食品ハイドロコロイドの構造と物性

共立女子大学家政学部 熊谷 仁

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 [m2])

y0 [m]流体

: ずり速度Vy0

: ずり応力 (剪断応力)FS

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 FS

= Vy0[Pa･s]

= ・

定常状態 (速度 profile が安定)層流

・

粘度 (粘性率, viscosity) 物性値

FS

Vy0

=

= ・

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 [m3 s-1]

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]s

[kg m-3]

密度

粒子

速度 V ∞ [m/s]

[kg m-3]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 R4

8 L圧力差

粘度値

V = 2R2 ( s – ) g9

[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/cm3-溶液], : 粒子密度 [g/cm3-粒子] として， = c/∴ red = sp/c = 2.5/ i. e. 還元粘度 red 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red

= sp/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 10 log 10

log 1

0G'

log

10G

"

log 10 log 10

log 1

0'

log 1

0G'

log

10G

"

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

log 1

0G'

log

10G

"

-1G ' G '

log 1

0G'

log

10G

"

G"

G"

G '

G"G"

1'

log 1

0'

'

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

格子モデルとゾル－ゲル転移の類似性

パーコレーション（Percolation）モデル

Pbond

Psite

: 有限クラスター: 無限クラスター

図ではP =Psite and Pbond= 1P < Pc P = Pc

（パーコレーション転移点）

P > Pc

高分子網目構造水和した高分子

高分子鎖間の結合

C < Cg（ゾル）

C = Cg（ゾル－ゲル転移点）

C > Cg（ゲル）

P C

Site percolation

Gel

Sol

0 10

1

Psite

P bon

d

Psite Polymer concentrationAging time ?Temperature

Pbond

Percolation model and Sol-Gel Transition

bond percolation

スケーリング則（Scaling law）|P - Pc|- s

G |P - Pc|t

|P - Pc|-s |C - Cg|-s

G |C - Cg|t

s : 粘度 の臨界指数: ゾルの粘度

Cg: 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 Cg

|Cg - C|-s G |C - Cg|ts = 0.7~0.8 t = 1.7~2.0

濃度 Cg' [×10-2 kg/kg-solution]0 2.0 3.0 4.0

0.1

0.2

0.3

0

1/[(

mPa

･s)

-1]

ずり速度 [s-1] △, 1.92○, 3.83□, 19.2▽, 38.3

ゲル化点濃度 Cg'

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(Cg'–C) [×10-2 kg/kg-solution]

10

100

[mPa

･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 Cg'

Percolationモデルによるゼラチンゲルの弾性率 G 'の解析

1 10(C – Cg) [×10-2 kg/kg-solution]

10

102

103

Dyn

amic

She

ar M

odul

us G

' [Pa

]

Slope (t): 2.05

5 10 15濃度 C [×10-2 kg/kg-solution]

0

200

400

600

800

Dyn

amic

She

ar M

odul

us G

' [Pa

]

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

(Tg – T) [℃]1 10

1000

100

10Dyn

amic

She

ar M

odul

us G

' [Pa

]

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 60Temperature T [℃]

Tg = 55 ℃Cor

rela

tion

Leng

th

[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: 1×10-2 kg/kg-solutionK+ ion: 2.58×10-3 kg/kg-solution

(C – Cg) [×10-2 kg/kg-solution]0.2 0.5 1.0

10

20

50

5

Dyn

amic

She

ar M

odul

us G

' [Pa

]

Slope (t): 1.74

Dyn

amic

She

ar M

odul

us G

' [Pa

]

(Tg – 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 – Cg) [×10-2 g/cm3]1

100

10

without saltG

' [Pa

]

Slope: 1.9

0.1 1 10

1000

100

1

10

0.1 M Na2SO4

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 – Cg) [×10-2 g/cm3]

(C – Cg) [×10-2 g/cm3]

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 = kxp (k: 定数) あるいは y ∝ xp

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'xp (k' = k p)

[参考] フラクタル (fractal) 自己相似性の物体

R

: particle

M ∝ RDf

(a) コッホ曲線 (Koch curve)フラクタル次元 Df = 1.2618…

(b) 凝集体のフラクタル次元 Dfの算出

Df≈1.8 Df≈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 Df = 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

Sample

-+-+

-+-+

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 Sd

d : 電極板間距離S : 電極板面積e0 : 真空の誘電率比誘電率（誘電率) : ' = e0

電気伝導度: ' = G Sd

.

+-

+-

+-

+-

+-

+-

誘電緩和現象

fm

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 fe0e0: 真空の誘電率

+- 電気双極子

緩和時間 =2 fm

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

103 104 105 106 107Frequency [Hz]

70

80

90'

'

70

80

90

BSA40°C

25°CBSA

40°Cgelatin

80

90

100

80

90

100'

' gelatin25°C

103 104 105 106 107Frequency [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kB：ボルツマン定数T ：絶対温度：系の粘度

= 4 R 3

k BT

E = E0 ei t

25℃Slope: 2.78×10-4

R = 4.7nm

40℃Slope: 3.23×10-4

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 10Concentration [mM]

1

2

10rel

rel = / s 溶液粘度

s: 溶媒粘度

: Cole-Cole 式にfitting

101 102 103 104

Frequency (kHz)

-∞

0

2468

10

121 mM

: Monomer Concentration0.4

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

1x

Diameter of the bound region

d = 2DConcentration of the bound counterion

Nb = 0 3kT2D NAV q2

D, Diffusivity of the counterion; k, Boltzmann constant; NAV , Avogadro's number; q, Charge of the counterion; T, Absolute temperature

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 C -1/2〜d

（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） rel = / s∝ C1/2

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)

10-12

10-11

10-10

D/[

]2/3

0.01 0.1 1 10 100 C*

Slope: 1

Slope: 1/2

1.1

2

10 (c)

C ]

rel

(a)

Slope: 1/3

Slope: 0

C*0.01 0.1 1 10 100

2

10

468

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

生体計測（超音波パルスドプラー法）と機器測定との併用

↓

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）

A2A１

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/m2）

付着性（J/m3）

凝集性

A2/ A１

“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5×104 N/ｍ2 以下

ゲル中に固形物

舌でつぶせる

1×104 N/ｍ2 以下ゲル

50 ％ 以下固形物を含む全体

を測定して5×103 N/ｍ2 以下

ゾル中に固形物

かまなくてもよい

1.5×103

mPa・s以上

5×102 N/ｍ2 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/m2) 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/㎡） 2.5×103～1×104

1×103～1.5×104

3×102～2×104

付着性 (J/㎥） 4×102以下 1×103以下 1.5×103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咽頭部における食塊の流速測定

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 Vmax，平均流速 vm

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

Vmax (m s-1)

誤嚥しやすさ 最大流速 Vmax

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（

ms-1）

水

ヨーグルト

0.4

0

0.8

最大

流速

V max（

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 10.7

0.5 [s]0

0.9 水

0.1 0.2 0.5 1.51

ヨーグルト

キサンタンガム(%)

0.9

0.5 [s]

0

ヨーグルト

α化デンプン (%)

2 3 74

水0.9

0.5 [s]

0

水

ヨーグルト

CMC (%)1.3 1.8 2.62.3

低 高

粒子密度

流速

(m s-1

)流

速(m

s-1)

流速

(m s-1

)流

速(m

s-1)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 1 2 3増粘剤濃度 [%]

Yogurt

(a) CMC (b) Xanthan gum

0

0.2

0.4

0.6

0.8

Yogurt

V max

v m

0 0.5 1 1.50

0.2

0.4

0.6

0.8(c) Guar gum

0 0.5 1 Yogurt

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 tanφ

[rad/s]

(cone)

= xx 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 M2 R3

・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]

Rb [m]

h [m]

Rc [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 ( 1Rb

2– 1

Rc2) 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

0.01

0.1

1

10

1 10 100 1000

7% 7%-B3% 3%-B2% 2%-B

0.001

0.01

0.1

1

1 10 100 1000

2.6% 2.6%-B1.3% 1.3%-B0.04% 0.04%-B

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1 10 100 1000

1.5% 1.5%-B0.5% 0.5%-B0.1% 0.1%-B

0.001

0.01

0.1

1

10

100

1 10 100 1000

1% 1%-B0.4% 0.4%-B0.2% 0.2%-B

ずり速度γ (s-1) ずり速度γ (s-1) ずり速度γ (s-1)

ずり速度γ (s-1)

キサンタンガム グアガム α化デンプン

粘度μ

(Pa・

s)粘度μ

(Pa・

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 1000.001

0.01

0.1

1

10

100

0.1 1 10 100

キサンタンガム

0.001

0.01

0.1

1

10

100

0.1 1 10 100

CMC

角周波数ω (rad/s) 角周波数ω (rad/s) 角周波数ω (rad/s)

G’(

Pa) ,

G”

(Pa)

G’(

Pa) ,

G”

(Pa)

G’(

Pa) ,

G”

(Pa)

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％ G’1％ G”

0.1％ G’0.1％ G”

1.5％ G’1.5％ G”

0.2％ G’

0.2％ G”

2.6％ G’

2.6％ G”

1.3％ G’

1.3％ G”

]

1 10 100 [s-1] 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-1] or [rad/s]･

0.95

0.85*

'

相関係数

R

1 10 100

108

6420

[s-1] or [rad/s]･

'*

,',

*[P

a･s]

,',

*[P

a･s]

最大流速 Vmax = 0.2 m/s（ヨーグルト程度）

最大流速 Vmax = 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

0.10.20.3

0.50.6

0.4R = 0.914 R = 0.911 R = 0.919

V max of yogurt

0.01 0.1 1 100

0.10.20.3

0.50.6

0.4

0

0.10.20.3

0.50.6

0.4

0.01 0.1 1 10 0.01 0.1 1 10

V max of yogurtV max 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 Vmax との相関 （ or = 25 [s-1] or [rad/s]）・

V max

[m s-1

]

V max

[m s-1

]

V max

[m s-1

]

粘度 [Pa・s] 動的粘性率 ' [Pa・s] 複素粘性率 * [Pa・s]

ジャム状ポタージュ状 ヨーグルト状

市販のトロミ剤

増粘多糖類

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 Vmax右: 平均流速 vm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

0.1101 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

[Pa･

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

Water0

咽頭部流速

[m s-1

]

濃度 [%] Yogurt

0.6

0.3vm

Vmax

舌でつぶす 歯で噛む

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Yogurt0 1.0 2.0 3.0 4.0

0.6

0.3

0

Vmax

vm

歯で噛む舌でつぶす

濃度 [%]Water

咽頭部流速

[m s-1

]

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

0 1 2 3 4 5 Concentration [%]

Har

dnes

s (N

/m2 )

102

103

104

Yogurt 0 1 2 3 4 5 Concentration [%]

Yogurt

Coh

esiv

enes

s

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0 1 2 3 4 5 Concentration [%]

Yogurt

Adh

esiv

enes

s (J/

m3 )

1

10

102

103

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

YogurtConcentration [%]

0 1 2 3 4 5 0

0.2

0.8

0.6

0.4

Vel

ocity

thro

ugh

Phar

ynx

[m/s

]

Fig. Relation between the Parameters from TPA Tests and Vmax◇, T; △, CA; □, MC; ○, Yogurt; ▽, Water

Test speed: 10 mm/s

Max

imum

Vel

ocity

Vm

ax[m

/s]

0

0.2

0.8

0.6

0.4

100 1000 10000Hardness [N/m2]

0

0.2

0.8

0.6

0.4

10 100 10001Adhesiveness [J/m3]M

axim

um V

eloc

ity V

max

[m/s

]0

0.2

0.8

0.6

0.4

Max

imum

Vel

ocity

Vm

ax[m

/s]

0.2 0.4 0.6 0.8 10Cohesiveness

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/m2以上で咽頭部の最大流速 Vmax 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

の運動性に関する解析”，熊谷仁，熊谷日登美，日本食品工学会誌，9, 197-206 (2008)．

[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)．