Microsoft PowerPoint - 第14回ヘルスケア研究会熊谷（公開用）130729

食品ハイドロコロイドの構造と物性

ハイドロコロイド

直径

_{10～1000 nmの粒子が水を連続相に分散している状態}

（コロイド状態を制御するために使用される多糖類やタンパク質）

ハイドロコロイドの機能

増粘，ゲル化，保水，分散，安定，皮膜形成，起泡，乳化

テクスチャーモディファイヤー

マヨネーズ，ドレッシング，デザートゼリー，アイスクリームなど

近年

超高齢社会

咀嚼や嚥下機能に障害を持つ人の増加

咀嚼・嚥下障害用介護食

：

ゲル化剤

，

増粘剤

ハイドロコロイドの用途

分離担体，固定化担体

増粘剤・ゲル化剤中の高分子の

絡み合い構造（ハイドロコロイド）

キサンタンガムの化学構造

（繰り返し単位）

：単糖単位

_{キサンタンガムの}

高分子絡まりあい構造

粘性・弾性

ゾルとゲルの高分子分散構造

ゾル・ゲル転移 ⇔ 濃度・温度変化

_etc.

Sol

Gel

高分子鎖

高分子は独立に存在

絡まりあい

_etc.

粘性的（液体）

弾性的（固体）

分散媒

水

架橋点

3次元ネットワーク構造

物性とは？

工学的モデル中の

物性

テクスチャー評価のための

物性

基礎科学における

物性

食品の二次機能，官能評価・おいしさ

プロセスの最適化

咀嚼・嚥下特性

大変形下での測定

試料の大きさ，形状に依存

試料の内部構造

品質管理

x

y

速度

V [m/s]

_力

_{F [N]}

板

_{(面積 S [m}

2

])

y

₀

[m]

流体

:

ずり速度

V

y

₀

:

ずり応力

(

剪断応力

)

F

S

静止

粘度

_{: 流体の流動性の尺度}

→ が大きいほど流れにくい

粘度

F

S

= Vy

₀

[Pa･s]

= ・

定常状態

_{(速度 profile が安定)}

層流

・

粘度

_{(粘性率, viscosity)}

物性値

F

S

V

y

₀

=

= ・

ニュートン流体

・

(a) 円間内流動 (層流) に関する

Hagen-Poiseuille の法則

R

体積流量 Q [m

s

]

流体

粘度

[Pa s]

(b) 流体中の球状粒子の沈降 (または浮上) 速度式

R [m]

[kg m

_]

密度

粒子

速度 V

[m/s]

[kg m

_]

流体

密度

流体

粘度

流体

物性値を含む工学モデル・理論の例（

_{Newton 流体に関して）}

Q =

P R

8

L

圧力差

粘度値

V =

2R

₍

– ) g

9

[Pa s]

_応用例）

エマルションの安定性（クリーミング）

必要な均質化サイズ

(層流)

P [Pa]

L [m]

[m]

_流速

Q は圧力差

Pに比例

流速

Q は粘度

に反比例

（粘度が大きいほど流れにくい）

速度

_V

は粘度

に反比例

（粘度が大きいほど動きにくい）

粒子径が

1/100なら速度は1/10000

比粘度

_sp

_{= ( -}

_s

_)/

_s

₌

_rel

_{- 1}

相対粘度

_rel

_{= /}

_s

アインシュタインの粘度式

極限粘度〔 〕

= [

_sp

/C]

_C→0

溶液の比粘度，還元粘度，極限粘度

還元粘度

_red

₌

_sp

_/C

剛体球のサスペンションの粘度

sp

= 2.5

: 粒子の体積分率

c: 粒子の濃度 [g/cm

_{-溶液], : 粒子密度 [g/cm}

_{-粒子] として， = c/}

∴

_red

₌

_sp

_{/c = 2.5/}

i. e. 還元粘度

が濃度によらず一定

溶液粘度

s

: 溶媒粘度

C: 濃度

濃度

C

濃度

C

分子間の

相互作用大

=

/c

〔 〕

0

溶液（ゾル）の非ニュートン流動

流れ方向（層流）

粘度

ずり速度

・

小

ずり流動化

(Shear thinning)

ずり速度 ・

ずり速度

・

大

巨視的な

物性

分散構造

動的粘弾性測定

変数変換

G

'

: 貯蔵弾性率 [Pa]

'

: 動的粘性率 [Pa･s]

G '

'

tan =

損失弾性率

_{G ": (≡}

_{' ) [Pa]}

複素弾性率

_{G *}

_{= G ' + i G " [Pa]}

複素粘性率

_*

≡

_{G */(i ) =}

_'

_{- i " [Pa･s]}

" ≡ G '/

応力

ひずみ

位相 遅れ

:

角周波数

_[rad/s]

弾性体

_{= 0}

粘性体

= /2

粘弾性体

(G ', ')

log

log

lo

g

G

'

lo

g

G

"

log

log

lo

g

'

lo

g

G

'

lo

g

G

"

真のゲル

(弾性的ゲル)

弱いゲル

(構造化した液体)

真の高分子溶液

(濃厚高分子溶液)

希薄な高分子溶液

lo

g

G

'

lo

g

G

"

-1

G '

_{G '}

lo

g

G

'

lo

g

G

"

G"

G"

G '

G"

G"

1

'

lo

g

'

'

G '

2

食品ハイドロコロイドのレオロジー挙動

一般に

観測時間が長い

(角周波数 小)

液体的

(流動)

観測時間が短い

(角周波数 大)

固体的

G '

G "

基礎研究

・内部の高分子の絡み合い・分散構造

・分子のダイナミックス

・構造物性相関

応用上

・ハイドロコロイド内の構造

・マクロに発現する物性挙動

の有効活用

ハイドロコロイドの物性

基礎

1.

パーコレーション理論

によるゾル－ゲル転移点近傍

における食品の力学物性の解析

2.

誘電緩和法

によるハイドロコロイド中の

高分子の分散構造の解析

講演内容

応用

3

.嚥下困難者用介護食

の物性に関する研究

1. パーコレーション理論によるゾル－ゲル転移点近傍

における食品の力学物性の解析

パーコレーション（

_{Percolation）モデル}

P

_bond

P

_site

: 有限クラスター

:

無限クラスター

図では

P =P

_site

and P

_bond

= 1

P < P

_c

P =

P

_c

（

パーコレーション転移点

）

P > P

_c

高分子網目構造

水和した高分子

高分子鎖間

の結合

C < C

_g

（ゾル）

C =

C

_g

（

ゾル－ゲル転移点

）

C > C

_g

（ゲル）

P

C

Site

percolation

Gel

Sol

0

1

0

1

P

_site

P

bo

nd

P

_site

Polymer concentration

Aging time ?

Temperature

P

_bond

Percolation model and Sol-Gel Transition

bond

スケーリング則

（

_{Scaling law）}

|P - P

_c

|

- s

G

|P - P

_c

|

t

|P - P

_c

|

-s

_{|C - C}

g

|

-s

G

|C - C

_g

|

t

s : 粘度 の

臨界指数

: ゾルの粘度

C

_g

: ゾル－ゲル転移 (ゲル化) 点濃度

C: 高分子濃度

t : 弾性率 G の

臨界指数

G : ゲルのずり弾性率

スケーリング則の濃度による表現

パーコレーションモデルによる臨界指数

_{s, t の計算値}

s =

0.7~0.8

（常電導体と超電導体の混合系のコンダクタンスから）

t =

1.7~2.0

（常電導体と不導体のコンダクタンスから)

ランダムレジスターネットワーク

濃度変化によるゾル

_{-ゲル転移とスケーリング則}

ゾル

ゲル

高分子

G '

１

_/

ゾル

ゲル

濃度

C

ゾル‐ゲル転移点

_C

_g

|C

_g

- C|

-s

_G

_{|C - C}

g

|

t

s

= 0.7~0.8

t

= 1.7~2.0

濃度

C

'

[×10

_{kg/kg-solution]}

0 2.0 3.0

4.0

0.1

0.2

0.3

0

1/

[(

m

P

a･

s)

]

ずり速度

[s

_]

, 1.92

, 3.83

, 19.2

, 38.3

ゲル化点濃度

C

'

Percolationモデルによるゼラチンゾルの粘度

の解析

1/ の濃度依存性

0.1 1

(C

'–C) [×10

_{kg/kg-solution]}

10

100

[m

P

a･

s]

1

Slope (

-s

):

～

_-1

粘度の

臨界指数

s

の算出

温度：

20 ℃

ゲル化点濃度

C

'

Percolationモデルによるゼラチンゲルの弾性率 G 'の解析

1 10

(C – C

) [×10

_{kg/kg-solution]}

10

10

10

D

yn

am

ic

S

he

ar

M

od

ul

us

G

' [

P

a]

Slope (

t

):

2.05

5 10 15

濃度

C [×10

_{kg/kg-solution]}

0

200

400

600

800

D

yn

am

ic

S

he

ar

M

od

ul

us

G

' [

P

a]

弾性率の

臨界指数

_t

の算出

弾性率

G '

の濃度依存性

温度：

20 ℃ 測定周波数： 2 Hz.

計算値

(T

1

– T) [℃]

10

1000

100

10

D

yn

am

ic

S

he

ar

M

od

ul

us

G

' [

P

a]

ゼラチンゲルの弾性率

G'の臨界挙動（温度変化）

Slope (

t

):

1.92

Concentration:

0.100 kg/kg-solution

30 40 50 60

Temperature T [℃]

T

= 55 ℃

C

or

re

la

tio

n

L

en

gt

h

[

m

]

60

40

20

0

-カラギーナンの動的光散乱測定（温度依存性）

Conc. of - carrageenan: 1×10

_{kg/kg-solution}

(C – C

0.2 0.5 1.0

) [×10

_{kg/kg-solution]}

10

20

50

5

D

yn

am

ic

S

he

ar

M

od

ul

us

G

' [

P

a]

Slope (

t

):

1.74

D

yn

am

ic

S

he

ar

M

od

ul

us

G

' [

P

a]

(T

– T) [℃]

2 5 10 20

10

100

1

Slope (

t

):

1.80

-カラギーナンゲルの弾性率 G'の臨界挙動

(C – C

1

) [×10

_g/cm

_]

100

10

without salt

G

' [

Pa

]

Slope:

1.9

0.1 1 10

1000

100

1

10

0.1 M Na

SO

G

' [

Pa

]

Slope:

1.9

Slope:

1.8

1000

100

10

1.0 M NaCl

1 10

G

' [

Pa

]

塩添加ゼラチンゲルの弾性率

G'の臨界挙動

(C – C

) [×10

_g/cm

_]

(C – C

) [×10

_g/cm

_]

スケーリング仮説：系に特徴的な長さのスケールを変えたときに，

系を記述する式の関数系が変わらない．

スケーリング則に関する補足

べき乗関数

y = kx

p

_{(k: 定数) あるいは y ∝ x}

p

スケーリング則

粗視化した見方

一種の

自己相似性

x

→

_{x のとき y = k( x)}

p

_{= k'x}

p

_{(k' = k}

p

₎

[参考]

フラクタル

_{(fractal) 自己相似性の物体}

R

: particle

M ∝ R

(a) コッホ曲線 (Koch curve)

フラクタル次元

D

= 1.2618…

(b) 凝集体のフラクタル次元

D

の算出

D

≈

1.8

D

≈

2.1

(c) Computer simulation で得られた

凝集体のフラクタル

(a) コッホ曲線 (Koch curve)

フラクタル次元

D

= 1.2618…

加熱凝集ゲルの弾性率の挙動は

内部の

mオーダーの凝集体のフラクタル構造

の反映．

2. 誘電緩和法によるハイドロコロイド中の

高分子の分散構造の解析

電気物性 ⇔ 高分子の分散構造

①

_{BSA（球状タンパク質）}

Debyeの理論

② ゼラチン

分子の絡み合い構造

③ 電解質高分子（アルギン酸）

希薄溶液

・

準希薄溶液

の概念

絡み合いの

閾値濃度

_C*

スケーリング則

R : 電気抵抗

G : コンダクタンス

G = 1/R

電気双極子

電導電荷

+

-+

C

-

_-

+

₊

-+

-+

コンデンサー容量

C

電流

I

電流

I

電圧

V

電圧

V

試料

誘電率

_{= C S}

d

d : 電極板間距離

S : 電極板面積

e

: 真空の誘電率

比誘電率（

誘電率

) :

'

=

e

電気伝導度

_{: '}

_{= G}

S

d

.

+

-+

-+

-+

-+

-+

-誘電緩和現象

f

_m

電場

E

電場

E

誘電率

'

電気伝導度

'

高周波数域

低周波数域

周波数

誘電損失

''

'' =

'

2

fe

e

: 真空の誘電率

+

-

電気双極子

緩和時間

₌

2 f

_m

1

緩和強度

BSA (球状タンパク質) およびゼラチンの誘電緩和

10

₁₀

₁₀

₁₀

₁₀

Frequency [Hz]

70

80

90

'

'

70

80

90

BSA

40°C

25°C

BSA

40°C

gelatin

80

90

100

80

90

100

'

'

_gelatin

25°C

10

₁₀

₁₀

₁₀

₁₀

Frequency [Hz]

0.010 [kg/kg]

0.005 [kg/kg]

0.002 [kg/kg]

Concentration

0.10[kg/kg]

0.05[kg/kg]

0.02[kg/kg]

Concentration

BSA（球状タンパク質）溶液の誘電緩和

Debyeの理論

R

_R

_{：粒子の半径}

k

：ボルツマン定数

T ：絶対温度

：系の粘度

= 4 R

_k

3

B

T

E = E

e

25℃

Slope: 2.78×10

R = 4.7nm

40℃

Slope: 3.23×10

R = 4.5nm

0 1 2 3

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0

[

s]

[mPa･s]

ゼラチン溶液の緩和時間

と溶液粘度

Coil

Helix

40°C

25°C

0 1 2

[mPa·s]

0.8

0.6

0.4

0.2

10

20

30

[

s]

[

s]

Fig. アルギン酸ナトリウムの相対粘度

_rel

の

濃度依存性

0.01

0.1

1

10

Concentration [mM]

1

2

10

rel

rel

= /

s

溶液粘度

s

: 溶媒粘度

: Cole-Cole 式にfitting

10

1

₁₀

2

₁₀

3

₁₀

4

Frequency (kHz)

-∞

0

2

4

6

8

10

12

1 mM

: Monomer Concentration

0.4

0.2

0.07

0.05

0.03

0.02

アルギン酸ナトリウムの誘電緩和

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

polyelectrolyte

counterion

d

d/2

-d/2

e /kT

1

x

Diameter of the bound region

d

= 2D

Concentration of the bound counterion

N

=

3kT

2D N

q

D, Diffusivity of the counterion; k, Boltzmann constant;

N

, Avogadro's number; q, Charge of the counterion;

線状高分子電解質溶液の希薄･準希薄溶液

高分子電解質

希薄

_{(Dilute) 溶液}

準希薄

_{(Semi-dilute) 溶液}

:

相関長

自由体積

_{V と相関長}

（

希薄溶液

）

（

準希薄溶液

）

V

3

_V

2

C

-1/3

_C

-1/2

高分子の重なり合いのしきい値

_{(濃度): C*}

希薄溶液と準希薄溶液の境界

および

に関する

スケーリング則

（希薄溶液）

（準希薄溶液）

V

3

_V

2

C

-1/3

_〜

_d

_C

-1/2

（準希薄溶液）

（希薄溶液）

∝

_C

1/3

_∝

_C

0

∝

_C

-2/3

_∝

_C

-1

粘度に関する

スケーリング則

（希薄溶液）

_sp

= ( -

_s

)/

_s

∝

C

1

（準希薄溶液）

= /

∝

C

1/2

溶液粘度

rel

: 相対粘度

s

: 溶媒粘度

sp

: 比粘度

C*

0.01 0.1 1 10 100

Slope:

-2/3

Slope:

-1

(b)

10

10

10

D

/[

]

0.01 0.1 1 10 100

C*

Slope:

1

Slope:

1/2

1.1

2

10 (c)

C

]

(a)

Slope:

1/3

Slope:

0

C*

0.01 0.1 1 10 100

2

10

4

6

8

電解質高分子

①誘電緩和

and/or 粘度測定から

重なり合いのしきい値濃度

C*

が求まる

②粘度が，

スケーリング則

に従った挙動

巨視的な

物性

（電気物性，粘度）

高分子の

分散・絡み合い構造

嚥下困難者用介護食の物性

↓

介護食

(誤嚥しにくい)

• 高齢社会

• 咀嚼・嚥下困難な高齢者増加

肺へ

食道

気管

喉頭蓋

咽頭部

誤嚥

窒息・誤嚥性肺炎などの原因

胃へ

嚥下障害の程度

重度

軽度

嚥下食ピラミッド（金谷節子）

L0

栢下淳 編，“嚥下食ピラミッドによる

---嚥下食レシピ250”，

医歯薬出版株式会社 （

2008）より．

開始食

L1

（嚥下食Ⅰ）

L２

（嚥下食Ⅱ）

L3

（嚥下食Ⅲ）

L4

介護食

（移行食）

L5

普通食

“

まとまりやすく

”，“

べたつかない

”食物

が飲み込みやすい

食物の“飲み込みやすさ”とは？

飲み込みにくい食物

“パサパサ”している食物

例）粉，砕いた煎餅，ビスケット

水（？），低粘性の液体（？）

ばらばら

になりやすい食物

べたつく

食物

例）もち

誤嚥

しやすい

のどに

詰まりやすい

歪率

歪率

（％）

（％）

応

力

応

力

（

（

N

/

N

/m

2

）

）

TPA（Texture Profile Analysis）

A

₂

A

_１

B

H

プランジャー

断面積

S（㎡）

試料

台

圧縮速度

（

mm/s）

かたさ

（

_N/m

2

_）

付着性

（

_J/m

3

_）

凝集性

A

₂

/ A

_１

“

まとまりやすさ

_”??

ビスケットや煎餅

_??

“べたつき

”

試料とプランジャー間の付着

⇒面積

_{B 大}

厚生労働省による高齢者用食品の物性規格

（

_1994年）

歯ぐきで

つぶせる

50 ％ 以下

固形物を含む全体

を測定して

5×10

N/ｍ

以下

ゲル中に

固形物

舌でつぶせ

る

1×10

N/ｍ

以下

ゲル

50 ％ 以下

固形物を含む全体

を測定して

5×10

N/ｍ

以下

ゾル中に

固形物

かまなくて

もよい

1.5×10

mPa・s以上

5×10

N/ｍ

以下

ゾル

備考

［堅さ、食べ

やすさの目安

]

ゾルの粘度

(mPa・s)

固形物の比

率

[重量％]

堅さ

(N/m

)

形状

種別

規格

食品群

困

難

者

用

食

品

そ

し

ゃ

く

・え

ん

下

B型粘度計

を用いて

ロータ回転数

_12rpm

における

粘度

1.5 Pa・s 以上

厚生労働省えん下困難者用食品

許可基準（

_{2009/4/1～）：2010年消費者庁に移管}

許可基準Ⅰ

許可基準Ⅱ

許可基準Ⅲ

硬さ

_(N/㎡）

_2.5×10

3

_～

1×10

4

1×10

3

_～

1.5×10

4

3×10

2

_～

2×10

4

付着性

(J/㎥）

_4×10

2

_以下

_1×10

3

_以下

_1.5×10

3

_以

下

凝集性

0.2～0.6

0.2～0.9

_－

嚥下障害の程度

重度

軽度

TPA

（テクスチャー）測定の

_{3つのパラメータ}

超音波パルスドプラー法による

生体計測

（

Videofluorographyその他

）

機器測定とヒトの感覚とのギャップを埋める

機器測定から得られる物理量や化学分析値のみでの評価困難

・感覚を表現する用語には複数の物理的・化学的な因子が絡む

→“官能評価”の意味

・咀嚼・嚥下過程では，食物の

物性

が大きく変化し，

その感覚は舌，口蓋，咽頭部，鼻など様々な器官によって

総合的に“

評価

”される．

“飲み込みやすさ”とは？

咽頭部における流速測定

測定機器：医療用超音波診断装置

測定周波数：

_6ＭＨｚ

測定部位：咽頭部

水平に対して上向きに

_60°

喉頭蓋を通過する直前の流速

被験者：健常女性

60°

喉頭蓋

測定項目：流速スペクトル

粒子密度

最大流速

_V

_max

，平均流速

_v

_m

流速スペクトルの解析

（

超音波パルスドプラー法

）

時

間

粒

子

数

流

速

（試料：水

6 g）

最大流速

時間

_(s)

0.5

流

速

（

m

s

-1

）

0.4

0.8

0

粒子密度

高

低

V

_max

(m s

-1

₎

誤嚥しやすさ

_最大流速

_V

_max

誤嚥しやすい

水

と誤嚥しにくい

ヨーグルト

の流速スペクトルの差異

水

0.8

0.4

0

流

速

（

m

s

-1

）

水

ヨーグルト

0.4

0

0.8

最

大

流

速

V

m

ax

（

m

s

-1

）

粒子密度

高

低

ヨーグルト

時間

(s)

超音波による流速分布測定

0.9

0.5 [s]

0

水

ヨーグルト

グアガム

(%)

0.2

0.4

0.7

1

水

ヨーグルト

キサンタンガム

(%)

ヨーグルト

α化デンプン

(%)

水

水

ヨーグルト

CMC (%)

低

高

粒子密度

流

速

(m

s

)

s

流

速

(m

s

)

流

速

(m

s

)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 1 2 3

増粘剤濃度

[%]

(a) CMC

(b) Xanthan gum

0 0.2 0.4 0.6 0.8 Yogurt

V

_max

v

_m

(c) Guar gum

咽

頭

部

流

速

[

m

/s

]

咽

頭

部

流

速

[

m

/s

]

咽

頭

部

流

速

[

m

/s

]

V

_max

V

max

増粘剤濃度

[%]

増粘剤濃度

[%]

増粘剤溶液の咽頭部流速の濃度依存性

V

_max

: 最大流速

v

_m

v

m

v

_m

: 平均流速

R [m]

x [m]

x tan

φ

[rad/s]

(cone)

= x

x tan

= tan

非ニュートン流体

でも物理的に明確な粘度

流動特性

vs.

M: トルク [N･m]

= 3 M

2 R

・サンプル少量（数

_ml）

・

スリップする試料は不可

・

大きい粒子を含む試料は不可

場所 (x) によらず一定

粘度

角周波数

ずり速度

試料

コーン

コーンプレート型粘度計

[rad/s]

試料

角周波数

[rad/s]

R

_{b [m]}

h

[m]

R

_{c [m]}

ロータ

回転円筒型粘度計（

_{B型粘度計）}

・

ずり速度

の近似値は得られる (実験式使用)

非ニュートン流体

でも近似的な

流動特性

・

安価で取り扱いが容易

粘度

=

M

4

h

(

_R

1

1

R

)

M: トルク [N･m]

ニュートン流体

に関する式

・

サンプル大量 (~500ml)

・

多少不均一な試料でも粘度の概略値が得られる

vs.

Brookfield-type 粘度計

増粘剤溶液の粘度

ずり速度γ

_(s

₎

_{ずり速度γ}

_(s

₎

_{ずり速度γ}

_(s

₎

ずり速度γ

(s

₎

キサンタンガム

グアガム

α化デンプン

粘

度

μ

(P

a

・s

)

粘

度

μ

(P

a

・s

)

ニュートン流体に近い

CMC

非ニュートン流体（ずり流動化）

コーンプレート型

B型

増粘剤溶液の動的粘弾性測定の結果

0.001

0.01

0.1

1

10

100

0.1

1

10

100

キサンタンガム

CMC

角周波数 ω

(rad/s)

角周波数 ω

(rad/s)

角周波数 ω

(rad/s)

G

’

(P

a)

,G

”

(P

a)

G

’

(P

a)

,G

”

(P

a)

G

’

(P

a)

,G

”

(P

a)

グアガム

弱いゲル

真の高分子溶液

真の高分子溶液

希薄な高分子溶液

希薄な高分子溶液

希薄な高分子溶液

]

1

10

100

[s

_{] or [rad/s]}

･

10

20

30

0

*

'

液状の介護食として必要な

_,

',

_{* の値の推定}

1.00

0.80

0.90

1

10

100

[s

_{] or [rad/s]}

･

0.95

0.85

*

'

相

関

係

数

R

1

10

100

10

8

6

4

2

0

[s

_{] or [rad/s]}

･

'

*

,

',

*

[P

a･

s]

,

',

*

[P

a･

s]

最大流速

V

= 0.2 m/s

（ヨーグルト程度）

最大流速

V

= 0.3 m/s

（やや妥協した値）

咽頭部サイズ

ずり速度：

数十

_s

-1

_程度

1994年厚労省基準値 1.5 Pa・s

粘度 ，動的粘性率

_'

，複素粘性率

_*

_{( or =10～数十 s}

-1

₎

液状介護食の物性指標

・

0

0.1

0.2

0.3

0.5

0.6

0.4

R = 0.914

R = 0.911

R = 0.919

V

of yogurt

0.01

0.1

1

10

0

0.1

0.2

0.3

0.5

0.6

0.4

0

0.1

0.2

0.3

0.5

0.6

0.4

0.01

0.1

1

10

0.01

0.1

1

10

V

of yogurt

V

of yogurt

増粘剤溶液の粘度 ，動的粘性率

_'

，複素粘性率

_*

と最大流速

_V

_max

との相関 （

・

_{or = 25 [s}

-1

_{] or [rad/s]）}

V

[m

s

]

V

[m

s

]

V

[m

s

]

ジャム状

ポタージュ状

ヨーグルト状

市販のトロミ剤

トロミ剤

溶液，

ヨーグルト・

カード破壊ヨーグルト

の流速スペクトル

ヨーグルト状

(2.0%)

ポタージュ状

(1.0%)

水

ジャム状

(2.5%)

粒子密度

トロミ剤溶液

ヨーグルト

カード破壊

ヨーグルト

高

低

時間

[s]

0.5 s

0.5

0.9

0

咽

頭

部

流

速

[m

s

-1

]

水

_左

_{: 最大流速 V}

max

右

_{: 平均流速 v}

_m

ポタージュ状

ヨーグルト状

ジャム状

ヨーグルト

カード破壊

ヨーグルト

0.8

0.6

0.4

0.2

0

トロミ剤溶液

，

ヨーグルト，

カード破壊ヨーグルト

の咽頭部流速

咽

頭

部

流

速

[m

s

-1

]

トロミ剤（トロメイク）溶液とカード破壊ヨーグルト

の流動特性

10

1

0.1

10

1

100

･

ずり速度

_[s

-1

_]

■：

ジャム状

▲：

ヨーグルト状

●：

ポタージュ状

●

：

カード破壊

　　ヨーグルト

粘

度

[P

a･

s]

η

'

, η*

_粘度

_μ

介護食の物性指標

（動的粘弾性測定）

（流動特性測定）

液状食品（増粘剤溶液）のまとめ

1994年の厚生労働省の旧基準における粘度

いずれも不適切で現実に合わない

ずり速度

（ロータ回転数）：

_{2-3 s}

-1

_{(12 rpm)}

粘度の閾値

_{:1.5 Pa･s}

or : 10～数十 s

-1

_{or rad/s}

・

ジェランおよびゼラチンの咽頭部流速

(a) ジェラン

(b) ゼラチン

Water

0

咽

頭

部

流

速

[m

s

]

濃度

[%]

Yogurt

0.6

0.3

舌

でつぶす

歯

で噛む

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Yogurt

0 1.0 2.0 3.0 4.0

0.6

0.3

0

歯

で噛む

舌

でつぶす

濃度

[%]

Water

咽

頭

部

流

速

[m

s

]

Fig. Concentration Dependence of the Parameters obtained from TPA Test.

◆◇

, a Thickening agent;

▲△

, CA (a Commercial Gelling Agent containing κ-Carrageenan);

■□

, MC (CA with Milk and Sucrose); ●○, Yogurt; ▼▽, Water

Test speed: ◆▲■●▼, 1 mm/s; ◇△□○▽, 10 mm/s

0 1 2 3 4 5

Concentration [%]

H

ar

dn

es

s

(N

/m

)

10

10

10

Yogurt

_{Concentration [%]}

Yogurt

C

oh

es

iv

en

es

s

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 1 2 3 4 5

Concentration [%]

Yogurt

A

dh

es

iv

en

es

s

(J

/m

)

1

10

10

10

Fig. Concentration Dependence of the Parameters obtained from TPA Test.

◆◇

, a Thickening agent;

▲△

, CA (a Commercial Gelling Agent containing κ-Carrageenan);

■□

, MC (CA with Milk and Sucrose); ●○, Yogurt; ▼▽, Water

Test speed: ◆▲■●▼, 1 mm/s; ◇△□○▽, 10 mm/s

Yogurt

Concentration [%]

0 1 2 3 4 5

0

0.2

0.8

0.6

0.4

V

el

oc

ity

th

ro

ug

h

Ph

ar

yn

x

[

m

/s

]

Fig. Relation between the Parameters from TPA Tests and V

◇

, T; △, CA; □, MC; ○, Yogurt; ▽, Water

Test speed: 10 mm/s

M

ax

im

um

V

el

oc

ity

V

[m

/s

]

0

0.2

0.8

0.6

0.4

100

1000

10000

Hardness [N/m

_]

0

0.2

0.8

0.6

0.4

10

100

1000

1

Adhesiveness [J/m

_]

M

ax

im

um

V

el

oc

ity

V

[m

/s

]

0

0.2

0.8

0.6

0.4

M

ax

im

um

V

el

oc

ity

V

[m

/s

]

0.2 0.4 0.6 0.8 1

0

Cohesiveness

ゲル状食品の物性と咽頭部流速について

硬さ

_{”の値が1000 N/m}

2

_{以上で咽頭部の最大流速}

_V

max

の値は

ヨーグルト程度まで低下した．

食塊のまとまりやすさの指標とされている

_{“凝集性”は}

咽頭部流速との相関がみられなかった．

このことから、

_{TPA測定から得られるパラメータでは}

“硬さ” が誤嚥の危険性の尺度として適していると考えられた．

食品ハイドロコロイドの構造と物性

高分子物理学的理論・レオロジー

機器による物性測定・解析

生体計測

官能評価

臨床試験

実用

テクスチャーデザインなど

まとめ

[参考文献]

[パーコレーション, フラクタル]

原著論文

(1-1) T. Yano, H. Kumagai, T. Fujii, and T. Inukai, Biosci. Biotech. Biochem., 57, 528-531 (1993). (1-2) H. Kumagai, T. Fujii, T. Inukai, and T. Yano, Biosci. Biotech. Biochem., 57, 532-535 (1993). (1-3) T. Hagiwara, H. Kumagai, and K. Nakamura, Biosci. Biotech. Biochem., 60, 1757-1763 (1996).

(1-4) T. Hagiwara, H. Kumagai, T. Matsunaga, and K. Nakamura, Biosci. Biotech. Biochem., 61, 1663-1667 (1997). (1-5) T. Hagiwara, H. Kumagai, and T. Matsunaga, J. Agric. Food Chem., 45, 3807-3812 (1997).

(1-6) T. Hagiwara, H. Kumagai, and K. Nakamura, Food Hydrocolloids, 12, 29-36 (1998).

(1-7) H. Kumagai, T. Matsunaga, and T. Hagiwara, Biosci. Biotech. Biochem., 63 (1), 223-225 (1999). 総説・解説論文

(1-8) “食品のゾル−ゲル転移点近傍における力学物性”，熊谷仁，New Food Industry, 38 , 19-26 (1996). (1-9) “牛血清アルブミンゲルのフラクタル解析”，熊谷仁，日本バイオレオロジー学会誌, 13, 1-8 (1999).

[誘電緩和]

原著論文

(2-1) S. Ikeda, H. Kumagai, and K. Nakamura, Carbohydrate Research, 301 (2), 51-59 (1997). (2-2) S. Ikeda, H. Kumagai, and K. Nakamura, Food Hydrocolloids, 11 (3), 303-310 (1997). (2-3) S. Iwamoto and H. Kumagai, Biosci. Biotech. Biochem., 62 (7), 1381-1387 (1998). (2-4) S. Ikeda and H. Kumagai, J. Agric. Food Chem., 45 (9), 3452-3458 (1997).

(2-5) S. Ikeda and H. Kumagai J. Agric. Food Chem., 46 (9), 3687-3693 (1998).

(2-6) S. Iwamoto, H. Kumagai, Y. Hayashi and O. Miyawaki, Int. J. Biol. Macromolecules, 26, 345-351 (1999). (2-7) H. Kumagai, T. Sugiyama, and S. Iwamoto, J. Agric. Food Chem, 48 (6), 2260-2265 (2000).

総説・解説論文

(2-8) "Dielectric Analysis of the Inner Structure of Food Polyelectrolyte Solutions and Gels",

H. Kumagai and S. Ikeda, Recent Research Developments in Agricultural & Biological Chemistry, 2, 133-141 (1998). (2-9) “Analysis of Molecular or Ion Mobility in Glassy and Rubbery Foods by Electric and Proton-NMR Measurements”,

H. Kumagai and H. Kumagai, Food Sci. Technol. Res., 8 (2), 95-105, 2002.

(2-10) “食品の物性そして水 Ⅱ電気物性と誘電緩和”，熊谷仁，日本食品工学会誌”，9, 123-134 (2008)． (2-11) “食品の物性そして水 Ⅲ電気物性測定およびパルスNMRを用いたガラス・ラバー状食品中分子

[嚥下関係]

原著論文

(3-1) 長谷川温子，乙黒明子，熊谷仁，中沢文子，日本食品科学工学会誌，52 , 441-447 (2005)． (3-2) 長谷川温子，中澤文子，熊谷仁，日本食品科学工学会誌，55 , 330-337 (2008)．

(3-3) 長谷川温子，中澤文子，熊谷仁，日本食品科学工学会誌，55，541-548（2008） (3-4) H. Kumagai, A.Tashiro, A. Hasegawa, K. Kohyama and H. Kumagai,

Food Science and Technology, Research, 15, 203-210 (2009).

(3-5) A.Tashiro, A. Hasegawa, K. Kohyama, H. Kumagai, and H. Kumagai, Biosci. Biotech. Biochem., 74 (8), 1598-1605 (2010).

(3-6) A.Tashiro, K. Ono, A. Hasegawa-Tanigome, H. Kumagai, and H. Kumagai, Japan J. Food Eng., 11, 177-185 (2010). (3-7) 谷米（長谷川）温子， 小倉聖美，秋間彩香，神山かおる，熊谷日登美，熊谷仁， 日本食品工学会誌， 14 (2)，87-96 (2013)． 総説・解説論文 (3-8) “食品の物性そして水 Ⅴ レオロジーと食品工学−嚥下障害者用介護食の物性を中心として”， 熊谷仁，熊谷日登美，日本食品工学会誌，10, 137-148 (2009)． (3-9) “高齢者が誤嚥しにくい食品の物性”，熊谷仁，谷米 (長谷川) 温子，田代晃子，熊谷日登美， New Food Industry, 53, 29-40 (2011).

(3-10) “超音波による咽頭部流速測定に基づく食物の嚥下特性評価”，熊谷仁，谷米 (長谷川) 温子，熊谷日登美， Food & Food Ingredients J. Jpn（FFI Journal），216 (3)，194-206 (2011)．

(3-11) “高齢者が誤嚥しにくい介護食の物性”，熊谷仁，谷米 (長谷川) 温子，田代晃子，熊谷日登美， 化学と生物，49, 610-619 (2011)． (3-12) “超音波パルスドプラー法による咽頭部における食物の流速測定”， 熊谷仁，谷米(長谷川) 温子，冷凍， 87 (1018), 534-540 (2012). (3-13) 「進化する食品のテクスチャー研究」，株式会社エヌ・ティー・エス， 山野善正監修，第４章 咀嚼と嚥下，6. 嚥下障害用介護食のテクスチャー・物性， 熊谷仁，谷米(長谷川) 温子(2011)． [食品物性全般] (1) “食品の物性そして水 Ⅰ食品工学における物性そして水”，熊谷仁，熊谷日登美，萩原知明， 日本食品工学会誌，9, 79-89 (2008)． (2) “食品ハイドロコロイドの物性に関する研究”，熊谷仁，日本食品工学会誌，13, 79-90 (2012)．