ヨード比色分光測定による米澱粉 特性の評価方法 - jst...f2 f2 λmax λmax 900.0...
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1
ヨード比色分光測定による米澱粉特性の評価方法
新潟大学 農学部 応用生物化学科
教授 大坪 研一
新潟大学 農学部 応用生物化学科
准教授 中村 澄子
2
*
Wheat flour koshihikarii EM10
(mg
/dL
)
食後血糖量の変化
コメの消化性は、アミロース含量と、アミロ
ペクチンの構造が大きく影響する（右図）
Ae 突然変異米のように、分岐型のアミロペクチンに長鎖の多い米は難消化性澱粉が多く、糖尿病予防などの機能性が期待される
アミロースは、分岐の少ないグルコース重合体であり、その含量は湖面尾食味や加工適性に大きく影響する。一方、最近、分岐重合したアミロペクチンの重要性が指摘されている。
背 景
研究目的
本研究では、従来、多段階酵素処理とHAPAEC-HPLCによって測定されていたアミロペクチン分子構造や、酵素法で測定されてきた難消化性澱粉含量を、簡易な分光分析によって推定可能とする技術の開発を目的とした
EM10 0 30 60 90 120
50
100
150
200
250
(min)
3
３．低アミロースジャポニカ、高アミロースインディカ、アミロペクチン
長鎖型突然変異米などの各種のコメを試料とし、アミロペクチン
の鎖長分布分析をHPAEC-PAD 法で測定し、ヨード比色法に
よる測定結果と比較解析した。
１．澱粉のアミロース含量は、ヨード比色法で、200nm to 900 nm
の走査分析を行った。
２．難消化性澱粉はAOAC公定法のメガザイムキットによって測定
し、アミロース含量やヨード比分析結果と比較解析した。
4
高アミロースインディカ
Yumetoiro, Koshinokaori,
Mizuhochikara, Ekkako
超硬質米
EM10, EM189, EM72, EM129, EM16,
EM174, EM145, Hokurikukona243go
もち米 一般良質米
Koganemochi, Hakuchomochi,
Hiyokumochi, EM21
Koshihikari, Hitomebore, Akitakomachi,
Yumepirika, Hinohikari, Taiwan delicious
rice, Kitsurin88go
一般米
Kinmaze, Kamenoo,
Kirara397
日印交雑米
Hoshiyutaka, Jasmin rice, Taiwan
aromatic rice, Carnaroli,
Super hybrid rice, Kareimai
各種の試料米(３２品種)
5
-2.00
3.00
8.00
13.00
18.00
23.00
28.00
33.00
38.00
43.00
アミロース含量
米澱粉のアミロース含量
Samples
(%)
6
F1 : From B nm to 400nm（Area: cm2） F2 : From 400 nm to λmax （Area: cm2）
Fig 3. 米澱粉のヨード比色走査分析
F3 : From λmax to 900 nm（Area: cm2）
200.0 900.0
0.000
2.500
400.0
F1 F2
λmax B
F3
Aλmax
nm nm nm
1 1
2 2
3
4
3
4
5 5
6 6
H OH
H OH
H H
OH
H O
CH2OH
H
O OH
OH
OH
CH2OH
H
H
H
H
Absorb
ance
Wavelength
7
（A）High-amylose rice （B）Glutinous rice
Fig 4 高アミロースインディカともち米のヨード比色分析
Yumetoiro
Koshinokaori
λmax
F1
F1
F2
F2
F3
F3
Aλmax
λmax
Aλmax
Hiyokumochi
Koganemochi
F1
F1
F2
F2
F3
F3
λmax
Aλmax
Aλmax
λmax
200.0 900.0 nm nm 900.0 200.0 nm nm
nm
nm 200.0 nm 900.0 200.0 900.0 nm
nm
Absorb
ance
Absorb
ance
A
bsorb
ance
Absorb
ance
Wavelength Wavelength
Wavelength Wavelength
8
（C）Delicious rice
λmax
λmax
Koshihikari
Akitakomachi
F1
F1
F3
F3
F2
F2
λmax
λmax
Aλmax
Aλmax
（D） Super-Hard rice
EM10
Hokurikukona243go
F1
F1
F2
F2
F3
F3
Aλmax
Aλmax
λmax
λmax
Fig5 良質米と超硬質米のヨード比色分析
200.0 200.0
200.0 200.0
900.0 900.0
900.0 900.0 nm nm
nm nm
nm nm
nm nm
9
200.0 900.0
0.000
2.500
400.0
F1 F2
λmax B
F3
Aλmax
nm nm nm
Ordinary rice
Glutinous rice
Fig 6. ヨード比色分析結果の新規解析方法
Short 1,4 glucan Long 1,4 glucan
High amylose
Low amylose
1
1
2
2
3
3
4
5
5
6
6 H OH
H OH
H H
OH
H O
CH2OH
OH
OH
OH
CH2
H
H
H
H
O
O
OH
H 4
New λmax = Amylose content / (λmax – Glutinous λmax)
Resistant ｓtarch
10
λmax New λmax Aλmax F1＋F2 F1 F2 Amylose RS
λmax 1.000
New λmax 0.231 1.000
Aλmax 0.320 0.969 1.000
F1＋F2 0.690 0.795 0.869 1.000
F1 0.136 -0.480 -0.450 -0.186 1.000
F2 0.519 0.863 0.912 0.912 -0.572 1.000
Amylose 0.503 0.925 0.975 0.937 -0.394 0.946 1.000
RS 0.133 0.597 0.598 0.518 -0.272 0.545 0.556 1.000
Correlation significant at 5%(blue letter) or 1%(red letter) by t test
ヨード比色分析結果とアミロース含量、難消化性澱粉含量の相関
11
R2 ＝0.987
16
21
22
2
15
20
7 8
6
10
Observed value
Theoretical value
Predictor of Amylose content
Ob
se
rva
tio
n o
f A
mylo
se
co
nte
nt
1, EM10; 2,Hokurikukona243go; 3, EM189; 4, EM72; 5, EM129; 6, EM21; 7,EM16; 8,Kinmaze; 9,Koganemochi; 10, Hakuchomochi
Amylose content = 73.30716 × Aλmax + 0.111233 × λmax – 73.0163
A Estimation formula B Examination estimate formula
with unknown samples
Predictor of Amylose content
Ob
serv
ati
on
of
Am
ylo
se c
on
ten
t
12
17
11
13
19
5
1
3 4
9
18
14
R2 ＝0.998
1
2
3
4 5
6
7
8
9 10
Observed value
Theoretical value
A
B 1,Yumetoiro; 2,Hoshiyutaka; 3,Kamenoo; 4,Kirara397; 5,Koshinokaori; 6,Hinohikari; 7,Hitomebore; 8,Akitakomachi; 9,EM174;
10,EM145; 11,Koshihikari; 12,Hiyokumochi; 13,Yumepirika; 14,Kitsurin88go(China); 15,Jasmin rice(Thailand); 16,Taiwan delicious rice;
17,Taiwan aromatic rice; 18,Carnaroli(Italy);19,Kareimai; 20,Mizuhochikara; 21,Super hybrid rice(China);22,Ekkako.
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40
アミロース含量の推定結果
12
A Estimate formula B Examination estimate formula
with unknown samples
１
２ ３ ４
５
６
７
８
９
１０ １１
１２
１
２
３
４
５
６ ７
８
９
１０
Observed value
Theoretical value
Observed value
Theoretical value
Predictor of RS content Predictor of RS content
Ob
se
rva
tio
n o
f R
Sc
on
ten
t
Ob
se
rva
tio
n o
f R
S c
on
ten
t
R2 ＝0.871 R2 ＝0.870
1,Taiwan delicious rice, 2, Kitsutin 88go, 3, Taiwan aromatic rice, 4, Hitomebore, 5, Kinmaze, 6, Koshihikari, 7, Akitakomachi, 8, Carnaroli,9, Ekkako
10, EM10, 11, EM72, 12, EM129 A
0
2
4
6
8
10
12
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
1,Yumepirika, 2, Kirara397, 3, Kareimai, 4, Jasmin rice, 5, Mizuhochikara, 6, Hinohikari, 7, Kamenoo, 8, Yumetoiro,9, Hokurikukona243go,10, EM174, B
RS content = 21.18792×new λmax – 3.50234
難消化性澱粉の推定結果
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12 14 16
13
R2 ＝0.906
アミロペクチン鎖長の推定結果
1
2
3
4 5
6
7
8
9 10
Observed value
Theoretical value
Predictor of DP22
Ob
se
rva
tio
n o
f D
P2
2
1, EM10; 2, Hokurikukona243go; 3, EM189; 4, EM72; 5, EM129; 6, EM21; 7, EM16;
8,Kinmaze; 9, Koganemochi; 10, Hakuchomochi
DP22 = 1.29639 × A λmax + 2.699935
2.7
2.8
2.9
3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
R2 ＝0.947
1
2
3 4
5
6
7
8
9 10
Observed value
Theoretical value
Predictor of DP10
Ob
se
rva
tio
n o
f D
P1
0
DP10 = -7.07147 × F2 + 8.970789
0
1
2
3
4
5
6
7
1 2 3 4 5 6 7
A Estimate formula B Estimate formula
14
従来技術とその問題点
既に実用化されているものには、イソアミラーゼによる澱粉分子枝切り後に高速液体クロマトグラフで文理検出するゲル濾過法等があるが、
多段階の酵素処理による煩雑さと高コスト性
検出に高価格の散乱検出装置を要する
等の問題があり、広く利用されるまでには至っていない。
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新技術の特徴・従来技術との比較
• 従来技術の問題点であった、高コスト性、煩雑さを改良することに成功した。
• 従来は高コスト、多段階操作という点で大学や研究機関での使用に限られていたが、分光分析という簡易技術を開発できたため、広く普及することが可能となった。
• 本技術の適用により、難消化性澱粉の定量やアミロペクチンの鎖長分析が簡易に実施できるため、分析コストが１／１０程度まで削減されることが期待される。
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想定される用途
• 本技術の特徴を生かし、機能性をもつ難消化性澱粉の測定適用することで、コメなどの機能性や食味・加工特性を簡易に評価できるというメリットが大きいと考えられる。
• 上記以外に、澱粉のアミロペクチン鎖長分布も測定可能で、研究用にも期待できる。
• また、達成された技術に着目すると、澱粉科学やコメの品質評価といった分野や用途に展開することも可能と思われる。
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実用化に向けた課題
• 現在、コメの澱粉について難消化性澱粉の定量やアミロペクチン鎖長分布の測定が可能なところまで開発済み。しかし、自動測定装置の開発の点が未解決である。
• 今後、装置開発についての実験データを取得し、自動分析装置の開発に適用していく場合の条件設定を行っていく。
• 実用化に向けて、測定の精度を０．１％まで向上できるよう技術を確立する必要もある。
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企業への期待
• 未解決の自動測定装置の開発については、分光測定器の自動化の技術により克服できると考えている。
• オートアナライザーや分光分析装置の技術を持つ、企業との共同研究を希望。
• また、コメ新品種を開発中の機関、機能性食品分野への展開を考えている企業には、本技術の導入が有効と思われる。
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：ヨード比色分光測定による米澱粉特性の評価方法
• 出願番号 ：特願2013-188951
（平成25年9月12日）
• 出願人 ：新潟大学
• 発明者 ：大坪研一、中村澄子
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産学連携の経歴
• コメ品種判別キットの開発（タカラバイオ社より実用化）
• 新潟県産コシヒカリの判別キットの開発（タカラバイオ社より実用化）
• 糊化特性試験装置の改良（フォス・ジャパン社により実用化）
• 即席玄米雑炊の開発（キユーピーと共同開発、実用化）
• 紫黒米の米粉パンの開発（ボン・オーハシ社により実用化）
• トマトパンの開発（ボン・オーハシ社により実用化）
