連載の解説記事「食品の物性そして水」の第3回目として, ガラス転移に関して, 誘電解析およびパルス-NMRを用いた解析の結果を示差走査熱量測定 (DSC) の結果と比較した.最初に, ガラス転移の概念とDSCによるガラス転移点T_gの測定結果, 水の可塑剤としての役割について簡単に述べた.DSCは, T_gの決定法として最も基本的なものだが, 分子の運動性についての知見を直接的には得られない.次に, 前回説明した電気物性に関する知見を踏まえ, 食品のガラス転移の誘電解析について概説した.低含水率のガラスに関しては, 誘電緩和法 (誘電損失ε”のピークに関する解析) によって得られる緩和時間τや活性化エネルギーE_actによって, 分子の運動性, 水の可塑剤としての効果が定量的に評価できた.しかし, 高含水率あるいは高温で, ガラス転移点近傍あるいはラバー領域になると, 多くの食品においては, 直流電導度の影響で, ε”のピークがマスクされ, 通常の誘電緩和法の適用が困難であった.その場合には, 複素誘電率ε^*の逆数である電気弾性率M^*を用いた解析が有効だった.パルス-NMR測定から得られる自由誘導減衰曲線 (FID) を理論式にfittingすることによって得られるパラメータによって, ガラス転移に伴うプロトンの運動性の変化について定量的な評価が可能であることを述べた.

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加工・製造される食品の品質と安全性を担保するうえで, 食品製造に使用される機器および環境の衛生管理がきわめて重要であることは論を待たない.本稿では, 衛生管理対策を考えるための基礎として, 食品タンパク質および細菌の機器素材表面に対する付着挙動, さらには表面上の細菌の生残挙動に関して得られた知見について解説した.タンパク質のステンレス鋼表面に対する付着挙動については以下の知見が得られている. (1) 常温ではタンパク質は単分子層で付着し, 高温では表面上での熱凝集反応により多分子層を形成して付着量が増大する. (2) タンパク質分子内にステンレス鋼表面との相互作用の強い特定の部位が存在し、その相互作用には静電的な力の寄与が大きい. (3) 付着量は共存物質によって大きく変化し得る.細菌の固体表面に対する付着については以下の知見が得られている. (1) ステンレス鋼に対しては, 付着量が一定値に達するのに2～3時間程度の時間を要する. (2) ステンレス鋼の表面粗さが付着量に及ぼす影響は菌種によって異なる. (3) 芽胞が乾燥付着すると脱離が困難となり, とくにポリプロピレン表面においてはアルカリ耐性が高くなる.

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野菜・果実加工において, 濃縮プロセスは, 最も重要な技術の1つであり, 品質・コストに大きく影響を与えている.本研究においては, 多くの食品に適用が可能で, かつ多品種少量生産に適する新規の凍結濃縮技術を開発することを目的とした.この凍結濃縮技術は, 界面前進凍結濃縮を原理としており, 氷の生産, 分離が同一容器内で可能であり, 装置構成, 操作が非常に簡単なシステムである.濃縮条件の最適化, 製氷器の最適設計, 氷に含まれる溶質成分の回収と自動化, 装置の自動化などの開発を行い, 小規模の界面前進凍結濃縮システムを開発した.このシステムを使用してトマトジュースの凍結濃縮試験を行った結果, Brix40%程度の高濃度濃縮が可能であり、香味に優れた濃縮品を得ることが可能であった.また, トマトジュースのように他の果汁に比較するとバルブ質を多く含んでいるジュースでも凍結濃縮が行えることが確認できた.

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食品の安全性の向上ならびに賞味期限の延長のために, 食品中の微生物を殺菌する目的で, 加熱処理が行われている.しかしながら, 芽胞を殺菌する加熱処理は, 同時に香気成分や栄養成分の損失を引き起こすことが問題である.そこで, 我々は食品原料の鮮度を保ちつつ液状食品中の耐熱性微生物芽胞を効率的に殺菌することが可能な交流高電界 (HEF-AC) 技術を開発した.

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著者らは汚れの付着した金属表面上で集中的にOHラジカル (・OH) を発生させることを原理とする新たな洗浄手法を開発した.すなわち, 過酸化水素を含む水溶液に汚れの付着した金属表面を浸し, その状態で負電位を印加する.H₂O₂分子が金属表面で電子を受け取ることにより, きわめて酸化力が高い・OHが発生し, 汚れ物質を速やかに酸化分解し, 金属表面から除去することができる.すでに, タンパク質をモデル汚れ物質として, H₂O₂-電気分解洗浄における洗浄機構と有効性を検証している.本稿では, H₂O₂-電気分解洗浄における諸因子の影響の把握と洗浄効率のさらなる効率化を図るため, (1) 支持電解質の種類および濃度の影響, (2) 基板材質の影響, (3) 吸着物質 (タンパク質および脂質) の種類の影響, (4) 共存物質の影響について検討した.その結果, H₂O₂-電気分解洗浄においてアンモニウム化合物やリン酸イオンが存在するとモデル汚れ物質 (タンパク質) の除去速度が格段に向上することを明らかにした.また, 各種モデル汚れ物質や基板材質に対する有効性についても検証した.

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1990年代以降, 日本に続き欧州, 米国で静水圧を利用した食品の加工技術が研究された.筆者らも静水圧の研究を開始したが, 実用的な観点から特に100MPa以下の比較的低い静水圧の利用を考えた.その結果, 微生物の発育を抑制できる静水圧は, 微生物の種類によって異なるが, 40-70MPaの範囲にあった.例えば, 酵母, 乳酸菌, 枯草菌はそれぞれ40MPa, 70 MPaおよび50MPaで発育が抑制された.これらの静水圧による微生物の発育抑制を, 魚の自己消化に適用した.カタクチイワシ, イカ肝臓およびナマコ内臓の自己消化を静水圧下で行ったところ, それぞれの素材は腐敗を抑制しながら自己消化が非常に速く進行することがわかった.それぞれの分解液の全窒素, フォルモール態窒素および全アミノ酸は, 20%食塩を添加して行う従来の方法と比較して高い濃度となった.静水圧下での魚介類の自己消化を実施することのできる装置は東洋高圧 (株) (広島) で開発され, この装置によって, 圧力酵素分解技術を行うことが可能となった.本技術が今後様々な水産魚介類で実施されることを期待する.

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食品製造機器表面に対する微生物の付着は, 一般に除去および殺菌が困難とされるバイオフィルム形成の初期段階ともなるため, 食品製造現場の衛生を保つ上で極めて重要な研究課題である.しかし, これまでの研究報告では対立する結果が報告されている例も少なくなく, 微生物の機器表面への付着に対する各種因子の影響を統一的に解釈できる状況には至っていない.菌種による表面特性や付着様式の差異が影響している可能性もあり, より多くの菌種に対する検討結果の蓄積が望まれる.本研究では, 食品製造現場で検出されることが少なくない表皮ブドウ球菌Staphylococcus epidermidisを対象としてとりあげ, そのステンレス鋼表面に対する付着挙動について検討した.
付着実験は, 表皮ブドウ球菌の懸濁液にステンレス鋼板を浸漬する形で行い, 拭き取り法とコンタクトプレート法を合わせた方法によりステンレス鋼板上に付着した菌数を計数した.なお, 表皮ブドウ球菌の付着に影響を及ぼす因子として, 菌懸濁液の初期菌濃度, 懸濁媒体の成分, ステンレス鋼表面の粗さに着目した.初期菌濃度10²-10⁴CFU/mlの範囲では, 付着実験開始30分後には低レベルながら菌の吸着が見られた.付着菌数はその後徐々に増加し, 3時間後までには最大値となり, それ以降は有意な付着菌数の変化は見られなかった.この間, 懸濁液中の菌濃度は変化することなく, したがって付着菌数の増加は増殖によるものではないことが示された.また, ステンレス鋼表面に付着した菌の表面密度が懸濁液中の菌濃度にほぼ比例していた.懸濁媒体の影響については, 有機物の存在が付着菌の表面密度を増加させることが示された.さらに, 表面粗さの大きなステンレス鋼表面 (R_a=1.37μm) に付着する菌数は, 滑らかな表面 (R_a≦0.14μm) に比べて有意に多いことが明らかになった.なお, このように付着した菌に対して撹拌槽を用いた脱離実験を行ったところ, 撹拌によるせん断力を加えても, 脱離した菌の割合は50-82%に留まり, 少なくとも付着菌の一部は不可逆的に付着していることが示された.さらに, 菌の付着状況を走査電子顕微鏡で観察したところ, とくに表面粗さの大きなステンレス鋼表面では, 比較的深い研磨痕 (クレバス) に表皮ブドウ球菌がクラスタを形成して付着している割合の高いことが判明し, 研磨痕や損傷による表面の凹凸の深さが表皮ブドウ球菌の付着に大きな寄与をすることが示唆された.

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近年、イグサの廃棄量の増加に伴い、イグサ廃棄物の新規利用法の開発が望まれている。イグサは調湿性などの性質を有し、カビの生育に適している。一方、グルコアミラーゼは食品工業などで利用されており、有用である。著者らは、これらのイグサ廃棄物のRhizopus属によるグルコアミラーゼ生産用基質としての利用を検討した。
使用菌株は、高グルコアミラーゼ生産菌株であったR.cohniiを用いた。イグサ培地を用いた際、1034U/ (g substrate) を示した。このイグサ培地に有機窒素源、特に酵母エキスを添加した場合、グルコアミラーゼ生産が約3倍増大した。この時、プロテアーゼの生産が阻害されていた。グルコアミラーゼの生澱粉分解部位は、プロテアーゼの存在により切断されることが知られている。その結果、生澱粉分解能が増大する結果となった。
さらに、R.cohniiにおけるイグサ廃棄物の形状の違い (1cm長にカットしたサンプル、ハニカム構造を維持した微粉砕したサンプル、ハニカム構造を破壊したサンプル) によるグルコアミラーゼ生産への影響を調査した。その結果、ハニカム構造を維持した微粉砕サンプルが最も高い活性を示し、9204U/ (g substrate) であった。イグサ廃棄物、ゴザ廃棄物および従来のグルコアミラーゼ生産で利用されている小麦フスマでの生産性を比較した結果、ほぼ同等の生産性を示した。以上より、有機窒素源の添加およびイグサの形状を考慮することイグサ廃棄物のグルコアミラーゼ生産基質への応用は可能であることが示唆された。

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Since heating by infrared radiation can heat directly liquid food, the surface of the food becomes a high temperature, and stainless steel plate which has contacted the food would be maintained a low temperature. As a result it seems to be able to reduce the adhesion of the fouling in the stainless steel plate, which was an important problem in the conventional heat exchanger. In this study we developed the continuous heating equipment using far-infrared radiation, and verified that this system is practically available to pasteurization. In this developed equipment, the liquid food flows down as a thin liquid film, because the penetration of radiation energy to the water is low and the heating of the liquid inside is difficult. Using this equipment, increased temperature of the sample was measured by changing the heating conditions such as supplied electricity to the heater and the liquid flow conditions such as flow rate. The result showed that the increased temperature rises, as liquid film thickness thins, and that the sample temperature could be heated to about 80°C. Using lactic acid bacteria and yeast, the pasteurization experiments were performed. As the result, the death of the bacterium and the yeast could be confirmed, and the effectiveness of this equipment could be verified.

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我々は米タンパク質加水分解物 (RPH) を添加した麹汁培地を用いて, 新奇に単離した乳酸菌によるバクテリオシン生産について検討した.また, 生産されたバクテリオシンの清酒の腐敗に関連する細菌 (火落菌) に対する抗菌活性についても検討した.清酒より単離した火落菌の16S rRNA遺伝子の部分塩基配列は, Lactobacillus fructivorans, Lactobacillus hilgardiiおよびLactobacillus payacaseiと高い相同性を示した.バクテリオシン生産菌Enteyococcus durans C102901 (C102901) , Lactococcus lactis subsp.lactis C101910 (C101910) およびLactococcus lactis subsp.lactis NBRC 12007 (NBRC 12007) はRPHを添加した麹汁培地中で良好な増殖を示し, 高活性なバクテリオシンを生産した.C101910とNBRC 12007によって生産されたバクテリオシン溶液を培地に対して10% (v/v) の割合で添加した結果, L.fructivorans NBRC 13954^Tの増殖は顕著に阻害され, その生菌数は, 4時間目には検出限界 (1.0×10²cells/ml) 以下まで減少した.また, C102901, C101910およびNBRC12007によって生産されたバクテリオシン溶液を培地に対して1% (v/v) の割合で添加した結果, L.hilgardii NBRC 15886^TとH130株 (単離した菌株) の増殖は殺菌的に抑制され, その生菌数は, 初期の生菌数と比較して, 培養4時間から12時間以内に3オーダー以上減少した.

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種々の食品酵母株のスクリーニングテストによって, Candida utilis NBRC1086がローカストビーンガム (LBG) 培地で生育できることが明らかになった.C.utilisは, 0.5% (w/v) LBG, 0.3% (w/v) (NH₄) ₂SO₄, 0.02% (w/v) MgSO₄・7H₂O, 0.01% (w/v) Yeast extract, 0.15% (w/v) NaH₂PO₄, 0.1% (w/v) KH₂PO₄を含むLBG培地 (pH5.0) で, 24時間培養された.また, C.utilisは, 培地中にβ-マンノシダーゼを生産することによってLBG (300kDa) を短鎖LBG (120kDa) に分解していた.各々のLBGは, ゲルろ過クロマトグラフィによって分離された.短鎖LBGの単一性はペーパークロマトグラフィとGPC分析によって確認された.短鎖LBGの酸加水分解物のマンノースとガラクトース比は, 2.8: 1であった.精製した短鎖LBGは, 50μg/ml濃度で高い凍結保護活性 (100%) を示し, LBGやマンナンおよび他の糖よりも高い活性であった.この凍結保護活性は乳酸脱水素酵素とアルコール脱水素酵素に特異的であった.精製短鎖LBGのCP50は, 8.3×10nMであり, この値は牛血清アルブミンの約5分の1であった.また, 精製した短鎖LBGは, 冷凍液卵を安定化させることも確認できた.我々は, 短鎖LBGが多様な冷凍食品に対して凍結保護剤の可能性をもっていると期待している.

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褐藻類のワカメは, 加熱することによって褐色から緑色へと変化する.この特性は, 貯蔵時間の経過に伴い徐々に失われる.加熱前後の葉体の反射スペクトルを測定した結果, 加熱前の生鮮ワカメは580nmに最大反射率を示す波長が存在したが, 加熱後は560nmへと変化することがわかった.そこで, この波長の変化を評価することにより, 酸素がワカメの鮮度に与える影響を検討した.その結果, 酸素ガス中で貯蔵することによって, 加熱により波長が変化する期間が長く保たれることがわかった.貯蔵温度が低い場合もまた, 同様の効果を示した.これらの結果は, 酸素ガスに呼吸のような生理活動に基づいておこるワカメの鮮度低下を抑制する効果があることを示している.以上より, 酸素ガス中での貯蔵は, 生鮮ワカメの鮮度保持に有効であることが明らかとなった.

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豆腐の製造過程で発生するおからは産業廃棄物扱いとなり, その処理法の1つとして乾燥して再利用しようという考えがある.そこで, 乾燥ドラムと分級チャンバ, サイクロン分離器よりなる新しい乾燥器を考案した.ドラムには直径5mmのセラミックボールが入れてあり, おからはこれにより粉砕され熱風により流動化している.おからを投入した運転状態で供給燃料流量, 空気流量, 温度分布, 湿度などの測定を行った.ガスの温度降下から乾燥の大半はドラム内で行われている.乾燥器内の水蒸気の質量バランスから求められる装置出口の湿度は, 測定した出口湿度と良く一致しており, 運転状態が合理的である事を示している.また乾燥器内の熱量バランスから乾燥装置の熱効率は80%程度となる.今回開発した装置により焦げを発生することなく連続的に効率よく乾燥できる事がわかったが, 比較的小容量なので大容量化する必要がある.

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マイクロ波加熱により食品の加熱殺菌を行う場合, 加熱庫内に配置した食品に加熱ムラが生じ, 加熱不足における殺菌不良や過加熱による食品の劣化が問題となっている.
本論文では, 先に報告している蒸留水の配置による均一加熱手法を応用し, 誘電体を食品の周囲へ配置することによる均一加熱手法を提案した.本手法を用いることで, 乾燥下における加熱殺菌処理が可能となる.また, 材料の誘電率および厚みを変化させ, 食品内部における吸収電力分布の制御が可能となる.
我々は, 食品内部における吸収電力及びさらに周囲の誘電体内部における損失電力に着目し, 本手法の評価を行った.その結果, 食品周囲へ高誘電率材料を配置することにより均一な加熱が可能であることを示した.しかし, 配置する誘電体の複素比誘電率を上昇させた場合, 誘電体内部における損失電力が増加することから加熱効率が低下することも確認できた.本手法においては, 均一加熱と加熱効率の間にトレードオフの関係があり, 配置する誘電体の複素比誘電率および厚みに最適値が存在すると考えられる.

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