hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
視覚障害者の理科教育支援のための教材開発と展開研究

この機能を活用することで、世界中の各国の母国語で読み上げることが可能である。しかも立体グラフの作成も様々なサイズで対応可能なため、その用途は広がると期待される。すでに温度計、pH計などでは良い結果が得られている。今後、支援学校によって実践的な試みを行う予定です。現在の研究の進捗状況は、理科実験を行う際にタブレット(アンドロイド端末)を使い、7segLED(液晶表示)の測定機器(デジタルpH計、デジタル導電率計、デジタル天秤、温度計など)の数値を間違いなく、確実に読み上げるシステムが出来上がっている。測定したデータをPCに移して作図ソフト・エクセルによってグラフを作成し、カプセルペーパーを使ってグラフを作成し、カプセルペーパー上に描かれたグラフを立体コピー作製機を使って立体グラフが完成したところまで開発が進んだ。また、日本語版読み上げの他、英語版の読み上げも出来上がっている。強酸ー強塩基の中和によるpHの変化、硝酸アンモ二ウムの溶解による溶解熱の反応、使い捨てカイロによる発熱反応による温度変化などの実験は、7segLED表示であれば順調に読み上げている。視覚障碍者のために、理科実験で行う測定器の液晶表示で7セグメント表示だけでなくドットマトリックス表示でもアンドロイドのスマートフォンとタブレットのレンズを通して、文字認識し音声化できるようにした。温度計、電圧計、伝導率計、pH計、酸素濃度計で表示された実験データをリアルタイムで読み上げることができるようになった。さらに音声データを3次元の立体グラフ化するためにカプセルペーパーを使って、立体グラフを作製し実験データを指先で触知することができるようにした(触知化)。音声化と触知化ができるようになったので、今後、実践的に使えるようにする予定である。これまで、使い捨てカイロと急冷剤(ヒヤロン)を使って温度計の液晶表示をスマートフォンによって数値認識し、得られたデータを読み上げたり、そのデータをカプセルペーパー使って立体グラフ化した研究成果を、視覚障碍者平成30年度の日本視覚障碍者研究会(JASEBE)で研究成果を公表したり、東京化学教育研究会(SEAT)でも発表をおこなった。また、日本理科教育学会北海道支部大会(釧路)などで公表した。また、東北大学名誉教授:荻野先生主催の国際マイクロスケール研究会でも研究成果の発表を行った。さらに日本化学会第98春季年会記者会見では、発表者4700人中6人に選ばれ、平成30年3月8日(木)に日本化学会の記者会では、ハイライトプリゼンテーションをおこなった。平成30年3月22日の日本化学会第98春季年会の研究発表会では、日本語だけでなく英語など多言語でも読み上げることができるため、海外の大学研究者からも注目され、この研究テーマの重要性をアピールした。視覚障碍者のために科学実験で使われる測定機器(温度計、pH計、電圧計、伝導計、気圧計)で液晶表示された数字をスマートフォンを使ってリアルタイムで数値を読み上げる教材を開発した。
光合成における励起エネルギー捕獲・初期固定の理論的研究:酸素発生と非発生型の違い

緑色植物および藻類の光合成における光化学系II(PS2)の反応中心(RC)は,紅色細菌RCと共通の祖先を持つけれど,PS2RCには,紅色細菌RCではみられない特徴的過程がいくつかある.これらの違いを明らかにするため,次の課題の解明を行い,それぞれ次に述べる成果を得た.・PS2RCと紅色細菌RCでは,電荷再結合によりスピン三重項状態ができるが,両者でできる色素が異なる.この違いはPS2RCにおける色素エネルギー特異性に起因している事を明らかにした:紅色細菌RCでは,電荷分離の逆反応によってスピン三重項状態が出来る.一方,PS2RCでは,電荷分離の逆反応という機構の他,電子とホールが協奏的に移動して直接アクセサリクロロフィル上に三重項状態が出来る機構がある.このような機構の違いは,PC2RCでは中心色素対のエネルギーがアクセサリクロロフィルの励起エネルギーに比べて高いために生じていることが分かった.・PS2RCでは,スピン三重項状態のできる色素の近くに(紅色細菌では三重項状態を消す役割を担っている)カロテノイドが存在しないにも拘わらず,三重項状態が速やかに消される.PS2RCは(活性酸素を発生させるので有害な)スピン三重項状態をどのようにして消滅させているのかを明らかにした:この三重項状態消滅機構は,フェオフィチンとキノン間の電子移動により媒介される.緑色植物および藻類の光合成における光化学系II(PS2)の反応中心(RC)は,紅色細菌RCと共通の祖先を持つけれど,PS2RCには,紅色細菌RCではみられない特徴的過程がいくつかある.これらの違いを明らかにするため,次の課題の解明を行った.1.PS2RCがコアアンテナから色素励起エネルギーを捕獲することにより,中心色素対と隣の色素間に電荷分離状態が形成される.PS2では水から電子を引き抜く必要性から中心色素対励起状態のエネルギーが高いにも拘わらず,この電荷分離は起こる.そこにはどのような機構が働いているのかを明らかにする.2.PS2RCでは,電荷再結合によりスピン三重項状態がアクセサリクロロフィルと呼ばれる色素上に出来る.この色素は紅色細菌RCの場合とは異なる.この違いはPS2RCにおける色素エネルギー特異性に起因していると考えられる.この事を明らかにする.その結果,上記の課題に対応して次の成果が得られた.1.電荷分離状態の形成には中心色素対励起状態を経由する必要があるが,この状態を作るために必要なエネルギーは熱エネルギーに比べて十分高いので,実の状態として実現されない.ここには,中心色素対励起状態を量子力学における虚の中間状態として利用する新奇な励起エネルギー捕獲・初期固定機構が働いていることが分かった.2.紅色細菌RCでは,電荷分離の逆反応によってスピン三重項状態が出来る.一方,PS2RCでは,電荷分離の逆反応という機構の他,電子とホールが協奏的に移動して直接アクセサリクロロフィル上に三重項状態が出来る機構がある.このような機構の違いは,PC2RCでは中心色素対のエネルギーがアクセサリクロロフィルの励起エネルギーに比べて高いために生じていることが分かった.緑色植物および藻類の光合成における光化学系II(PS2)の反応中心(RC)は,紅色細菌RCと共通の祖先を持つけれど,PS2RCには,紅色細菌RCではみられない特徴的過程がいくつかある.これらの違いを明らかにするため,次の課題の解明を行い,それぞれ次に述べる成果を得た.・PS2RCと紅色細菌RCでは,電荷再結合によりスピン三重項状態ができるが,両者でできる色素が異なる.この違いはPS2RCにおける色素エネルギー特異性に起因している事を明らかにした:紅色細菌RCでは,電荷分離の逆反応によってスピン三重項状態が出来る.一方,PS2RCでは,電荷分離の逆反応という機構の他,電子とホールが協奏的に移動して直接アクセサリクロロフィル上に三重項状態が出来る機構がある.このような機構の違いは,PC2RCでは中心色素対のエネルギーがアクセサリクロロフィルの励起エネルギーに比べて高いために生じていることが分かった.・PS2RCでは,スピン三重項状態のできる色素の近くに(紅色細菌では三重項状態を消す役割を担っている)カロテノイドが存在しないにも拘わらず,三重項状態が速やかに消される.PS2RCは(活性酸素を発生させるので有害な)スピン三重項状態をどのようにして消滅させているのかを明らかにした:この三重項状態消滅機構は,フェオフィチンとキノン間の電子移動により媒介される.
食事成分に起因する乳腺炎発症の生化学的解析

有用な母乳哺育を阻害する要因の一つとして乳腺炎が挙げられる。このうち、乳のうっ滞に起因する乳腺炎は、スクロースを摂食することで炎症が重篤化する事を見いだした。これは、我々の知りうる限り食品成分が乳腺炎発症あるいは重篤化と関連ある事を実験的に確認した最初の例である。また、スクロースによって炎症が発生した際に発現が上昇する遺伝子群を同定した。さらに、ハイスループット食品機能性評価法を用いて、抗炎症作用を有する食品成分を推定した。今後、食品成分による乳腺炎の予防効果を実証する必要がある。乳腺炎の発症は、母乳育児を困難にする。発症危険因子として経験的に食事があげられているが、科学的根拠は全く解明されていない。このため、統一したガイドラインが存在せず、母親たちを混乱させている。本課題では食事成分が乳腺炎の危険因子であることを実験的に証明することを目的とした。昨年度までにスクロースを多量に摂食した親マウスは、仔が離乳した際に炎症を発症することを血中CRP、乳腺組織中の好中球数の計測により確認していた。今年度は、ショ糖を構成する単糖を対象にマウス摂食実験を実施し、グルコースよりもフルクトースを摂食した場合に肝臓と共に乳腺組織でもNFκB経路が活性化されていることを確認した。食餌成分による乳腺炎の発症、或いは重篤化に乳汁のうっ滞が必要か否かの問いに対し、好中球の遊走を指標にした場合では、食餌成分と乳汁のうっ滞の二つの要素が炎症発生に必要と考えられたが、シグナル伝達を指標にすると、乳汁のうっ滞刺激無しでもフルクトースを過剰摂食するだけで乳腺組織に炎症反応が起きていることが見いだされた。さらに、マウス乳腺上皮細胞株HC11を用いて糖質の影響を確認したところ、分化誘導期及び退縮期において炎症関連遺伝子の発現上昇がフルクトース培地の方で確認された。先ずスクロースを多量に摂食した親マウスは、仔が離乳した際、乳腺に炎症を発症することを血中CRP濃度、乳腺組織中の好中球数の計測により確認した。スクロースやその構成糖であるフルクトースの摂取は、肝臓に炎症をもたらすことがよく知られている。一方で、食事成分に含まれるフルクトースは、その大部分が肝臓で代謝を受けるので、今年度は血中に存在する濃度の決定を試みた。その結果、スクロース摂食マウスでは、マルトース摂食マウスと比較して、その血中フルクトース濃度が約1.7倍に上昇していた。別途、ハイスループット食品機能性評価法を用いた炎症抑制食品成分のスクリーニングを試みた。35種類の食品成分及び薬剤(主にフラボノイド系、脂肪酸、高脂血症薬、アミノ酸等)、並びに19種類の宮崎県産農産物抽出物をHepG2細胞に添加して、MxA等13種類の細胞内マーカータンパク質の発現量について、合計約20,270種のデータを取得した。人工ニューラルネットワークにて解析し、抗炎症作用を有する複数種類の成分を推定した。更に、推定成分の抗炎症活性をNFκB認識配列を標的としたレポーターアッセイにより実測したが、いずれもTNFαによって誘導されるNFκBの活性化を阻害することを確認した。小腸から吸収され門脈を経て肝臓に運ばれたスクロースやその構成糖であるフルクトースが肝臓に炎症を引き起こすことは既に知られていた。しかし、乳腺組織には循環器系を介さなければフルクトースは到達できない。スクロースやフルクトース摂食マウスの血中フルクトース濃度は対照区よりも有意に上昇していることを確認した。更に乳腺組織ではGlut5発現が亢進しており、血中のフルクトースを取り込んでいることが示唆された。授乳中のマウスから乳腺組織を摘出しトランスクリプトーム解析を行った。正規化、発現量のフィルタリングなどを行った結果、45,101個の遺伝子から最終的に信頼性の高い9,490個の遺伝子を抽出した。スクロース摂食群とマルトース摂食群とを比較して以下の遺伝子発現が亢進していることを確認した。

すなわち、MAPキナーゼ経路の抑制に関与する遺伝子、脂質代謝過程に関与する遺伝子、炎症性サイトカインによって誘導されサイトカインシグナルを抑制する遺伝子、サイトカイン産生により転写が促進され、銅の運搬タンパク質をコードする遺伝子などである。これらのことから、スクロースの摂食は、乳腺組織の炎症を誘発していることが考えられた。応用生物化学乳腺炎の発症には、食餌成分の要素と乳汁のうっ滞の要素の両者が同時に必要であるわけではないことが示唆され、最も重要な問いに答えられたことから、概ね順調に進展しているものと考えられる。しかし、動物実験において、母子隔離により強制離乳し親マウスの炎症を検討する計画であったが、母子隔離が動物に与える苦痛の度合いが低く見積もられているとの学内委員会からの指摘により、計画承認と実施に遅延が生じた。この影響から、親マウスの臓器における遺伝子発現解析などは行えたが、乳汁や血液の分析は次年度に回すことになり遅延が生じた。一方で、当初は予定していなかった乳腺上皮細胞由来細胞株を用いた実験が速やかに進行したので、in vitro実験は概ね順調に進展しているものと考える。後述のように、研究資金の有効利用を目的に、より安価な製品(微量成分分光光度計)を購入するために購入年度を1年延期した。これにより研究費減額分を吸収できたが、一部mRNA実験に遅れが生じた。しかし、H24年度に十分な予備実験を行っているので、H25年度に挽回可能であると判断している。代わりに、H25年度に実施予定だったin vivo実験を前倒しして実施したことから、概ね順調に進展していると考えられる。また、抗炎症活性を有する食品成分のスクリーニングに関しては、in silicoによる推定だけでなく、培養細胞を用いた実測を行ったので、当初の予定以上に進展した。最終年度は、昨年度やり残した血清分析及び遺伝子発現解析を完成させたい。また、乳腺上皮細胞から脂肪細胞への分化転換、及び炎症反応に及ぼす食餌成分の影響を検討したい。更に、フルクトースによる乳腺組織の炎症が肝臓組織の炎症とは独立して起こるのかどうかを培養細胞を用いて検討したい。H24年度にやり残した乳腺上皮細胞に与えるフルクトースの影響評価を先ず行う。すなわち、初代乳腺上皮細胞を用い、グルコースとフルクトースの含有比を変えた複数の基本合成培地で培養する。フルクトーストランスポーターの発現をはじめ、炎症関連、糖質・脂質代謝関連遺伝子の発現、蓄積トリグリセリド量を確認し、炎症発現の有無、及び炎症を発症するフルクトース濃度を決定する。次いで、食事成分による乳腺炎の発症、或いは重篤化に乳汁のうっ滞は必要かどうかを検証する。母乳育児を支持する医療機関の指導にも拘わらず、児の飲み残しを搾乳していない授乳婦は多い。こうした授乳婦が、特定の食事成分を多量に摂ることで、乳腺炎を誘発しているという仮説が導かれる。そこで、モデル動物として、ddYマウスを用いた摂食実験により、仮説を検証する。食餌組成はAIN76組成に準じて調整し、調査対象となる食餌成分は、ヒトにおける平均的な摂取量を勘案して基本食餌組成に含ませる。仔マウスを強制離乳させる事により、乳汁のうっ滞を誘導した条件を加える。摂食試験後に乳腺組織(組織全体and/or特定の細胞集団)、肝臓、血清、乳汁の4点を素材とし、多面的な生化学的測定を行う。
銀河団に於ける相互作用銀河とマッシブ・ハロー

銀河の周辺部には"光"で見える質量の数倍にも達する"みえない物質"が分布している事が渦状銀河の回転曲線や楕円銀河のX線放射の検出によって指摘され,いわゆる"missing mass"として知られている.これらの物質は光や電波,赤外線, X線などでは直接的には検出不可能で,ただ重力を生み出す源としてしか作用せず,従ってその規模や分布の様子を調べる事は極めてむつかしい.本研究は相互作用する銀河の"衝突による変形"を観測する事により,銀河周辺に広がっているマッシブ・ハローについての知見を得ようとの研究である.このような立場から,過去2年間,次の研究を行って来た.(1)ヘラクレス座超銀河団内のリング状銀河のサーベイ,(2)六分儀座のリング銀河のセイファート1型中心核,(3)相互作用銀河のArp 90の中心核の活動と銀河の衝突,(4)おとめ座銀河団内の矮小楕円銀河におよぼす環境効果, (5)軸対称からずれた重力場内でのガスのレスポンスによる衝撃波の発生,(6)巨大なアークを有する特異銀河IC1209,(7)Hoag型銀河NGC6028のリングは銀河同志の衝突によって生じたのか否か?マッシブ・ハローの問題は現代天文学の大きなテーマの一つである.この2年間の研究ではいくつかの衝突銀河について貴重なデータが得られたので,今後とも研究を継続し,マッシブ・ハローの実体によりせまって行きたい.銀河の周辺部には"光"で見える質量の数倍にも達する"みえない物質"が分布している事が渦状銀河の回転曲線や楕円銀河のX線放射の検出によって指摘され,いわゆる"missing mass"として知られている.これらの物質は光や電波,赤外線, X線などでは直接的には検出不可能で,ただ重力を生み出す源としてしか作用せず,従ってその規模や分布の様子を調べる事は極めてむつかしい.本研究は相互作用する銀河の"衝突による変形"を観測する事により,銀河周辺に広がっているマッシブ・ハローについての知見を得ようとの研究である.このような立場から,過去2年間,次の研究を行って来た.(1)ヘラクレス座超銀河団内のリング状銀河のサーベイ,(2)六分儀座のリング銀河のセイファート1型中心核,(3)相互作用銀河のArp 90の中心核の活動と銀河の衝突,(4)おとめ座銀河団内の矮小楕円銀河におよぼす環境効果, (5)軸対称からずれた重力場内でのガスのレスポンスによる衝撃波の発生,(6)巨大なアークを有する特異銀河IC1209,(7)Hoag型銀河NGC6028のリングは銀河同志の衝突によって生じたのか否か?マッシブ・ハローの問題は現代天文学の大きなテーマの一つである.この2年間の研究ではいくつかの衝突銀河について貴重なデータが得られたので,今後とも研究を継続し,マッシブ・ハローの実体によりせまって行きたい.相互作用銀河の"衝突による変形"を観測する事により、銀河周辺に分布しているマッシブ・ハローの規模を推定しようとの研究である。以下の結果が得られた。1.本補助金で購入したESO/SERC南天写真集(フィルム・コピー)からコントラスト誇張法で銀河団の写真を作って調べた結果、ノーマル・プロセス法では見えない暗い銀河間ブリッジやテール構造を検出できて、相互作用銀河発見の極めて有効な手段である事がわかった。2.この手法をヘラクレス座銀河団に応用したところ、6個のリング状銀河を新たに発見した。3.そのうちの1個,Dressler36についてハーバード天文台の、Huchra博士に観測を依頼したところ、MMT望遠鏡でデーターを得て、送ってくれた。それによると、スペクトルはセイファート2型を示し、リングはビーズ状不安定を起こしている事がわかった。4.ビーズ状不安定についてのN-体数値実験を観山氏(京大)と行ったところ、ハロー質量がリング質量の4倍を越えると、不安定性が著じるしくおさえられてしまう事がわかった。もう少し精度をあげ、計算を続行の予定。5.研究分担者である松田は、ポーラ・リング銀河のガスの運動を調べるため、数値計算コードを開発した。これを用いて、軸対称からずれた重力場の中のガスの運動を調べた結果、わずか1%のずれの中でも、ガスは渦状衝撃波を作って敏感に反応する事がわかった。6.ブヨブヨな構造で、潮汐作用を受け易いと考えられている矮小楕円銀河について、その表面輝度分布を測定した。その結果、銀河団中心に位置しているものと、周辺部のものとに構造上の著じるしい差はない事が判明した。次年度は、今年度に得られた結果をより詳細に検討し、マッシブ・ハローの構造について新らしい知見を得たい。
トウガラシ遺伝資源を利用した低辛味カプサイシノイド類似物質の成分育種学研究

カプシノイドは、トウガラシ果実に含まれる低辛味カプサイシノイド類似物質である。カプシノイドは低辛味ながら健康機能作用があり、食品への利用が期待されている。本実験では、その含量を増加させる遺伝子を同定することを目的とした。研究の結果、含量を増加させるpAMT(putative aminotrasferase)の新規変異アレルを同定した。さらに、激辛品種と他品種を比較し、果皮での生合成が果実全体のカプサイシノイドや類似物質含量の増加に寄与すること、複数の生合成経路遺伝子が激辛品種の果皮でのみ強発現していることを明らかにした。本研究結果は、辛味やカプシノイドに関する育種に有用であると考えらえる。トウガラシの辛味成分カプサイシノイドは脂肪代謝促進作用などをもつ健康機能性成分として注目されているが、激しい辛味のために摂取量が制限されるという問題点がある。近年、申請者らの研究グループは辛味がほとんどないながらも同様の生理活性を有するカプサイシノイド類似物質(カプシノイド・カプシコニノイド)をトウガラシから発見した。本研究では、申請者が収集してきたトウガラシ遺伝資源を利用して、低辛味カプサイシノイド類似物質の生合成を制御する因子を明らかにすることを目的としている。<27年度研究概要>1機能欠損p-amt遺伝資源の整備カプシノイド生合成にはpAMT遺伝子の機能低下が関与していることが分かっている。27年度は、これまでの調査で見出しているカプシノイドを多く含むトウガラシ10系統を供試し、既知の機構欠損アリルを有しているのかを調査した。その結果、いずれの既知アリルにも分類されない系統を複数見出した。ともにp-amtを有しながらもカプシノイド含量が著しく異なるトウガラシ2系統を供試し、生合成関連遺伝子の発現解析を行った。高含量系統では,複数の生合成経路遺伝子が強く発現していることが明らかになった。新規のpamt機能欠損系統を見出すことができた。また遺伝子発現解析により、カプシノイド含量に関与する候補遺伝子を絞り込むことができた。<28年度研究概要>1新規の変異型pAMTアリルの解析カプシノイド生合成にはpAMT遺伝子の機能低下が関与していることが分かっている。28年度は、昨年度見出したpamt系統の解析を行い、その機能低下の原因が短い挿入配列やトランスポゾン挿入であることを明らかにした。2カプサイシノイド類の含量増強に関わる要因の解析高カプサイシノイド含量を示す系統の解析を行なった。通常トウガラシ果実では胎座組織でのみカプサイシノイドが合成されるのに対して、高含量系統では,胎座組織だけでなく果皮組織でも生合成されており、これがカプサイシノイドの高含量化をもたらしている要因であることを示した。このような高含量系統にpamt変異を導入することでカプシノイド含量の増強が期待できる。さらにRNA-seqを行い、高含量系統で強く発現する遺伝子をスクリーニングした。3低辛味成分に関するQTL解析低辛味成分を高含量で含む系統と低含量系統との交雑後代を用いて、QTL解析を行ない、カプシノイドとカプシコニノイド含量を制御するQTLを複数検出した。新規の機能欠損型pamtアリルだけでなく、機能型と機能欠損型の中間的な活性を示すpAMTアリルを見出すことができた。またカプサイシノイド類の含量増強には果皮における生合成が重要であることを示した。研究概要1新規の変異型pAMTアレルの解析:カプシノイド生合成にはpAMT遺伝子の機能低下が関与していることが分かっている。本研究期間内に新規の機能欠損アレルおよび機能低下アレルを見出し、各アレルがカプサイシノイド類の含量に及ぼす影響を調査した。2カプサイシノイド類の含量増強に関わる要因の解析:高カプサイシノイド含量を示す系統の解析を行なった。最終年度はRNA-seqのデータ解析を行い、高含量系統の果皮組織で強く発現する遺伝子群を明らかにし、それらにはカプサイシノイド類の生合成経路に関わると考えられる酵素遺伝子や転写因子が含まれていた。3低辛味成分に関するQTL

解析:低辛味成分を高含量で含む系統と低含量系統との交雑後代を用いて、QTL解析を行ない、カプシノイドとカプシコニノイド含量を制御するQTLを複数検出した。カプシノイドは、トウガラシ果実に含まれる低辛味カプサイシノイド類似物質である。カプシノイドは低辛味ながら健康機能作用があり、食品への利用が期待されている。本実験では、その含量を増加させる遺伝子を同定することを目的とした。研究の結果、含量を増加させるpAMT(putative aminotrasferase)の新規変異アレルを同定した。さらに、激辛品種と他品種を比較し、果皮での生合成が果実全体のカプサイシノイドや類似物質含量の増加に寄与すること、複数の生合成経路遺伝子が激辛品種の果皮でのみ強発現していることを明らかにした。本研究結果は、辛味やカプシノイドに関する育種に有用であると考えらえる。新規pAMTアリルを有するトウガラシ系統については発現解析および分離集団の解析により、機能低下の原因を明らかにする。pAMT以外の候補遺伝子については、詳細な発現解析を行い、そのカプサイシン類生合成への関与を検証する。新規pAMTアリルを有するトウガラシ系統については、分離集団の解析により、pAMTアリルがカプサイシノイドおよび類似成分の含量に及ぼす影響を明らかにする。RNA-seqでスクリーニングした遺伝子については、果実発達段階別や部位別の詳細な発現解析を行い、そのカプサイシノイド類生合成への関与を検証する。野菜園芸学
超大規模数値シミュレーションで探る銀河進化とダークマター ハローの力学構造の関係

コールドダークマター(CDM)宇宙論は宇宙の構造形成の標準理論である。しかし、CDM宇宙論の理論予測と観測結果の間にいくつかの深刻な不一致が指摘されている。それらは主に矮小銀河等の小スケールで議論されている。例えば、Too-big-to-fail(TBFF)問題と呼ばれるものが近年活発に研究されている。これは、CDM宇宙論に沿った理論計算で得られる高密度ダークマター(DM)ハローが、天の川銀河周辺の衛星矮小銀河に付随していないという理論と観測の不一致である。また、DMハローの中心密度構造に関するコアーカスプ問題についても議論が続いている。本年度の成果は大きく分けて以下の2点である。1.周期的な星形成により駆動される、銀河中心部の重力場変動によって、コアーカスプ問題が解決されうることを解析モデルを構築して示した。さらに、N体シミュレーションによってその検証を行った。これらをまとめた論文が、学術論文誌Astrophysical Journalに受理・掲載された(Ogiya & Mori, 2014)。本研究課題は平成26年度が最終年度のため、記入しない。コールドダークマター(CDM)宇宙論は宇宙の構造形成理論のパラダイムである。しかし、CDM宇宙論の理論予測と観測結果の間にいくつかの深刻な矛盾が指摘されている。その一つが、コアーカスプ問題と呼ばれるダークマター(DM)ハロー中心部の質量密度構造に関する問題である。本研究では、銀河内で起こった爆発的星形成後の多数の超新星爆発によって駆動される銀河ガスの重力場変動を考え、重力相互作用によってDMハローへと与えられる影響を独自に構築した理論モデルと大規模な数値シミュレーションを駆使して調べている。また、より大規模な数値シミュレーションを高速に行うため、演算加速器として注目されるGraphics Processing Unit (GPU)を用いたコードの開発も行っている。本年度の成果は大きく分けて以下の3点である。1.本年度は、前年度までに構築した理論モデルを発展させ、コアーカスプ問題の解決条件を定量的に議論した。結果は国内外の学会で発表し、学術誌Astrophysical Journal誌にて査読中である。今後は当初の計画通り、観測データとの比較を通してモデルの妥当性を詳細に議論する予定である。2.前年度までに独自に開発した、GPUクラスタ向けN体シミュレーションコードの内容をまとめ、情報処理学会論文誌コンピューティングシステム(ACS)に採録された。また、そのコードの流体力学を扱う粒子法の一種Smoothed Particle Hydrodynamics法への拡張も行った。今後はさらなる計算規模の拡大のため、並列化効率の向上をめざす。当初の予定であった、超新星爆発に対する銀河ガスの振る舞いの銀河形状への依存性に関しては、前年度までに一定の理解ができているため。加えて、当初の予定にはなかったDMハローの観測的経験則とカスプからコアへの遷移シナリオとの関係を調べ、結果は学術誌に採録されたため。
文化の多様性と知的財産保護の経済分析

本研究では、文化的財の保護政策のあり方ついて、文化的財の市場の特性を明確に示しながら最適な保護政策について考察した。文化の多様性を維持するため、もし政策が必要ならどのような条件の下で採用されるべきか分析するため、より一般的な仮定の下で習慣形成(消費の外部性)を取り入れた一般均衡モデルを構築し、均衡の特性を分析すると同時に規範的に政策提言を行った。他方、これまで文化的財の貿易における知的財産(権)の戦略的役割が理論的に考察されてこなかったことから、意匠権に裏付けられる財産業を例として市場構造を概観し、新たな視点で両者の関係について分析した。本研究では、初年度で理論面における先行文献に関する研究および現地調査による状況把握を中心に行う。そこで当初の研究計画に基づき、文化的財の経済取引(貿易)に関するWTO以降の国際ルールを概観すると共に、関連の先行研究をサーベイした。また、世界市場で文化的財を供給する企業の行動と、知的財産の保護・育成のあり方等を考察するため、経済成長には芸術やメディア等ソフトな文化産業の育成が不可欠として戦略的に文化政策を採用する英国を現地調査した。一方、経済理論分析については、各国固有の文化保護育成と知的財産権保護に注目し、メディア(映画)産業における各国の取り扱いに関連する先行研究をサーベイした。同時に、国際寡占市場における文化政策のインパクトや文化保護の正当性について研究成果の一部をまとめた。具体的には、芹澤と脇田の共著論文で、人々は過去の消費体験に基づいて文化的財を消費する一方文化の多様性を好むと仮定して、国際貿易の枠組みで異時点間の消費外部性や習慣形成を組入れより一般的な一般均衡モデルを展開し、生産補助が社会的厚生を高める条件、また生産抑制策が必要となる条件をそれぞれ明らかにした。しかし同時に、企業の効率性の違いや他の政策の可能性を考慮する等、より現実に沿ったモデルへの改善余地があることも明らかになった。さらに芹澤は、消費者の財に対する選好や技術の発展が歴史的、社会的背景に大きく影響される事、また、例えば我が国の生命保険産業では消費者の社会・文化的背景を企業の商品開発・販売戦略に採用していることから、文化的要素の有無で企業や市場の成果がどのように異なるか検討するべく理論分析に着手した。本年度の成果を2つの項目で示す。(1)理論分析消費者は多様な財を組み合わせて消費する(love of variety)が、Bourdieuが論じる文化的再生産にもあるように文化的な財の消費には人々の習慣的な行動が大きく影響を与える。我々は、習慣形成を「addiction(前期消費量が次期消費に正の効果をもたらす)」、あるいは「saturation(前期消費が多いと、心のストックが蓄積され、次期消費に負の効果をもたらす)」の2つに分け、消費者個人の消費の外部性がもたらす習慣形成のモデル化を試みてきた。とくに文化や産業が新規に創出される時、既存の財カテゴリー内の消費の外部性が重要な役割を演じると考え、消費の外部性は、個別の財について時間を越えた消費の外部性が一対一(commodity specific externality)で生じるのではなく、その財が属すカテゴリー全体を過去にどれだけ消費したかに依存する(category-wide externality)」として外部性を表現し、財のカテゴリー毎に消費の外部性を形成する消費行動を陽表的にして新たなモデルの構築を試みた(Serizawa and Wakita, 2012)。(2)文化・知的財産と国際貿易国際寡占市場における企業行動を分析するため、国際貿易の視座から文化を考察した。経済のサービス化が各国の経済、貿易構造を変えている現状から、文化そして知的財産とのかかわりが深いサービス産業、即ち映画やアニメ等の所謂コンテンツ産業、に注目する。関連する貿易政策や文化政策をふまえ、本年度は準備段階として国際貿易やサービスの貿易に付随する制度をまとめ、主として我が国のサービス産業とその構造を俯瞰した(芹澤(2012)、脇田(2012))。近年我が国では文化産業やクリエイティブ産業に光が当てられ、クールジャパンのスローガンの下政府はその推進を図っており、知的財産の戦略性が脚光を浴びている。しかし経済学の理論的分析において、知的財産を具現する財や知的財産権が現実の文化的財の貿易でどのような役割を演じまた位置づけにあるのか、充分に考察されてきたとは言い難い。文化をサービスと捉えるのか、モノと捉えるのかを区別することは困難であり、貿易統計においても様々に評価される現状だ。我々はこれまで文化的財の保護の妥当性について、規範的な政策提言を行うべく理論モデルで考察を重ねてきた。そこで本年度は、(1) Serizawa and Wakita (2013), "Variety-controlling public policy under habit and addiction"において、消費の外部性を仮定し産業構造を明示化した理論モデルで文化の保護政策を考察した。

また文化と知的財産の貿易に注目し、工業品(モノ)と意匠権(サービス)の二面を備え持ち、かつ文化的側面を強く反映する財を意匠財(design right goods)と呼んでその市場構造を考察すると同時に、文化的財の保護政策に関する議論で指摘されてこなかった知的財産権の役割について、(2)芹澤(2014)「意匠財:知的財産と文化の国際貿易」、で従来欠けていた分析の視点を明確にした。具体的には、宝飾品のように工業品と意匠権の二面を備え持つと同時に、文化的側面を強く反映する財を意匠財と呼び、その市場構造を敷衍した。例えばGrossman and Shapiro (1988)は商標の最適保護に関する研究だが、意匠権の適正な評価が困難なため意匠財の対外取引は過小評価される可能性があるものの、この分野の理論的研究はなくそのギャップを埋めるべく本論では意匠財の特性を探り、背後に潜む問題を明らかにした。消費者の習慣的な消費行動が企業の生産活動しいては産業の市場成果にさまざまな影響を与えるが、消費の外部性が存在すると仮定するなら、文化の多様性を維持するための公共政策のあり方は「外部性の有無によって」変わってくる。習慣形成を「addiction(前期消費量が次期消費に正の効果をもたらす)」、あるいは「habit(前期消費が多いと心のストックが蓄積され、次期消費に負の効果をもたらす)」の2つと仮定し、消費者個人の消費の外部性がもたらす習慣形成のモデル化を試みてきた。消費の外部性と産業構造の関係を明らかにしなくてはならず、我々がこれまで開発してきた理論モデルを発展させた。特に本年度は、これまで理論モデルでは明示的に分析されてこなかった「産業」の構造、即ち、動的な消費者の消費行動と産業構造がどのように関連するか、という問題にスポットライトをあて、文化的財に対する公共政策のあり方を分析可能とする一般均衡モデルを構築し、Serizawa and Wakita,"Endogenous category-wide habit formation"(APTS 2012、Singapore)、を発表した。具体的には、消費者が産業固有の異時点間消費外部性をもつと仮定して、消費者が消費を平準化する傾向を持つケース(負の消費外部性)では企業への一括補助が、一方嗜癖があり中毒的に消費する性向(正の消費外部性)がある場合には課税が、それぞれ厚生を向上させることを明らかにした。従来、文化的財に関するモデルでは消費性向について標準的といえない仮定が設けられるが、本モデルの諸仮定は独占競争モデルやマクロ経済学の習慣消費形成モデルで一般的に採用されている。当初計画に沿い文化的財取引における企業行動を分析した。即ち(1)理論モデルとして、カテゴリー内の消費の外部性(消費者)を導入した独占的競争モデルの構築を試み、(2)国際貿易における文化・知的財産の取引を、サービス貿易の現状を踏まえて概観した。これらは今後予定する各国の貿易政策・経済政策の比較考量、分析への足がかりとなる。25年度が最終年度であるため、記入しない。当初計画に沿って、「消費の外部性」を仮定した不完全競争下、国際的に取引される文化的財の生産における企業の行動と最適な公共政策のあり方を分析した。
ヒトSpt4/Spt5複合体と転写装置との相互作用

RNAポリメラーゼIIによるRNA鎖伸長反応を制御する因子として同定されたDSIF(DRB sensitivity-inducing factor)は、転写阻害剤DRBやH-8の転写阻害に必須な転写因子である。DSIFは、DSIFp160とDSIFp14の2つのサブユニットから構成され、p160とp14はそれぞれ酵母Spt5とSpt4のヒト相同性因子である。DSIFは、RNAポリメラーゼIIに結合してRNA鎖伸長反応を制御する。我々の生化学的解析から、DSIFには、転写伸長反応を負に制御する場合と正に制御する活性が存在し、負の制御には、新規の転写伸長因子NELF(negative elongation factor)の関与が示された。さらに、DSIFとNELFによる転写抑制は、P-TEFb(positive elongation factor b)により解除され、その制御はRNAポリメラーゼIIの最大サブユニットのC末端ドメイン(CTD)のリン酸化と密接に関連していることが明らかとなった。さらに、高度に純化されたタンパク質による試験管内転写再構成系を用い、DSIF、NELFおよびP-TEFbによる転写伸長反応制御機構を検討した。その結果、クロマチン構造を有した鋳型DNAからの転写伸長反応に関与する因子FACT(facilitate chromatin transcription)が、P-TEFbと協調的に働いてDSIF/NELFによる転写阻害を解除することを見出した。一方、酵母遺伝学からDSIFはクロマチン構造と関連した機能発現を行うことが予測されていた。そこで、これを分子レベルで証明する目的でクロマチン構造の基本単位であるヌクレオソームを有した鋳型DNAをin vitro転写反応系で採用し、DSIFおよびFACTの作用機所解明を試みた。その結果、1)DSIFにはヌクレオソームによる転写伸長反応阻害を和らげる作用があること、2)実験条件によりFACTとDSIFは協調的に働いたり拮抗して転写伸長反応を制御することを明らかにした。最近のショウジョウバエ唾腺染色体の解析から遺伝子発現が活発なパフにはSpt5タンパク質の凝集が検出された。このことは、in vivoにおいてDSIF活性は特定遺伝子を高発現状態に保つために必要とされることを示唆している。よって、本研究によりDSIFがクロマチン構造と相関して機能する証拠が得られ、細胞内でのDSIFの役割が分子レベルで徐々に明らかとなってきた。調査研究実施計画に基づき本年度は、組み換えDSIFp160(ヒトSpt5)の変異タンパク質の作成とヒトSpt5の特異抗体の作成を行い、それらを用いてin vitro転写反応系、GST pulldown法、免疫沈降法、およびファーウェスタン法にまり、次のことを明らかにした。1)ヒトSpt4/Spt5は核内タンパク質である、2)ヒトSpt4とヒトSpt5の結合ドメインを同定した、3)ヒトSpt5とRNAポリメラーゼII(poIII)の結合ドメインを同定した、4)ヒトSpt5のドミナントネガティブ変異体を作成した。さらに、酵母Spt4/Spt5とヒトSpt4/Spt5が機能的に互換性があるかどうか解析するために、酵母でのヒトSpt5の発現ベクターを作成した。ヒトSpt4の発現ベクターは、所有済みである。

また、種々の酵母Spt4/Spt5に関する変異体の準備を終えた。よって、来年度はこれらを用いてヒトSpt4/Spt5の機能解析を遺伝学的に進める予定である。一方、転写装置を試験管内で再構成するための基本転写因子群の調整もほとんど終了した。また、基本転写因子群からなる転写系の再構成の過程で、ヒトSpt5/Spt4複合体と機能的に相互作用する新たな転写因子NELF(negative elongation factor)を同定した。NELFはDSIFと協調して働き、poIIIの転写伸長反応を抑制する因子であることがわかった。さらに、NELFとDSIFはpoIIIの最大サブユニットのC-terminaldomain(CTD)が非リン酸化状態のものと結合するが、リン酸化されると結合しなくなることから、NELFとDSIFによる転写伸長反応抑制は、CTDのリン酸化により制御されていることが明らかとなった。RNAポリメラーゼIIによるRNA鎖伸長反応を制御する因子として同定されたDSIF(DRB sensitivity-inducing factor)は、転写阻害剤DRBやH-8の転写阻害に必須な転写因子である。DSIFは、DSIFp160とDSIFp14の2つのサブユニットから構成され、p160とp14はそれぞれ酵母Spt5とSpt4のヒト相同性因子である。DSIFは、RNAポリメラーゼIIに結合してRNA鎖伸長反応を制御する。我々の生化学的解析から、DSIFには、転写伸長反応を負に制御する場合と正に制御する活性が存在し、負の制御には、新規の転写伸長因子NELF(negative elongation factor)の関与が示された。さらに、DSIFとNELFによる転写抑制は、P-TEFb(positive elongation factor b)により解除され、その制御はRNAポリメラーゼIIの最大サブユニットのC末端ドメイン(CTD)のリン酸化と密接に関連していることが明らかとなった。さらに、高度に純化されたタンパク質による試験管内転写再構成系を用い、DSIF、NELFおよびP-TEFbによる転写伸長反応制御機構を検討した。その結果、クロマチン構造を有した鋳型DNAからの転写伸長反応に関与する因子FACT(facilitate chromatin transcription)が、P-TEFbと協調的に働いてDSIF/NELFによる転写阻害を解除することを見出した。一方、酵母遺伝学からDSIFはクロマチン構造と関連した機能発現を行うことが予測されていた。そこで、これを分子レベルで証明する目的でクロマチン構造の基本単位であるヌクレオソームを有した鋳型DNAをin vitro転写反応系で採用し、DSIFおよびFACTの作用機所解明を試みた。
多値ＲｅＲＡＭ搭載のナノドットアレイによる多入力多出力フレキシブルデバイスの研究

ナノドットアレイと抵抗変化メモリによる、高機能で冗長なシステム構築に向けて、大きな進展を得た。ナノドットアレイの作成自由度を高めると同時に簡略化できる手法を考案し、実際にナノドットの作製を確認することに成功した。加えて、多入力ゲートに対する新たな応答を確認した。限られたドットとしか接続していないゲートを用いても、ドット内の電子数が数個と少ない場合には、離れたドットの情報が影響することを示し、古典的には予想できない機能の拡張性を示した。抵抗変化メモリでは、TEMによる動作機構解析から始め、ハードウエアでニューラルネットによる冗長性実現の鍵であるアナログ記憶の特性が得られることを示した。ナノドットアレイを用いた単電子パルスニューロン回路などのフレキシブルで冗長なシステム構築に向けて、その高速動作性に関して検証した。単電子デバイス独特の整流作用に注目し、新たな評価方法を編み出し、検討した。その結果、単電子デバイスは、高インピーダンスデバイスのため動作速度が遅いと言われてきていたが、この広く知られている予測に反して、整流作用に遮断周波数は存在せず、超高周波であるTHz(テラヘルツ)波でも整流可能であるという、新たな知見を得た。予測外ではあるが、本研究にとっても好都合な上に、次世代の通信技術として期待される超高周波応用の新たな応用の可能性を示唆する結果である。ナノドットアレイを用いたフレキシブル論理回路に関して、そのドットの配置と実現できる論理関数の関係について2入力の論理回路をベースに理論的に検討を進め、ドットサイズ揺らぎに強い論理回路とするためには、ドットが並列且つ直列の接続を多数持つことが必要であることを明確にした。同時に、新たな機能性の創出を目指して、ナノドットのサイズが小さいことと、その中に内包される電子数が少ないことによって現れる量子効果について検討し、多数のゲート電極が配置されたドットでは、複雑なゲート電圧による変調効果が得られることを示した。抵抗変化メモリ(ReRAM)素子の検討では、各種の金属酸化物材料を検討した中で、WOx、MoOx、CoOx、NiOxにおいてメモリ動作特性が得られた。その安定性と機能応用としての使いやすさから、WOx、MoOxを選定し、基本特性評価、繰返し耐性、高速応答性などについて検討を開始した。加えて、ReRAMの将来の実用化に向けての最大の障壁となっている動作原理の解明を確実に行うため、透過型電子顕微鏡内でのReRAM動作とその場観察実現に向けて、サンプル作成法を検討し、見通しを得た。ナノドットアレイを用いた単電子パルスニューロン回路などのフレキシブルで冗長なシステム構築に向けて、ドット間の連結の調整に関して検討した。単純なAND、XORなどの論理関数実現には、ドット配置とゲートの配置が重要であることを示したが、更なる省電力化・高機能化に向けて、アレイサイズを拡大する必要が有り、ドットと入力ゲート間の容量結合だけではなく、ドット間の容量結合をも積極的に使う方式を考えた。ナノドットアレイ内でドット間の連結を直接観測するのは困難であるため、2個、あるいは3個のナノドットが直列接続したデバイスにゲート電極を多数(最大5個)取り付けた素子を実現し、ドット内に包含する電子数(数十個の領域)を増加させることでドット間の連結の度合いを調節できることを明らかにした。抵抗変化メモリ(ReRAM)素子の検討では、各種の金属酸化物材料を検討した中で、WOx、MoOx、を選択してメモリ動作特性について検討した。加えて、ReRAMの将来の実用化に向けての最大の障壁となっている動作原理解明のため、透過型電子顕微鏡内でのMoOxを用いたReRAM動作とその場観察を実現し、世界で始めて繰り返しの抵抗スイッチ特性を透過型電子顕微鏡内で確認した。同時に、抵抗スイッチに対応した金属フィラメントの生成と消滅を世界で始めて連続的に確認した。単電子トランジスタでは、テラヘルツ波領域でも整流可能であるという、新たな結果から、新技術として期待されるテラヘルツ波領域の受信機として動作する可能性が高いことがわかった。高周波動作に関する知見を得ることは本研究の目的の一部であるが、テラヘルツ波の受信は本研究の本来の目的ではない。しかし派生的に得られた知見とは言え、今後の大容量通信技術や遠赤外線センサーなどの受信機(受光器)として、有用となる可能性を秘めているので、その実現性についても検討を進めた。ナノドットアレイと抵抗変化メモリを用いた単電子パルスニューロン回路などのフレキシブルで冗長なシステム構築に向けて、検討を行った。ナノドットアレイでは、多重ドットを1列に配置する手法として、これまで利用してきたパターン依存酸化法に加えて、これをさらに改良し、ナノドットアレイの配置の自由度を高めると同時に簡略化できる手法を考案し、実際にナノドットの作製を確認した。すなわち、ゲート電極をマスクにした酸化を用いることで、これまでの手法と比べて圧倒的に容易に多重ドットを作製できることを実験的に確認することに成功した。

加えて、機能デバイスとしての応用としては、パターン依存酸化法で作製した2次元のアレイ型デバイスを用い、多入力ゲートに対する新たな応答を確認した。入力ゲートが多くのナノドットと容量接続している場合には、高い論理機能性が出せることは確認しているが、小数の限られたドットとしか接続していない場合には、高い機能は期待できなかった。しかし、入力ゲート数を10個以上に増大した場合、全てのゲートを多くのナノドットと接続することは、構造的に無理になる。この問題を解決するため、ナノドット内の電子数が数個(1-3個)と少ない場合においては、ドット間の接続で、離れたドットの情報が影響し特性が変動することが示され、実際、相互に干渉しないゲート配置にもかかわらず、排他的論理和の演算ができることを示した。抵抗変化メモリ(ReRAM)素子の検討では、MoOxを材料として選択し、MOSFETを埋め込んだ構造のデバイスを用いることで、アナログ的な特性が得られることを示した。同時に、更なる特性改善を目指して、WOxとTaOxをReRAM材料として用い、良好な抵抗スイッチ動作の確認に成功した。26年度が最終年度であるため、記入しない。電子工学26年度が最終年度であるため、記入しない。ナノドットを用いたデバイスの高速動作性の検討では、整流特性が周波数の上限無く生じることを見出した。本研究にとって好都合であることは言うまでもなく、いわゆるテラヘルツ領域と呼ばれる新たな超高周波領域での応用に道を開く結果出を得ることができた。加えて、ナノドットアレイやその機能性向上に向けての検討と、ReRAMの実用に向けた問題解決を含めての基本的な研究課題をクリアした。ナノドットアレイデバイスの高機能化に向けての、ドット間連結の調整手法として、ドット内の電子数を用いることが可能であることを示し、今後の高機能ナノドットアレイデバイス実現に向けて大きく前進した。最大の成果は、透過型電子顕微鏡内で、MoOxを用いたReRAMの動作とその場観察を実現し、世界で始めて繰り返しの抵抗スイッチ特性を透過型電子顕微鏡内で確認した。加えて、抵抗スイッチに対応した金属フィラメントの生成と消滅を世界で始めて連続的に確認したことである。これは、ReRAMの動作機構を解明し、実際に使えることを実証するためには、動作原理の確認が不可欠であることから、重要な進展であったと考えられる。ReRAMデバイスが製品化された後の故障原因の推定を行う際、また長期信頼性を確保し製品の信頼性を高める上での加速寿命試験を行う際に、物理的な動作原理を確認しておくことが必須である。加えて、ここで実現した、透過型電子顕微鏡内でのReRAM動作は、故障原因の確定にも用いることが可能であり、今後の大きな進展が期待できる。実際、これまで電気的な特性から単純に予想され提唱されていたフィラメントモデルとは異なった動作を示していることが判明し、今後のデバイスの実用化に向けて、これまでには無い新たな重要な知見が得られた。
トウガラシ辛味関連化合物の調理における変化測定と安定化

食品由来の機能性化合物の調理時の動態、含有量を正確に把握し、不安定であれば、安定に供給できる調理法の開発は、食品としてこれらの成分を利用するにあたって大きな貢献をするものと考える。本研究では、まず、トウガラシ辛味関連化合物として、カプサイシンとカプシエイトの食品中からの効率的な抽出方法と、選択的に辛味関連化合物を分析する方法の確立を目指した。ついで、カプシエイトの調理中の安定性ならびに成分変化について詳細に検討した。これらの結果をふまえ、カプシエイトの生理作用を有効に生かす調理方法の開発を試みた。辛味化合物カプサイシンでの研究では、カプサイシン類似成分を多数含み、もっとも定量が困難と考えられるカレールーからの抽出・定量条件を検討した。10倍量のアセトンで24時間浸漬するとカプサイシンを定量的に回収できた。定量には、HPLCとUV,蛍光,アンペロメトリック電気化学検出を検討した。メタノールの濃度勾配溶出と蛍光検出を組み合わせることで、カレールー抽出物中のカプサイシンの分別定量ができた。さらに、別の主要辛味化合物コショウのピペリンの定量も検討した。励起波長と蛍光波長をピペリンとカプサイシンとで変えることで同時定量が可能であり、市販ルー中の辛味化合物を定量した。無辛味化合物カプシエイトについては、モデル化合物バニリルノナノエイトVNを酵素法で大量合成し、水系、油系での安定性をまず検討した。強酸性下と油中ではVNは安定であった。つぎに、これらの知見を基に、ドレッシングやマヨネーズ、チョコレート中でのVNの安定性を測定した。抽出・定量法はカプサイシンで確立した方法を用いた。その結果、いずれでも室温放置で1年以上という長い半減期が得られた。まず、トウガラシ辛味化合物カプサイシンの抽出・精製・分析方法について検討した。カプサイシンを含有する料理の中で、多成分を含み、もっとも定量が困難と予想されるカレーを試料とした。単独のスパイスと、調製した混合スパイス、カレー・ルーで、抽出溶媒、処理方法、分析条件を検討した。抽出には、溶媒としてアセトンを用い、室温で24時間以上浸漬することで、定量的にカプサイシンを回収できた。含水試料の前処理でよく用いられる凍結乾燥も検討したが、凍結乾燥処理は回収率を低下させた。カプサイシンの検出法としては、同族体の分離定量も可能なHPLCを用いた。電気化学検出器では、種々条件を検討したが、カプサイシンの特異的検出は達成できなかった。次に蛍光検出器を用いたところ、カプサイシンのピーク付近に妨害ピークもほとんど見られず、良好な定量が可能であった。HPLCでの溶離条件としては、単一組成よりもメタノールの濃度勾配溶出を行った方がよりカプサイシンの分離・定量生が高まることも見出した。本法により、混合スパイスのみならず、カレールーでも定量が可能であった。続いて、甘味種トウガラシ中のカプサイシン様無辛味化合物カプシエイトでの抽出・定量法の基礎として、カプシエイトの安定性を検討するために、カプシエイト類のモデル化合物として、側鎖にノナン酸を有するバニリルノナノエイトVNを酵素的に大量に合成した。大量合成にあたって、試薬濃度や反応時間の検討を行い、従来の数分の1の溶媒にて合成が可能であることを明らかにした。改良した合成条件を用いて、gオーダーのVNを得た。トウガラシ辛味関連化合物としてトウガラシ無辛味化合物群カプシノイドの安定性を、酵素法にてモデル化合物バニリルノナノエイト(VN)を合成してまず調べた。

昨年度確立したトウガラシ辛味化合物カプサイシンの抽出方法と検出方法を基にカプシノイドでの実験方法を検討した。水系では酢酸エチル抽出、油系ではアセトニトリル抽出が適していることを見出した。カプサイシン同様にHPLCで分離し、蛍光検出を行うことで特異的にカプシノイドを検出できた。これらの方法を用いて、20°Cで水系でのpHの影響を調べたところ、塩基性から中性付近では不安定で、酸性が強まるほどVNの安定性が高まった。pH3で470°Cでは、温度がひくいほどVNの半減期は長かった。次いで、カプシノイドの油中での安定性をなたね油溶液を調製して調べた。VNと天然型カプシノイドであるカプシエイトの油溶液は安定で、180°Cで24時間加熱しても分解は認められなかった。すなわち、カプシノイドは強酸性化では比較的安定で、低温であるほど安定性が高まり、油中では高温でも安定であった。以上の知見を基にカプシノイドを安定的に供給できる食品としてドレッシング、マヨネーズ、チョコレートが適していると推察した。VNを含んだこれらの食品を調製し、室温で3ヶ月間放置して、残存量からVNの半減期を求めたところ、1年から1年半の半減期を示した。すなわち、これらの食品ではVNは比較的安定であることが明らかとなった。