Whey Protein Isolate–Pectin Complexes Regulate Microstructure and Stability of Pasteurized Drinking Yogurt

技術要約：ホエイプロテイン・アイソレート（WPI）とペクチンの複合体が、パストリゼーション（低温殺菌）された飲料ヨーグルトの微細構造と安定性を調節する

問題提起
パストリゼーション（低温殺菌）された飲料ヨーグルト（PDY）は、携帯性と栄養保持に優れた、常温保存可能な棚持ちの良い製品である。しかし、乳酸菌を不活性化し安全性を確保するために必要なパストリゼーション工程は、しばしば品質劣化を引き起こす。具体的には、熱処理によってタンパク質の凝集、粒子の成長、およびホエイ分離（離水）が促進され、これが粗いテクスチャー、安定性の低下、および消費者受容性の低下を招く。ペクチンのような多糖類やWPIのようなタンパク質は、個別にヨーグルトのテクスチャーに影響を与えることが知られているが、様々なパストリゼーション強度下におけるWPI–ペクチン複合体の微細構造、水の分布、および安定性に対する具体的な相乗効果については、十分に研究されていない。

方法論
本研究では、異なるタンパク質および多糖類の組み合わせを用いて調製されたPDYの物理化学的特性を評価するために、制御された実験デザインを用いた。

• 処方: 脱脂粉乳（SMP）をベースとした。SMPタンパク質の40%をWPIに置き換え、総タンパク質濃度を4.0% (w/w)とした。ペクチン（エステル化度60%）を0.2% (w/w)添加した。コントロール（SMPのみ）、WPIのみ、ペクチンのみ、およびWPI–ペクチン複合体の4つのグループを設定した。
• プロセス: サンプルはpH 4.6まで発酵させた後、均質化を行い、特定の熱処理（パストリゼーション強度をシミュレートするため、65°C、75°C、85°C、95°Cの各温度で20分間、および85°Cで10分間、ならびに加熱なしのコントロール）を行った。複合体グループについては、特に85°Cで0分、10分、20分の条件でテストを行った。
• 特性評価:
  • 粒子径: レーザー回折法（Mastersizer 3000）により測定。
  • 保水能 (WHC): 改良された遠心分離法により決定。
  • レオロジー: 平行平板型レオメーターを用い、見かけ粘度および粘弾性係数（貯蔵弾性率 $G'$ および損失弾性率 $G''$）を測定。
  • 水の分布: 低磁場核磁気共鳴（LF-NMR）を用い、結合水、不動態水、および自由水の割合（$T_2$ 緩和時間）を定量化。
  • 微細構造: 10,000倍の倍率での走査電子顕微鏡（SEM）観察。
  • 物理的安定性: Turbiscan安定性アナライザーを用い、後方散乱プロファイルとTurbiscan安定性指数（TSI）を算出することで、安定性を評価。

主な結果

• パストリゼーション強度の影響: 温度と保持時間の増加は、粒子の凝集を有意に促進し、粒子径分布をより大きな直径へとシフトさせた。この熱的強度は、見かけ粘度および粘弾性係数（$G'$ および $G''$）を増大させたが、WHCを著しく低下させた。
• 個々の添加物の影響:
  • ペクチン: ペクチンを単独で添加すると、架橋凝集（ブリッジング・フロキュレーション）が誘発され、コントロールと比較して粒子径が有意に大きくなり、粘度および粘弾性が高くなった。
  • WPI: WPIを単独で添加すると、タンパク質の凝集が抑制され、コントロールと比較してより微細なゲルネットワークと低い粘度を促進した。
• WPI–ペクチン複合体の相乗効果:
  • WHC: 複合処方は、最も顕著な水分保持力の向上を示した。標準的なパストリゼーション条件（85°C、20分）において、複合体ヨーグルトは88%のWHCを達成し、これはコントロール（約53%）や単一添加処方（約63–69%）を大幅に上回る数値であった。
  • レオロジー: 高いWHCにもかかわらず、複合体ヨーグルトはすべてのサンプルの中で最も低い見かけ粘度および粘弾性係数を示し、優れた流動性と、より固体的ではない性質を示した。
  • 水の分布 (LF-NMR): WPIの添加は、結合水の割合を増加させ、水の移動を制限した。複合系においては、自由水の割合が最小化されており、これが高いWHCを裏付けている。
  • 微細構造 (SEM): WPI–ペクチン複合体は、緻密で均質かつ微細な多孔質構造を形成した。対照的に、ペクチンのみのサンプルはより大きな凝集物を示し、高温処理は一般的に、孔径が拡大した粗いネットワークをもたらした。
  • 安定性: Turbiscan分析により、複合体ヨーグルトが最も低いTurbiscan安定性指数（TSI）と、経時的な後方散乱プロファイルの最小の変動を示したことが確認された。これは、コントロールと比較して、物理的安定性とホエイ分離に対する耐性が著しく向上していることを示している。

意義および主張
著者らは、WPIとペクチンが相乗的に作用して、パストリゼーションされた飲料ヨーグルトのテクスチャー、水の分布、および安定性を調節すると結論づけている。本研究は、これらの成分がどのように相互作用するかについてのメカニズム的根拠を提供している。すなわち、WPIは微細なタンパク質ネットワークと水分結合を促進し、ペクチンはWPIと組み合わさることで、ペクチンを単独で使用した際に生じる過度な粘度や粒子凝集を引き起こすことなく、緻密で均質な微細構造を形成し、ホエイを効果的に捕捉する。

本論文は、この複合的なアプローチが、パストリゼーションによる熱ストレス下でも滑らかなテクスチャーと安定性を維持できる、高品質で棚持ちの良い飲料ヨーグルト製品を開発するための実行可能な戦略となることを主張している。これらの知見は、WPIとペクチンの比率を最適化することで、常温保存のヨーグルトに伴う品質劣化を軽減できることを示唆している。