Impact of Processing Conditions and Membrane Fractionation on Chloropropanol Formation during Protein Hydrolysate Production from Meat Trimming By-products

毎年、世界の食肉産業は膨大な量の残り物（副産物）を生み出しています。肉の切り落としから、しばしば廃棄される結合組織や脂肪に至るまで、これらの副産物は、もし活用されなければ廃棄物や環境負荷の原因となる、タンパク質の巨大な貯蔵庫となっています。この廃棄物を価値あるものに変えるために、食品科学者たちはしばしば、これらの残り物を「タンパク質加水分解物」へと変換します。これらの加水分解物を、タンパク質がより小さく、より有用な断片に分解されたものだと考えてください。これにより、体への消化が容易になり、スープからスポーツ栄養バーに至るまで、あらゆるものに成分として使用できるようになります。このプロセスは、生の肉の端材を取り出し、タンパク質を溶解させ、次に酵素（生物学的なハサミのような役割を果たす道具）を使用して、長いタンパク質の鎖を短い断片へと切り刻む工程を含みます。この手法は持続可能性と栄養面において非常に優れていますが、食品安全に関する重要な問いを投げかけます。すなわち、タンパク質を分解するというプロセスそのものが、隠れた有害物質を作り出してしまうのではないか、という問いです。

そのような物質の一群は、「クロロプロパノール類」として知られています。これらは、特定の条件下、特に熱と酸性が関与する場合に、脂肪や油が塩素と反応することで形成される化学化合物です。これらは食品に添加される原材料ではなく、加工過程で偶然生じる副産物です。これらの中でも、特に2つの種類が健康研究者の注目を集めています。それは3-MCPDと2-MCPDです。3-MCPDは様々な加工食品に見られる、より一般的に知られたバージョンですが、両者とも腎臓などの臓器に対する潜在的な毒性の懸念から注目されています。課題は、特に原料となる肉に、これらの望まない化学物質の原料となり得る脂肪が自然に含まれている場合に、タンパク質成分の製造過程のいつ、どのようにしてこれらの化合物が現れるのかを正確に理解することにあります。

最近の研究において、研究者たちは、肉の端材から作られるタンパク質加水分解物の製造ラインにおける、これら汚染物質の行方を追跡することを目的としました。アタテュルク大学の研究チームは、シンプルかつ厳格なアプローチから開始しました。彼らは、筋肉、脂肪、結合組織の混合物である牛の肉の端材を取り、一連の制御された実験に供しました。まず、タンパク質を水に溶解させ、混合物の酸性度を非常に酸性の状態から非常にアルカリ性の状態まで、8つの異なるレベルに調整しました。このステップは、抽出中の化学的環境が有害な化合物の生成を引き起こすかどうかを確認するために設計されました。タンパク質を溶解させた後、チームはタンパク質をより小さなペプチドへと分解するために「アルカラーゼ」と呼ばれる酵素を加えました。これは「酵素加水分解」として知られるプロセスです。このステップでは、酵素が機能するように混合物を特定の温度に加熱し、その後、さらなる熱を加えることで反応を停止させました。

タンパク質が分解された後、研究者たちはプロセスにおける極めて重要な決定ポイントに直面しました。それは、混合物をろ過するかどうかという点です。彼らは膜ろ過技術を用いて、液体を2つの部分に分離しました。一方の部分には、フィルターを通過できる小さなタンパク質断片が含まれており、もう一方の部分には、フィルターを通るには大きすぎる残りの大きな分子や脂肪、あるいは複合体が保持されます。タンパク質抽出液、未ろ過の加水分解物、そして最終的なろ過画分という3つの明確な段階で液体をテストすることで、チームはどの段階で汚染物質が発生しているのかを特定することができました。彼らは非常に高感度な実験機器を用い、数ppb（10億分の1）という極めて低いレベルの2-MCPDおよび3-MCPDの痕跡を探索しました。

この調査結果は、明確であり、かついくらか安心させるものでしたが、重要なニュアンスも含まれていました。研究者たちは、水の酸性度に関わらず、最初のタンパク質抽出の段階では、どちらの汚染物質も検出可能なレベルでは生成されないことを発見しました。真の物語は、その後の加工段階で明らかになりました。チームが未ろ過のタンパク質加水分解物を分析したところ、2-MCPDの痕跡が見つかりました。レベルは条件によって異なりますが、未だろ過されていない混合物の中にその化合物が存在していました。しかし、加水分解前のタンパク質抽出液、あるいは最小のタンパク質断片のみを含む最終的なろ過画分を見たとき、2-MCPDはどこにも存在しませんでした。まるで、汚染物質は分解プロセス中に現れ、その後、混合物をフィルターに通すことで除去されるかのようでした。

さらに重要だったのは、3-MCPDが完全に存在しなかったことです。脂肪が存在し、熱と酸が加えられていたにもかかわらず、この特定の化合物は、たとえ微量であっても、どのサンプルからも検出されませんでした。このことは、この特定の製造法で使用されている条件が、3-MCPDの生成を促進しないか、あるいはレベルがあまりに低いため現在の方法では検出できないことを示唆しています。また、2-MCPDの生成は、残留脂肪の存在と、酵素反応中に適用された特定の熱処理に関連していることが強調されました。ろ過された画分に汚染物質が存在しなかったという事実は、実用的な解決策を示しています。すなわち、膜ろ過のステップが、2-MCPDの形成の原因となった、より大きな脂質ベースの前駆体や複合体をおそらく除去したということです。

これらの知見は、食品業界にとって貴重なロードマップを提供します。これらは、肉の副産物からタンパク質加水分解物を作ることは持続可能で有益な慣行であるが、そのプロセス条件が重要であることを示しています。研究は、特定の汚染物質の生成は、肉の端材を使用することの必然的な結果ではなく、むしろタンパク質がどのように処理されるかによる特定の成果であることを示唆しています。汚染物質が加水分解段階で発生し、ろ過によって減少できることを理解することで、メーカーは最終製品の栄養価を損なうことなく、安全性を確保するために方法を調整することができます。この研究は、プロセス、特に熱とろ過を注意深く制御することで、環境に優しく、かつ消費にとって安全な高品質のタンパク質成分を作ることが可能であることを裏付けています。