【名城大学・HPCシステムズ株式会社】分析困難な有用物質の含有量を簡便かつ高精度に測定できる技術の開発へ！～量子化学計算を用いた超精密定量分析手法の確立～

HPCシステムズ株式会社の 本田康計算化学シニアエキスパートと名城大学総合学術研究科／理工学部／疾患予防食科学研究センターの 本田真己准教授らのグループは、標準物質（※１）の取得が困難で定性および定量分析（※２）が難しいシス型カロテノイド（※３）について、量子化学計算（※４）を用いて超精密に分析できる技術を開発しました。本研究成果は、2024年 10月 19 日にElsevier社が出版する国際学術誌の「Biochemical and Biophysical Research Communications」に掲載されました。




【本件のポイント】
・カロテノイド（※５）の主成分（トランス型カロテノイド（※６））より健康効果が高いとされる希少成分（シス型カロテノイド）の定量分析の高精度化および効率化の手法として、量子化学計算シミュレーションによる補正という新たな方法論を提案しました。
・シス型カロテノイドの精密な定量分析はこれまで非常に困難（数ヶ月以上かかることも珍しくありません）でしたが、本研究の手法ではこの分析がわずか30分足らずの時間で完了します。
・従来のシス型カロテノイドの定量分析では、文献によっては誤差が100%近いことも珍しくありませんが、リコピン、β-カロチン、アスタキサンチンを用いた検証では、量子化学計算は平均誤差約2%の精度で実験結果を再現し、本研究の手法の信頼性の高さを示しました（図１）。
・今後、本研究の手法を用いて標準物質の取得が困難な化合物の分析精度向上への応用が期待されます。特に、この技術は機能性表示食品の栄養成分表示に影響を与える可能性がある（図２）他、医薬品・化粧品など幅広い分野に展開可能であり、産業界への大きなインパクトが期待されます。


【用語の解説】
（※1）標準物質
化合物を分析するときの基準となる物質。標準物質の分析感度と比較して、物質の定量が行われる。標準物質は成分の組成（純度）が明らかであり、化学的に安定であることが求められる。カロテノイドの場合は通常トランス型が用いられる。
（※2）定量分析
試料中にある成分量を明らかにする目的で行う分析法の総称。カロテノイド異性体の場合、通常、紫外可視吸光度検出器を用いたHPLC測定法で定量が行われる。
（※3）シス型カロテノイド
分子鎖の二重結合の一箇所以上がシス型であるカロテノイド。詳細なメカニズムは不明であるが、一部のカロテノイド（リコピン、アスタキサンチンなど）において、トランス型を摂取してもヒト体内ではシス型が豊富に検出される。また、近年の研究により、トランス型よりシス型の方が、体内吸収性や一部の生理活性（抗老化作用や抗炎症作用、肌質改善作用など）が高いことが示された。加えて、シス型カロテノイドは結晶性が低く、油脂への溶解度も高いことから、トランス型より加工適性に優れる。しかしシス型は、太陽光や蛍光灯などの日常の光で容易にトランス型に変性してしまうことが問題となっている。
（※4）量子化学計算
原子や分子、またはその集合体の挙動を正確に記述できるシュレーディンガー方程式を、できるだけ近似せずに解くための計算。あまりに大規模な分子を取り扱うと計算時間がかかり過ぎることが難点だが、計算結果の精度が高いことが大きな長所である。
（※5）カロテノイド
野菜や果物などに含まれる脂溶性の天然色素。強力な抗酸化作用を有することに加え、加齢性疾患の予防、脳の認知機能向上、肌質の改善などの作用を示すことが近年実証され、食品や化粧品分野での需要が拡大している。
（※6）トランス型カロテノイド
分子鎖の二重結合がすべてトランスであるカロテノイド。天然では通常トランス型が優勢である。高い結晶性を有し、油脂などへの溶解性が極めて低い。このような物性に起因して、体内吸収性が低く、加工（抽出、乳化、粉末化など）の効率も悪い。
（※7）HPLC（高速液体クロマトグラフィー）
物質によって液体中の移動速度が違うことを利用して、混合物試料を純物質に分離し、各純物質の含有量を分析する手法または装置。試料中にどんな物質が含まれているかを調べる定性分析と、それがどれだけ含まれているかを調べる定量分析の両方に利用される。定性分析では各純物質の種類に応じてHPLCピークの位置が異なることを、定量分析では物質の含有量がそのHPLCピークの強度に比例することを利用している。