kyoued 17 1 045to055

タンパク質の変性の教材開発

加 藤 良 一

地域教育文化学部 児童教育 ー

東海林 知 佳

地域教育文化学部 食環境 ン ー

長 根 智 洋

北海道教育大学 教育学部 釧路校 平成 年 月 日受理

要　　　　旨

試料 調整豆乳 無調整豆乳 牛乳 ml ー ー ml ml ー

ー ml ml ー ー ml 入 沸騰 始 電子 ン

加熱 後 冷 全 液面 タン 質 凝固 皮膜 得 硫

酸 ンモ ウ ％飽和区分 う 試料 硫酸 ンモ ウ 加え 溶

入 ー ー 縁 固 タン 質 付着

． xg ． xg ． xg xg xg 分間遠心分離 全 い タン 質 液面 上部 集 試料 pH ． pH ． pH ． mM Bきffeお中 入 状態 pH ． Bきffeお タン 質 凝固

う タン 質 変性 簡単 実験 提示 新 教材 提唱さ

　 じめに

タン 質 種類 酸 多数結合 い 生体 構成 物質 中

重要 あ 生体内 化学反応 関わ 酵素 タン 質 い

タン 質 構成 酸 種類 数 配列順序 一次

構造 決 水素結合 結合 疎水性結合 ン結合

高次構造 維持さ い タン 質 加熱 酸処理 塩基処理 有機溶媒 添

加 重金属 ン 添加 凝固 タン 質 変性 言い

二次構造以上 高次構造 変化 生理活性 失う タン 質 水溶液 多

量 塩 加え タン 質 沈殿 塩析 呼 タン 質 変性

あ

高等学校 生物 教科書 高温 極端 pH さ ー

作用 あ 種 重金属 存在 タン 質 変性 記載さ

タン 質 変性 関わ う 実例 以下 報告 あ 岡本

豆乳 ％タン 質溶液 徐々 加温 液面 皮膜 生成 始 温度

℃ 付近 あ 示 皮膜 生成 液面 蒸発 行わ い

必要 あ 示 青木 脱脂 大豆 水 加え 常温

時間攪拌 抽出 タン 質溶液 試料 硫酸 ンモ ウ 飽和濃度

％ 濃度 う タン 質溶液 硫酸 ンモ ウ 加え 溶 硫安

％飽和区分 タン 質溶液 加熱 い場合 溶液中 約 ％

タン 質 塩析さ 対 タン 質溶液 ℃ 分間 加熱 場合

溶液中 約 ％ タン 質 塩析さ 明 白川

呉 水 浸 大豆 潰 乳状 過後 pH ．以下 中

タン 質 沈殿 pH ．以上 タン 質 沈殿 豆乳 場

合 pH ．以下 タン 質 沈殿 示

実際 大豆 豆腐 作成 教材 取 上 い 例 以下 報

告 あ 豆腐 作成 際 タン 質 変性 起 い 前田 呉

泡立 加熱 木綿布 搾 豆乳 作 豆乳 ℃ 再

加熱 後火 止 約 ℃ 下 天然 硫酸 ウ

タ ン 加え 凝固さ 豆腐 作 山下 呉

煮沸さ 布 搾 ℃ 冷 凝固剤 加え 豆腐 作 際

塩化 ウ 塩化 ウ 硫酸 ウ 硫酸 ウ 凝固剤

働い 炭酸 ウ 塩化 ウ 塩化 ウ 用い 凝固

示 モン汁 酢 用い 凝固

分 西川 豆腐 作 硫酸 ウ 塩化 ウ 硫

酸 ウ 塩化 ウ 天然 凝固剤 塩化

ウ 用い 場合 凝固速度 比較的速い 明

本研究 大豆 呉 調整 省略 豆乳 ー ー ー ッ

容易 安価 入手 豆乳 同様 入手 牛乳 試料 用い 加

熱 塩析 pH変化 簡単 操作 タン 質 変性 一目 生徒 認識

教材 開発 最終的 豆腐 作 わ

本研究 現行 高等学校学習指導要領生物領域 生命現象 物質 い 生命現象 支え 物質 働 い 観察 実験 通 探究 タン 質や核酸

物質 働 理解さ 生命現象 分子 えさ 記載さ 部

分 該当 実験例 あ 湯葉 豆腐 ー 食品加工 関連

応用面 実験例 示 有用性 高い 言え う

　研究方法

．試料 入手および準備

購入 冷蔵庫 入 保存 い 調整豆乳 無調整豆乳 牛

乳 封 切 い ッ 入 状態 ℃前後 水 時間以上 浸

実験前 試料 温度 約 ℃ い

．加熱

試料 調整豆乳 無調整豆乳 牛乳 ml ー ー ml ml

ー ー ml ml ー ー ml 入 個別 電

子 ン 東芝 ER- K 定格高周波出力 W ッ 試料 ml 場合 約 分間 試料 ml 場合 分 秒前後 試料 ml 場合 秒前後

加熱 試料 液面 泡立 沸騰 始 時点 電子 ン 止

試料 電子 ン 外 出 少 冷 液面 ン ッ

皮膜 形成さ 確 さ 皮膜 全 液面 引 上

付着 試料 ー ータ ふ 取 皮膜 生重量 電子天秤 ウ ㈱ CP 用い 測定

．塩析

ml ー ー 試料 ml 硫酸 ンモ ウ ．g 試料 ml 硫酸 ンモ ウ ．g 入 硫安 ％飽和区分 ター ー 分間攪拌 硫酸 ンモ ウ

溶 ー ー 縁 固 タン 質 付 確

ッ ン チ ー ml 入 遠心分離機 IWAKI Micおo Cenがおifきge CFM-1300 用い ． xg ． おpm ． xg ． おpm ． xg

． おpm xg ． おpm xg ． おpm 遠心加速度 分間 遠心分離

．pH変化

試験管 mM ン酸Na Bきffeお pH ． mM K－ ン酸Bきffeお pH ． mM ウ酸Na Bきffeお pH ． ．ml入 中 試料

．ml勢い 入 分間静置 牛乳 場合 ッ ン

チ ー ml入 遠心分離機 用い ． xg 分間遠心分離

ml ー ー mM ン酸Na Bきffeお pH ． ．ml 牛乳 ．ml入

ター ー 分間攪拌 ッ ン チ ー ml入 遠心分離機

用い ． xg ． xg ． xg xg xg 分間 遠心分離

　結　果

試料 調整豆乳 無調整豆乳 牛乳 上記Ⅱ う 処理

．加熱

調整豆乳 ml ー ー ml ml ー ー ml ml ー

ー ml 入 液面 泡立 電子 ン 用い 加熱 後 電子 ン

取 出 冷 全 液面 タン 質 固 皮膜 形成さ 図

調整豆乳 ml ml ml ． g ． g ． g 皮膜

得 調整豆乳 液量 多 ほ 皮膜 生重量 多 試料 無調

整豆乳 用い 同様 加熱 全 同 結果 ータ 示さ い

牛乳 ml ー ー ml ml ー ー ml ml ー ー

ml 入 同様 電子 ン 加熱 後取 出 冷 全 液面 タ

ン 質 固 皮膜 形成さ 図 牛乳 ml ml ml

． g ． g ．g 皮膜 得 牛乳 液量 依存 皮膜 多

．塩析

硫酸 ンモ ウ 飽和濃度 ％ 濃度 う 調整豆乳 硫酸 ンモ ウ

加え 溶 硫安 ％飽和区分 入 ー ー 縁 調整豆乳 タン

質 固 付い 図 A ． xg 分間遠心分離 タン

質 固 液面 上部 集 図 B さ ． xg ． xg

． xg xg xg 遠心分離 全 い タン 質 上

方 集積 遠心加速度 大 いほ 集積 タン 質 薄

図 C 試料 無調整豆乳 用い 同様 硫酸 ンモ ウ 加え 溶

全 同 結果 ータ 示さ い

硫安 ％飽和区分 う 牛乳 硫酸 ンモ ウ 加え 溶

入 ー ー 縁 固 タン 質 付着 図 A

． xg 分間遠心分離 タン 質 液面 上部 集 図 B さ ． xg ． xg ． xg xg xg 遠心分離 全 い タン 質 上方 集 遠心加速度 大 さ 依存 タン

質 薄 図 C

図 　豆乳を加熱した後に皮膜 形成された様子

ml ー ー ml 調整豆乳 入 電子 ン 分 秒間加熱

図 　牛乳を加熱した後に皮膜 形成された様子

．pH変化

mM ン酸Na Bきffeお pH ． 中 調整豆乳 無調整豆乳 タン 質 明 確 固 mM K- ン酸Bきffeお pH ． mM ウ酸Na Bきffeお pH ．

中 タン 質 全 固 図

牛乳 タン 質 mM ン酸Na Bきffeお pH ． 中 小さ 粒状

豆乳 結果 比較 凝固 明確 捉え 一方 mM

K-ン酸Bきffeお pH ． mM ウ酸Na Bきffeお pH ． 中 牛乳 タン 質

全 固 ． xg 分間遠心分離 mM ン

酸Na Bきffeお pH ． 中 タン 質 固 沈殿 mM K- ン酸 図 　豆乳を硫安 ％飽和区分 塩析した様子

： ml ー ー 調整豆乳 ml 硫酸 ンモ ウ ．g 入 硫安 ％飽和区分 ター ー 分間攪拌 硫酸 ンモ ウ 溶 左 硫酸 ンモ ウ 入 右 入 い対照区 あ

：Ａ ッ ン チ ー ml 入 ． xg 分間遠心分離 左 硫酸 ンモ ウ 入 場合 右 入 い対照区 あ

： ml ー ー 調整豆乳 ml 硫酸 ンモ ウ ．g 入 ター ー 分間攪拌 後 ッ ン チ ー ml 入 分間遠心分離 左 ． xg ． xg ． xg xg xg 遠心分離 後 様子 あ

図 　牛乳を硫安 ％飽和区分 塩析した様子

： ml ー ー 牛乳 ml 硫酸 ンモ ウ ．g 入 硫安 ％飽和区分 ター ー 分間攪拌 硫酸 ンモ ウ 溶 左 硫酸 ンモ ウ 入 右 入 い対照区 あ

：Ａ ッ ン チ ー ml 入 ． xg 分間遠心分離 左 硫酸 ンモ ウ 入 場合 右 入 い対照区 あ

Bきffeお pH ． mM ウ 酸Na Bきffeお pH ． 中 沈

殿 図 A さ

mM ン酸Na Bきffeお pH ． 中 牛 乳 ． xg ． xg

． xg xg xg

遠心分離 全 い

タン 質 沈殿 図 B 遠心加速度 小さいほ タン 質 沈殿物 大

上清 白濁 タン

質 凝固 分 図 B

牛乳 主 タン 質

ン あ 牛乳中

状 分散 い ン

図 　豆乳を各pHのBufferに入れた後の様子

上：試験管 mM ン酸Na Bきffeお pH ． ．ml 調整豆乳 ．ml入 分間静置 後 様子 示

中：試験管 mM K－ ン酸Bきffeお pH ． ．ml 調整豆乳 ．ml入 分間静置 後 様子 示

下：試験管 mM ウ酸Na Bきffeお pH ． ．ml 調整豆乳 ．ml入 分間静置 後 様子 示

図 　牛乳を各pHのBufferに入れ ら遠心分離した後の様子

左：試験管 mM ン酸Na Bきffeお pH ． ．ml 牛乳 ．ml入 分間静置 ッ ン チ ー ml入 ． xg 分間遠心分離 A中：試験管 mM K- ン 酸Bきffeお pH ． ．ml 牛乳 ．ml入 分間静置 ッ ン チ ー

ml入 ． xg 分間遠心分離 右：試験管 mM ウ酸Na Bきffeお pH ． ．ml 牛乳 ．ml入 分間静置 ッ ン チ ー ml入 ． xg 分間 遠心分離

： ml ー ー mM ン酸Na Bきffeお pH ． ．ml 牛乳 ．ml入 ター ー

分間攪拌 後 ッ ン チ ー ml 入 分間遠心分離 左

． xg ． xg ． xg xg xg 遠心分離 後 様子 あ

呼 い 牛乳 pH低下 固形分 凝固 ン 表

面 電荷 減少 ン 同士 反発力 や

会合体 形成 あ ンタン 質 高次構造 ほ 変

化 わ 正確 言え タン 質 変性 い 言え

ン 表面 存在 κ－ ン C末端部分 チ 高次構造 変化

体 形成 拡大解釈 タン 質 四次構造 変化 近い現象 考え

本研究 牛乳 pH 下 凝固 広い意味 タン 質 変性 解釈

　考　察

生命体 構成 い タン 質 加熱 酸処理 塩基処理 有機溶媒 添加

重金属 ン 添加 凝固 タン 質 変性 言う 高等学校

生物 タン 質 変性 い 学習 実際 タン 質 変

性さ 実験 い い 現状 あ う 大豆 豆腐 実際 作成 教材

取 上 い 報告 い あ 最終的 工程 豆腐 固

加熱 塩析 両者 同時 行 タン 質 凝固さ わ タン 質 変性さ い

本研究 ー ー ー ッ 容易 入手 豆乳 牛乳 試料 用い

加熱 塩析 pH変化 単独 操作 タン 質 凝固

さ タン 質 変性 簡単 生徒 提示 教材 開発 目指

試料 加熱 際 ー ー 炎 用い 本研究 取 扱い

上安全 簡便 電子 ン 用い ー ー 試料 入 電子

ン 加熱 ー ー 容量一杯 試料 入 う 加熱後 電子 ン

ー ー 取 出 手 触 ー ー 箇所 熱 試料

加熱 ー ー 上部 試料 容易 溢 出 う う

扱う実験者 生徒 火傷 危険 生 本実験 試料 ー

ー 容量 ／ 量 岡本 報告 う 豆乳 徐々 加温

液面 皮膜 生成さ 液面 蒸発 行わ い 重要

試料 液量 対 液面 面積 大 液面 蒸発 盛 う 工夫

試料 ー ー 容量 ／ 量 調整豆乳 無調整豆乳 牛

乳 ml ー ー ml ml ー ー ml ml ー ー ml

入 電子 ン 加熱 全 液面 タン 質 変性 凝固 皮

膜 得 図 試料 液量 依存 得 皮膜 多

実際 教材 授業 取 上 試料 調整豆乳 無調整豆乳

牛乳 用い い 思わ 実験者 生徒 分 や

い う皮膜 多 得 試料 液量 多 用い

ー ー 大 電子 ン 中 入 い 既設 電子 ン

入 ー ー 選 容量 約 ／ 量 試料 入 う

あ う

硫酸 ンモ ウ 溶解度 大 温度 溶解度 違い 小さ さ 価

硫酸 ン 含 塩析効果 大 い 塩析 最 使用さ

硫安 ％飽和区分 う 調整豆乳 無調整豆乳 牛乳 硫酸 ン

モ ウ 加え 溶 入 ー ー 縁 固 タン 質

う ． xg 遠心分離 タン 質 液面 上部 集 図 B B さ 程度 遠心加速度 加え タン 質 集積 確認

調 ． xg ． xg ． xg xg xg

遠心分離 結果 全 い タン 質 上方 集積 図 C C

教材 授業 取 上 試料 調整豆乳 無調整豆乳

牛乳 適 い タン 質 変性 さ 明確 示

xg以上 遠心分離 い 分

遠心分離 機材 ッ ン チ ー 専用 卓上小型遠心機

万円前後 価格 販売さ 得 最大遠心加速度 ． xg程度

あ 手動式遠心機 本体 ーター 合わ 万円程度 最大遠心

加速度 ． xgほ あ 現場 学校 購入 や い い

豆腐 作 用い 塩化 ウ 使 同様 塩析 起 確

塩化 ウ 約 ％飽和区分 う 約 ℃ 調整豆乳 無調整豆乳

牛乳 塩化 ウ 加え 溶 タン 質 固 全 観

察 ータ 示さ い 塩化 ウ 使 豆乳 タン 質 塩析

固 実際 豆腐 作 う 加熱 同時 行う必要 あ う

pH変化 タン 質 変性 示 pH ． pH ．

pH ． mM Bきffeお中 調整豆乳 無調整豆乳 入 状態 pH ．

Bきffeお 明確 タン 質 凝固 試験管 真横 固

豆乳 口 流 出 いほ あ 図 同様 pH ． pH ．

pH ． mM Bきffeお中 牛乳 入 状態 pH ． Bきffeお タ

ン 質 粒状 固 う 見え タン 質 凝固 確認 や い

う ． xg 遠心分離 pH ． タン 質 固 沈

殿 図 A さ pH ． タン 質 変性 確認 程度

遠心加速度 必要 調 上清 白濁 タン 質 沈殿 見や い

． xg以上 あ 図 B 結果 pH 下 タン 質

変性さ 試料 牛乳 豆乳 調整豆乳 無調整豆乳 適 い

豆乳 遠心分離 い 明確 タン 質 凝固 確認

現行 高等学校学習指導要領化学領域 高分子化合物 性質 利用 い 高分 子化合物 性質や反応 観察 実験 通 探究 合成高分子化合物 天然高分子

化合物 特徴 理解さ 日常生活や社会 関連付 考察

う 記載さ い さ 解説 天然高分子化合物 い タ

ン 質 ン ン ー 天然 取 上 構造や性質 単量体

関係 扱う 中略 扱う実験 例え タン 質や ン ン 性質

調 実験 考え 記載さ い 本研究 加熱 生 皮膜

タン 質 性質 調 実験 提示さ 生物分野 タン 質 変性

視点 変え 化学分野 天然高分子化合物 例 捉え

年 中央教育審議会 答申 幼稚園・小学校・中学校 学習指導要領 改訂 方向性 示さ 高等学校 い 年度中 学習指導要領 改訂さ 年 間 周知・徹底期間 年間 移行期間 経 年 月 完全実施さ 予 定 あ 改訂 伴い 現行 理科課題研究 廃止さ 理数探究基礎 仮称

理数探究 仮称 新設さ 決定 い 本研究 高等学校 生

物 化学 実験例 有用性 高い 理数探究基礎 仮

称 理数探究 仮称 う 教科・科目 枠 わ い多角的・複合的

視点 事象 え 探究的 学習 行 い 科目 い 応用 い 可能性 高い あ う

　まとめ

調整豆乳 無調整豆乳 牛乳 ml ー ー ml ml ー ー

ml ml ー ー ml 入 液面 泡立 沸騰 始

電子 ン 加熱 後 電子 ン 外 出 少 冷 液面

ン ッ 全 液面 タン 質 凝固 皮膜 得

試料 液量 多 ほ 皮膜 生重量 多

ml ー ー 調整豆乳 無調整豆乳 牛乳 ml ml 硫酸 ンモ ウ ．g ．g 入 硫安 ％飽和区分 ター ー 攪拌 硫酸 ン

モ ウ 溶 入 ー ー 縁 タン 質 固 付い

ッ ン チ ー ml 入 遠心分離機 用い ． xg

分間 遠心分離 タン 質 固 液面 上部 集 さ

ッ ン チ ー 入 ml ． xg ． xg ． xg xg

xg 分間 遠心分離 全 い タン 質 上方 集積

遠心加速度 大 いほ 集積 タン 質 薄

試験管 mM ン酸Na Bきffeお pH ． mM K- ン酸Bきffeお pH ． mM ウ酸Na Bきffeお pH ． ．ml入 中 調整豆乳 無調整豆 乳 牛乳 ．ml勢い 入 分間静置 pH ． mMBきffeお中

調整豆乳 無調整豆乳 タン 質 明確 固 牛乳 タン 質 小さ 粒状 pH ． pH ． mMBきffeお中 タン 質 全 固 pH ． pH ． pH ． mMBきffeお中 牛乳

ッ ン チ ー ml 入 遠心分離機 用い ． xg 分間遠 心分離 結果 pH ． Bきffeお中 タン 質 固 沈殿

pH ． pH ． Bきffeお中 沈殿 さ ml ー ー mM ン酸Na Bきffeお pH ． ．ml 牛乳 ．ml入 ター ー 分間攪拌 ッ ン チ ー ml入 ． xg ． xg ． xg xg

xg 遠心分離 全 い タン 質 沈殿

以上 結果 高等学校 生物 授業 調整豆乳 無調整豆乳 牛乳

試料 上記 う 手法 中 含 タン 質 加熱 塩析 pH変

化さ タン 質 凝固さ タン 質 変性 簡単 生徒 提示

新 教材 提唱

引用・参考文献

丸山工作 生化学入門 裳華房pp．

前野正夫 磯川桂太郎 改訂第 版 一歩 生化学・分子生

物学 羊土社pp．

浅島誠 ほ 名 文部科学省検定済教科書 生物 東京書籍 pp． 吉里勝利 ほ 名 文部科学省検定済教科書 高等学校生物 第一学習社 pp．

庄野邦彦 馬場昭次 ほ 名 文部科学省検定済教科書 生物 実教出版 pp．

嶋田正和 ほ 名 文部科学省検定済教科書 生物基礎 数研出版 pp．

岡本奨 状蛋白質皮膜 形成 い 日本食品工業学会誌 ：

-青木宏 大豆タン 質 形成過程 タン 成分変化 挙動

日本食品工業学会誌 ：

-白川武志 大豆タン 質 加熱変性 香川県発酵食品試験場報告 ：

-前田昭彦 タン 質 凝固―豆腐 通 生活 化学 結 ―

北海道立理科教育 ンター 研究紀要 ：

-山下絵美 広木正紀 村上忠幸 豆腐 教材化 基礎的研究―

豆腐 条件探 中心 ― ー 理科教育 ：

-西川和孝 柏木麻里 後藤昌弘 田中章江 各種凝固剤 用い 調整 豆腐 比較 家庭科教材 活用 日本家政学会第 回大会 研究発表要旨集 pp． 文部科学省 高等学校学習指導要領解説 理科編 理数編 pp． pp

石井哲也 ン 構造 性質 関 最近 研究動向

Milk Science ：

-仁木良哉 牛乳酸性 特性 Milk Science ：

-阿南功一 維野邦男 田村善蔵 松橋通生 松本重一郎 基礎生化学実験法 抽出・分離・精製 丸善 pp．

中央教育審議会 幼稚園 小学校 中学校 高等学校及 特別支援学校 学習 指導要領等 改善及 必要 方策等 い 答申

Summary

Ryoi

chi

Kato

_,

_Chi

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_Shoj

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_,

_Tomohi

_ro

_Nagane

Teachi

ng

materi

al

s

of

protei

n

denaturati

on

The 100 ml,60 ml,oお 20 mlofがhe かample (pおepaおed かoけbean milk,きnpおepaおed かoけbean milk,oお milk)くaか pきが inがo a 500 ml,300 ml,oお 100mlbeakeお,おeかpecがiぎelけ.Theかe かampleか くeおe heaがed がo がhe beginning ofboiling きかing a micおoくaぎe oぎen and cooled.And がhen,a membおane くhich くaか compoかed of がhe pおoがeinか denaがきおed and inclきded in がhe かampleか くaか deぎeloped on がhe かきおface of がhe かample aが all ぎolきmeか of がhe かample. When ammoniきm かきlfaがe くaか added and diかかolぎed in がhe かampleか aが 80 % concenがおaがion of がhe かaがきおaがed かolきがion, denaがきおed pおoがeinか くeおe abかoおbed on がhe glaかか かきおface of beakeお くhich in ammoniきm かきlfaがe かolきがion くeおe pきが.Theけ くeおe cenがおifきged aが 10.000 xg,3.000 xg,1.000 xg,300 xg,oお 100 xg foお 3 min.And denaがきおed pおoがein くaか accきmきlaがed きppeお ofがhe かolきがion aが allcenがおifきgaがionか.When がhe かample くaか inclきded in 20 mM bきffeおか of pH3.0, pH6.0, oお pH9.0, がhe pおoがeinか くeおe denaがきおed in がhe bきffeお of pH3.0 and did noが denaがきおed in oがheお bきffeおか.