機 関 よ り 1 人 以 上 ）。

１．概要（注：結論を含めて下さい）
食品多糖類としても応用されているバクテリアセルロースゲルおよび硫酸 化多糖類
フ コ イ ダ ン 水 溶 液 か ら の 小 角 Ｘ 線 散 乱 測 定 を 行 っ た 。バ ク テ リ ア セ ル ロ ー ス ゲ ル は 小 角領 域 で 大 き な 立 ち 上 が り が み ら れ 、凝 集 を 示 し た 。一 方 フ コ イ ダ ン は 電 解 質 特 有 の 相 互作用ピークを示し、高い水溶性が示唆された。
（ English ）The small angle X-ray scattering measurements (SAXS) were performed for bacterial
cellulose (BC) gels and sulfated polysaccharide fucoidan aq ueous solutions as known as foodadditives. The upturn in smaller angle region appeared in SAXS from BC gels, indicating theaggregation of cellulose chains. On the other hand SAXS from fucoidan in solution showed
peak due to the electrostatic repulsion, and it suggested that it is highly soluble in water.

２．背景と目的
多糖類は食品における増粘剤やゲル化剤などに広く使用されており、様々な食感をもった食品開発に役立てられている。例えば海藻から抽出される電解質多糖類カラギーナンの水溶液は冷やすとゼリー状のゲルを形成し、加熱すると流動性をもったゾルに転移する。ゲル化モデルとして高温では分子鎖は分子分散しコイル状態で存在しているが、冷却によって部分的に二重らせん構造を形成さらにはそれらが会合することによって架橋領域を形成し、系全体が網目構造をとると考えられている。このような特徴的な架橋領域の構造はナノレベルで現れ、食品物性との強い相関をもっている。また細菌の産出するキサンタンは二重らせん構造をもった剛直な棒状体であるが、微量で高い増粘力をもつ。
また酢酸菌から産出されるセルロースはナタデココとして知られたゲル状の食品となっている。これ
らの物性は多糖類のナノ集合構造に関係していると考えられる。これらのナノ構造を観測する手法として小角Ｘ線散乱法は有効な観測方法となる。得られたデータは食品の物性制御などに役立つと期待できる。
海藻由来のフコイダンは硫酸化多糖であり、癌の抑制効果、潰瘍修復作用、抗菌活性、抗凝血作用などが知られており健康医療分野においても研究されている。海藻は古くから食品などに用いられているが、その多様な構造などから基礎研究の進捗を妨げている。フコイダンはフコースを主成分とする硫酸化多糖類であるが、その構造は一定でなく、生理活性は判明しているものの、それらの構造と機能は明確となっていない。このため溶液構造を小角 X 線散乱測定により調べる。また酢酸菌が生み出すナタデココで知られるバクテリアセルロースがある。最近では、セルロースナノファイバーやキチンナノファイバーを使った製品・食品に関する研究などが盛んに行われている。そのゲル構造は調べられているが、本研究においては凝集により沈殿しやすいセルロースからなるナタデココのゲルの構造を小角 X 線散乱測定により調べることを目的とする。
３．実験内容（試料、実験方法、解析方法の説明）
多糖類試料については、バクテリアセルロースは酢酸菌より培養したものを用いた。またフコイダンは市販のシグマアルドリッチ製のものを用いた。
小角Ｘ線散乱測定はBL11に設置されている装置を用いた。入射Ｘ線の波長は0.155nm、カメラ距離散乱 X 線は約１mで行った。正確なパラメーターは標準試料のベヘン酸銀により算出した。また検出器にはピラタスを用いた。溶液試料については石英ガラス製の入射 X 線キャピラリーを用いた。溶液の散乱データから溶媒カプトンシートの散乱データの差である過剰散乱を散乱曲線とした。またゲル状試料については図１のようにカプト表から照射
ン膜ではさみこみ、プラスチックの枠に固定して測定を行った。
図１．ゲル測定時の試料の配置
４．実験結果と考察
図２は酢酸菌(Komagataeibacter sucrofermentans)JCM9730 株を、SH 培地で 28℃、4 日間程度培養し、精製したバクテリアセルロースゲルおよびそれを乾燥した試料からの小角Ｘ線散乱に対して
Kratky plot(q2I(q) vs q)で示したものである。ここで I(q)は散乱強度、q は散乱ベクトルの大きさで(4sinである。ただしは入射Ｘ線の波長、2は散乱角である。両方とも q の小さな領域で立ち上がりが見られた。q が 0.2～0.4 あたりにおいても散乱強度があり、小角Ｘ線散乱の観測領域に相当するサイズの凝集体の存在が示唆された。立ち上がりはより大きな凝集によるものと考えられる。セルロースは通常高度な水素結合により結晶化し会合する。その性質が反映されていると考えられる。

図２．バクテリアセルロースゲルおよびそれを乾燥した試料からの小角Ｘ線散乱に対するKratky plot
図３は褐藻類 Undaria pinnatifida 由来のフコイダン水溶液からの小角Ｘ線散乱(I(q) vs q)である。qが 0.4 においてブロードなピークが観測された。これはフコイダンが硫酸基を含む電解質多糖類であり、静電的な反発相互作用によるピークである。このことはフコイダンが硫酸基を有しており、1％の濃度において水溶液中で反発相互作用を引き起こしていることを支持している結果ともいえる。

図３．フコイダン水溶液からの小角Ｘ線散乱
５．今後の課題
バクテリアセルロースゲルからの散乱は比較的強く、精度よく散乱プロファイルを得ることができたが、フコイダン水溶液のほうは強度が微弱であり、１％程度の濃度を必要とした。今後は溶液やゲルの散乱についての測定条件を変えて測定して、最適な条件を検証する必要がある。
６．参考文献(1) O. Glatter, and O. Kratky, ed. Small-angle X-ray scattering. Academic Press, London (1982)(2) 橋本竹治、「Ｘ線・光・中性子散乱の原理と応用」講談社 (2017)７．論文発表・特許（注：本課題に関連するこれまでの代表的な成果）(1) C. Yamane, R. Hirase, H. Miyamoto, S. Kuwahara, and Y. Yuguchi, “Mechanism of structure formation anddissolution of regenerated cellulose from cellulose/aqueous sodium hydroxide solution and formation ofmolecular sheets deduced from the mechanism”, Cellulose, 22, 2971-2982 (2015)(2) Y. Yuguchi, L. M. Bui, V. T. T. Tran, T. T. T. Thanh, “Study on branched structure-physiological activity
relationship of fucoidan”, Chemistry Letters, 45, No.7, 840-842 (2016)(3) Y. Yuguchi, V. T. T. Tran, L. M. Bui, S. Takebe, S. Suzuki, N. Nakajima, S. Kitamura, and T. T. T. Thanh ,“Primary structure, conformation in aqueous solution, and intestinal immunomodulating activity of fucoidan
from two brown seaweed species Sargassum crassifolium and Padina australis”, Carbohydrate Polymers,
147, 69-78 (2016)
８．キーワード（注：試料及び実験方法を特定する用語を２～３）
多糖類、小角Ｘ線散乱

９．研究成果公開について（注：※２に記載した研究成果の公開について①と②のうち該当しない方を消してください。また、論文（査読付）発表と研究センターへの報告、または研究成果公報への原稿提出時期を記入してください（2018 年度実施課題は 2020 年度末が期限となります）。
長期タイプ課題は、ご利用の最終期の利用報告書にご記入ください。