加工でんぷんとでんぷんの違い、食品添加物としての添加効果と安全性

加工食品でよく使われている加工でんぷんは食品添加物です。

でんぷんを化学薬品で処理して作られたもので、でんぷんとは異なる化学構造と性質を持ち、食品の劣化を防ぎ、賞味期限を長くしたり、食感をよくしたりするために添加されるものです。

食品添加物は通常、化学物質名で表示されますが、12種類ある加工でんぷんは物質名ではなく、加工でんぷんと表示することが認められています。詳しく見ていきましょう。

でんぷんは植物がつくる貯蔵物質、水に溶けず、老化する!?

でんぷんは、お米や小麦粉、トウモロコシなどに主成分として含まれる物質で、グルコース(ブドウ糖)が100個から数万個、つながってできています。

分子量は数万から数百万です。でんぷんは植物の中で自然に作られ、人間は長い間、それを食糧としてきました。でんぷんは、人間が持っている消化酵素でグルコースにまで分解され、小腸壁から吸収されて血液中に入り、主にエネルギー源として使われます。でんぷんは、われわれにとって、なくてはならない成分なのです。

でんぷんは長い間、栄養源として使われてきたものなので、安全性には問題はありません。しかし、でんぷんには水に溶けない、時間とともに劣化するという性質があります。加工食品が登場し、保存性や食感をよくするというニーズが生まれたことで、でんぷんの性質を変えて、より使いやすくする、あるいは新たな機能性を持たせるための研究が始まりました。

でんぷんは水に溶けません。トウモロコシから作ったでんぷんであるコーンスターチを水に溶かすと溶けたように見えますが、時間が経つと底に沈澱します。澱粉という名前の由来は、水の中に沈澱させて集めた粉というところからきています。でも、水に溶けたほうが、加工食品を作る際に便利な場合があります。

またでんぶんは時間とともに性質が変わります。お米を炊くと軟らかくなりますが、これはでんぷんの性質が変わったためで、この変化を糊化(=アルファ化)といいます。炊いたご飯をそのままにしておくと固くなってしまいます。また焼きたてのパンは軟らかいですが、時間が経つとパンはボソボソになっていきますよね。

このように時間の経過とともに糊化したでんぷんから水分が抜けて、生のでんぷんに近い硬い状態になることを、老化と呼びます。でんぷんの老化を抑えることができれば、食パンやでんぷんをつかったさまざまな加工食品の賞味期限を延ばすことができます。また食品の食感を変えることも可能になります。

加工でんぷんは消費者のニーズから生まれたが、実態がわかりにくい

でんぷんの欠点を補いつつ、より優れた性質を持った食材にしようと努力を重ねた結果誕生したのが、加工でんぷんです。

加工でんぷんを開発した科学者には心から敬意を表します。加工でんぷんの種類、添加効果については、のちほど詳しく説明しますが、これをいろいろな加工食品に入れることで賞味期限を長くしたり、食感を改善したり、安価にしたりと、消費者にとってメリットのある加工食品が次々と登場してきました。

美味しく、簡単に調理出来て、長期間保存出来て、どこでも安い値段で手に入る食品を求めてきたのは消費者です。食品メーカーはこのニーズにこたえるべく、加工でんぷんを使用しています。

でも、加工でんぷんが本当に安全なのか疑問に思う人もいると思います。そもそも、加工でんぷんがどのようなものなのかも、あまり知られていません。得体のしれないものであるからこそ、加工でんぷんを使わない食べものをできるだけ選びたいという人もいるでしょう。そのような人にとって、加工でんぷんの話は、きわめて複雑で、難解なのです。

加工でんぷんには「でんぷん」と表示されるものと「加工でんぷん」と表示されるものがある?!

加工でんぷんは、天然のでんぷんに、物理的、酵素的、化学的な加工(処理)をしたものです。

物理的な処理とは、石臼や粉砕機を使って細かくすることで、小麦から小麦粉を作るのも、物理的な処理です。

酵素的な処理とは、たんぱく質の一種である酵素を反応させて、でんぷんを小さくすることです。人間の唾液や膵液には、アミラーゼという酵素が含まれており、でんぷんを分解しています。アミラーゼを使うと、大きなでんぷんを小さな塊りにすることが可能です。

最後の化学的処理ですが、これはでんぷんと化学薬品を反応させて、でんぷんに別の化学物質を結合させたり、でんぷんの構造を変化させることです。物理的処理と酵素的処理では、もともとあったでんぷんが細かくなるだけで、別の物質が結合しませんが、化学的処理の場合は、別の化学物質が新たに結合したり、でんぷんの分子構造そのものが変化するという点で、同じ加工でも、全く違うということがわかっていただけると思います。

これが理由かどうかわかりませんが、日本の食品衛生法などでは、酵素的または物理的な加工を施したでんぶんは、「食品」として扱われ、「加工」の文字をつけない「でんぷん」、「でん粉」、「澱粉」、「デンプン」等と表示され、一方、化学的な加工を施したでんぷんは「食品添加物」として扱われています。

食品添加物なら、物質名を書かなければならないのですが、化学的な処理をした加工でんぷん(デンプングルコール酸ナトリウムを除く)は、もともと2008年9月までは食品として扱われていたので、まとめて「加工でんぷん」、「加工でん粉」、「加工澱粉」、「加工デンプン」という表示で構わないことになっています。

もう一度整理しますと、加工でんぷんとは、物理的、酵素的、化学的に加工を施したでんぷんのことです。物理的または酵素的な加工をしたでんぷんは「食品」として扱われ、「でんぷん」などと表示されますが、化学的な加工をしたでんぷんは「食品添加物」として扱われ、「加工でんぷん」などと表示されます。

「加工でんぷん」と表示されるものは化学物質なのに、物質名は表示しなくてもよい!?

食品添加物として扱われる「加工でんぷん」は、次の12種類です(50音順)。いずれも食品衛生法第12条に基づき、厚生労働大臣が使用してよいと定めた食品添加物である指定添加物に分類されています。ちなみに番号は、指定添加物リストの番号です。

17_アセチル化アジピン酸架橋デンプン18_アセチル化酸化デンプン

19_アセチル化リン酸化架橋デンプン

94_オクテニルコハク酸デンプンナトリウム

159_酢酸デンプン

172_酸化デンプン

266_デンプングルコール酸ナトリウム

317_ヒドロキシプロピルリン酸架橋デンプン

319_ヒドロキシプロピルデンプン

448_リン酸架橋デンプン

449_リン酸化デンプン

463_リン酸モノエステル化リン酸架橋デンプン

容器・包装された食品で食品添加物を使用している場合、食品添加物欄にその「化学物質名」を書かなければなりません

でも2008年10月に食品添加物に指定されたとき、例外という名の抜け道が用意されました。デンプングルコール酸ナトリウム以外の11種類は、2008年9月までは食品として扱われ、原材料欄に「加工でんぷん」等と表記されていました。これを理由に、デンプングリコール酸ナトリウムを含めた12種類については、物質名に代わり「加工でんぷん」、「加工でん粉」、「加工デンプン」、「加工澱粉」という簡略名で表示してもよいということになりました。

これって、おかしくないですか。もし食品添加物欄に「オクテニルコハク酸デンプンナトリウム」と書かれていたら、「これなんだろう? → 食べても安全? → こどもに食べさせるのはやめよう!」 となるかもしれませんが、「加工でんぷん」と書いてあると、「でんぷんを加工したものか…」と買ってしまうのではないでしょうか。

表示に関しては、さらに複雑なルールがあります。

上記の12種類の食品添加物を乳化剤として使う場合は、単に「乳化剤」と書くだけでよく、「物質名」も「加工でんぷん」も書く必要がありません。一方、増粘剤、安定剤、ゲル化剤、糊料として使う場合は、用途名(物質名)、具体例としては、「増粘剤(加工でんぷん)」と書くことになります。

それ以外の用途の場合は、「物質名または加工でんぷん」と表示するというルールです。

食品原材料表示は複雑でわかりにくく、特に加工食品の場合は、小さな字で読めないほど、いろいろな物質名が書かれています。これを見て、その場で買うかどうか判断することは、専門家でも不可能です。

加工でんぷんの製造で使われる化学反応と性質の変化

でんぷんはグルコースがつながってできたものですが、そのグルコース残基の2, 3, 6位にある水酸基(OH)に化学物質を結合させたり、化学物質を結合させることで2つの水酸基どうしをつなぐことで、構造を変化させたのが加工でんぷんです。どのような化学物質と反応させると、でんぷんの性質がどのように変わるのか、見ていきましょう。

酸化

でんぷんに次亜塩素酸ナトリウムを加えて酸化処理すると、水酸基(OH)の一部がカルボキシ基(COOH)に置き換わります。このように化学構造の一部が別の化学構造で置き換わることを置換といいます。その結果、次のような性質の変化が起こります。

  • 糊化開始温度が低くなる
  • 糊液の粘性が低くなる
  • 糊液の粘度安定性が高くなる
  • 老化しにくくなる
  • 透明性が高くなる
  • 色が白い

酸化した加工でんぷんは、次の2種類です。

  • 酸化デンプン
  • アセチル化酸化デンプン

アセチル化

でんぷんに無水酢酸や酢酸ビニルを加えるとエステル化が起こり、水酸基(OH)の一部がアセチル基(CH3CO)に置換されます。その結果、次のような性質の変化が起こります。

  • 糊化開始温度が低くなる
  • 老化しにくくなる
  • 透明性が高くなる

アセチル化した加工でんぷんは、次の4種類です。

  • 酢酸デンプン
  • アセチル化アジピン酸架橋デンプン
  • アセチル化リン酸架橋デンプン
  • アセチル化酸化デンプン

リン酸化

でんぷんにオルトリン酸、オルトリン酸カリウム、オルトリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムのいずれかと反応させるが起こり、水酸基(OH)の一部がリン酸基(H2PO4)に置換されます。その結果、次のような性質の変化が起こります。

  • 置換度が高いほど、糊化しやすくなる。
  • 置換度 0.05 程度から冷水でも膨潤する。
  • 糊液は高粘性で透明になる。
  • 保水性が強く老化しにくくなる。

リン酸化した加工でんぷんは、次の2種類です。

  • リン酸化デンプン
  • リン酸モノエステル化リン酸架橋デンプン

架橋

でんぷんに無水アジピン酸、オキシ塩化リンまたはトリメタリン酸を加え、水酸基(OH)どうしが化学物質を介して結合させることで、構造を変化させたものです。架橋するとでんぷんの水酸基の数が減るとともに、でんぷんの構造が強固になるため、次のような性質の変化が起こります。

  • でんぷん粒の膨潤が起こりにくくなる
  • 糊化が起こりにくくなる
  • 撹拌や酸による粘度の低下が起こりにくくなる
  • 耐せん断性が向上する
  • 低架橋度の場合、でんぷん粒の膨潤が適度に抑制されて、粘度が上昇する
  • 高架橋度ものはでんぷん粒の膨潤が強く抑制され、粘が低下する

架橋した加工でんぷんは、次の5種類です。このうち、アセチル化アジピン酸架橋でんぷんはアジピン酸基(COOH-(CH2)4-COOH)で、そのほかの4つはリン酸(HPO2)で架橋しています。

  • リン酸架橋デンプン
  • アセチル化リン酸化架橋デンプン
  • ヒドロキシプロピルリン酸架橋デンプン
  • リン酸モノエステル化リン酸架橋デンプン
  • アセチル化アジピン酸架橋デンプン

このほかにも加工でんぷんの製造に使われる化学反応がありますが、それは個別の加工でんぷんの項で説明します。

酸化デンプン

  • 用途:スナック菓子の食味改善や、せんべいなどの艶出し、フライの衣、天ぷら粉、麺の打ち粉などに使われます。
  • 製造方法:でんぷんを次亜塩素酸ナトリウムで酸化処理して作ります。グルコースの水酸基(OH)がカルボキシ基(COOH)に置換されるほか、でんぷんの鎖の一部が切断されて低分子化します。を導入・付加しています。ちなみに次亜塩素酸ナトリウムというのは、漂白剤の成分です。デンプンの鎖の一部が切断されて低分子化する。このデンプンの一部を低分子化させることが、フライの衣のサクサク感を向上させるためには重要なポイントである。
  • 分子式:(C6H10O5)n(COOH)x
  • 特徴:糊化開始温度が低い、糊液の粘性が低い、糊液の粘度安定性が高い、老化が遅い、透明性が高い、色が白いなどの特徴があります。またでんぷんが低分子化されているため、油で揚げたときに水抜けがよくなるため、カラッとした仕上がり、サクサクした食感が得られるようになります。

酢酸デンプン

  • 用途:たれ類に加えて増粘性を高めたり、冷凍めんの食感改良に使われています。でんぷんを含む食品の調理後の老化を起こりにくくし、透明性の低下も防ぎます。
  • 製造方法:でんぷんに無水酢酸または酢酸ビニルを反応させることで、でんぷん分子の水酸基(OH)の一部をアセチル基(CH3CO)に置換します。
  • 分子式:(C6H10O5)n(CH3CO)x
  • 特徴:グルコース 1 残基あたりのアセチル基の数(以下「置換度」という。)が多いほど糊化温度が低下し、弾力が減少し、粘着性が強くなりますので、でんぷんを含む食品の調理後の老化を防ぎます。またでんぷんの透明性も向上します。

リン酸化デンプン

  • 用途:冷凍食品、チルド食品の老化抑制、ソース類やフィリング類の離水防止に用いられます。
  • 製造方法:でんぷんにオルトリン酸、オルトリン酸カリウム、オルトリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウムのいずれかと反応させてエステル化させ、でんぷんの水酸基の一部をリン酸基に置換します。
  • 分子式:(C6H10O5)n(H2PO3)x
  • 特徴:置換度が高いほど、糊化しやすくなる。置換度 0.05 程度から冷水でも膨潤する。糊液は高粘性で透明である。保水性が強く老化しにくいので、耐冷凍性が高いという特徴があります。

アセチル化酸化デンプン

  • 用途:たれ類の安定性向上や、グミキャンディーのボディー剤などとして利用されます。
  • 製造方法:でんぷんを次亜塩素酸ナトリウムで酸化処理したのち、無水酢酸を加えエステル化します。その結果、でんぷん分子の水酸基の一部がアセチル基(CH3CO)、カルボキシ基(COOH)で置換されています。
  • 分子式:(C6H10O5)n(COOH)x(CH3CO)y
  • 特徴:酢酸デンプンと酸化デンプンの性質をあわせ持っており、糊化開始温度が低い、粘度が低い、透明性が高い、老化が遅い、色が白いという特徴があります。

アセチル化アジピン酸架橋デンプン

  • 用途:かまぼこや魚肉ソーセージなどの水産練製品やソーセージ、ハンバーグなど畜肉製品の弾力性向上などに使われます。食品添加物規格により、アジピン酸基が0.135%以下と、架橋程度に上限が定められています。
  • 製造方法:でんぷんに無水酢酸と無水アジピン酸を加えて、でんぷん分子間のいくつかの水酸基をアジピン酸基(COOH-(CH2)4-COOH)で架橋するとともに、でんぷん分子のいくつかの水酸基をアセチル基(CH3CO)に置換します。
  • 分子式:(C6H10O5)n(C6H8O)x(CH3CO)y
  • 特徴:酢酸デンプンと架橋デンプンの性質をあわせ持っており、糊化開始温度が低く、加熱時に膨潤しにくく、また離水等のデンプン老化が遅いという特徴があります。さらに耐せん断、耐酸性もあります。

アセチル化リン酸架橋デンプン

  • 用途:みたらし団子のたれの離水防止や粘度安定性の向上、レトルト食品 (ソース部分) の調理耐性や粘度安定性の向上、たれ・ソース類やフィリング類の機械耐性向上などに利用されます。
  • 製造方法:でんぷんにオキシ塩化リンまたはトリメタリン酸、および無水酢酸または酢酸ビニルでエステル化して製造します。でんぷん分子間のいくつかの水酸基をリン酸で架橋するとともに、でんぷん分子のいくつかの水酸基をアセチル化します。
  • 分子式:(C6H10O5)n(PHO2)x(C2H3O)y
  • 特徴:酢酸デンプンと架橋デンプンの性質をあわせ持っています。糊化開始温度が低く、加熱時に膨潤しにくいほか、離水等のデンプン老化が遅いという特徴があります。さらに耐せん断性、耐酸性を有しています。

オクテニルコハク酸デンプンナトリウム

  • 用途:ドレッシング類に含まれる油分と水分が分離するのを防いで安定化する目的や、油分と水分が混合された乳化香料の基材として使われます。
  • 製造方法:でんぷんに無水オクテニルコハク酸を加えてエステル化することで、水酸基の一部をオクテニルコハク酸基で置き換えます。
  • 分子式:(C6H10O5)n[C(O)CH(CH2COONa)CH2CH:CH(CH2)4CH3]x
  • 特徴:水と油のように、本来混ざり合わないものを均一に混ぜ合わせることができる性質があり、乳化剤として使われます。糊化温度はでんぷんよりやや低く、粘性、保存安定性はでんぷんより高いという特徴があります。

リン酸架橋デンプン

  • 用途:スナック菓子、てんぷら粉、パンの食感改良、かまぼこや魚肉ソーセージなどの水産練製品やソーセージ、ハンバーグなど畜肉製品の弾力性向上に使われています。食品添加物規格により、リン酸架橋デンプンではリン含量として0.5%以下と、架橋程度に上限が定められています。リン酸架橋デンプンは、非常に少量のリン含量でデンプンの特性を変化させることができるので、通常使用されるリン酸架橋デンプンのリン含量は0.1%以下です。
  • 製造方法:でんぷんに少量のトリメタリン酸ナトリウムまたはオキシ塩化リンを加えて、エステル化させることで作ります。
  • 分子式:(C6H10O5)n(HPO2)x
  • 特徴:分子内または分子間の水酸基がリン酸(HPO2)で架橋されて水酸基の数が減ります。そのためでんぷん粒の膨潤や糊化(=粘り気の発生)や、かく拌や酸による粘度の低下が起こりにくくなります。なお架橋の多さによって性質が異なり、低架橋度のものはでんぷん粒の膨潤が適度に抑制されて粘度は上昇する一方、高架橋度ものはでんぷん粒の膨潤が強く抑制され、粘度は低下します。

リン酸モノエステル化リン酸架橋デンプン

  • 用途:冷凍食品の離水防止やチルド食品の老化抑制、たれ、ソース類やフィリング類の外観向上などに使われます。
  • 製造方法:リン酸化デンプンとリン酸架橋デンプンの製造法を組み合わせて製造します。その結果、でんぷん分子間の一部の水酸基がリン酸で架橋されるとともに、でんぷん分子の一部の水酸基が、リン酸基で置換されます。
  • 分子式:(C6H10O5)n(PHO2)x(H2PO3)y
  • 特徴:透明で安定性が高く、凍結に対する安定性も高い。電解性があるので耐塩性、耐酸性が低い。

ヒドロキシプロピルデンプン

  • 用途:冷凍食品やパンに加えることで、でんぷんの老化を防ぐことで賞味期限が長くなります。ほかにも、食感をよくしたり、形が崩れるのを防ぐといった効果もあります。
  • 製造方法:でん粉と酸化プロピレンを反応させ、結合させることで作ります。これをエーテル化といいます。グルコースの水酸基のうち、いくつかに親水性のヒドロキシプロピル基が付加されています。
  • 分子式:(C6H10O5)n[CH2CH(OH)CH2]x
  • 特徴:ヒドロキシプロピル基の導入により親水性が増大し、水に溶けやすく、また水分を保ちやすくなり、老化が起こりにくくなります。水分を多く保つため、冷蔵や冷凍の前後の変化を少なくできます。さらに水酸基からヒドロキシプロピル基への置換度 0.1 で糊化温度が10℃程度低下します。水と加熱すると均一な糊液となる。糊液は冷却しても透明であり、冷蔵や、凍結融解に対して優れた安定性を持っています。

ヒドロキシプロピル化リン酸架橋デンプン

  • 用途:冷凍食品の離水防止やチルド食品の老化抑制、たれ、ソース類やフィリング類の安定性向上などに利用されます。
  • 製造方法:でんぷんにトリメタリン酸ナトリウムまたはオキシ塩化リンを加えて、でんぷん分子間のいくつかの水酸基をリン酸基で架橋します。さらにプロピレンオキシドを加えることで水酸基の一部をエーテル化し、ヒドロキシプロピル基(CH3CH(OH)CH2O)で置換します。
  • 分子式:(C6H10O5)n(C3H7O)x(PHO2)y
  • 特徴:ヒドロキシプロピル基の導入により親水性が増大し、糊化温度が低下するとともに、加熱時に糊液が膨潤しにくくなります。また粘性の調節が可能で、冷却時、凍結・融解時、および加熱時の透明性・安定性が高いという特徴があります。これは、ヒドロキシプロピルデンプンとリン酸架橋デンプンの性質をあわせ持っています。

デンプングルコール酸ナトリウム

  • 用途:食品添加物としては、増粘安定剤として使用されているようですが、具体的な使用例はわかりませんでした。一方、医薬品用途では、錠剤を固める際の賦形剤として用いられており、デンプングルコール酸ナトリウムを使用すると、錠剤を服用した後、すばやく崩壊します。化粧品用途では、結合剤、皮膜形成剤、親水性増粘剤、乳化安定剤として使われます。
  • 製造方法と分子式:でんぷんのカルボキシメチルエーテルまたはその架橋物のナトリウム塩ということで、製造方法と分子式はわかっていません。

まとめ

  1. でんぷんは植物が作る炭水化物で、グルコースが鎖状につながったものです。人間の消化酵素でグルコースに分解され、エネルギー源として使われます。長い間食料として使われてきたのものなので安全です。
  2. 加工でんぷんは、でんぷんを物理的、酵素的、化学的に加工(処理)したものですが、日本では物理的または酵素的に処理したものは食品として扱われ、「でんぷん」と表示され、化学的に処理したものは食品添加物として扱われ、「加工でんぷん」と表示されます。
  3. 食品添加物の「加工でんぷん」は、化学物質と結合したり、化学物質で処理されているが、他の食品添加物のように「物質名」で表示されることはなく、単に「加工でんぷん」と表示することが認められています。
  4. 加工でんぷんを作る際の化学反応には、酸化、アセチル化、リン酸化、架橋などがあります。でんぷんの水酸基を別の官能基で置き換える、水酸基の数を減らす、水酸基どうしを結合させてでんぷんの構造を変えるなど、いろいろな加工方法があり、日本には12種類の加工でんぷんがあります。
  5. 加工でんぷんの特性、用途は種類によって大きく異なります。例えば同じ加工でんぷんでも、粘度を高くするものと、低くするものがあります。