(そ の2)キ ノ ア種 子 の デ ン プ ンの構 造 と性 質

近 畿 大 農 総 研 報7:lI3〜117(1999)

Bull.

Inst. Compr. Agr. Sci. Kinki Univ. 7 : 113 117 (1999)

キ ノ アの 食 品特 性 につ い て

(そ の2)キ ノ ア種 子 の デ ン プ ンの構 造 と性 質

唐 漢 軍*,安 藤 ひ と み**,渡 辺 克 美*,光 永 俊 郎***

Characteristics of quinoa as a foodstuff

(Part 2) Structure and properties of starch granules of quinoa seeds

Hanjun TANG*, Hitomi ANDO* *,

Katsumi WATANABE* and Toshio MJTSUNAGA* * *

Synopsis

Quinoa seeds contained two kinds of starch granules, complex and single starch granules. Single granule was a polygonshape, and the particle size was around 1 p m. The starch resembled small granule starch of nonwaxy wheat very closely in moisture absorption. The gelatinization temperature of the starch was lower than those of the tested cereals starch. The enthalpy of the starch was a little below that of rice starch and higher than those of barley, wheat, corn starches. Amylose content was 5.9 %. The amylopectin molecule showed the structural characteristic that the content and length of B 1 chain were more and longer, and contents of B2— B4 chains were lower than those of other cereals strach, respectively.

The results suggest that quinoa starch contains the intermediate components other them normal amylose and amylopectin molecules.

1.緒 言

キ ノ ア(quinoa)は 双 子 葉 植 物 の ア カ ザ 科 に 属 す る 植 物 で 、 そ の 種 子 は イ ネ 科 の 穀 類 の 種 子 に 比 較 し て タ ンパ ク 質 、 脂 質 、 ビ タ ミ ン 、 無 機 質 、 食 物 繊 維 な ど が 豊 富 に バ ラ ン ス よ く含 ん で い る 。 一 方 、 反 栄 養 素 の1つ で あ る ト リ プ シ ン イ ン ヒ ビ タ ー 活 性 が 食 用 種 子 と して は 極 め て 低 い ロ)。 さ ら に 、 そ の タ ンパ ク 質 は イ ネ 科 種 子 の タ ンパ ク 質 で 、 一 般 に 不 足 して い る 必 須 ア ミ ノ 酸 、 リ ジ ン の 含 量 も高 い と い う 優 れ た 食 用 素 材 で あ る た め 、 栄 養 学 的 に21世 紀 の 食 糧 あ る い は 飼 料 の 資 源 の 一 つ と して 注

目 さ れ て い る12・。 しか し 、 キ ノ ア 種 子 の 主 成 分 で あ る デ ン プ ン(種 子 乾 物 重 量 の70%前 後) に 関 す る 研 究 は ご く 最 近 に 始 ま っ た ば か り で 、 キ ノ ア デ ン プ ン粒 は 極 め て 小 粒 で 、 そ の ア ミ ロ ー ス 含 量 は7〜27%で 品 種 に よ り大 き く異 る 。 ま た 、 キ ノ ア デ ン プ ン粒 の い くつ か の 性 質 や ア ミ ロ ペ ク チ ン の 特 徴 が 報 告 さ れ て い る3到 。 し か し な が ら 、 キ ノ ア デ ン プ ン に 関 す る 情 報 は ま だ 少 な く て 不 完 全 で あ る 。 そ こ で 、 本 研 究 で は キ ノ ア 種 子 の 有 効 利 用 の た め に 、 そ の 主 成 分 で あ る デ ン プ ン の 構 造 と 性 質 を 検 討 し た 。

* 近畿 大学農学部 食品栄養学 零・

**京 都 文 教 短 期 大 学 (Department of Food and Nutrition, (Kyoto Bunkyo Junior College, Uji 611)

・紳近畿 大学農学部 食品栄養学 科 ・農学総合研究所

Agricultural Science , Ki.nki University, Nara 631,

Faculty Agriculture, Kinki University,

(Department of Food and Nutrition, Japan)

Nara 631, Japan)

Faculty of Agriculture and Institute for Comperhemsive

114 近 畿 大 学 農 学 部 総 合 研 究 所 報 告 第7ca<j(1999)

2.実 験 材 料 と方 法

2.1

試 料 と し て1993年 に ペ ル ー 産 、 表 皮 を 除 い た キ ノ ア 種 子 の 精 白 粒(レ ア ル 種)を 使 用 し た 。 デ ン プ ン 粒 の 調 製 は ア ル カ リ浸 漬 法 を 用 い た6,7。 脱 脂 デ ン プ ン は ジ メ チ ル ス ル ポ キ シ ドで デ ン プ ン粒 を完 全 に 溶 解 し て エ タ ノ ー ル で 脱 脂 し て 調 製 し た 。 ア ミ ロ ー ス と ア ミ ロ ペ ク チ ン の 分 離 精 製 は 竹 田 ら の 改 良 ブ タ ノ ー ル 法 を 用 い たx。

2.2測 定 方 法

キ ノ ア 種 子 の 断 面 お よ び デ ン プ ン粒 の 形 状 は 走 査 型 電 子 顕 微 鏡(JSM‑5400型LV、 日本 デ ー タム 株 式 会 社 製)を 用 い て 加 速 電 圧10〜20kV で 観 察 し た 。 粒 度 分 布 は 粒 度 分 布 測 定 装 置 (LA‑700型 、 株 式 会 社 堀 場 製 作 所 製)で 、 水 分 収 着 量 は 重 量 分 析 法 で 、 糊 化 特 性 は 熱 分 析 法 (島 津DSC‑50型)に よ り昇 温 速 度5℃/minで 測 定 した6.7。 ア ミ ロ ベ ク チ ン の 鎖 長 分 布 は 、 脱 脂 デ ン プ ン(2mg/ml)を イ ソ ア ミ ラ ー ゼ で 枝 き

り し た 後 、ToyoPearlHW‑50Sの カ ラ ム(直 径 2.6cm× 長 さ70cm、 試 料 液3mlを 注 入 して3mlず つ 採 取 し た)に よ りゲ ル ろ 過 を 行 っ た 。 溶 出 画 分 の 全 糖 量 は フ ェ ノ ー ル 硫 酸 法 で 、 還 元 末

A:Sectionofseed

C:Complexgranules

端 数 は 改 良 パ ー ク ジ ョ ン ソ ン 法 で 調 べ た 。 精 製 デ ン プ ン の 青 価(bluevalue)、 ア ミ ロ ー ス 含 量 、 数 平 均 重 合 度(D.P.n)、 平 均 鎖 長(で 工.)、 平 均 鎖 数(N.0.)の 測 定 は 前 報 の 方 法 を 用 い た6.7,9。

3.結 果 お よ び考 察

3.1デ ン プ ン 粒 の 形 状 と 大 き さ

キ ノ ア 精 白 粒 の 断 面 を 走 査 型 電 子 顕 微 鏡 で 見 て み る と 、 直 径 が 約20μmの 球 形 か 楕 円 形 の 復 粒 デ ン プ ン粒 と 、 そ の 復 粒 の 周 囲 に小 さ い 単 粒 デ ン プ ン粒 が 詰 ま っ て い る 状 態 が 観 察 さ れ た(Fig.lA)。 こ れ はW.A.Atwel1ら の 観 察 結 果 と一 致 し だ 。 ま た 、 こ の 種 子 を ミキ サ ー で 粉 砕 し て 軽 く水 で 洗 っ て も復 粒 デ ン プ ン 粒 が 崩 れ な か っ た(Fig.1B,C)。 し か し 、 ア ル

カ リ浸 漬 法 で デ ン プ ン粒 を 調 製 す る と 、 す べ て 米 デ ン プ ン粒 と類 似 し た 多 角 形 の 単 粒 デ ン プ ン粒 に な っ て し ま っ た(Fig.ID)。 調 製 し た デ ン プ ン 粒 は 粒 度 分 布 測 定 装 置 の 測 定 に よ っ て 、 一 般 の 植 物 デ ン プ ン 粒 、 例 え ば 米 、 トウ モ ロ コ シ と 同 じ よ う に 単 ピ ー ク 粒 度 分 布 パ タ ー ン を 示 し た(Fig.2)。0.05〜0.77μmの 穎 粒 は29.4%、0.77μm〜1.31μmの 穎 粒 は60.5%、

1.31〜1.73!∠mの 穎 粒 は10.1%で あ り、 メ ジ ア ン 径 は 約1μmで あ っ た 。 キ ノ ア デ ン プ ン粒

な

鰯 鍵  遭 舞 脇 謬 嫉

B:Complexgranules

審

購

D:Singlegranules

Fig.1Scanningelectron microphotographs ofquinoastrach granules.

唐 ・安 藤 ・渡 辺 ・光 永:キ ノア の 食 品特 性 に つ い て(そ の2)キ ノ ア種 子 の デ ンプ ンの構 造 と性 質115

を 他 の 主 要 穀 類 と 比 較 す る と 、 コ メ0.5〜3.9 μm、 ト ウ モ ロ コ シ1.0〜7.7,um、 小 麦0.7〜

39.2μm、 大 麦1.0〜39.2μmで 、 キ ノ ァ デ ン プ ン 粒 は 最 も 小 さ か っ た 。 ま た 、 最 近 に 新 し い 食 料 資 源 と し て 注 目 さ れ て い る ヒ ユ 科 の ア マ ラ ン ス デ ン プ ン 粒(1〜15μm)と 類 似 し て い る こ と を 確 認 し た ・〜・)。

Fig.'2Distributionofparficlesizeof'quinoastarches.

3.2デ ン プ ン 粒 の 吸 湿 特 性 と糊 化 特 性 温 度 、 湿 度 な ど の 条 件 が 同 一 で あ る 場 合 、 デ ン プ ン の 吸 湿 特 性 は そ の 粒 径 に 大 き く左 右 さ れ る こ と が 知 ら れ て い るG.?j。 そ の ゆ え 、 我 々 は キ ノ ア デ ン プ ン の 水 分 収 着 量 を 粒 径 の 近 い モ チ 大 麦 、 ウ ル チ 大 麦 、 ウ ル チ 小 麦 の 小 穎 粒 デ ン プ ン と 比 較 し た(Fig.3)。 相 対 湿 度 40%以 下 の 最 初 の 吸 湿 段 階(単 分 子 層 吸 湿) で は モ チ 大 麦 、 ウ ル チ 大 麦 、 キ ノ ア 、 ウ ル チ 小 麦 の 順 に水 分 収 着 量 は 低 く な る 傾 向 を 示 し た 。 相 対 湿 度40〜80%の 第2の 吸 湿 段 階(多 分 子 層 吸 湿)で は 、 水 分 収 着 量 の 値 か ら見 る

と 、 ま だ モ チ 大 麦 、 ウ ル チ 大 麦 、 キ ノ ア 、 ウ ル チ 小 麦 の 順 に 低 く な る 傾 向 を示 し た が 、 明 ら か に モ チ 種 と ウ ル チ 種 大 麦 、 キ ノ ア と小 麦 の2つ の グ ル ー プ に 分 か れ 、 ほ ぼ 飽 和 状 態 の 吸 湿 特 性 も 同 じ で あ っ た 。 全 体 か ら 見 る と 、 キ ノ ア デ ン プ ン の 吸 湿 特 性 は 小 麦 小 穎 粒 デ ン プ ン と 類 似 し て い た 。

さ ら に キ ノ ア デ ン プ ン の 糊 化 特 性 に つ い て 、 主 要 穀 類 の 米 、 小 麦 、 大 麦 、 トウ モ ロ コ シ と比 較 し た(Tablel)。 糊 化 開 始 温 度 、 糊 化

ピ ー ク 温 度 、 糊 化 終 了 温 度 は 、 い ず れ も キ ノ ア は 低 く 、 こ れ ま で 分 析 さ れ た キ ノ ア デ ン プ ン試 料 と ほ ぼ 同 じ で あ っ た ・'SjOしか し 、 キ ノ ア の エ ン タ ル ピ ー は8.07J/gで 、 米 よ り や や 低 く、 小 麦 、 大 麦 、 ト ウ モ ロ コ シ な ど よ り高 い 値 を 示 し、 こ れ ま で 分 析 さ れ た キ ノ ア デ ン プ

ン試 料 よ り も高 い 値 で あ っ た3へ5)。

Relativehumidity(%)

Fig。3Moisturesorptionisothermsofstarchesof quinoaandothercerealsat20°C.

Quinoastarch(O),smallgranulestarchesof nonwaxywheat(■,2。5μmofmediansize), smallgranulestarchesofwaxybarley(●,2.0 ,umofmediansize),smallgranulestarches ofnonwaxybarley(▲,2.0,αmofmedian size).

Table1.Gelatinization .temperatureandtheenthalpy ofquinoaandothercerealsstarches

Materials Gelatinizationtemperature ToTpTf

Enthalpy (J/g) Quinoa

Nonwaxyrice Nonwaxywheat Waxybarley Nonwaxybarley Nonwaxycorn's

45.6 55.9 49.2 50.6 48.0 49.4

53.8 63.5 57.7 60.9 56.6 54.3

68.9 74.3 69.1 70.0 65.0 69.1

8.1 8.4 7.2 6.6 5.2 4.0

'1'emperatw‑e(℃):To

,onset;Tp,peak;Tf,Cnaf.*:Datasfrom H.Tangetal.,i99$.

116 近 畿 大 学 農 学 部 総 合 研 究所 報 告 第7号(1999)

3.3デ ン プ ン の 微 細 構 造

デ ン プ ン は 主 に ア ミ ロ ー ス と ア ミ ロ ペ ク チ ン か ら な る 。 ア ミ ロ ー ス は 直 鎖 分 子 で 、 ア ミ ロ ペ ク チ ン は 密 に 分 岐 し た 樹 状 分 子 と 定 義 さ れ て い る 。 し か し最 近 、 デ ン プ ン は 定 義 ど お り の2極 的 な 分 子 で 構 成 さ れ る の で は な く 、 わ ず か に 分 岐 し た 分 子 や ア ミ ロ ー ス 様 の 構 造 を持 つ ア ミ ロ ペ ク チ ン な ど の 中 間 的 な 分 子 も 存 在 す る こ と が 明 ら か に さ れ て い る'・1°〕。 キ ノ ア デ ン プ ン を イ ソ ア ミ ラ ー ゼ で 枝 き り し た 後 、ToyoPearlHW‑50Sカ ラ ム に か け た 。Fig.4 に 示 し た よ う に 、4つ の 画 分 に 分 け ら れ た 。

Fig.4Chromatogramofquinoastarchdebranched withisoamylaseonaToyopearlHW‑SOS column.

‐:carbahydraCe ,

●:degreeofpolymerization,

モ チ 米 、 ク ズ ア ミ ロ ペ ク チ ン のA鎖 と 類 似 し たu>。 画 分3の 平 均 重 合 度 は モ チ 米 、 ク ズ ァ ミ ロ ペ ク チ ン のB1鎖 よ り長 く、 根 茎 類 の ポ テ ト よ り も3グ ル コ ー ス 単 位 長 か っ た 。 そ の 分 子 の 割 合 が ポ テ トB1鎖 の 割 合 と 類 似 し た

ll) O

さ ら に キ ノ ア ア ミ ロ ペ ク チ ン のA鎖/B鎖 (F.IV/F.1〜III)の 比 率 は1.28で あ り 、 こ の 値 は モ チ 米2.2と ポ テ トの0.79の 間 に あ っ たm。

こ れ で 、 キ ノ ア の ア ミ ロ ペ ク チ ン分 子 は 内 部 鎖 の 割 合 が 多 く てB1鎖 が 非 常 に 長 い 特 徴 を 示 し た 。

さ ら に 、 キ ノ ア デ ン プ ン 、 ア ミ ロ ー ス と ア ミ ロ ペ ク チ ン に つ い て 調 べ た(Table3)。

Table3.Propertiesofstarch,amyloseandamylopectin ofquinoa

Item StarchAmyloseAmylopectin

BfuevalueO.321 Amylosecontent(%)5.9 Beta‑Amylolysislimit{%)73.3

  コ ロロ  

亜

N.C.

1.050

87.8 1027

205 5

0.275

65.2 3035

22 138

画 分1(F.1)は ア ミ ロ ー ス 成 分 と ア ミ ロ ペ ク チ ン の 長 鎮 画 分 に 相 当 す る と 考 え ら れ る 。 画 分 2(F.II)、 画 分3(EIII)と 画 分4(EIV)は 主 に ア ミ ロ ペ ク チ ン 成 分 で あ り 、Hizukuriの 房 状 モ デ ルH)に よ っ て 、 画 分2〜4は そ れ ぞ れB4

〜B2鎖 、B1鎖 、A鎖 に 相 当 す る と 思 わ れ る 。 し か し 、 画 分4の 小 分 子 側 の 尾 状 部 分 は 重 合 度 が6グ ル コ ー ス 残 基 以 下 で 、 ア ミ ロ ー ス 分 子 の 分 岐 鎖 か ら 由 来 の も の か も し れ な い 。 こ の4つ の 画 分 の 平 均 重 合 度 、 割 合 な ど の 特 徴 はTable2に ま と め た 。 画 分4の 平 均 重 合 度 は

Table2Chainlengthsandratiosofeachfractionin quinoastarchdebranchedwithisoamylase

D.P.n:Number‑averagedegreeofpolymerization C.i.:Averagechain‑length

N.C.:Averagenumberofchainspermolecule

Fraction 1 II IIIlV夏Vπ 〜111

d.p. 73.044.522.012.4 Weight(%)3.915.742.937.5 Mole{%) 1.16.636.256.11.28 d.p.:Averagedegreeofpolymerization

植 物 デ ン プ ン の ア ミ ロ ー ス 含 量 は 一 般 的 に0

〜30%で あ る が、キ ノ ア は7〜27%で あ る3‑5)。

本 研 究 に 用 い た キ ノ ア 品 種 は5.9%で 低 い ほ う で あ っ た 。Table2に 示 し たF.1画 分 が3.9%で あ り 、 こ の2つ の 値 か ら は キ ノ ア の ア ミ ロ ー ス 分 子 中 に 分 岐 を も つ 分 子 が 多 い と 考 え ら れ る 。 ア ミ ロ ー ス の 青 価 は1.050で 一 般 の 値 よ り 低 く 、 そ の 平 均 重 合 度 は1027で 一 般 穀 類 と 類 似 し た 。 しか し 、 平 均 分 岐 鎖 数 は5と 大 麦 よ り小 さ い 値 を 示 し た6)。 そ の た め 、 イ ソ ア'ミ ラ ー ゼ だ け で は 完 全 に 枝 き りす る こ とが で き な か っ た と推 察 さ れ るs,iz!。ア ミ ロ ペ ク チ ン は 青 価(0.275)、 β 一ア ミ ラ ー ゼ 分 解 限 度 (65.2%)と 平 均 鎖 長(22)、 そ れ ぞ れ 高 い 値 を 示 し 、 平 均 重 合 度 は3035と 非 常 に 低 い 値 を 示 し た6,7,9?。こ れ ら の 結 果 は ゲ ル ろ 過 よ り 、 内 部 鎖 が 多 く 、Bl鎖 が 長 く、B2〜B4鎖(単 房 を 単 房 と 連 接 す る 鎖 で 少 な い と分 子 が 大 き

く な れ な い た め ω)の 割 合 が 少 な い と い う分 子 特 徴 の 結 果 と 一 致 し た 。 キ ノ ア デ ン プ ン よ

唐 ・安 藤 ・渡 辺 ・光 永:キ ノ ア の 食 品 特 性 に つ い て(そ の2)キ ノ ア 種 子 の デ ン プ ン の 構 造 と 性 質117

り ア ミ ロ ー ス と ア ミ ロ ペ ク チ ン を 分 離 精 製 す る の は 、穀 類 や 豆 類 デ ン プ ン に 比 べ て 難 し い 。

こ れ は キ ノ ア デ ン プ ン は 穀 類 や 根 茎 類 や 豆 類 デ ン プ ン と 異 っ た 特 性 を も つ こ と を 示 唆 す る 。 キ ノ ア デ ン プ ン の 微 細 構 造 の よ り正 し い 情 報 を 得 る た め に 、 多 数 の 品 種 、 高 純 度 の ア ミ ロ ー ス と ア ミ ロ ペ ク チ ン試 料 お よ び 分 離 能 の 高 い カ ラ ム な ど を 用 い て 詳 細 に 検 討 す る の が 必 要 で あ る 。

9)S.Hizukuri,Y.Takeda,N.MarutaandB.

0.Juliano:Carbohydr.Res.,189,227〜

235(1989}

10)竹 田 靖 史:日 本 農 芸 化 学 会 誌,68(11),

1573〜1576(1994)

11)S.Hizukuri:Carbohydr.Res.,147,342〜

347(1986)

12)Y.Takeda,S.Hizukuri,C.TakedaandA.

Suzuki:Carbohydr.Res.,165,139‑145 (1.987)

4.要 約

キ ノ ア 種 子 は 復 粒 と単 粒 の2種 類 の デ ン プ ン粒 か ら な る こ と を確 認 し た 。 ま た 、 単 粒 デ ン プ ン は 多 角 形 で 粒 径 が1um前 後 で あ っ た 。 調 製 し た デ ン プ ン 粒 の 吸 湿 特 性 は 粒 径 の 近 い ウ ル チ 小 麦 の 小 穎 粒 と 類 似 し た 。 キ ノ ア デ ン プ ン粒 の 糊 化 温 度 は 主 要 穀 物 デ ン プ ン よ り低

く 、 糊 化 エ ン タ ル ピ ー は 米 よ りや や 低 く、 大 麦 、 小 麦 、 ト ウ モ ロ コ シ よ り高 か っ た 。 キ ノ ア デ ン プ ン の ア ミ ロ ー ス 含 量 は5.9%で 低 か っ た 。 ア ミ ロ ペ ク チ ン分 子 は 小 さ く、 内 部 鎖 が 多 く、B1鎖 が 特 に 長 く、B2〜B4鎖 の 割 合 が 低 い と い う 構 造 特 徴 を示 し た 。 ま た 、 キ ノ ア デ ン プ ン に は 一 般 の ア ミ ロ ー ス と ア ミ ロ ペ ク チ ン分 子 以 外 の 中 間 成 分 の 存 在 を 示 唆 した 。

参考文献

 1  2  3  4

s) 6)

 7  8

安 藤 ひ と み9唐 漢 軍,渡 辺 克 美,光 永 俊

郎:近 畿 大 農 総 研 報,7,投 稿 中

G.S.Chauhan,N.A.M.EskinandR.

Tkachuk:CerealChem.,69(1),85〜88 (1992}

W.A.Atwell,B.1VI.Patrick,L.A.Johnson andR.W.Glass:60(1),9‑‑11(1983}

G.S.Ranhotra:CerealChem.70,303〜

308(1993)

E.Milhelm:Starch,50,7〜13(1998)

唐 漢 軍,吉 田 豊 和 渡 辺 克 美,光 永 俊 郎:

近 畿 大 農 総 研 報5,137〜143(1.997)

唐 漢 軍,吉 田 豊 和 渡 辺 克 美,光 永 俊 郎:

近 畿 大 農 総 研 報6,83〜89(1.998) Y.Takeda,S.Hizukuri:Carbohydr.Res., 148,229〜308(1986)