平 成21年12月(2009年) 一27一
研 究報文
グ ア ー起 泡 性 ア ル ブ ミ ンの起 泡 特 性
細 見
典 子,原
田
麻 子,下
山
亜 美*,土
居
幸 雄
Foaming properties
of guar foaming albumin
Noriko Hosomi, Asako Harada, Ami Shimoyama*,
Yukio Doi
From guar meal we recently isolated an albumin fraction with a high foaming ability, named guar foaming
albumin (GFA) . Here, we further characterized the foaming activity, foam stability and surface tension of GFA
solutions. Foaming activity and foam stability were estimated by measuring the conductivity of foam using a
glass column with a conductivity cell. Surface tension was measured by the drop weight method using a
stalagmometer. GFA showed higher foaming activity than casein at any protein concentrations compared. Foam
stability of GFA was comparable to that of casein. The reduction of disulfide bonds of GFA did not significantly
affect its foaming properties at higher concentrations ( > 3 mg/ml) of GFA. The ability of GFA to reduce
surface tension was substantially affected by the ionic strength of solutions, suggesting the importance of the
electrostatic interaction of GFA in its foaming activity. These results indicated a potential usefulness of GFA as
a foaming agent in food processing.
(Received September 16, 2009)
は じ め に
グ ア ー 豆(Cyamopsis Tetragonolobus)の 胚 乳 部 か ら工 業 的 に ガ ラ ク トマ ン ナ ン が 精 製 さ れ,グ ア ー ガ ム と し て 広 く食 品 に 用 い ら れ て い る 。 グ ア ー ガ ム を 工 業 的 に 精 製 す る 際,グ ア ー 豆 の 約30%に 相 当 す る 胚 芽 ・種 皮 部(ミ ー ル)が 廃 棄 さ れ て お り,こ こ に は 豆 全 体 に 含 ま れ る タ ン パ ク 質 の 約45%が 含 ま れ る1)・2)。我 々 は,こ の グ ア ー ミ ー ル の 水 抽 出 画 分 に 高 い 起 泡 性 を 見 出 し,pH 4,0で 等 電 点 沈 殿 す る タ ン パ ク 質 が 高 い 起 泡 性 を持 つ こ と を 示 し,グ ア ー 起 泡 性 ア ル ブ ミ ンGFA(Guar Foaming Albumin)と し て 単 離 し た3)。GFAの 主 成 分 は,見 か け の 分 子 量6 kDaと11kDaの2本 の ポ リ ペ プ チ ドが ジ ス ル フ ィ ド 結 合 し た 単 純 タ ン パ ク 質 で あ る 。GFAの ア ミ ノ 酸 組 成 は,植 物 タ ン パ ク 質 と して は 栄 養 価 が 高 く,第 1制 限 ア ミ ノ 酸 は リ シ ン で,ア ミ ノ 酸 価 は82で あ っ 京都 女子 大学 食物 栄養学 科 *大 阪薫英 女子短 期 大学生 活科学 科 た 。小 麦 ア レルギ ー患 者 の 血 清 に対 して も交差 を示 さず,泡 沫安 定 性 の高 い卵 白な どの代 替 タ ンパ ク質 と しての 利用 が示 唆 さ れ た。 タ ンパ ク質 で安 定 化 され た泡 を利 用 した 食 品 はア イス ク リー ム,ス ポ ンジ ケ ーキ,メ レンゲ を は じめ と して数 多 くあ る。 一 方,泡 の 発 生 に は γAに 相 当 す るエ ネル ギ ーが 必 要 で あ る。 ここ で,γ は溶 液 の 表 面 張力,Aは 新 し く作 られ る 表面 積 で あ る。 溶 液 の 面積 が 最小 値 で はな い た め,泡 沫 は熱 力 学 的 に不 安 定 な系 とい え る。 したが って,こ れ らの 食 品で タ ンパ ク質 が 安 定 な泡 沫 を作 り出す に は,タ ンパ ク質 の持 つ 以 下 の 能 力 が 重 要 とな る:1)界 面 に 素 早 く 吸 着 出来 る能 力,2)界 面 にお い て速 や か に変 性 し, 疎 水 性/親 水 性 のバ ラ ン ス を最 適 に保 つ 能 力,3)界 面 にお い て変 性 した タ ンパ ク質 同士 が相 互 作用 し, 強 く凝集 し,高 い粘 弾 性 を持 っ た タ ンパ ク質 の 薄膜 を形 成す る能 力 。最 初 の2つ の 能 力 は タ ンパ ク質が 溶 液 の表 面 張 力 を減少 し起 泡性 を示 す必 須 要 件 であ り,3番 目 の能力 は安 定 な 泡 沫特 性 を示す ため に必 要 と なる 。一28一 これ ま での 研 究 で は,濃 度 の非 常 に低 い タ ンパ ク 質試 料 溶 液 をサ ーモ ミキサ ーで 撹拝 して 泡 立 て,生 じた泡 の体 積 に よ り起 泡 を評価 した3)。この 方 法 で は,タ ンパ ク質 問の 相 互作 用 が 起 こ りに くい ため, 主 に タ ンパ ク質 の界 面へ の吸 着 の しや す さ と,タ ン パ ク質 が本 来 持 って い る疎 水 領 域 と親 水領 域 の バ ラ ンス に よる表 面 張 力低 下能 が 起 泡性 に大 き く影 響 す る と考 え られ る。 しか し,泡 の体 積 か ら評価 され る 起 泡 性 は,濃 度 や大 き さの よ うな 泡 の質 的 要 因 を必 ず しも反 映せ ず,泡 の体 積 や,泡 か らの 流動 体 の 漏 出 の速度 を正 確 に測 定 す る こ とが 普通 は難 しい とい う指 摘 もあ る。 この た め,ラ メ ラ(泡 の 膜)に 含 ま れ る液体 の導 電 率 を測 定す る こ とに よ り起 泡性 を評 価 す る方 法 が 開 発 され て い る4)。本 研 究 にお い て は, こ の導 電率 の測 定 に よ り,広 い 範 囲 の タ ンパ ク質 濃 度 で起 泡 性 と泡 沫安 定性 の 評価 を行 い,β 一カ ゼ イ ンな ど他 の起 泡 性 の 高 い タ ンパ ク質 と比 較 した。 ま た,還 元剤 の添 加 に よる 影響 を調べ る と と もに,表 面 張 力 の 測定 を種 々の タ ンパ ク質 濃度 で 行 い,起 泡 性 につ な が る界 面 吸 着 の しやす さ を他 の タ ンパ ク質 と比 較 した。
実 験 方 法
1.GFAの 調 製 主 に 既 報3)従 っ て 行 っ た 。 そ の 概 略 を 記 す と,グ ア ー ミー ル に 対 し,50倍 量 の 水 を 加 え,低 温 室 で 一 晩 抽 出 を 行 な っ た 後,4℃,8,000rpm,25分 間 遠 心 分 離 を 行 な っ た 。 得 ら れ た 上 清 液 を水 抽 出 画 分 と し た 。 そ の 水 抽 出 画 分 を4MHClでpH 4.0に 調 製 し た 後,1時 間 放 置 し遠 心 分 離 を行 な い,得 ら れ た 酸 沈 殿 画 分 を,少 量 の10mM Tris-HC1(pH 7.8)を 用 い て 溶 か し た 後,1MNaOHでpH 7.0に 調 製 し,測 定 に 使 用 す る 緩 衝 液 に 対 して 低 温 室 で 一 晩 透 析 を 行 な っ た 。 遠 心 分 離 後 得 ら れ た 上 清 液 をGFAと し て 使 用 し た 。 2.試 料 溶 液 の 調 製 起 泡 性 と 泡 沫 安 定 性 の 実 験 の た め の 試 料 の 調 製 に は,す べ て20mM Tris-HCI(pH 7,8)緩 衝 液 を用 い た 。 表 面 張 力 のNaCl濃 度 依 存 性 を測 定 す る際 に は,5mM Tris-HC1(pH 7.8)緩 衝 液 に, NaClを 必 要 な 濃 度 に な る よ う に添 加 し た 。 表 面 張 力 のpH依 存 性 を測 定 す る 際 は,GFAの リ ン酸 パ フ ァ ー 溶 液(0.1M NaCl,5 mM PBS)を 使 用 し, pHを 調 整 し た 。 タ ン パ ク 質 濃 度 は0.7mg/mlと し た 。 水 様 性 卵 白 溶 液 は,卵 白 部 分 を ガ ー ゼ で 濾 し,濃 厚 卵 白 を 除 き,そ れ ぞ れ の 緩 衝 液 に 透 析 し て 調 製 し た 。 β 一カ ゼ イ ン は 市 販 の も の(Sigma社)を 使 用 食物 学 会誌 ・第64号 した。 3.タ ンパ ク質 の 定 量 タ ンパ ク質 の定 量 は,Bradford法 に よ り測定 した5)。 市 販 の プ ロテ インス タ ンダ ー ドII牛血 清 ア ル ブ ミン (Bio-Rad社)を ス タ ン ダー ドと し,そ の 溶 液 濃 度 は吸 光 係 数 係 数A1%=7.4を 使 用 し,280nmに お け る紫外 線 の吸 光度 か ら計 算 した 。純 水 で5倍 希 釈 し た プ ロ テ イ ンア ッセ イ染 色液(Bio-Rad社, Bio-Rad Protein Assay)を 用 い,595nmで の吸 光 度 の測 定 か ら求 め た。 4.起 泡 性 及 び泡 沫 安 定性 の 測 定 泡 の起 泡 性 と安 定 性 は,伝 導 度計 を用 い て泡 の導 電 率 を測 定 す る こ とで 評 価 した4)。す べ て の 結 果 は 少 な くと も5回 の独 立 した測 定結 果の平均 値 で示 した。 a.導 電 率 の測 定 ガ ラス管(内 径1.7cm,長 さ22cm)の 片 方 を注 射 針(ゲ ー ジ番 号26)を 通 した シ リ コ ン栓 で ふ さ ぎ, 垂 直 に固定 す る。 上端 か ら伝 導度計(オ ム ロ ン社,ES-51)の 電 極 を差 し込 み,試 料 溶 液2mlを 入 れ た 時 に,伝 導度 計 の 下端 が 試料 溶 液 水 面 か ら2.7cmに な る よ うに 固定 した。 注 射 針 か ら水 蒸気 で 飽和 した窒 素 ガス を試 料 溶 液 に通 し,発 生 した 泡の 導電 率 を測 定 した 。伝 導 度 計 にパ ソ コ ンを接 続 し,経時 的 に デー タ を取 り込 ん だ。 b.起 泡 性 の 評価 試 料 溶 液 に窒 素 を流 して始 め て,発 生 した 泡が伝 導 度 計 に 入 る瞬 間(導 電 率 が上 昇 した時)を 測定 開 始 時 と し,泡 が伝 導 度 計 の 空気 穴 の 下端(液 面 よ り 10.3cm)に 達 した と き窒 素 を止 め た。 測 定 開 始 か ら,窒 素 流 出停 止 までの 時 間 を窒 素 流 出停 止 時 間 と し,起 泡性 の評 価 に用 い た。 c.安 定 性 の評 価 窒 素 の 流 出 を停止 した瞬 間 を時 間0と し,経 時 的 に導 電 率 を少 な くと も5分 間計 測 した。 各 種 の タ ン パ ク質 で 測 定 した結 果,本 装 置 で は,全 ての タ ンパ ク質 濃 度 で5分 後 の 導電 率 は 実 質的 に0と なっ た。 そ こで,測 定時 間0で の導 電 率 の値 を1と し,測 定 開始 か ら5分 後 の 値 を0と して,相 対 的 な導 電率 の 変化 を求 め て比 較 した。 泡 沫 安定 性 は,相 対 的 導電 率 が1/2と な っ た時 間(t1/2)に よ り評価 した。 5.滴 重 法 に よ る表面 張 力 の 測定 a.滴 重法 の原理 外 径2r(cm)の 滴 数 計 の管 よ り落 下 す る 液 の 一 滴 の 重 量 をm(g)と す れ ば,こ の 一 滴 に 下 向 き に 加 わ る重 力 はmg(dyn)で あ る。 液 の 表 面 張 力 を γ (dyn/cm)と す れ ば,管 と液 滴 との 境 界 線 は管 の外平 成21年12月(2009年) 周2πγ(cm)で あ り,液 滴 に 上 向 き に 加 わ る 抗 力 は 2πγ(dyn)で 表 わ さ れ る 。 液 滴 が 成 長 し ま さ に 落 下 し よ う と す る 瞬 間 に,こ れ ら の 力 が 釣 り合 い,mg= 2πrγ が 成 立 す る の で,液 滴 の 表 面 張 力 γ(dyn!cm) は 次 の 式 で 与 え ら れ る 。 γ一m× 弥 ×φ
(1)
こ こで,Sは 重 力 加 速 度(cm/sa)で あ る 。 ま た 実 際 に は,液 滴 の すべ てが 落下 す る わ け で は な く, 重 力 加 速 度gが 必 ず し も鉛 直 に 働 か な い た め 補 正 が 必 要 と な る。 こ の 補 正 項 が φ で あ る。 こ の式 よ り,液 滴 の 重 量 を測 定 す る ことで,表 面張 力 を求 め る こ とが で き る。 なお,φ はHarkinsとBrownの 実 験 結 果 よ りvを 一 滴 の体 積(cm3)と して, r!Vの 関 数 と して与 え られ てお り,こ れ を利 用 した6)。 b.滴 数計 の使 用 滴 数 計 は 市 販(株 式会 社 相 互 理 科 学 硝 子 製 作 所) の もの を使 用 し,本 実験 を行 う前 に純水 を用 いて 滴 数 計 の校 正 を行 っ た 。滴 数 計 に 毛 細 管 を シ リ コ ン チ ュー ブ でつ な ぎ,滴 数 計 の純 水1滴 の 落 下時 間が 2分 以 上 に な る よ う に毛 細 管 を調 整 した 。滴 数 計 を 固 定 す る ス タ ン ドは 振 動 を 防 ぐた め 下 に ゴ ム 製 の マ ッ ト上 に設 置 し,四 方 と上 面 を ア ク リル 板 の 囲 い で 覆 い,そ の内 部 の 水蒸 気 を飽和 状 態 に保 つ た め水 を入 れ た瓶 を設 置 し,瓶 の 中に温 度 計 を置 い た。 液 滴 計 は洗剤 で洗 った 後,蒸 留 水 で よ く洗 浄 し,ア セ トン を通 して内 部 を乾 か して使 用 した。 特 に,液 滴 の付 着 す る滴 数 計 の 下端 部 は,洗 浄後 絶 対 に触 らな い よ うに し,汚 れ や傷,欠 け等 が無 い こ とを確認 した。 測 定 時 は,ま ず 試 料 溶 液(2m1)を 滴 数 計 の 管 の 下端 か ら吸 い上 げ る。管 の真 下 に あ らか じめ秤 量 した秤 量 瓶 を設 置 す る。液 滴 が5滴 落 ち た ら,す ぐ に秤 量 瓶 の ふ た を しめ,重 量 を求 め る。 秤 量 瓶 とふ た の風 袋 を差 し引 き,1滴 の液 滴 の重 さ を計 算 す る。 ヒ 重 量測 定 は各 濃度 あ た り必 ず3回 以 上行 い平 均 値 を 求 め た。 液 の濃 度 が 変 わ る際 には,新 し く測 定 す る 溶 液 を用 い て滴 数 計 の内部 ・下 端 を共洗 い した。 C.滴 数 計 の校 正 純水1滴 の平 均 重 量 配。,(g)と,測 定 時 の 液 温 に 対 応 す る水 の 密 度 ρ.(g/cm3)を も と に1滴 の 体 積 V(cm3)=〃7。,÷PWお よ びvl/3(cm)を 求 め た。 測 定 時 の 液温 に対 応 す る水 の 表面 張 力Ywは 判 明 して い る た め3),(1)式 に代 入,変 形 し,〔
騨
×r〕=yW
(la)
一29 と な る よ う に 方 程 式(1a)を 解 く が,こ の 際Harkins-Brownの 補 正 定 数(r/V1/3と φ)を 利 用 し た6)。 こ こ でr/Vl/3に φ が 対 応 し て い る 。 つ ま り補 正 定 数 の r!V1/3にV1/3を 乗 ず る とr!yl/3×V1/3=rが 求 ま る た め,式(la)は,以 下 の 式(1b)の よ う に 置 換 で き る 。(lb)
式(1b)の 左 辺 第1項 は定数項 とな る。 よって,式(1b) を満 足 す る まで,つ ま り(左 辺 一 γの=0と なる ま で補 正 定数 のr/V1/3と φ を順次 代 入 して,試 行 錯誤 に よ り解 を求 め る 。 しか し,通 常 式(lb)を 完 全 に 満足 す る結 果 は得 られ な い た め,(左 辺 一 γの が 0前 後 にな る 領域 で,補 正 定 数 か ら求 め たrlV 1/3と φ と の 関 係 式 を 利 用 し,さ ら に細 か くr/V1/3と φ を推 定 し,式(1b)に 代 入 す る方 法 に よ り最適 解 を得 た 。結果 と考察
1.窒 素 流 出停 止 時間 に よ る起 泡 性 の 評価 窒素 ガス を流 出 し,泡 が 伝 導 度計 に入 る瞬 間 を測 定 開 始 と し,発 生 した 泡 が 一 定 の 体 積(23.3cm3) に達 し伝 導 度 計 の 空 気 穴 の 下 端(10.3cm)に 到 達 す る まで の 時 間 を窒 素停 止 時 間 と して求 め た。GFA と β一カゼ イ ンの試 料 溶 液 で,タ ンパ ク 質濃 度 と窒 素 停止 時 間の 関係 を図1に 示 した 。 いず れ の タ ンパ ク質 試料 溶 液 も,濃 度 が高 くな る につ れ て窒 素停 止 時 間 が 短 くな った が,GFAは β一 タンパ ク質濃 度(mg/ml) 図1窒 素 流 出停 止 時 間のタンパ ク質濃 度 による変化 起 泡 性 の評 価 の た め に,発 生 した泡 が 一定 の 体 積 に到 達 す る ま での 時 間 を窒 素 流 出停 止 時 間 と して 求 め た。GFA(●),β 一カゼ イン(■),100mM2一 メル カ プトエ タノール存 在 下 のGFA(○),100mM2一 メルカプ トエタノール存 在 下の β一カゼ イン(口)一30一 カ ゼ イ ン よ り も窒 素 停 止 時 間が 短 か く,β 一カ ゼ イ ンよ りも起 泡性 の高 い こ とが 示 された。 なお,オ ボア ル ブ ミン を使 い 同様 の実 験 を した と こ ろ,3mg!ml 以 下 で は発 生 した泡 が不 安 定 で 装 置 の上 端 に まで 達 しなか っ た た め 図示 して い ない が,そ れ以上 の濃 度 で は β一カゼ イ ンよ りも窒 素 停 止 時 間 が 短 く,高 い 起 泡 性 を示 した。 ただ し,い ず れ の タンパ ク質濃 度 で もオ ボ ア ル ブ ミ ンの起 泡性 がGFAの そ れ を上 回 る こ とは な か っ た 。 したが って,GFAは, IOmg/ml 以下 の いず れ の濃 度 にお い て も β一カゼ イ ン と オ ボ ア ル ブ ミ ンよ り高 い 起 泡性 を持 つ こ とが 示 され た。 タ ンパ ク 質が 起 泡 性 を示 し泡 沫 安定 性 を持 つ機 構 は,以 下 の よ う に考 え られ て い る7)。溶 液 中の タ ン パ ク質 は,ま ず 気 液 界 面 に吸 着 す る 。 この 過程 は拡 散 に よる 界面 へ の吸 着 で あ る ので,タ ンパ ク質 の拡 散 速 度 に よ り規 定 され る た め,一 般 的 には低 分 子 タ ンパ ク質 の ほ うが 速 い 。 ま た,こ の過 程 は,低 分 子 界 面 活 性剤 な どで は可 逆 的 であ る が,タ ンパ ク質 の 場 合 吸 着 後 引 き続 き起 こ る タ ンパ ク質 の コ ン フ ォ メ ー シ ョン変化 の ため に,不 可 逆 的 で あ る。吸 着 さ れ た タ ンパ ク 質 は,界 面 で疎 水 性 領域 を気 相 に,親 水 性 領 域 を液相 に配 向 す る こ とで 水 の表 面 張 力 を低 下 させ,泡 沫 の発 生 を助 け る。 タ ンパ ク質 が気 液 界 面 に配 向 す る際 に,タ ンパ ク質 の 高次 構 造 の安 定 性 が 問題 とな る。 い わゆ る柔軟 性 が 高 く,堅 固 な構 造 を もたな い β一カゼ イ ンの よ うな タ ンパ ク質 は非 常 に起 泡 性 が高 い が,堅 固 な構 造 を持 つ オボ アル ブ ミ ンや リ ゾチ ー ム の よ う な球状 タ ンパ ク質の 起 泡性 は 低 い。 界 面 に 配 向 した タ ンパ ク質 は,さ ら に変性 を 起 こ し,互 い に相 互 作 用 す る こ とで安 定 な タ ンパ ク 質薄 膜 を形 成 し,気 泡 の 安定 性 に寄与 す る。気 泡 は 2層 の タ ンパ ク質膜 の 間 に水 が 保 持 された ラメ ラ構 造 を持 って お り,一 般 に タ ンパ ク質 濃度 が 高 い ほ ど 薄膜 の粘 度 が上 が りラ メ ラの安 定 性 が 大 き くな り, 泡 沫安 定 性 が増 加 す る。 球状 タ ンパ ク質 で,安 定 した コ ン フ ォメ ー シ ョ ン を持 つ 未 変性 オ ボ アル ブ ミ ンは,卵 白 の主 要 タ ンパ ク質 で あ る が,卵 白 と異 な り精 製 され た場 合 は起 泡 性 の低 い こ と が 知 られ て い る7)。一 方,分 子 量 が 大 き く,安 定 した2次 構 造 の な い β一カゼ イ ンは,熱 やpHな どに よ り容 易 に変 性 され,柔 軟 な コ ンフ ォ メー シ ョンを持 つ こ とが 知 られ てお り,起 泡 性 の高 い代 表 的 な タ ンパ ク質 で あ る8)。これ に対 して,GFA は,比 較 的 分 子 量 の小 さい タ ンパ ク質 が主 成 分 で あ り,ま た,ア ミノ酸 分 析 の結 果 か ら シス テ イ ン を多 く含 む こ とが 明 らか に な って お り,少 な くと も一 つ 食物 学 会 誌 ・第64号 の 分 子 間 ジ スル フ ィ ド結 合 を含 む こ とが 示 さ れて い る3)。も しGFAが,そ の 主 成 分 で あ る見 か け の分 子 量6kDaと11kDaの2本 の ポ リペ プチ ド鎖 だ け か ら成 る とす れば,ア ミノ酸 組 成 の結 果 か ら最 大3個 の 分 子 内 ジス ル フ ィ ド結 合 を持 つ計 算 とな る。 従 っ て,GFAは 安 定 な3次 構 造 を持 つ 低 分 子 の 球 状 タ ンパ ク質 で あ るこ とが 予想 され るに もか か わ らず, β一カゼ イ ン よ り高 い 起 泡性 を持 っ てい る こ とに な る。GFAの 分子 量 が β一カ ゼ イ ン よ りも小 さい こ と は気 液界 面 へ の拡 散 速 度 が大 きい こ とにな り,GFA の 高 い起 泡 性 と一致 す る。 た だ し,硬 い 構造 に もか か わ らず界 面 の表 面 吸 着 が 強 く,起 泡 能 力 の大 きい こ と は,GFAの 未 変 性状 態 の 疎 水 性 と親 水 性 の バ ラ ンス が適 切 に保 た れて い る ため で あ る と考 え られ る。 そ こ で,ジ ス ル フ ィ ド結 合 を解 裂 す る2一メ ル カ プ トエ タノ ール を添 加 した ときの 影響 を調べ てみ る と(図1),GFAで は,低 タン パ ク質 濃 度 で メ ル カ プ トエ タノ ール 添加 時 に窒 素停 止 時 間が 短 くな り, ジ スル フ ィ ド結合 の還 元 に よ り起 泡性 が 増 加す る こ とが 示 され た。 しか し,3mgJml以 上 に な る と還 元 の影 響 は少 な くな った 。 こ の結 果 は,前 報 で3),低 濃 度 で 起泡 性 を調べ た時,還 元 の 影響 が 少 な か った 結 果 と矛盾 した 。前 報 で の起 泡 性 測定 で は,試 験 管 の激 しい振 動(90秒 間)に よ り泡 を発 生 させ てお り, こ の過 程 で タ ンパ ク 質の 界 面変 性 が 進み,還 元 の影 響 が 少 なか った の か もしれ な い。 つ ま り,後 述 す る よ うに,GFAの 安 定 性 が 還 元 に よ り増 加 して い る こと を考慮 す る と,前 報 の 結果 は,起 泡 性 に加 えて 安 定 性 も加 味 され た結 果 で あ る可 能性 が あ る。 い ず れ に しろ今 回,3mg/ml以 上 の濃 度 で は還 元 の 影 響 が 少 な い こ とか ら,GFAの 場 合,分 子 間お よ び 分 子 内 ジス ル フ ィ ド結 合 解 裂 に よる 自由度 の 増加 よ り も,疎 水 性/親 水 性 のバ ラ ン スが 起 泡 性 に よ り重 要 で あ る こ とを示 唆 して い る。 一 方,β 一カゼ イ ンの 場 合 は,低 い タ ンパ ク質 濃 度 で窒 素 停止 時 間 が長 く な り,還 元 に よる起 泡性 の 低下 が 見 られ たが,高 い タ ン パ ク 質 濃 度(3mg/ml以 上)で は, GFAの 場 合 と同様 に,還 元 に よる影 響 は見 られ な くな っ た。 比較 的 濃 度 の高 い領 域 で は 気 液界 面 に吸 着 され た タ ンパ ク質 同士 の相 互作 用 に よ り,安 定 な ラ メ ラの形 成 が され や す くなる た め,還 元 に よ る影響 は少 な く な っ た と考 え られ る 。低 い タ ンパ ク質 濃度 にお いて 還元 す る と起 泡 性 が低 下 す るの は,β 一カゼ イ ンの 界 面 変 性 で は不 均 一 に β一カゼ イ ンの凝 集 が起 こ る こ とが 知 られ て お り8),こ の凝 集 に κ一カゼ イ ンの
平 成21年12月 (2009年) 図2 種 々のタンパ ク質 濃度 における伝 導 率 の変 化 泡 沫 安 定性 の評 価 のた めに,窒 素 流 出 停 止 後 の伝 導 率の 時 間変 化 を種 々のGFAタ ンパ ク質濃 度 で 測 定 し, 測 定 開始 時 の伝 導 率 を1と して相 対 的 伝 導 率 で 表 した。 結 果 は同 一 条 件 下 で の5回 の測 定 結 果 の 平 均 値 で 示 してある。GFAの 濃 度は,0.5(○),1.0(●),3.0(口), 5.0(×),10.0(▲)mg/m1で ある。 一31一 に 低 下 す る と い う 結 果 が 得 ら れ た 。 ま た,低 濃 度 (0.5mg/ml,1.Omg!m1)で は,窒 素 を 止 め た 時 点(0 秒)か ら す ぐ に 値 が 低 下 し て い る が,高 濃 度(5.O mg!ml,10. O mg/ml)で は 窒 素 を 止 め た 後 も,10秒 程 度 そ の 値 を 保 っ て か ら,ゆ る や か に 低 下 し て お り, 高 濃 度 に お け る 泡 沫 安 定 性 の 高 さ を 示 して い る 。 同 じ タ ン パ ク 質 濃 度(3mg/ml)で,β 一カ ゼ イ ン に つ い て も調 べ た と こ ろ(図3),同 様 な 変 化 が 認 め ら れ,GFAはR一 カ ゼ イ ン に 比 べ て,導 電 率 の 値 が 最 も ゆ る や か に 低 下 し て お り,泡 沫 安 定 性 が 高 い こ とが わ か っ た 。 な お,オ ボ ア ル ブ ミ ン(3お よ び 5mg/ml)に つ い て も 同 様 の 実 験 を 行 な っ た と こ ろ, い ず れ の 濃 度 に お い て も,相 対 的 導 電 率 の 低 下 は GFAよ り も速 か っ た(デ ー タ 未 掲 載)。 ま た,2一 メ ル カ プ トエ タ ノ ー ル を 添 加 し た と こ ろ,グ ラ フ の 形 状 か ら 比 較 す る と,GFAに つ い て は 大 き な 差 が 見 ら れ な か っ た が,β 一カ ゼ イ ン に つ い て は,導 電 率 の 値 が 半 減 す る ま で の 時 間 が 長 くな り,泡 沫 安 定 性 が や や 増 加 した 。 た だ し,タ ン パ ク 質 濃 度 の 低 い 時(0.5mglm1)に は,逆 に 還 元 に よ り泡 沫 安 定 性 が 低 下 し た(デ ー タ未 掲 載)。 3.表 面 張 力 の 測 定 a.GFA溶 液 の 表 面 張 力 GFA溶 液(5mM Tris-HClバ ッ フ ァ ー,100 mM NaCI, pH 6.8)の 表 面 張 力 は タ ン パ ク 質 濃 度 の 上 昇 に伴 い(0∼0.1mg!ml)急 激 な 減 少 が み ら れ(図4), 図3 一 定 の タ ンパ ク 質 濃 度(3mglm1)に お け る GFAと β 一 カ ゼ イ ン の 伝 導 率 の 変 化 図2と 同 様 に 測 定 した 結 果 で あ る。GFA(●),β 一 カゼ イン(■),100mM 2一メル カプ トエ タノー ル 存 在 下 の' GFA(○),100mM 2一メル カプ トエタノー ル 存 在 下 の β一 カゼ イン(□) ジ ス ル フ ィ ド結 合 が 関 与 して い る た め か も知 れ な い9)。 2、 導 電 率 によ る泡 沫 安 定 性 の評 価 図2は 各 種 のGFAタ ンパ ク 質濃 度 で,泡 が ガ ラ ス 管 の上 端 に達 し窒 素 を止 め た 時 点の 導 電 率 の値 を 1と し,相 対 的 な導 電率 の変 化 を比 較 した もの で あ る。 濃 度 が高 くな る につ れ,導 電率 の値 が ゆ る や か タンパ ク質濃 度 (mg/ml) 図4 GFAの 表 面 張力 低 下 能 力のNaCl濃 度 依存 性 表 面 張 力 低 下 能 力 に 与 える イオ ン強 度 の 影 響 を 調 べ るた め に,種 々の タンパ ク質 濃 度 で 表 面 張 力 を測 定 した。 GFA溶 液(5mM Tris-HCI, pH 7.8)に, NaCI濃 度 が
0(○),10(▲),50(口),100(●)mMと なるように 添 加 し た 。 グ カ ゼ イ ン 溶 液(10mM Tris-HCI, pH 7.8, 100mM Nacl)の 表 面 張 力 低 下 も参 考 に 示 した(+)。
一32一 そ れ 以 降 も ゆ る や か で あ る が 減 少 し,1.6mg!mlで お よ そ43dyn/cmで あ っ た 。 GFAの 表 面 張 力 低 下 能 は,NaC1の 濃 度 に 大 き く 依 存 し,食 塩 濃 度 を 順 次 低 下 し た 時(50,10,0mM NaCI)そ の 能 力 は 大 き く低 下 し た 。 β一カ ゼ イ ン の 表 面 張 力 低 下 能 と 比 較 し た と こ ろ, β 一カ ゼ イ ン の そ れ はGFAよ り大 き く,低 タ ン パ ク 質 濃 度(0か ら0.16mglml)に お い て 急 激 な 減 少 が み ら れ,0.12mglmlで お よ そ52 dyn/cmま で 減 少 し た 。た だ し,β 一カゼ イ ン につ い て は塩 濃 度 の 影 響 はG弘 程 大 き く な く,図4に は,100mM NaCl存 在 下 で の 表 面 張 力 の 変 化 の み 示 し て あ る 。 な お,卵 白 溶 液 に つ い て 表 面 張 力 の 変 化 を 調 べ た と こ ろ,卵 白 の 場 合, も と も と こ の 濃 度 範 囲(1mg!m1以 下)で は 表 面 張 力 低 下 能 が 見 ら れ な か っ た た め,7mg!m1ま で の 範 囲 で 調 べ た が,い ず れ の 場 合 も,塩 添 加 に よ る 影 響 は 少 な く,表 面 張 力 の 低 下 は7dyn/cm程 度 で あ っ た(50mM NaCl存 在 下)。 GFAの 表 面 張 力 低 下 能 が,100 mM NaCI存 在 下 で 最 も高 か っ た の は,塩 イ オ ン に よ るGFAタ ン パ ク 質 の 表 面 電 荷 が 中 和 さ れ る た め と考 え ら れ る 。 β 一 カ ゼ イ ン よ り も塩 の 影 響 が 大 き く,GFAの 界 面 変 性 とそ れ に 伴 う分 子 間 相 互 作 用 に は,表 面 電 荷 が 大 き く影 響 す る も の と 思 わ れ た 。 ま た,卵 白 はQカ ゼ イ ン やGFAに 比 べ,表 面 張 力 の 減 少 は 小 さ く, 起 泡 性 は 比 較 的 低 い こ と が わ か っ た 。 GFA溶 液 のpHに よ る 影 響 を 調 べ た と こ ろ, pH 5.5∼9.0の 範 囲 で はpH 7.0で 表 面 張 力 は 最 低 と な り,pH 9.0最 大 で あ っ た(図5)。 図5 GFA溶 液 の表 面 張力pH依 存 性 GFAの 表 面 張 力低 下 能 力 に与 え るpHの 影 響 を調 べ た。4回 の 測 定 の平 均 値 と標 準 偏 差 を示 してあ る。 食 物 学 会誌 ・第64号 通 常,タ ンパ ク質溶 液 の 泡安 定 性 は,そ の タ ンパ ク質が 可 溶性 の場 合,等 電 点付 近 で 最高 に なる こ と が知 られ てい る7)。GFAは, pH 4.0で 等 電 点沈 殿 し て得 られた 画分 で あ り,酸 性側 で泡 沫安 定 性 が上 昇 す る こ とが 期待 され る。 しか し,表 面張 力 の 変 化 を み る とpH 5.5か らpH 7.0に 向 け て 減 少 し, pH 7.0 付 近 で最 低 とな り,pH 7.0か らpH9.0に 向 け て上 昇 した。 今 回 測定 したpH 5.5∼pH9.0で はpH 9.0で 最 高 も値 を示 した 。等 電 点pH 5.0に お け る表 面 張 力 は溶 液 が沈 殿 す るた め 測定 して い ない が,お そ ら く pH 5.5よ りも表面 張 力 の 減少 は少 な く,高 い値 を示 す 可 能性 が あ る。 これ は,等 電 点 に近 い ほ ど可 溶 な タ ンパ ク質 が 少 な くなる ので,タ ンパ ク質濃 度 が 下 が り,水 の 表面 張 力 が 十分 に低 下 しない た めで あ る。
要
旨
【目的 】我 々は グ ア ー 豆 か らグ ア ー ガム を精 製 す る際 に廃 棄 され る グ アー ミー ルか ら,起 泡性 の高 い タ ンパ ク質 画 分 を単 離 し,グ アー起 泡 性 ア ル ブ ミ ン GFA(Guar Foaming A正bumin)と 命 名 した 。本 研 究 で はGFAの 起 泡 性 及 び泡 沫 安 定性 を導 電 率 に よっ て定 量 的 に測 定 し,さ らに,起 泡性 の第 一 要件 で あ る表 面 張力 の低 下減 少 能 を滴 重 法 に よ り測定 す る こ と で,GFAの 起 泡 特性 を詳 細 に調 べ る こ と と した。 【方 法 】 タ ンパ ク質 試 料 溶 液 に窒 素 ガ ス を通 し, 発 生 した泡 の導 電率 を測 定 した。 発生 した 泡 が ガ ラ ス管 の 上端 に達 す る まで の 時 間 を起 泡時 間 と し,起 泡 性 の 評価 と して用 いた 。 ま た,導 電率 の値 の低 下 か ら,泡 沫安 定性 を評 価 した。 表 面 張力 の 測定 には 滴 重 法 を用 い た。 【結 果 ・考 察 】GFAは,オ ボ ア ル ブ ミ ンや β一カ ゼ イ ン と比べ て,起 泡性,泡 沫安 定 性 と もに優 れて い る こ とが わか っ た。 ま たGFAは,ジ ス ル フ ィ ド 結 合 を切 断す るメ ル カ プ トエ タノ ール を加 え て も, 影響 を受 け に くい こ とが 示 され た 。GFA溶 液 の 表 面張 力 は低 タ ンパ ク質濃 度 で 急激 な減少 を示 したが, β一カ ゼ イ ンよ りも低 下 可 能 は低 か っ た。 ま た塩 の 添 加 に よ り表 面 張 力 低 下 能 は促 進 さ れ た。pHに よ る 影 響 を調 べ た と ころpH 7.0で 表 面 張 力 は 最 低 の 値 を示 した 。 これ らの結 果,起 泡 性 を利 用 す る食 品 で,GFAは 卵 白 な どの 代 替 タ ンパ ク質 と し て使 用 で きる こ とが示 唆 され た。引 用 文 献
1) J. P. Nath, N. Subramanian, M. S. Narasinga-Rao
:
J. Agric. Food Chem. , 26, 1243 (1978)
平 成21年12月(2009年)
2) J. P. Nath, N. Subramanian, M. S. Narasinga-Rao :
J. Agric. Food Chem. , 28, 844 (1980)
3) A. Shimoyama, S. Kido, Y. Kinekawa, Y. Doi : J.
Agric. Food Chem. , 56, 9200 (2008)
4) A. Kato, A. Takahashi, N. Matsudomi, K. Kobayashi:
J. Food Sci. , 48, 62 (1983)
5) M. M. Bradford : Anal. Biochem. , 72, 248 (1976)
6) W. D. Harkins, F. E. Brown: J. Am. Chem. Soc. , 41,
一33一
