食品科学

食品化学

アスコルビン酸の分子軌道

画像はアスコルビン酸の HOMO である．

アスコルビン酸は，抗酸化活性を有するので，食品添加物として利用されている．
アスコルビン酸の性質を理解する目的で，密度汎関数法を使って，アスコルビン酸，アスコルビン酸アニオン，アスコルビン酸ラジカル，アスコルビン酸アニオンラジカル，およびデヒドロアスコルビン酸の分子軌道を計算した．Lowdin 電荷や，ラジカル型である場合のスピン密度から，負電荷の位置やラジカルの位置を考察した．
ページ前半では，練習のため，O3' が解離すると仮定して計算している．後半では O2' を解離させるなど，他の反応経路についても計算している．
おおよその酸化経路は計算できたが，細かい部分は未解決である．

[アスコルビン酸の分子軌道] に移動

ユビキノン類縁化合物の分子軌道

ユビキノンの機能を理解することを目指して，分子軌道を計算してみた．
画像はユビヒドロキノンの HOMO である．

ユビキノンは，電子の伝達に関与する補因子である．
動物では，ミトコンドリア内膜の電子伝達系複合体Ⅰ，ⅡおよびⅢにおいて，鉄イオン（鉄硫黄クラスター）との間で電子が授受される．
ミトコンドリア内のエネルギー産生に必須な成分であることから，食品（サプリ），化粧品，医薬品として利用されている．
医薬品としては，うっ血性心不全への適用がヒットする．心筋ミトコンドリアに対する作用であろうと思う．

ユビキノンは p-ベンゾキノン誘導体であり，2 位にメチル基，3 位にイソプレン側鎖，5 位と 6 位にメトキシ基が結合している．
ここでは簡便のため，イソプレン側鎖をメチル基に変換したモデル化合物，2,3-ジメチル 5,6-メトキシ p-ベンゾキノンをユビキノンと表現する．
ユビキノンの 2 電子還元体であるユビヒドロキノンを出発物質とし，電子またはプロトンを 1 個ずつ奪った分子を仮想し，それらの分子軌道を計算してみた．
計算結果から，HOMO（ラジカルの場合は SOMO），ラジカルについてはスピン密度，イオンについては Lowdin 電荷を求めて図示した．

[ユビキノン類縁化合物の分子軌道] に移動

イソフラボン-エストロゲンレセプター複合体のモデリング

画像は，ダイゼイン-エストロゲンレセプター複合体モデルから，ダイゼインとその近傍のアミノ酸を単離したところである．

「エストロゲンレセプターを介する作用」というのは，「生体内でエストロゲンレセプターに結合し，生体作用を発揮する」ということである．
ステロイドとイソフラボンが似ているのか？ という疑問を解決するために，イソフラボン-エストロゲン受容体β 複合体の分子モデルを構築してみた．
現在開発中の Builcule 11 では，イソフラボンと受容体とがどのような相互作用をしているのか解析する機能を強化する予定である．

[イソフラボン-エストロゲンレセプター複合体のモデリング] に移動

アントシアニジンの色を計算してみる

画像は，計算により求めたアントシアニジン誘導体の紫外-可視スペクトルの一つである．

アントシアンは野菜や果物に含まれるフラボノイド系の天然物である．アグリコンをアントシアニジン，配糖体をアントシアニン，これらを総称してアントシアンという．アントシアニジンの基本骨格は，フラビリウムカチオンという陽イオンである．

アントシアンには種々の誘導体があり，特徴的な色を有するものや，pH によって色が変化するものがある．
本ページでは，いくつかのアントシアン系モデル分子について時間依存密度汎関数 (TD-DFT) 法で紫外-可視スペクトルを計算し，構造と吸収極大波長とを関連付けられないか検討中である．

[アントシアニジンの色を計算してみる] に移動

栄養学

栄養管理法を構築したい

ウェブ上で公開されている公的なデータ，「日本人の食事摂取基準」，「食事バランスガイド」，および「日本食品標準成分表」を使えば，必要とされる栄養成分の種類と量が求められる．これらの情報を利用して，データベースや表計算ソフトの機能を駆使すれば，個人レベルに特化した栄養管理の方法が構築できそうである．
このページではその考え方を紹介する．

[栄養管理法を構築したい] に移動

栄養管理からみた自給自足

[栄養管理法を構築したい] では，通常の環境で生活するのに必要な栄養がどの程度必要なのか，計算ができることを示した．
この考え方を応用すれば，種々の条件での食生活をデザインすることができる．
このページでは，極端な条件を考えてみる．
すなわち，一人で自給自足で生活するに際して栄養素を確保するのに最低でもどれくらいのリソース（生産する食物の種類や必要な面積）が必要なのか，公開情報を使って計算できることを示す．
冗談半分の設定であるけれど，食生活のデザインの訓練にはなろう．また，サバイバル物などを鑑賞するのにも役立つと思う．

利用するデータは，「日本人の食事摂取基準」，「作物統計」，および「日本食品標準成分表」である．
必要量は，概ね成人男性の値とする．
もちろん，このページの議論は現実的ではない．食材に限っても，収穫したら半年〜 1年貯蔵しなければならないという計算になっている．

[栄養管理からみた自給自足] に移動

Pandas を使った種実類の栄養成分解析

食品成分データベースから栄養成分を記した CSV ファイル入手し，Pandas を使って散布図の作成やソートなどをおこない，以下の関係を示した．
画像は，単糖当量と脂肪酸総量を散布図にしたものである（下記リストの最初）．

• 種実類は，エネルギー源を糖として貯蔵するタイプと，脂質として貯蔵するタイプに二分できる
• エネルギー源を脂質として貯蔵するタイプには，脂質と食物繊維とのあいだにトレードオフの関係がある
• n-3 系多価不飽和脂肪酸と α-トコフェロールに限定すると，種実類は，そのどちらかのみを蓄積しているようにみえる
• β-カロテンと α-トコフェロールに限定すると，種実類は，そのどちらかのみを蓄積しているようにみえる
• α-トコフェロール含量を油脂あたりで見ると，単糖当量が乾燥重量の 8 割を超える「ひし」が最大となった

[Pandas を使った種実類の栄養成分解析] に移動