| 研究課題/領域番号 |
18K14553
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
小林 りか 日本大学, 生物資源科学部, 助手 (50780326)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 食品冷凍 / タンパク質凝集 / 脂質 / FT-IR |
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| 研究実績の概要 |
現状不可避である冷凍食品の品質劣化を最小化するためには，多くの先行研究が着目している氷結晶生成挙動の理解・制御だけでなく，凍結濃縮層で生ずる諸反応のメカニズム理解が必要不可欠である。タンパク質を含む食品は、冷凍操作、特に貯蔵操作により凍結濃縮層で構成成分の凝集体が形成される． 本研究では、タンパク質ベースの食品凍結濃縮層で進行する凝集形成のメカニズムを理解することを最終目的に，凍結濃縮層 における凝集体形成に対する油脂とタンパク質の相互作用の寄与をFT-IRおよびイメージング技法を用いて明らかにすることを目的としている．
本年度(H30年度)は、タンパク質を主構成成分とし、かつ油脂を含み、ゲル形成する豆腐をモデル食品として用いて、脂肪酸組成の異なる大豆から調整し、乳化状態を変化させた場合のタンパク質の凝集体形成挙動と分子間相互作用の変化を追った。さらに、油脂を含まないタンパク質ゲルである卵白ゲルを比較対象とし、油脂の寄与を推測した。タンパク質の凝集体形成挙動は溶液への不溶化率の増加とゲルの硬さの変化を指標とした。また、分子間の結合状態の推察は、FT-IR測定によるアミドⅠ領域の測定及び水分吸着等温線測定から行った。
その結果、豆腐中に存在する油脂の構成脂肪酸の違いすなわち構成脂肪酸の不飽和結合の比率と、豆腐中の初期乳化状態の違い、によってタンパク質の凝集具合が変化することが分かった。特に、初期乳化状態の違いによってタンパク質の凝集量は劇的に変化することが分かった。また水分吸着等温線測定の結果より、凝集体形成が進むほど豆腐試料の表面疎水領域が減少していくこと、また油脂を含まない卵白ゲルではそのような挙動がみられないことから、油脂を含むゲル中のタンパク質凝集体増加は、疎水性相互作用もしくは水素結合の増減によるものではないかと推察された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、まず第1の目標であった豆腐の凍結濃縮層で進行するタンパク質の凝集に対する油脂の乳化状態による影響を、豆腐の硬さの変化及び緩衝溶液への不溶化率の変化から、はっきりと捉えることができた。より具体的に述べると、豆乳を遠心分離によって一度解乳化させ、クリーム画分を得た後にクリーム画分を取り除く、または再分散させ調整した豆腐を得て、凍結貯蔵過程での硬さと不溶化率の変化を追った。その結果、遊離してきたクリーム画分を取り除くと、タンパク質の凝集量が増す一方で、クリーム画分を再分散させ、乳化状態が不均質になった試料では、タンパク質の凝集量増加が緩慢になることが分かった。
更に、水分収着等温線測定による豆腐タンパク質表面の親水領域-疎水領域比率の算出を行った。その結果、凍結貯蔵を経ることで、豆腐粉表面の親水領域と疎水領域の比率が変化していくことが明らかとなった。またこれは、凍結貯蔵した豆腐から水分収着等温線測定時に油を取り除いたタンパク質だけの試料でも同様の傾向が見られた。一方で、もともと試料中に油脂の含まれない卵白ゲルを凍結貯蔵しても、表面の親水領域と疎水領域の比率は変化しないことが分かった。すなわち凍結貯蔵中の豆腐タンパク質凝集量の増加には疎水性相互作用もしくは水素結合の結合状態の変化が寄与しているのではないかと予想された。
その一方で、FT-IRを用いた凍結貯蔵過程におけるタンパク質の2次構造の変化観察では、アミドⅠ領域におけるピーク形状が凍結貯蔵によって若干変化していく様子は捉えられたが、数値化できるほどの違いは見られなかった。これは、そもそも豆腐中のタンパク質は凍結されるまでに複数回の加熱や酸による凝固を受けているため、その後に行われる凍結貯蔵過程ではFT-IRでとらえられる程度の構造変化が豆腐では起こらない可能性が考えられた。
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| 今後の研究の推進方策 |
1.凍結貯蔵時のタンパク質凝集に関連するタンパク質二次構造変化のFT-IRによる計測系の確率
H30年度は豆腐を試料とし、凍結貯蔵過程でのタンパク質の変性挙動をアミドIピーク変化から捉えることを目指した。しかし若干のピーク形状変化は観察されたものの、変化の差を数値化するには至らなかった。これは、そもそも豆腐中のタンパク質は凍結されるまでに複数回の加熱や酸による凝固を受けているため、その後に行われる凍結貯蔵過程では大きな変化が起こらない可能性が考えられる。そこで本年度は、大豆タンパク質をなるべくネイティブな状態で大豆から抽出し、そこへ油を乳化させ、添加した系で凍結貯蔵を行い、FT-IRによって二次構造の変化が捉えられるか検討を行う。
2.モデルゲルを用いた乳化状態や油脂脂肪酸組成の影響検討
H30年度は乳化構造を破壊することで、タンパク質の凝集が抑制できることが分かった。おそらくこの要因は解乳化し、再乳化したことで豆腐中のミセルの粒径が変化し、凍結貯蔵中での油脂のオストワルド合一挙動が変化したことに起因すると考えられる。本年度では、卵白ゲルに後から油脂を乳化させながら添加させたモデル食品を作り、ミセルの粒径分布や脂肪酸組成とタンパク質凝集量の関係性を定量的かつ体系的に整理することを目指す。
3.免疫染色を利用した脂質-タンパク質複合体の可視化
H30年度はタンパク質凝集に対する脂質の寄与を間接的に検討した。その結果、存在する油脂の乳化状態や脂肪酸組成がタンパク質凝集体の形成に影響を及ぼすことが明らかになってきた。しかしながら、油脂が直接的にタンパク質に吸着し複合体化しているのか、それとも油脂が介在することでタンパク質とタンパク質の凝集を促進または抑制しているのか、不明である。そこで本年度は凝集物を免疫染色し、油とタンパク質を染め分けることで結合機構を可視化し検討する。
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