今回のテーマは「デンプンの老化」です。「デンプン」は米や小麦などの炭水化物に多く含まれているので馴染みが深いと思う。炊いたご飯やパンを放置していると、冷めて固く、舌触りがわるくなっておいしさが損なわれる。これは「でんぷんの老化」という現象のために起こるんです。食品加工の現場では、この「でんぷんの老化」を防ぐための工夫や「でんぷんの老化」を応用した食品の開発がされている。
実はとても身近な現象である「でんぷんの老化」について管理栄養士の免許も持つ、生物に詳しい現役大学院生ライターcaoriと一緒に解説していきます。

ライター/Caori

国立大学の博士課程に在籍している現役の理系大学院生。とっても身近な現象である生命現象をわかりやすく解説する「楽しくわかりやすい生物の授業」が目標。

デンプンとは

デンプンとは

image by Study-Z編集部

デンプン(でん粉)とは、緑色植物が太陽エネルギー、水、二酸化炭素から光合成によって作り出す炭水化物(多糖)です。デンプンは光合成により葉(葉緑体)で作られ、根や茎、種子や果実などに移動して貯蔵されています。デンプンは植物にとってのグルコース貯蔵形態の一つなのです。米やとうもろこしなどの穀類は種子に、ジャガイモなどのイモ類は根茎に多く蓄積されています。私たちが日々主食としてごはん(米飯)やパンを食べるように、動物にとっては炭素源として重要です。

デンプンはグルコースがα-1,4結合した直鎖状のアミロースと所々にα-1,6結合の枝分れをもつアミロペクチンという2種類の高分子から構成されています。デンプンはアミロースとアミロペクチンの混合物です。植物によってアミロースとアミロペクチンの構成比は異なるため、植物の種類によってデンプンの形状や性質が異なります。

デンプンの糊化

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生のデンプン(ベータ(β)デンプン)はアミロースとアミロペクチン鎖が水素結合により規則的に集合したミセル構造(結晶構造)をしています。そのままでは固く、消化酵素の作用を受けにくく、味もよくないため食べものとしては適しません。そこで、デンプンを水と一緒に加熱すると、水素結合が切れてミセル構造が壊れ水分子が入り込み、でんぷんの保水性が上がり、ねばりが出てやわらかくなります。この状態をでんぷんの「糊化(こか)」。または「アルファ(α)化」といいます。生米を炊いてご飯にしたり、小麦粉からできたパンを焼いたり、パスタを茹でるのもデンプンを糊化させて、柔らかく食感や消化を良くし、おいしくするためです。

糊状になる温度や糊の状態などは、植物の種類によって大きく異なります。その特徴を生かしながら、工業用途から食品まで幅広く利用しているのです。

デンプンの老化

デンプンの老化

image by Study-Z編集部

パンやごはんは冷めると段々とかたくなり、パサパサしておいしくなくなっていきますよね。これは糊化したデンプンを放置すると、温度が下がるにつれて、入り込んでいた水分子が抜け出てしまい、デンプン粒が集合して水素結合により再びミセル構造が形成され生デンプンに近い構造に戻るためです。これの現象を「でんぷんの老化(β化)」といいます。ただし、ごはんを放置しても生米には戻らないように、完全にもと生デンプンの状態に戻るわけではありません。また、加水・加熱により再び糊化させることも可能です。

通常、アミロペクチン含量の多いデンプン粒は老化しにくい性質があるとされています。これは直鎖状のアミロースよりも、分岐の多いアミロペクチンの方が、デンプン分子間で水素結合が起こりにくいため、糊化温度が低く、粘度(膨潤度)、保水力が高いためです。また、植物によってアミロースとアミロペクチンの組成が異なるため、デンプンの元になった植物により、それぞれ老化の起こりやすさが違います。

\次のページで「デンプンの老化を防ぐ方法ー急速冷却・冷凍ー」を解説!/

デンプンの老化を防ぐ方法ー急速冷却・冷凍ー

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前述したように、デンプンの老化現象は「温度の低下」「水分子が抜け出る」ことによって起こります。デンプンの老化は60℃以上ではほとんど起こりませんが、温度の低下と共に早く進行し、10℃以下、特に水が凍る直前の2~4℃の温度帯が最も老化しやすいです。

よって、急速に温度を下げる、特に2~10℃の温度帯を速やかに通過させるとデンプンの老化を防げます。また、水の凝固点である0℃以下になると水分子が互いに結合するため水分子の流出を防ぐことが可能です。つまり、デンプンが糊化している温かい状態から急速に冷却、冷凍することで老化を防ぐことができます。チャーハンやうどん、グラタンなどの冷凍食品が解凍後も滑らかな粘性を保っているのは急速冷凍で老化を防いでいるからです。自宅では、ごはんを炊飯直後に小分けにして粗熱がとれたらすぐに冷凍することで老化を防ぎ、炊きたてのおいしさを閉じ込めることができます。

デンプンの老化を防ぐ方法ー糖を混ぜるー

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ごはんやお餅は冷めるとかたくなり、おいしくなくなってしまいますよね。しかし、お寿司に使う「すし飯」や「大福の皮」などのお餅は冷めてもかたくならずに、その柔らかさやおいしさを維持していると思いませんか?この違いには、じつは砂糖の特性が関わっています。

砂糖の特徴は親水性と保水性。簡単に言うと水分子をしっかりとキャッチし、さらにキャッチした水分子を離しにくいという特性です。このため、糊化したでんぷんの中の水分子と砂糖が結びつくことで水分が保持されて、冷めても糊化状態を保つことができます。実は、砂糖は甘さを出すためだけのものではないのです。また、砂糖と同様に親水性・保水性をもったトレハロースマルトースなどの糖類もデンプンの老化防止に幅広く利用されています。

デンプンの老化を防ぐ方法ー水分を調節するー

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繰り返しになりますが、デンプンの老化現象は「水分子が抜け出る」ことによって起こります。デンプンの老化現象は水分が30~60%の範囲が最も起こりやすく、水分の多い状態や10%以下の乾燥状態では起こりにくいです。この性質を利用して、水分量を維持できるようなパッケージが用いられたり、糊化後に急速に脱水して水分を10~15%にまで減らした食品が作られています。具体的には「せんべい」や「ビスケット」、「乾パン」などはデンプンの老化が起こりにくく、そのまま食べられる食品です。

そのほか、「即席麺(インスタントラーメン)」や「アルファ化米」などは、糊化させた「麺」や「ごはん」から急速に水分を取り除いて乾燥させ、デンプンの糊化を固定した商品になります。どちらの商品も長期間保存でき、お湯や水をそそぐだけで食べれて利便性が高く、日常生活や災害時などにもとても便利です。

身近な科学「デンプンの老化」

今回は「デンプンの老化」をテーマに解説しました。でんぷんの糊化や老化という言葉にはなじみが少ないかもしれませんが、ごはんやパン、インスタントラーメンなど身近なものばかりだったのでイメージしやすかったのではないかと思います。

「料理は科学」というように、料理の料は科学の料です。科学が苦手な人でも、料理などの身近な現象に例えると理解しやすくなるのではないでしょうか?

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5分で分かる「デンプンの老化」ご飯やパンが固くなるのはなぜ?現役大学院生がわかりやすく解説!

今回のテーマは「デンプンの老化」です。「デンプン」は米や小麦などの炭水化物に多く含まれているので馴染みが深いと思う。炊いたご飯やパンを放置していると、冷めて固く、舌触りがわるくなっておいしさが損なわれる。これは「でんぷんの老化」という現象のために起こるんです。食品加工の現場では、この「でんぷんの老化」を防ぐための工夫や「でんぷんの老化」を応用した食品の開発がされている。
実はとても身近な現象である「でんぷんの老化」について管理栄養士の免許も持つ、生物に詳しい現役大学院生ライターcaoriと一緒に解説していきます。

ライター/Caori

国立大学の博士課程に在籍している現役の理系大学院生。とっても身近な現象である生命現象をわかりやすく解説する「楽しくわかりやすい生物の授業」が目標。

デンプンとは

デンプンとは

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デンプン(でん粉)とは、緑色植物が太陽エネルギー、水、二酸化炭素から光合成によって作り出す炭水化物(多糖)です。デンプンは光合成により葉(葉緑体)で作られ、根や茎、種子や果実などに移動して貯蔵されています。デンプンは植物にとってのグルコース貯蔵形態の一つなのです。米やとうもろこしなどの穀類は種子に、ジャガイモなどのイモ類は根茎に多く蓄積されています。私たちが日々主食としてごはん(米飯)やパンを食べるように、動物にとっては炭素源として重要です。

デンプンはグルコースがα-1,4結合した直鎖状のアミロースと所々にα-1,6結合の枝分れをもつアミロペクチンという2種類の高分子から構成されています。デンプンはアミロースとアミロペクチンの混合物です。植物によってアミロースとアミロペクチンの構成比は異なるため、植物の種類によってデンプンの形状や性質が異なります。

デンプンの糊化

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生のデンプン(ベータ(β)デンプン)はアミロースとアミロペクチン鎖が水素結合により規則的に集合したミセル構造(結晶構造)をしています。そのままでは固く、消化酵素の作用を受けにくく、味もよくないため食べものとしては適しません。そこで、デンプンを水と一緒に加熱すると、水素結合が切れてミセル構造が壊れ水分子が入り込み、でんぷんの保水性が上がり、ねばりが出てやわらかくなります。この状態をでんぷんの「糊化(こか)」。または「アルファ(α)化」といいます。生米を炊いてご飯にしたり、小麦粉からできたパンを焼いたり、パスタを茹でるのもデンプンを糊化させて、柔らかく食感や消化を良くし、おいしくするためです。

糊状になる温度や糊の状態などは、植物の種類によって大きく異なります。その特徴を生かしながら、工業用途から食品まで幅広く利用しているのです。

デンプンの老化

デンプンの老化

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パンやごはんは冷めると段々とかたくなり、パサパサしておいしくなくなっていきますよね。これは糊化したデンプンを放置すると、温度が下がるにつれて、入り込んでいた水分子が抜け出てしまい、デンプン粒が集合して水素結合により再びミセル構造が形成され生デンプンに近い構造に戻るためです。これの現象を「でんぷんの老化(β化)」といいます。ただし、ごはんを放置しても生米には戻らないように、完全にもと生デンプンの状態に戻るわけではありません。また、加水・加熱により再び糊化させることも可能です。

通常、アミロペクチン含量の多いデンプン粒は老化しにくい性質があるとされています。これは直鎖状のアミロースよりも、分岐の多いアミロペクチンの方が、デンプン分子間で水素結合が起こりにくいため、糊化温度が低く、粘度(膨潤度)、保水力が高いためです。また、植物によってアミロースとアミロペクチンの組成が異なるため、デンプンの元になった植物により、それぞれ老化の起こりやすさが違います。

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