JP7072124B1 - 発泡体及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、良好な食感を有する培養肉の作製に適した発泡体を提供する。本発明の発泡体は、アルギン酸及び/又はアルギン酸塩を含む。発泡体は、下記試験により求めた弾性率Mが8×104Pa以下である。試験:発泡体を22±3℃の水に4時間浸漬させ、浸漬後の厚さが5±1mmの試験片を準備する。試験片が厚さ方向に0.5mm/secの速度で圧縮されるように、試験片に5秒間荷重を加え、試験片に生じる応力及び歪みを測定する。ここで、試験片が初期厚さから10%圧縮されたときにおける、試験片に生じる応力を読み取り、当該応力を歪みで除した値を弾性率Mとして特定する。

Description

本発明は、培養肉の足場材に適した発泡体及びその製造方法に関する。
近年では、世界の人口増加に伴い、食肉需要が増加することが予想されている。今後の食肉需要の増加に対応するためには、従来のタンパク源について、生産効率を上げて増産するだけでは十分ではなく、新たなタンパク源の開発が不可欠である。新たなタンパク源としては、植物から生産される植物肉、昆虫類から生産される肉、微生物や細胞そのものを培養して生産される培養肉などが挙げられる。「植物肉」は、大豆などの植物性タンパク質を原料として用い、これに添加剤を加えて成形した加工食品であり、「フェイクミート」とも呼ばれる。「培養肉」は、再生医療技術を用いて、筋肉細胞を培養することによって作製される肉を意味し、「cultured meat」又は「clean meat」とも呼ばれる。
培養肉のメリットの一つには、安全性が挙げられる。例えば、食肉の生産や加工のプロセスには、食中毒の原因となる病原菌が混入する危険性が常に存在する。しかし、培養肉は、ほぼ無菌状態で培養されるため、病原菌が混入する危険性が低い。さらに、培養肉によれば、加工プロセスの費用を低減できるだけでなく、従来の製法と比較して温室効果ガスを96%削減できるという研究結果があり、環境面からも注目を集めている。現在、培養肉としては、ミンチ状のものが報告されている。
特許第2644626号 特表2009-529926号公報 特表2007-505183号公報
ステーキ肉、刺身、切り身など、ある程度の大きさを有する塊状の肉を作製するためには、足場材を用いて、筋肉細胞を3次元的に培養する必要がある。この足場材は、多糖類などの可食性材料から構成された多孔質体であることが好ましい。多糖類を含む多孔質体の例は、特許文献1~3に開示されている。詳細には、特許文献1~3は、多糖類であるアルギン酸を含む発泡体を開示している。
しかし、本発明者らの検討によると、従来の発泡体を用いて、良好な食感を有する培養肉を作製することは難しい。
そこで本発明は、良好な食感を有する培養肉の作製に適した発泡体を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、培養肉の食感が足場材の物性に応じて変化することを新たに見出し、この知見に基づいて検討を進め、本発明を完成するに至った。
本発明は、
アルギン酸及び/又はアルギン酸塩を含む発泡体であって、
下記試験により求めた弾性率Mが8×104Pa以下である、発泡体を提供する。
試験:前記発泡体を22±3℃の水に4時間浸漬させ、浸漬後の厚さが5±1mmの試験片を準備する。前記試験片が厚さ方向に0.5mm/secの速度で圧縮されるように、前記試験片に5秒間荷重を加え、前記試験片に生じる応力及び歪みを測定する。ここで、前記試験片が初期厚さから10%圧縮されたときにおける、前記試験片に生じる応力を読み取り、当該応力を歪みで除した値を前記弾性率Mとして特定する。
さらに、本発明は、
起泡剤を含む溶液を泡立てる工程(i)と、
泡立った前記溶液にアルギン酸塩を加える工程(ii)と、
を含み、
前記起泡剤が、アルギン酸及びアルギン酸塩以外の他の多糖類を2種以上含む、発泡体の製造方法を提供する。
さらに、本発明は、
アルギン酸及び/又はアルギン酸塩、グルコマンナン、並びにセルロース誘導体を含む、発泡体を提供する。
本発明によれば、良好な食感を有する培養肉の作製に適した発泡体を提供できる。
実施例1において、カップから取り出したゲル化物を示す画像である。 実施例1において、シート状に切断されたゲル化物を示す画像である。 実施例1の発泡体の断面を示す走査型電子顕微鏡(SEM)画像である。 実施例2の発泡体の断面を示すSEM画像である。 実施例4の発泡体の断面を示すSEM画像である。 実施例8の発泡体の断面を示すSEM画像である。 実施例9の発泡体の断面を示すSEM画像である。 実施例10の発泡体の断面を示すSEM画像である。 実施例11の発泡体の断面を示すSEM画像である。 実施例12の発泡体の断面を示すSEM画像である。 比較例1の発泡体の断面を示すSEM画像である。 比較例2の発泡体の断面を示すSEM画像である。 比較例3の発泡体の断面を示すSEM画像である。 比較例4の発泡体の断面を示すSEM画像である。 スキン層を有さない実施例2の発泡体について浸透試験を行った結果を示す画像である。 スキン層を有する実施例2の乾燥物について浸透試験を行った結果を示す画像である。
以下、本発明の詳細を説明するが、以下の説明は、本発明を特定の実施形態に制限する趣旨ではない。
本実施形態の発泡体は、アルギン酸及び/又はアルギン酸塩を含む。発泡体は、例えば、可食性を有する。本明細書において、「発泡体が可食性を有する」とは、発泡体が、各国法令等により食品又は食品添加物として認められている物質のみから構成されていることを意味する。
本実施形態において、下記試験により求めた発泡体の弾性率Mは、8×104Pa以下である。弾性率Mの測定試験では、まず、評価対象の発泡体を準備する。この発泡体は、乾燥状態であることが好ましい。本明細書において、「乾燥状態」は、発泡体における水の含有率が1wt%以下であることを意味する。評価対象の発泡体は、培養肉を作製する前の発泡体であってもよく、培養肉をタンパク質分解酵素などと反応させて、培養肉から筋肉細胞を取り除くことによって得られた発泡体であってもよい。評価対象の発泡体を乾燥させる場合、その乾燥条件は、特に限定されず、乾燥温度が例えば60℃以上であり、乾燥時間が例えば1時間以上である。次に、厚さが5±1mmとなるように発泡体を切り出す。切り出された発泡体の具体的な形状は、例えば、縦10mm×横10mm×厚さ5±1mmのキューブ状である。なお、評価対象の発泡体の厚さが4mm未満である場合、複数の発泡体を積層させた積層体を用いて測定試験を行ってもよい。
次に、発泡体を22±3℃の水に4時間浸漬させ、浸漬後の厚さが5±1mmの試験片を準備する。発泡体を水に浸漬させるときには、発泡体の全体を水と接触させることが好ましい。発泡体を水に浸漬させた後には、発泡体の表面上に存在する余分な水を取り除くことが好ましい。なお、発泡体は、水に浸漬させることによって膨潤し、その厚さがわずかに変化することがある。浸漬後の発泡体の厚さが6mmを上回った場合には、例えば、発泡体の厚さが5±1mmとなるように発泡体を切断して、切断後の発泡体を試験片として用いる。次に、この試験片を市販の固体用動的粘弾性測定装置(例えば、TAインスツルメント社製のRSA-G2)にセットする。測定装置を用いて、試験片が厚さ方向に0.5mm/secの速度で圧縮されるように、試験片に5秒間荷重を加え、試験片に生じる応力及び歪みを測定する。ここで、試験片が初期厚さから10%圧縮されたとき(圧縮率が10%であるとき)における、試験片に生じる応力を読み取る。読み取った応力を歪み(圧縮率10%のときに試験片に生じる歪み)で除した値を発泡体の弾性率Mとして特定する。
発泡体の弾性率Mは、8×104Pa以下である限り特に限定されず、好ましくは6×104Pa以下であり、より好ましくは5×104Pa以下であり、さらに好ましくは4×104Pa以下であり、特に好ましくは3×104Pa以下であり、2×104Pa以下であってもよい。発泡体の弾性率Mの下限値は、特に限定されない。発泡体の弾性率Mは、例えば1×103Pa以上であり、好ましくは2×103Pa以上であり、より好ましくは3×103Pa以上であり、さらに好ましくは4×103Pa以上であり、場合によっては、8×103Pa以上であってもよく、1×104Pa以上であってもよい。
本発明者らの検討によれば、上述の試験によって特定された発泡体の弾性率Mは、培養肉の食感の指標として利用できる。弾性率Mが8×104Pa以下である発泡体は、食感が食肉(特に生肉)に似ており、良好な食感を有する培養肉の作製に適している。
(発泡体の成分)
上述のとおり、発泡体は、アルギン酸及び/又はアルギン酸塩を含む。アルギン酸は、海藻類などに含まれる多糖類であり、β-D-マンヌロン酸に由来する構造単位(Mブロック)とα-L-グルロン酸に由来する構造単位(Gブロック)とを有する。アルギン酸において、各構造単位は、1,4-グリコシド結合を介して結合している。アルギン酸におけるGブロックの含有率は、特に限定されず、例えば30モル%以上であり、好ましくは40モル%以上であり、より好ましくは50モル%以上である。Gブロックの含有率の上限値は、90モル%であってもよく、80モル%であってもよい。Gブロックの含有率は、31モル%~63モル%であってもよい。
発泡体に含まれるアルギン酸塩は、例えば、アルギン酸と2価の金属イオンとの塩である。例えば、アルギン酸塩において、アルギン酸に含まれる少なくとも1つのGブロックが2価の金属イオンとイオン結合を形成している。言い換えると、発泡体に含まれるアルギン酸塩では、アルギン酸が2価の金属イオンと部分的に塩を形成している。アルギン酸塩は、例えば、2価の金属イオンを介した架橋構造を有している。2価の金属イオンとしては、カルシウムイオン、バリウムイオン、鉄イオン、亜鉛イオン、銅イオン、アルミニウムイオンなどが挙げられ、カルシウムイオンが好ましい。
発泡体におけるアルギン酸の含有率とアルギン酸塩の含有率との合計値は、特に限定されず、例えば10wt%以上であり、好ましくは20wt%以上であり、より好ましくは30wt%以上であり、さらに好ましくは40wt%以上である。この合計値の上限値は、特に限定されず、例えば80wt%であり、好ましくは70wt%であり、より好ましくは60wt%である。この合計値は、22wt%~58wt%であってもよい。本明細書において、「発泡体における含有率」は、特に言及しない限り、乾燥状態の発泡体を基準とした含有率を意味する。
発泡体は、アルギン酸及びアルギン酸塩以外の他の多糖類(P)をさらに含んでいてもよく、他の多糖類(P)を2種以上含むことが好ましい。発泡体において、2種以上の他の多糖類(P)は、互いに会合していてもよい。他の多糖類(P)は、例えば、発泡体を製造するときに起泡剤として機能するものである。発泡体は、例えば、他の多糖類(P)として、グルコマンナン(コンニャクマンナン)及びセルロース誘導体からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、好ましくはグルコマンナン及びセルロース誘導体の両方を含む。
グルコマンナンは、蒟蒻芋などに含まれる多糖類であり、グルコースに由来する構造単位(グルコースユニット)とマンノースに由来する構造単位(マンノースユニット)とを有する。グルコマンナンにおいて、各構造単位は、1,4-グリコシド結合を介して結合している。グルコマンナンにおいて、グルコースユニットに対するマンノースユニットのモル比は、特に限定されず、例えば0.5~2であり、0.5~1.6であってもよい。
セルロース誘導体は、セルロースに置換基が導入された構造を有する。この置換基は、セルロース誘導体中で疎水性基として機能するものであることが好ましい。セルロース誘導体としては、例えば、セルロースエーテルが挙げられる。セルロースエーテルとしては、例えば、メチルセルロース(MC)などのアルキルセルロース;ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)などのヒドロキシアルキルセルロース;ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)などのヒドロキシアルキルアルキルセルロース;カルボキシメチルセルロース(CMC)などのカルボキシアルキルセルロースが挙げられる。セルロース誘導体は、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを含むことが好ましい。
発泡体における他の多糖類(P)の含有率は、特に限定されず、例えば0.5wt%以上であり、好ましくは5wt%以上であり、より好ましくは10wt%以上であり、さらに好ましくは20wt%以上である。他の多糖類(P)の含有率の上限値は、特に限定されず、例えば90wt%であり、好ましくは80wt%であり、より好ましくは70wt%である。他の多糖類(P)の含有率は、31wt%~54wt%であってもよい。
発泡体がグルコマンナンを含む場合、発泡体におけるグルコマンナンの含有率は、特に限定されず、例えば0.5wt%~5.0wt%であり、1.9~3.2wt%であってもよい。発泡体がセルロース誘導体を含む場合、発泡体におけるセルロース誘導体の含有率は、特に限定されず、例えば、20wt%~80wt%であり、34~52wt%であってもよい。発泡体におけるグルコマンナン及びセルロース誘導体の重量比は、特に限定されないが、0.1:99.9~9.9:90.1であることが好ましい。
本発明は、その別の側面から、アルギン酸及び/又はアルギン酸塩、グルコマンナン、並びにセルロース誘導体を含む、発泡体を提供する。
発泡体は、2価の金属イオンを発生させる化合物(C)をさらに含んでいてもよい。化合物(C)は、例えば、酸と接触することにより2価の金属イオンを発生させることができる。2価の金属イオンとしては、アルギン酸塩について上述したものが挙げられる。化合物(C)は、例えば、2価の金属イオンを含む塩である。この塩としては、炭酸カルシウムなどの炭酸塩が挙げられる。化合物(C)、特に炭酸カルシウム、は、発泡体の硬さを調整することに適した成分である。なお、化合物(C)は、発泡体内において、塩状態の残渣として存在していてもよく、後述するアルギン酸分子の架橋反応により消費されていてもよい。化合物(C)は、発泡体内において、固体の状態で残存していてもよい。
発泡体における化合物(C)、特に炭酸カルシウム、の含有率は、特に限定されず、例えば20wt%以下であり、好ましくは18wt%以下であり、より好ましくは15wt%以下であり、12wt%以下であってもよい。化合物(C)の含有率の下限値は、特に限定されず、例えば0.1wt%である。化合物(C)の含有率は、3.5wt%~15wt%であってもよく、3.8wt%~15wt%であってもよく、場合によっては3.5wt%~12wt%であってもよい。化合物(C)の含有率を上記の範囲に調整することによって、発泡体の硬さを適切に調整できる傾向がある。ただし、発泡体は、化合物(C)を含んでいなくてもよい。
後述するとおり、本実施形態の発泡体の製造方法では、例えば、起泡剤を含む溶液(S)を攪拌しながら、溶液(S)にアルギン酸塩を添加し、さらに、化合物(C)及び酸発生剤を添加する。発泡体における化合物(C)の含有率を高く調整するために、多量の化合物(C)を溶液(S)に加えると、溶液(S)のゲル化が急速に進行する傾向がある。この場合、溶液(S)の流動性が急速に低下し、溶液(S)が急速に固まる。発泡体を容易に製造する観点からは、発泡体における化合物(C)の含有率を20wt%以下に調整することが好ましい。
発泡体は、酸発生剤及び/又は酸発生剤の分解物をさらに含んでいてもよい。酸発生剤は、発泡体内に存在する未分解残存物である。酸発生剤は、例えば、加水分解によってカルボキシル基などの酸性基が形成される化合物である。酸発生剤の具体例は、グルコノデルタラクトンである。酸発生剤の分解物の具体例は、グルコン酸である。発泡体における酸発生剤の含有率と酸発生剤の分解物の含有率との合計値は、例えば50wt%以下であり、好ましくは30wt%以下である。この合計値は、6.8wt%~27wt%であってもよい。発泡体は、酸発生剤を含んでいなくてもよく、酸発生剤の分解物を含んでいなくてもよい。
発泡体は、多糖類、化合物(C)、酸発生剤及び酸発生剤の分解物以外の他の成分を含んでいてもよいが、実質的に含まないことが好ましい。他の成分としては、例えば、可塑剤(軟化剤)、低分子化合物を含む界面活性剤などが挙げられる。発泡体における他の成分の含有率は、例えば10wt%以下であり、好ましくは5wt%以下であり、より好ましくは1wt%以下である。
(発泡体の製造方法)
本実施形態の発泡体の製造方法は、
起泡剤を含む溶液(S)を泡立てる工程(i)と、
泡立った溶液(S)にアルギン酸塩を加える工程(ii)と、
を含む。
工程(i)において、起泡剤は、例えば、アルギン酸及びアルギン酸塩以外の他の多糖類(P)を2種以上含む。他の多糖類(P)としては、上述したものを用いることができる。起泡剤は、グルコマンナン及びセルロース誘導体(特に、ヒドロキシプロピルメチルセルロース)の両方を含むことが好ましい。起泡剤がグルコマンナン及びセルロース誘導体を含む場合、溶液(S)中で、グルコマンナンのマンノースユニットが、セルロース誘導体に含まれる置換基、特に疎水性基、と相互作用する傾向がある。この相互作用によって、グルコマンナンとセルロース誘導体とが会合する。グルコマンナンとセルロース誘導体とが会合した場合、工程(i)において、溶液(S)が容易に泡立つだけでなく、工程(i)で生じた泡の弾力性が向上する傾向がある。さらに、この泡の形状が長時間維持される傾向もある。
溶液(S)における起泡剤の濃度は、特に限定されず、例えば0.05wt%~5wt%である。一例として、溶液(S)におけるグルコマンナンの濃度は、例えば0.05wt%~0.5wt%であり、好ましくは0.1wt%~0.3wt%である。溶液(S)におけるセルロース誘導体の濃度は、例えば0.5wt%~5wt%であり、好ましくは1wt%~3wt%である。
溶液(S)は、例えば、起泡剤の他に溶剤を含む。溶剤は、典型的には水である。
工程(i)において、溶液(S)を泡立てる方法は、特に限定されず、公知の方法を利用できる。例えば、市販のホモジナイザーを用いて、溶液(S)を攪拌することにより、溶液(S)を泡立ててもよい。溶液(S)の撹拌速度、撹拌時間などは、溶液(S)の粘度や組成に応じて適宜設定することができる。工程(i)の操作は、例えば、室温(22±3℃)下で行われる。工程(i)では、溶液(S)を全体的に泡立てることが好ましい。
工程(ii)において、溶液(S)に添加されるアルギン酸塩としては、例えば、アルギン酸と、ナトリウムイオン、カリウムイオンなどのアルカリ金属イオンとの塩が挙げられる。アルギン酸塩は、アルギン酸ナトリウムであることが好ましい。溶液(S)に添加されるアルギン酸塩は、典型的には、2価の金属イオンを実質的に含まない。
工程(ii)では、溶液(S)を攪拌しながら、アルギン酸塩を溶液(S)に添加することが好ましい。工程(ii)において、溶液(S)にアルギン酸塩を添加すると、溶液(S)の粘度が増加する。これにより、溶液(S)に生じた泡の形状が容易に保持される。
工程(ii)では、溶液(S)におけるアルギン酸塩の濃度が、例えば1wt%~3wt%、好ましくは1wt%~2wt%、になるように、アルギン酸塩が溶液(S)に添加される。
本実施形態の製造方法は、例えば、工程(ii)の後に、2価の金属イオンを発生させる化合物(C)及び酸発生剤を溶液(S)に加えて、ゲル化物を作製する工程(iii)をさらに含む。化合物(C)及び酸発生剤としては、上述したものを利用できる。
工程(iii)では、まず、化合物(C)を溶液(S)に添加し、その後、酸発生剤を徐々に添加することが好ましい。工程(iii)において、化合物(C)及び酸発生剤の添加は、例えば、溶液(S)を攪拌している状態で行う。
工程(iii)において、酸発生剤が溶液(S)に添加されると、酸発生剤から酸が発生する。詳細には、溶液(S)中で酸発生剤が加水分解されて、酸性基が形成される。酸性基が形成されることによって、加水分解された酸発生剤が酸として機能する。この酸が化合物(C)と反応することによって、化合物(C)から2価の金属イオンが発生する。
化合物(C)から発生した2価の金属イオンは、アルギン酸塩のGブロックとイオン結合を形成する。詳細には、アルギン酸塩に含まれる金属イオン(アルカリ金属イオン)が2価の金属イオンと交換される。これにより、複数のアルギン酸分子が2価の金属イオンを介して架橋する。この架橋反応によって、溶液(S)のゲル化が進行する。溶液(S)は、ゲル化により、ゲル化物に変化する。
2価の金属イオンを介した複数のアルギン酸分子の架橋反応は、通常、不可逆反応である。すなわち、本実施形態の工程(iii)で得られたゲル化物は、溶液(S)に戻りにくい。そのため、このゲル化物から作製された発泡体は、耐熱性に優れている傾向がある。発泡体が耐熱性に優れている場合、この発泡体を足場材として用いて作製された培養肉は、加熱調理されても、その形状を維持しやすい。このように、耐熱性に優れた発泡体は、加熱調理用の培養肉の足場材に特に適している。
なお、工程(ii)において、アルギン酸塩に代えて、他の多糖類(例えば、キトサン)を用いた場合であっても、工程(iii)において、溶液(S)のゲル化が進行することがある。しかし、他の多糖類を用いた場合、溶液(S)のゲル化を早く進行させるためには、溶液(S)を加熱し、その後冷却する必要がある。これに対して、複数のアルギン酸分子の架橋反応による溶液(S)のゲル化は、溶液(S)を加熱しなくても、比較的早く進行するという利点がある。また、上述のとおり、複数のアルギン酸分子の架橋反応により得られたゲル化物から作製された発泡体は、他の多糖類を用いた場合と比べて、耐熱性に優れているという利点もある。
溶液(S)のゲル化の速度を適切に制御するために、工程(iii)では、酸発生剤を添加している間、及び/又は、酸発生剤を添加した後に、溶液(S)を冷却してもよい。工程(iii)において、ゲル化の速度が適切に制御された場合、ゲル化が均一に進行する傾向がある。なお、ゲル化が不均一に進行した場合、得られたゲル化物から形成される発泡体の弾性率Mや見かけ密度が増加する傾向がある。ゲル化の速度は、酸発生剤を添加してから溶液(S)の流動性が失われるまでの時間(ゲル化開始時間)に基づいて評価することができる。一例として、ゲル化開始時間は、5秒以上であることが好ましく、10秒以上であることがより好ましい。なお、「溶液(S)の流動性が失われる」とは、溶液(S)を収容した容器を45°傾けたときに、溶液(S)の形状の変化が目視で確認できないことを意味する。
工程(iii)では、溶液(S)における化合物(C)の濃度が、例えば0.1wt%~1.0wt%、場合によっては0.2wt%~1.0wt%、になるように、化合物(C)が溶液(S)に添加される。さらに、溶液(S)における酸発生剤の濃度が、例えば0.1wt%~1.8wt%、場合によっては0.3wt%~1.3wt%、になるように、酸発生剤が溶液(S)に添加される。
本実施形態の製造方法において、工程(ii)におけるアルギン酸塩の添加量に対する、工程(iii)における化合物(C)の添加量の重量比R1、及び、工程(iii)における化合物(C)の添加量に対する酸発生剤の添加量の重量比R2は、溶液(S)のゲル化の速度に影響を与える傾向がある。本発明者らの検討によると、重量比R1及びR2は、得られる発泡体の弾性率Mにも影響を与える傾向がある。さらに、重量比R1及びR2は、筋肉細胞を培養するための培養液に発泡体を浸漬させたときの培養液のpHにも影響を与える傾向がある。
重量比R1は、例えば0.05以上であり、好ましくは0.08以上であり、より好ましくは0.1以上であり、さらに好ましくは0.2以上である。重量比R1は、例えば1.0以下であり、好ましくは0.8以下であり、より好ましくは0.7以下であり、さらに好ましくは0.6以下である。重量比R1は、0.05~1.0であることが好ましく、0.08~0.8であることがより好ましく、0.1~0.7であることがさらに好ましく、0.2~0.6であることが特に好ましい。
重量比R2は、例えば0.5以上であり、好ましくは0.7以上であり、より好ましくは0.9以上である。重量比R2は、例えば4.0以下であり、好ましくは3.8以下であり、より好ましくは3.6以下であり、さらに好ましくは3.4以下である。重量比R2は、0.5~4.0であることが好ましく、0.9~3.6であることがより好ましい。
本実施形態の製造方法は、例えば、工程(iii)で得られたゲル化物を乾燥させ、乾燥物を作製する工程(iv)をさらに含む。工程(iv)では、例えば、溶液(S)に由来する溶剤(水)をゲル化物から除去する。工程(iv)で得られた乾燥物における溶剤の含有率は、例えば1wt%以下である。工程(iv)において、ゲル化物の乾燥条件は、特に限定されない。ゲル化物の乾燥温度は、例えば60℃以上である。ゲル化物の乾燥時間は、例えば1時間以上である。
本実施形態の製造方法は、工程(iv)の前に、ゲル化物を所定の形状に切断する、及び/又は、工程(iv)の後に、乾燥物を所定の形状に切断する切断工程をさらに含んでいてもよい。切断工程は、切断が容易である観点から、ゲル化物に対して実施されることが好ましい。切断工程によれば、培養肉の作製に適した形状を有する発泡体を作製することができる。所定の形状としては、シート状、キューブ状等が挙げられる。
本実施形態の製造方法の工程(i)~(iv)を行うことによって作製された乾燥物の表面には、スキン層と呼ばれる緻密な層が形成されている傾向がある。スキン層を有する乾燥物は、筋肉細胞を培養するための培養液が浸み込みにくい傾向がある。そのため、上記の切断工程では、このスキン層が取り除かれるように、乾燥物を切断することが好ましい。なお、本実施形態の製造方法は、切断工程を含んでいなくてもよく、工程(iv)で得られた乾燥物を発泡体とみなしてもよい。
(発泡体の構造及び物性)
次に、本実施形態の発泡体の構造及び物性について説明する。なお、以下では、特にことわりのない場合、発泡体の構造及び物性は、乾燥状態の発泡体のものを意味する。
本実施形態の発泡体の形状は、特に限定されず、作製すべき培養肉の形状に応じて適宜調整できる。一例として、発泡体は、厚さ1~30mmのシート状又はキューブ状であってもよい。
本実施形態の発泡体は、例えば、複数の孔を含む。複数の孔は、例えば、三次元状に連続して形成されている。すなわち、発泡体は、例えば、複数の連続孔を有する。ただし、発泡体は、連続孔の他に、独立孔をさらに有していてもよい。上述の切断工程によって、スキン層が取り除かれている場合、孔は、スキン層によって塞がれていない状態である。言い換えると、乾燥状態の発泡体は、例えば、表面に開口している孔を有している。
発泡体に含まれる孔の平均孔径は、特に限定されず、例えば50μm~500μmである。発泡体の平均孔径は、次の方法によって特定できる。まず、発泡体の断面を走査型電子顕微鏡で観察する。得られた電子顕微鏡像において、特定の孔の面積を画像処理によって算出する。算出された面積と同じ面積を有する円の直径をその特定の孔の孔径(孔の直径)とみなす。任意の個数(少なくとも50個)の孔の直径をそれぞれ算出し、算出値の平均値を発泡体の平均孔径とみなす。
発泡体の空隙率は、特に限定されず、例えば80%以上であり、好ましくは90%以上であり、より好ましくは95%以上である。発泡体の空隙率の上限値は、特に限定されず、例えば99%である。発泡体の空隙率は、次の方法によって測定できる。まず、評価対象の発泡体の体積及び重量を求める。得られた体積及び重量を以下の式(1)に代入することによって、発泡体の空隙率を算出できる。式(1)において、Vは、体積(cm3)を意味し、Wは、重量(g)を意味し、Dは、発泡体の真密度(g/cm3)を意味する。真密度は、例えば、上述した製造方法において、溶液(S)を泡立てずに(発泡させずに)、工程(i)~(iv)を行うことによって得られた固形物の体積及び重量から算出することができる。真密度は、発泡体に含まれる各成分の比重に基づいて算出することもできる。
空隙率(%)=100×[V-(W/D)]/V (1)
発泡体の見かけ密度は、特に限定されず、例えば0.1g/cm3以下であり、好ましくは0.07g/cm3以下であり、より好ましくは0.05g/cm3以下であり、さらに好ましくは0.04g/cm3以下である。発泡体の見かけ密度の下限値は、特に限定されず、例えば0.02g/cm3である。発泡体の見かけ密度は、評価対象の発泡体の体積及び重量から算出することができる。発泡体の見かけ密度が小さければ小さいほど、発泡体において、隣接する2つの孔の距離が小さい、すなわち孔壁が薄い、傾向がある。孔壁が薄い発泡体は、圧縮強度が小さいため、低い弾性率Mを有する傾向がある。
湿潤状態の発泡体の密度は、特に限定されず、例えば0.3g/cm3~1.6g/cm3である。湿潤状態の発泡体において、発泡体自体(乾燥状態の発泡体)の重量に対する水の重量の比率は、例えば500wt%以上である。湿潤状態の発泡体は、例えば、乾燥状態の発泡体を22±3℃の水に4時間浸漬させることによって得ることができる。湿潤状態の発泡体の密度は、評価対象の発泡体の体積及び重量から算出することができる。
発泡体の発泡倍率は、特に限定されず、例えば25倍以上であり、好ましくは30倍以上であり、より好ましくは40倍以上である。発泡体の発泡倍率の上限値は、特に限定されず、例えば100倍である。発泡体の発泡倍率は、乾燥状態の発泡体の見かけ密度に対する発泡体の真密度の比を意味する。
発泡体は、筋肉細胞の培養条件に影響を与えないことが望ましい。例えば、発泡体を筋肉細胞の培養液に浸漬させたときに、培養液のpHを大きく低下させないことが好ましい。一例として、発泡体について、以下のpH試験1を行った場合に、水のpHが6より大きいことが好ましく、7~10であることがより好ましい。
pH試験1:まず、乾燥状態であり、かつ縦10mm×横6mm×厚さ1mmのサイズの発泡体を準備し、試験片とする。当該試験片を22±3℃の水(蒸留水)1.5mLに18時間浸漬させる。市販のpH計を用いて、試験片が浸漬した水のpHを測定する。
さらに、発泡体について、以下のpH試験2を行った場合に、水のpHが6より大きいことが好ましく、7~10であることがより好ましい。
pH試験2:まず、乾燥状態であり、かつ縦10mm×横6mm×厚さ1mmのサイズの発泡体を準備し、試験片とする。当該試験片を22±3℃の水(蒸留水)50mLに18時間浸漬させる。試験片を水から取り出し、表面に付着した水を取り除く。この試験片を別途準備した22±3℃の水1.5mLに浸漬させる。市販のpH計を用いて、試験片が浸漬した水のpHを測定する。
なお、発泡体を培養液に浸漬させたときに、培養液は、中性(pH7付近)であることが好ましい。ただし、発泡体を培養液に浸漬させることによって培養液のpHがある程度上昇した場合であっても、筋肉細胞の培養条件、特にCO2ガスの導入量、を調整することによって、培養液を適切なpHに調節することが可能である。
発泡体は、筋肉細胞の培養液が浸み込みやすい構造であることが好ましい。例えば、スキン層を有さず、表面に開口している孔を有する発泡体は、培養液が浸み込みやすい傾向がある。一例として、発泡体について、以下の浸透試験を行った場合に、発泡体の表面に形成された水溶液の跡の最大直径が、10mm以上であることが好ましく、15mm以上であることがより好ましい。
浸透試験:まず、乾燥状態であり、かつ縦30mm×横30mm×厚さ2mmのサイズの発泡体を準備し、試験片とする。室温(22±3℃)下で、試験片の主面(最も大きい面積を有する表面)に、食用色素を0.67wt%の濃度で含む水溶液を液滴の状態で15μL滴下する。10秒後に、試験片の表面に形成された水溶液の跡(食用色素が発泡体に浸み込んだ跡)の最大直径を測定する。
なお、特許文献1には、アルギン酸を用いて作製した多糖フォームが開示されている。しかし、特許文献1では、発泡剤として、ドデシル硫酸ナトリウムなどの可食性でない化合物が利用されている。
特許文献2及び3には、アルギン酸を用いて作製した発泡体が開示されている。しかし、後述する比較例の結果からわかるとおり、特許文献2及び3に開示された製造条件によって、弾性率Mが8×104Pa以下である発泡体を作製することは難しい。例えば、特許文献2及び3では、発泡体を創傷被覆材や口腔治療剤として利用するために、可塑剤(軟化剤)が存在する条件で発泡体が作製されている。可塑剤は、起泡剤を含む溶液の発泡性を低下させる傾向がある。後述する比較例1の結果からもわかるとおり、溶液の発泡性が十分でない場合、発泡体の弾性率Mを8×104Pa以下に調整することは難しい。さらに、後述する比較例2~4の結果から明らかなとおり、仮に可塑剤が存在しない条件で発泡体を作製したとしても、特許文献2及び3に開示された条件では、発泡体の弾性率Mを8×104Pa以下に調整することは難しい。
特許文献2及び3では、酸発生剤を比較的多く使用して発泡体を作製している。発泡体の製造時に、酸発生剤が化合物(C)よりも過剰に存在する場合、溶液(S)のゲル化の速度が速いため、ゲル化が不均一に進行しやすい傾向がある。特許文献2及び3の製造条件で、酸発生剤に対する化合物(C)の添加量を単純に増加させた場合には、発泡体の弾性率Mがさらに上昇することが予想される。
なお、特許文献2の発泡体の孔内には、可溶性ポリサッカライドのゲルが存在する。このような発泡体では、筋肉細胞が増殖できる部分が少なく、筋肉細胞を十分に培養することが難しいことが予想される。
上述のとおり、本実施形態の発泡体は、弾性率Mが8×104Pa以下であり、食感が食肉(特に生肉)に似ている。そのため、この発泡体は、良好な食感を有する培養肉の作製に適している。本発明は、その別の側面から、アルギン酸及び/又はアルギン酸塩を含む発泡体であって、弾性率Mが8×104Pa以下である発泡体を含む培養肉を提供する。ただし、本実施形態の発泡体は、培養肉の足場材以外の用途、例えば培養肉以外の食品、化成品、薬品などの用途、にも利用されうる。
以下に、実施例及び比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
(実施例1)
まず、150mLのディスポカップ(寸胴タイプ)に蒸留水を加え、ホモジナイザーで撹拌した。ホモジナイザーの回転速度は、約8000rpmに設定した。蒸留水の添加量は、カップに添加される材料の総重量が100重量部となるように調整した。次に、粉末のヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC:ダウ社製、METHOCEL(登録商標)E19)1.5重量部、及び、粉末のグルコマンナン(GM:清水化学社製、レオレックス(登録商標)LM)0.1重量部をこの順番で少しずつカップに加えて、水に溶解させた。これにより、起泡剤としてHPMC及びGMを含む溶液を得た。
引き続き、得られた溶液をホモジナイザーで攪拌すると、溶液が泡立ち、気泡が生じた。ホモジナイザーによる攪拌を続けた状態で、粉末のアルギン酸ナトリウム(ALG:キミカ社製、I-3G)1.2重量部を複数回に分けて溶液に添加した。溶液の外観が安定した段階で、ホモジナイザーの回転数を徐々に増加させた。最終的には、ホモジナイザーの回転速度を20000rpmに設定した。次に、回転速度を18000~19000rpmまで低下させて、撹拌中に発生した大きな気泡を消失させた。
次に、13.5mLのスクリュー瓶を用いて、炭酸カルシウム(富士フイルム和光純薬社製、特級)0.24重量部及び水からなる分散液を作製した。詳細には、炭酸カルシウムが水に難溶であることを考慮して、まず、必要量の半分の蒸留水を炭酸カルシウムと混合した。得られた混合物について、超音波洗浄機による超音波処理を15分程度行うことによって、水中に炭酸カルシウムを分散させた。この分散液をディスポカップ内の溶液に添加した。次に、残りの蒸留水をスクリュー瓶に加えて、スクリュー瓶の内壁に付着した炭酸カルシウムを洗い流し、ディスポカップ内の溶液に加えた。このとき、撹拌状態を目視で確認できるように、食用色素をディスポカップ内に添加した。
炭酸カルシウムを含む分散液をディスポカップ内の溶液に添加した後に、再びホモジナイザーを用いて溶液を攪拌した。このときのホモジナイザーの回転数は、18000rpmであった。
次に、粉末のグルコノデルタラクトン(GDL:扶桑化学工業社製、フジグルコン(登録商標))0.432重量部を溶液に徐々に添加した。食用色素による溶液の着色状態が均一になった時点で、溶液中でGDLが均一に混合されたと判断し、ホモジナイザーを停止した。なお、GDLを溶液に加えた段階から溶液のゲル化が開始する。ホモジナイザーの攪拌により溶液の温度が上昇しすぎると、ゲル化の速度が増加し、ゲル化を均一に進行させることが難しい。そのため、GDLを添加した後には、溶液の温度が上昇しすぎないように、必要に応じて、撹拌作業の時間を短縮し、さらに溶液の冷却を行った。溶液の冷却は、ディスポカップの外壁を氷水に接触させることによって行った。
次に、ディスポカップを静置した。溶液中で、2価のカルシウムイオンを介した複数のアルギン酸分子の架橋反応が進行し、ゲル化物が形成された。GDLを添加してから溶液の流動性が失われるまでの時間(ゲル化開始時間)は、15秒であった。
次に、ディスポカップからゲル化物を取り出した。図1Aに示すとおり、ゲル化物は、高さ5cm程度の円柱状であった。
次に、ワイヤカッターを用いて、ゲル化物の表面に、所定の間隔で切り込みを入れた。次に、通常のカッターでゲル化物を切断した。これにより、図1Bに示すとおり、厚さ7mmのシート状のゲル化物を得た。
次に、クッキングペーパーを敷いたアルミバットの上に、シート状のゲル化物を配置し、90℃で2時間乾燥させた。これにより、乾燥物を得た。この乾燥物について、表面に形成されたスキン層をカッターで削ぎ、厚さを5mmに調整した。これにより、実施例1の発泡体を得た。
(実施例2~12及び比較例1~4)
材料の添加量を表1に示すように変更したことを除き、実施例1と同じ方法によって、実施例2~12及び比較例1~4の発泡体を作製した。比較例1の作製条件は、特許文献2及び3に開示された製造条件を参考している。比較例1では、アルギン酸ナトリウムを溶液に添加する段階で、可塑剤としてグリセリン及びソルビトールも溶液に添加した。さらに、比較例2~4の作製条件は、特許文献2及び3に開示された製造条件について、可塑剤の影響を検討するためのものである。なお、比較例1~4では、乾燥物について、表面のスキン層を削ぐ操作を行わず、乾燥物を発泡体とみなした。
次に、実施例及び比較例の発泡体について、以下の評価を行った。評価結果を表1に示す。
[弾性率M]
まず、乾燥状態の発泡体を縦10mm×横10mm×厚さ5mmのキューブ状に切り出した。この発泡体を22±3℃の蒸留水に4時間浸漬させた。発泡体を水から取り出し、発泡体の表面上に存在する余分な水を取り除いた。これにより、浸漬後の厚さが5±1mmの試験片を得た。次に、この試験片を固体用動的粘弾性測定装置(TAインスツルメント社製のRSA-G2)にセットした。この測定装置は、圧縮治具として、上治具(φ15mm)及び下治具(φ25mm)を備えていた。測定装置を用いて、試験片が厚さ方向に0.5mm/secの速度で圧縮されるように、試験片に5秒間荷重を加え、試験片に生じた応力及び歪みを測定した。試験片が初期厚さから10%圧縮されたときに試験片に生じた応力を読み取り、この値から発泡体の弾性率Mを算出した。
[密度]
まず、乾燥状態の発泡体を所定の形状に切り出した。この発泡体について、体積及び重量を測定し、この値から発泡体の見かけ密度を算出した。さらに、この発泡体を22±3℃の水に4時間浸漬させた。発泡体を水から取り出し、発泡体の表面上に存在する余分な水を取り除くことにより、湿潤状態の発泡体を得た。湿潤状態の発泡体について、体積及び重量を測定し、この値から湿潤状態の発泡体の密度を算出した。
[空隙率]
発泡体の見かけ密度を算出するために測定した体積及び重量と、発泡体の真密度に基づいて、発泡体の空隙率を算出した。発泡体の真密度は、発泡体に含まれる各成分の比重に基づいて算出した。
[発泡倍率]
乾燥状態の発泡体の見かけ密度に対する発泡体の真密度の比を算出し、得られた値を発泡倍率として特定した。
[pH試験]
上述したpH試験1及び2を行い、発泡体(試験片)が浸漬した水のpHを測定した。なお、pH試験2では、試験片を18時間浸漬させた50mLの水についてもpHを測定した。
[培養試験]
まず、乾燥状態の発泡体を直径6mmの円板状に打ち抜いて、試験片とした。次に、試験片を70wt%のエタノール水溶液と接触させて、30分間静置させることによって滅菌処理を行った。次に、試験片を超純水で3回洗浄し、試験片からエタノールを取り除いた。この試験片を96ウェルプレートにセットした。この試験片に、20,000cells/pcsとなるように、NIH3T3細胞を添加し、30分程度静置した。さらに、この試験片の周囲に培地を加え、CO2濃度5%、37℃の条件で7日間、培養試験を行った。培養液に、終濃度が1ug/mLになるようにヨウ化プロピジウム(富士フイルム和光純薬社製、169-26281)を加えてから、顕微鏡で細胞を観察した。このとき、内部まで染色された細胞を死細胞と判定した。死細胞が20%より少ないものを培養可能(〇)とし、死細胞が20%以上のものを培養不可(×)とした。
[炭酸カルシウムの含有率]
まず、乾燥状態の発泡体を砕いて、粒子径が数mm程度のフレーク状の測定サンプルを作製した。この測定サンプル50mgに、0.1mol/LのHCl水溶液10mLを加えて、超音波処理を60分間行った。これにより、測定サンプルに含まれる全ての炭酸カルシウムからカルシウムイオンが発生した。次に、漏斗を用いて、測定サンプルのろ過を行った。このとき、測定サンプルを24mLの蒸留水で洗浄した。得られたろ液について、ICP質量分析を行うことによって、ろ液におけるカルシウムイオンの濃度を測定した。測定結果に基づいて、発泡体における炭酸カルシウムの含有率を算出した。なお、上記のろ液には、複数のアルギン酸分子の架橋に用いられているカルシウムイオンは含まれなかった。
Figure 0007072124000001
表1からわかるとおり、本実施形態の製造条件によって得られた実施例1~12の発泡体の弾性率Mは、いずれも8×104Pa以下であり、比較例1~4よりも小さい値であった。なお、比較例1~4の発泡体の表面にはスキン層が存在するが、比較例の弾性率Mが高かったのは、スキン層によってではなく、発泡体全体が実施例より硬かったためである。
実施例及び比較例からわかるとおり、GDLやCaCO3を比較的多く添加する条件では、ゲル化開始時間が短い傾向があった。例えば、実施例4では、GDLを添加した後における溶液の温度の上昇が大きく、溶液を十分に冷却できなかった。そのため、ゲル化開始時間が5秒と短かく、ゲル化が均一に進行しなかった。さらに、後述する実施例4の発泡体の断面の走査型電子顕微鏡画像からは、CaCO3が過剰に存在することも確認された。これらに起因して、実施例4では、発泡体の見かけ密度が比較的大きい値であったと推定される。
次に、サーモン及びマグロについて、厚さ5mmの切り身を準備した。この切り身を固体用動的粘弾性測定装置にセットし、上述した方法によって弾性率Mを測定した。その結果、サーモンの弾性率Mが4750Paであり、マグロの弾性率Mが22448Paであった。実施例1~12の発泡体の弾性率Mがサーモンやマグロと同程度であるため、これらの発泡体の食感は、サーモンやマグロに似ていることが推定される。このことから、実施例1~12の発泡体は、良好な食感を有する培養肉の作製に適していることがわかる。
[断面の観察]
実施例1、2、4、8~12及び比較例1~4の発泡体については、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。結果を図2~13に示す。図2~13からは、実施例の発泡体では、比較例に比べて、隣接する2つの孔の距離が小さい、すなわち孔壁が薄い、ことがわかる。さらに、図2~13及び表1の結果からは、発泡体の見かけ密度が小さければ小さいほど、孔壁が薄い傾向があることが確認できる。
[浸透試験]
実施例2の発泡体については、上述した浸透試験を行い、発泡体の表面に形成された水溶液の跡の最大直径を測定した。結果を図14Aに示す。図14Aからわかるとおり、水溶液の跡の最大直径は、15mmであった。
さらに、実施例2で得られた乾燥物(表面のスキン層を削ぐ操作を行っていないもの)を用いて、同様に、浸透試験を行った。詳細には、一方の主面にスキン層が残るように、乾燥物を縦30mm×横30mm×厚さ2mmのサイズに切り出し、試験片とした。この試験片について、スキン層が存在する主面に水溶液を滴下することによって浸透試験を行った。結果を図14Bに示す。図14Bからわかるとおり、水溶液の跡の最大直径は、7.7mmであり、スキン層を有さない実施例2の発泡体よりも小さい値であった。図14A及び14Bから、スキン層を有さず、表面に開口している孔を有する発泡体は、培養液が浸み込みやすいことがわかる。
本実施形態の発泡体は、培養肉を作製するための足場材に適している。本実施形態の発泡体は、培養肉の足場材以外の用途、例えば培養肉以外の食品、化成品、薬品などの用途、にも利用されうる。

Claims (18)

  1. アルギン酸及び/又はアルギン酸塩と、グルコマンナンとを含む発泡体であって、
    下記試験により求めた弾性率Mが8×104Pa以下である、発泡体。
    試験:前記発泡体を22±3℃の水に4時間浸漬させ、浸漬後の厚さが5±1mmの試験片を準備する。前記試験片が厚さ方向に0.5mm/secの速度で圧縮されるように、前記試験片に5秒間荷重を加え、前記試験片に生じる応力及び歪みを測定する。ここで、前記試験片が初期厚さから10%圧縮されたときにおける、前記試験片に生じる応力を読み取り、当該応力を歪みで除した値を前記弾性率Mとして特定する。
  2. 可食性を有する、請求項1に記載の発泡体。
  3. 前記弾性率Mが1×103Pa以上である、請求項1又は2に記載の発泡体。
  4. 乾燥状態の前記発泡体の見かけ密度が0.05g/cm3以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の発泡体。
  5. アルギン酸及びアルギン酸塩以外の他の多糖類を2種以上含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の発泡体。
  6. セルロース誘導体を含む、請求項1~のいずれか1項に記載の発泡体。
  7. ルロース誘導体を含み、
    前記発泡体における前記グルコマンナン及び前記セルロース誘導体の重量比が0.1:99.9~9.9:90.1である、請求項1~5のいずれか1項に記載の発泡体。
  8. 2価の金属イオンを発生させる化合物を含む、請求項1~のいずれか1項に記載の発泡体。
  9. 前記化合物が炭酸カルシウムである、請求項に記載の発泡体。
  10. 前記発泡体における前記化合物の含有率が20wt%以下である、請求項又はに記載の発泡体。
  11. 酸発生剤の分解物を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載の発泡体。
  12. 乾燥状態の前記発泡体は、表面に開口している孔を有する、請求項1~11のいずれか1項に記載の発泡体。
  13. 起泡剤を含む溶液を泡立てる工程(i)と、
    泡立った前記溶液にアルギン酸塩を加える工程(ii)と、
    を含み、
    前記起泡剤が、アルギン酸及びアルギン酸塩以外の他の多糖類を2種以上含み、
    前記他の多糖類が、グルコマンナンを含む、発泡体の製造方法。
  14. 2価の金属イオンを発生させる化合物及び酸発生剤を前記溶液に加えて、ゲル化物を作製する工程(iii)をさらに含む、請求項13に記載の製造方法。
  15. 前記工程(ii)における前記アルギン酸塩の添加量に対する、前記工程(iii)における前記化合物の添加量の重量比が0.05~1.0である、請求項14に記載の製造方法。
  16. 前記工程(iii)において、前記化合物の添加量に対する、前記酸発生剤の添加量の重量比が0.5~4.0である、請求項14又は15に記載の製造方法。
  17. 前記ゲル化物を乾燥させ、乾燥物を作製する工程(iv)をさらに含む、請求項1416のいずれか1項に記載の製造方法。
  18. 前記工程(iv)の前に、前記ゲル化物を所定の形状に切断する、及び/又は、前記工程(iv)の後に、前記乾燥物を所定の形状に切断する切断工程をさらに含む、請求項17に記載の製造方法。
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