卵の白身から高強度ゲル材料の開発に成功

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~卵白たんぱく質の機能性材料や新食感の食品開発に期待~
平成30年1月10日 科学技術振興機構(JST)

ポイント

  • ゆで卵の白身は強度が低く脆いため、材料開発の素材としては利用されてこなかった。
  • 鶏卵の卵白たんぱく質を一定間隔に集積させて加熱することで、ゆで卵の白身の150倍以上の高強度ゲル材料を開発することに成功した。
  • たんぱく質を素材として、実用的な強度を持つ新たな機能性材料や、新しい食感の食品の開発につながることが期待される。

JST 戦略的創造研究推進事業において、東京工業大学 科学技術創成研究院 野島 達也 特任助教(研究当時、現:中国・東南大学 生物電子学国家重点実験室 准教授)、彌田 智一 教授(研究当時)らの研究グループは、鶏卵の卵白たんぱく質から高強度ゲル材料である「卵白たんぱく質凝縮体ゲル」を作製することに成功しました。

卵白を加熱すると固まる(ゲル注1)化する)現象はよく知られていますが、その圧縮強度注2)は低いため、卵白は材料開発の素材として用いられてきませんでした。

本研究グループは、独自のイオン性界面活性剤注3)をたんぱく質溶液に加えることで、水中のたんぱく質を一瞬で凝縮する技術を2016年に開発しました。このたんぱく質凝縮化技術を応用し、卵白に含まれる特定のたんぱく質を、一定間隔に集積させることができました。この状態のたんぱく質を加熱したところ、通常のゆで卵の白身の150倍以上の圧縮強度を示す生分解性注4)ゲル材料を作製することに成功しました。

本研究の成果は、たんぱく質を素材として、体内に残留せずに一定期間後に吸収されるような医療用素材など、実用的な強度を持つ新たな機能性材料や、新たな食感の食品の開発への応用が期待されます。

本研究成果は、2018年1月5日(英国時間)に英国科学誌「NPG Asia Materials」のオンライン版で公開されました。

本成果は、以下の事業・プロジェクトによって得られました。

戦略的創造研究推進事業 総括実施型研究(ERATO)

研究プロジェクト「彌田超集積材料プロジェクト」
研究総括彌田 智一(東京工業大学 科学技術創成研究院 教授(研究当時))
研究期間平成22年10月~平成28年3月

上記研究課題では、異種材料をナノ・マイクロスケールで「上手に混ぜる」ことにより、構成材料の単なる足し合わせでは得られない、要素間の相互作用が顕在化した「超集積材料」の創成に関する研究を実施しました。

<研究の背景と経緯>

金属やセラミクスに代わる次世代の材料として、生体高分子であるたんぱく質の活用が進められており、絹やクモ糸など繊維状のたんぱく質を素材とした強靭な材料開発が広く行われています。一般的にたんぱく質は、微生物や細胞の培養により生産されます。しかし、これは時間も費用もかかる方法でした。そこで本研究グループは、大量生産の手法が確立しており、安価に入手が可能な食品たんぱく質に注目しました。

本研究グループは、鶏卵の白身を加熱すると固まる、という誰もが経験的に知っている現象(加熱ゲル化現象)を応用した新材料開発に取り組みました。白身にはたんぱく質が豊富に含まれ、加熱前は水に溶けた状態で存在します。加熱するとたんぱく質は変性し、ランダムに集まることで不均一なネットワーク構造を形成し、液状だった白身は水を含んだゲルとなって固まります。

しかし加熱してゲルとなった白身の強度は低いため、そのままでは材料として利用することはできません。本研究グループは、ゲル化した白身の強度が低いのは、その不均一な構造が原因ではないかと考えました。本研究グループはこれまでに、たんぱく質にイオン性界面活性剤を加えることで、水中のたんぱく質を一瞬で凝縮させ、一定間隔に集積させる技術を開発してきました(2016年12月26日 JSTプレスリリース「混ぜるだけで迅速に水溶液中のたんぱく質凝縮に成功」)。そこで、このたんぱく質凝縮化技術を応用し、卵白たんぱく質を一定間隔に集積させた上で加熱すれば、均一な構造を形成し、強度の高いゲル材料を作製できると考えました。

<研究の内容>

鶏卵の卵白には100種類以上のたんぱく質が含まれ、そのうち数種類のたんぱく質が、卵白の加熱ゲル化現象に主に関わっています。しかし特定のたんぱく質の精製は時間と費用のかかる作業であるため、本研究グループは未精製の卵白たんぱく質を実験に用いることにしました。鶏卵より分離した卵白を、市販のキッチンネットで濾した後に、水を加えて撹拌することで、均質化した卵白たんぱく質水溶液を得ました。

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