JP4602599B2

JP4602599B2 - 脂質膜

Info

Publication number: JP4602599B2
Application number: JP2001184038A
Authority: JP
Inventors: 秀和池崎; 正秋羽原
Original assignee: 株式会社インテリジェントセンサーテクノロジー
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2010-12-22
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: JP2003004692A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パネラーの官能検査に頼ることなく甘味を呈する物質の検査を高い感度で行うための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
食品や飲料等を製造する過程でその製品や原料の味を調べる場合、従来では官能検査、即ち、パネラーと呼ばれる味覚の評価の訓練を受けた者が実際に製品や原料を味わって行っていた。
【０００３】
ところが、官能検査による評価は、パネラーの個人差や体調等でバラツキがあり、再現性の高い検査が行えない。
【０００４】
これを解決するために、細胞の生体膜の構成成分である脂質を利用した人工の味検査用センサが実現されている。
【０００５】
この味検査用センサには、支持材料としてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等の高分子と可塑剤と脂質とを所定の割合で混合して所定厚さに形成した脂質膜が使われている。
【０００６】
この脂質膜は、液体中に浸けたときに、その液中の物質に応じて膜電位が変化するという特性を有しており、この脂質膜の電位を出力するように構成された脂質膜センサと、基準の電位を出力するための参照電極とを検査対象液に浸けて、基準電位に対する脂質膜の膜電位を検出し、この膜電位に基づいて検査対象液内の物質の特定や濃度を調べることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の脂質膜は、非電解質である甘味物質に対する感度が、電解質の味物質に対する感度に比べて１／５〜１／１０と低く、甘味に対する味の検査を十分な精度で行うことができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、この問題を解決して、甘味物質に対する感度が高い脂質膜を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の脂質膜は、
高分子材のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、脂質および可塑剤のジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）を所定の割合で混合して所定厚さに形成され、液体中の物質に応答して膜電位が変化する脂質膜において、
前記脂質は、プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）とマイナスの電荷を有する脂質のフォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）とを含み、
前記プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）が約０．４３ｍＭ〜１．３０ｍＭの濃度範囲で含まれ、且つ、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように形成されている。
【００１０】
また、本発明の請求項２の脂質膜は、
高分子材のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、脂質および可塑剤のジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）を所定の割合で混合して所定厚さに形成され、液体中の物質に応答して膜電位が変化する脂質膜において、
前記脂質は、プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）とマイナスの電荷を有する脂質のフォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）とを含み、
前記プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）が約０．５４ｍＭ〜１．０８ｍＭの濃度範囲で含まれ、且つ、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように形成されている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の脂質膜の特性の測定および味の検査を行うための検査システムの構成を示している。
【００１２】
この検査システムは、基準液、サンプル液あるいは洗浄液等を入れるための容器１１、参照電極１２、脂質膜センサ１５、参照電極１２の電位を基準とする脂質膜センサ１５の膜電位をそれぞれ検出するための電圧検出器２０、電圧検出器２０の出力のをディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２１、Ａ／Ｄ変換器２１の出力に対する演算等の処理を行う演算装置２２、演算装置２２の処理結果を出力する出力装置２３によって構成されている。
【００１３】
ここで、参照電極１２は、銀等からなる電極１３の外周を緩衝層１４で覆ったものが使用されている。この緩衝層１４は２層構造で、電極１３側の内層部１４ａは塩化銀ＡｇＣｌと塩化カリウムＫＣｌとからなり、外層部１４ｂは塩化カリウムＫＣｌ１００ｍＭを寒天で固化したものが使用され、電極１３と電圧検出器２０の間がリード線１２ａを介して接続されている。
【００１４】
また、脂質膜センサ１５は、アクリル等の基材１６の表面に脂質膜１７が固定され、脂質膜１７の反対面は、参照電極１２の緩衝層１４の内層部１４ａと同一成分で基材１６内に充填された緩衝層１８に接触している。この緩衝層１８には銀等からなる電極１９が設けられていて、この電極１９と電圧検出器２０との間がリード線１５ａを介して接続されている。
【００１５】
ここで、脂質膜１７は、高分子材、脂質および可塑剤を所定の割合で混合したものを、ＴＨＦ（テトラヒドロフラン）１０ｍｌに溶解し、これを平底の容器（例えば８５ｍｍφのシャーレ）内で約３０度Ｃで２時間加熱して、ＴＨＦを揮散させることによって得られた厚さ２００μｍ程度のものを使用しており、液体に浸けたときに、その液体中の物質に応答して膜電位が変化する特性を有している。
【００１６】
脂質膜１７は、甘味に対して高い応答性を有するように、高分子材、脂質および可塑剤の混合比および種類を選んである。
【００１７】
即ち、本願発明者らは、プラスの電荷を有する脂質とマイナスの電荷を有する脂質を含み、プラスの電荷を有する脂質をある濃度範囲に設定するとともに、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように設定することで、甘味に対して高い感度を示すことを実験によって発見した。
【００１８】
以下、この実験について説明する。
始めに、脂質膜を構成する高分子材としてポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）８００ｍｇ、可塑剤としてジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）１０００μｌとを用い、さらにマイナスの電荷を有する脂質としてフォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）４．５ｍｇとプラスの電荷を有する脂質としてテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）とを混合した脂質膜について、プラスの脂質ＴＤＡＢの混入量を可変したときの、甘味物質の応答の変化を調べた。
【００１９】
なお、プラスの電荷をもつ脂質としては、次の表１に示すように、第１級アミン、第２級アミン、第３級アミンおよび第４級アンモニウム塩からなる炭化水素アミン、第１級ホスフィン、第２級ホスフィン、第３級ホスフィン、および第４級フォスフォニウム化合物からなるホスフィンのいずれでも使用可能であるが、ここでは、第４級アンモニウム塩のＴＤＡＢを代表的に用いている。
【００２０】
【表１】

【００２１】
また、可塑剤としては、次の表２に示すフタル酸エステル、脂肪酸エステル、燐酸エステル、ニトロベンゼン系の一つとしてＤＯＰＰを代表的に選択して用いている。
【００２２】
【表２】

【００２３】
また、マイナスの電荷を有する脂質としては、次の表３に示すものがあるが、ここでは、前記したように、フォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）を用いている。また、この表３では、例として官能基がリン酸基のものを挙げているが、官能基がカルボキシル基、硫酸基である脂質も当てはまる。
【００２４】
【表３】

【００２５】
図２は、上記した検査システムを用いた実験の手順を示すフローチャートであり、脂質膜センサ１５と参照電極１２を基準液に浸けて、基準電位に対する脂質膜１７の電位Ｖｒを求めてから、脂質膜センサ１５と参照電極１２をサンプル液に浸けて、基準電位に対する脂質膜１７の電位Ｖｓを求め、さらに、脂質膜センサ１５と参照電極１２を基準液に浸けて、基準電位に対する脂質膜１７の電位Ｖｒ′を求めた後、脂質膜センサ１５と参照電極１２を洗浄液に浸けて洗浄するという動作を、各サンプル液に対して複数回ずつ行う。
【００２６】
そして、上記手順で１つのサンプル液に対して得られる電位Ｖｓ、Ｖｒの差（Ｖｓ−Ｖｒ）を応答値（相対値という）として求め、電位Ｖｒ′、Ｖｒの差（Ｖｒ′−Ｖｒ）を応答値（ＣＰＡ値という）として求める。
【００２７】
ここで、基準液は人の唾液に相当するものであり、無味で且つ脂質膜１７の出力の安定化の観点から、次の表４に示すように、塩化カリウム（ＫＣｌ）１０ｍＭと酒石酸０．１ｍＭとを混合したものを用いている。
【００２８】
【表４】

【００２９】
また、上記表４に示しているように、甘味サンプル液Ａ１としては基準液にショ糖を１Ｍの濃度で加えたもの、甘味サンプル液Ａ２としては基準液にブドウ糖を１Ｍの濃度で加えたもの、甘味サンプル液Ａ３としては基準液に果糖を１Ｍの濃度で加えたものを用い、洗浄液としては、３０％エタノールに水酸化カリウム（ＫＯＨ）１０ｍＭと塩化カリウム（ＫＣｌ）１００ｍＭを加えたものを用いている。
【００３０】
図３は、前記したプラスの脂質ＴＤＡＢの含有量を変えたときの、上記３つの甘味サンプル液Ａ１〜Ａ３に対する応答値（相対値）の変化を示している。
【００３１】
図３から明らかなように、各甘味サンプル液Ａ１〜Ａ３に対する応答は、脂質ＴＤＡＢの含有量が１．２ｍｇの近傍でいずれも最大となっており、しかも、それらの応答のピーク値は、ショ糖のサンプル液Ａ１で約−４０ｍＶ、ブドウ糖のサンプル液Ａ２で約−２７ｍＶ、果糖のサンプル液Ａ３で約−２２ｍＶが得られている。
【００３２】
従来の脂質膜の甘味物質に対する応答値（相対値）は絶対値で１０ｍＶより小さいから、上記のように脂質ＴＤＡＢの含有量を約１．２ｍｇの近傍に設定した脂質膜１７は、甘味物質に対して格段に高い感度を有していることがわかる。
【００３３】
また、図３の特性のうち、最も感度の高いショ糖のサンプル液Ａ１に対する特性を詳しく見ると、脂質ＴＤＡＢの含有量が約０．６ｍｇ〜約１．８ｍｇの範囲では、応答値の絶対値が１０ｍＶより大きくなっており、この範囲で甘味物質に対する感度が従来より向上している。また、脂質ＴＤＡＢの含有量が約０．７５ｍｇ〜約１．５ｍｇの範囲では応答値の絶対値が２０ｍＶ以上と大きくなっており、この範囲で甘味物質に対する感度が顕著に向上している。
【００３４】
なお、前記したように、高分子材（ＰＶＣ）８００ｍｇ、可塑剤（ＤＯＰＰ）１０００μｌ、マイナス電荷の脂質（２Ｃ１６）４．５ｍｇの場合、プラス電荷の脂質ＴＤＡＢの含有量が約０．６ｍｇ〜約１．８ｍｇの範囲は、脂質膜中の濃度として約０．４３ｍＭ〜１．３０ｍＭの範囲となり、約０．７５ｍｇ〜約１．５ｍｇの範囲は、脂質膜中の濃度として約０．５４ｍＭ〜１．０８ｍＭの範囲となる。
【００３５】
また、プラス電荷の脂質ＴＤＡＢの濃度を変えたときの脂質膜１７の基準液中の電位Ｖｒの変化を調べると、図４に示すように、プラス電荷の脂質ＴＤＡＢの濃度が大きくなるにしたがって、脂質膜１７の電位Ｖｒもマイナス側からプラス側へ変化している。また、脂質膜１７が有するマイナスとプラスの電荷がバランスしてほぼ無極性となるのは、脂質ＴＤＡＢの含有量が約１．２ｍｇ（約０．８６ｍＭ）の近傍であり、この近傍で脂質ＴＤＡＢの濃度の僅かな変化に対して電位Ｖｒが急激に変化している。
【００３６】
つまり、この脂質膜１７が前記したように甘味物質に対して高い感度を示すのは、プラス電荷の脂質ＴＤＡＢの含有量が約１．２ｍｇ（約０．８６ｍＭ）の近傍に設定されて膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態にあるときに、液中の甘味物質の影響であたかも脂質ＴＤＡＢの濃度が僅かに減少したような状態となって、膜電位を大きく変化させることによるものと考えられる。
【００３７】
この甘味物質の脂質膜１７に対する作用については後述するが、いずれにしても、上記の実験結果から、プラス電荷の脂質ＴＤＡＢが０．８６ｍＭの近傍の濃度で含まれ、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように形成された脂質膜は、甘味物質に対して極めて高い感度を有していることがわかる。
【００３８】
また、プラス電荷の脂質ＴＤＡＢの濃度が約０．４３ｍＭ〜１．３０ｍＭの範囲で甘味物質に対する感度が従来の脂質膜より向上し、さらに、プラス電荷の脂質ＴＤＡＢの濃度が約０．５４ｍＭ〜１．０８ｍＭの範囲は、甘味物質に対する感度が従来の脂質膜より格段に向上することが判る。
【００３９】
なお、この脂質膜１７で可塑剤として用いているＤＯＰＰには、一般的にマイナスの電荷の脂質の不純物が含まれていることが知られている。したがって、上記のように脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるのは、脂質ＴＤＡＢのプラス電荷と、脂質２Ｃ１６および可塑剤ＤＯＰＰ中の不純物のマイナス電荷とがほぼバランスした状態と考えられる。
【００４０】
次に、前記したようにプラス電荷の脂質ＴＤＡＢが０．８６ｍＭの近傍の濃度で含まれた脂質膜１７の甘味物質と他の味物質に対する感度について説明する。
【００４１】
図５は、次の表５に示す各サンプル液Ｂ〜Ｅと前記したショ糖のサンプル液Ａ１に対する応答値（相対値）を示している。
【００４２】
【表５】

【００４３】
この図５から明らかなように、この脂質膜１７の塩味のサンプル液Ｂに対する応答は極めて小さく、酸味のサンプル液Ｃに対しては＋２０ｍＶを超える応答を示し、苦味のサンプル液Ｄに対しては＋３０ｍＶ近い応答を示し、旨味のサンプル液Ｅに対してはショ糖のサンプル液Ａ１とほぼ同等に約−４０ｍＶの応答を示している。
【００４４】
このように、前記した脂質膜１７は酸味、旨味および苦味に対する感度を持っているが、甘味に対してもそれらと同等以上の感度を示していることが判る。
【００４５】
したがって、被検査液中の物質が例えば甘味物質のみの場合や、甘味物質と酸味物質だけの場合であれば、その被検査液中の甘味物質を高感度に検出することができ、また、予め甘味物質の濃度と応答との関係を調べておけば、被検査液中の甘味物質の濃度を求めることができる。
【００４６】
また、特性の異なる複数の脂質膜センサを併用して被検査液を測定し、その応答パターンから被検査液に含まれる複数の物質の特定や濃度の測定を行う場合でも、その一つの脂質膜センサとしてこの脂質膜１７を有する脂質膜センサ１５を用いることで、甘味物質の有無の判定や濃度の測定が容易となり、味の検査が効率的に行える。
【００４７】
次に、前記した脂質膜１７の甘味物質の濃度に対する応答の変化について説明する。
【００４８】
図６は、濃度が異なるショ糖のサンプル液に対する脂質膜１７の応答値（相対値）の変化を示している。
【００４９】
この図６から、ショ糖の濃度が１０ｍＭを超えるあたりから、僅かに下降し始めており、一般的に人の糖の甘味に対するしきい値が１０ｍＭ以上であるといわれていることとほぼ対応しており、この脂質膜１７の甘味に対する応答領域が人の官能にほぼ合っていることが判る。
【００５０】
次に、種類の異なる甘味物質に対する脂質膜１７の応答の違いについて説明する。
【００５１】
図７は、次の表６に示しているように、甘味物質が異なる６つのサンプル液Ａ４〜Ａ９に対する脂質膜１７の応答値（相対値）を求め、ショ糖のサンプル液Ａ４の応答値（相対値）を基準として、他のサンプル液Ａ５〜Ａ９の応答値を規格化して得られた規格値と、パネラーによる官能検査から得られた甘味度との相関をとったものである。
【００５２】
【表６】

【００５３】
この図７から、ブドウ糖のサンプル液Ａ５、キシリトールのサンプル液Ａ８およびソルビトールのサンプル液Ａ９については、脂質膜１７の出力によって得られた規格値と官能検査によって得られた甘味度との間にやや誤差がみられるが、果糖のサンプル液Ａ６およびエリスリトールのサンプル液Ａ７については、脂質膜１７の出力によって得られた規格値と官能検査によって得られた甘味度とがほぼ一致しており、全体的にみれば、脂質膜１７の出力によって得られる規格値は人の官能にほぼ対応していることが判る。
【００５４】
また、上記サンプル液Ａ４〜Ａ９のうち、ショ糖のサンプル液Ａ４、代替糖類である糖アルコールのエリスリトール、キシリトールおよびソルビトールの各サンプル液Ａ７〜Ａ９に対する脂質膜１７の応答値（ＣＰＡ値）は、図８のように得られている。
【００５５】
この応答値（ＣＰＡ値）は、サンプル液の後味の強さを示すものであり、図８の測定結果から、一般的に比較的後味がよい（後味が残らない）とされているエリスリトール、キシリトール等において応答が抑えられており、人の官能と対応している。
【００５６】
なお、糖などの甘味物質が脂質膜１７の表面でどのような役割を果たしているかを調べるために、塩と酸に対する脂質膜１７の特性を測定した。
【００５７】
この測定では、前記した塩味のサンプルＢ、酸味のサンプル液Ｃの他に、塩味のサンプルＢにショ糖１Ｍを加えた塩・糖のサンプル液Ｂａ、酸味のサンプル液Ｃにショ糖１Ｍを加えた酸・糖のサンプル液Ｃａに対する脂質膜１７の応答値（相対値）を測定して、図９の測定結果を得た。
【００５８】
図９において、塩・糖のサンプル液Ｂａの応答は、塩味のサンプル液Ｂの応答をマイナス側にシフトさせたものに近いことから、ショ糖が加わったことにより、脂質膜１７の電位がマイナス化されている可能性がある。
【００５９】
同様に、酸・糖のサンプル液Ｃａの応答は、酸味のサンプル液Ｃの応答をさらに大きくマイナス側にシフトさせたものに近いことから、ショ糖が加わったことにより、脂質膜１７の中のマイナスの電荷を有する脂質の解離を促進している可能性が考えられる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１の脂質膜は、
高分子材のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、脂質および可塑剤のジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）を所定の割合で混合して所定厚さに形成され、液体中の物質に応答して膜電位が変化する脂質膜において、
前記脂質は、プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）とマイナスの電荷を有する脂質のフォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）とを含み、
前記プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）が約０．４３ｍＭ〜１．３０ｍＭの濃度範囲で含まれ、且つ、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように形成されている。
【００６１】
このため、従来の脂質膜より高い感度で甘味物質を検出することができる。
【００６２】
また、本発明の請求項２の脂質膜は、
高分子材のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、脂質および可塑剤のジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）を所定の割合で混合して所定厚さに形成され、液体中の物質に応答して膜電位が変化する脂質膜において、
前記脂質は、プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）とマイナスの電荷を有する脂質のフォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）とを含み、
前記プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）が約０．５４ｍＭ〜１．０８ｍＭの濃度範囲で含まれ、且つ、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように形成されている。
【００６３】
このため、さらに高い感度で甘味物質を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の脂質膜を用いた検査システムを示す図
【図２】測定手順を示すフローチャート
【図３】プラスの脂質の含有量を変化させたときの甘味のサンプル液に対する脂質膜の応答特性を示す図
【図４】プラスの脂質の含有量を変化させたときの脂質膜の膜電位の変化を示す図
【図５】基本味物質に対する脂質膜の応答特性を示す図
【図６】ショ糖の濃度の変化に対する脂質膜の応答特性を示す図
【図７】脂質膜の出力から得られた甘味度と官能検査で得られた甘味度との相関関係を示す図
【図８】後味を表す測定結果を示す図
【図９】塩味サンプルと酸味サンプルに甘味物質を加えたときの脂質膜の応答の変化を示す図
【符号の説明】
１１容器
１２参照電極
１３電極
１４緩衝層
１５脂質膜センサ
１６基材
１７脂質膜
１８緩衝層
１９電極
２０電圧検出器
２１Ａ／Ｄ変換器
２２演算装置
２３出力装置

Claims

高分子材のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、脂質および可塑剤のジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）を所定の割合で混合して所定厚さに形成され、液体中の物質に応答して膜電位が変化する脂質膜において、
前記脂質は、プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）とマイナスの電荷を有する脂質のフォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）とを含み、
前記プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）が約０．４３ｍＭ〜１．３０ｍＭの濃度範囲で含まれ、且つ、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように形成されていることを特徴とする脂質膜。
高分子材のポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、脂質および可塑剤のジオクチルフェニルフォスフォネート（ＤＯＰＰ）を所定の割合で混合して所定厚さに形成され、液体中の物質に応答して膜電位が変化する脂質膜において、
前記脂質は、プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）とマイナスの電荷を有する脂質のフォスフォリックエイシドジ−ｎ−ヘキサデシルエステル（２Ｃ１６）とを含み、
前記プラスの電荷を有する脂質のテトラドデシルアンモニウムブロミド（ＴＤＡＢ）が約０．５４ｍＭ〜１．０８ｍＭの濃度範囲で含まれ、且つ、脂質膜全体のプラスとマイナスの電荷がほぼバランスした状態となるように形成されていることを特徴とする脂質膜。