A comprehensive investigation on the properties of seaweed (Sargassum tenerrimum) protein isolates: Addressing the knowledge gap on drying methods
本研究は、海藻である*Sargassum tenerrimum*から得られるタンパク質分離物が、凍結乾燥、真空乾燥、または噴霧乾燥による加工を経て、優れた乳化能および起泡能を示すスプレー乾燥、あるいはより高いフェノール含有量を保持する凍結乾燥といった、異なる構造的・機能的特性を持つ高品質かつ安全で生理活性の高いタンパク質をもたらすことを示している。
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人類の人口が今世紀半ばに100億人に迫ると予測される世界において、高品質な食料の新たな供給源の探索は、緊急の課題となっています。これまで動物が食事タンパク質の大部分を提供してきましたが、家畜を育てるための環境コストが、科学者たちを代替案として海へと向かわせています。海の広大な森として知られる海藻は、ミネラル、食物繊維、ビタミンが豊富ですが、そのタンパク質源としての潜在能力は、これまでほとんど活用されてきませんでした。課題は、海藻が複雑な生物であるという点にあります。その細胞は頑丈であり、内部のタンパク質を抽出することを妨げる化合物が含まれています。さらに、一度タンパク質を抽出した後は、保存や使用のために乾燥させる必要がありますが、水分を取り除く方法によって、タンパク質の構造、他の成分との混合能力、そして栄養価が根本的に変わってしまう可能性があるのです。異なる乾燥技術がこれら繊細な海洋タンパク質にどのような影響を与えるかを理解することが、海藻を将来の実行可能で持続可能な食料源へと変える鍵となります。
インドのケララ海洋漁業大学および中央水産技術研究所の研究者たちは、一般的な褐藻の一種である「サルガッサム・テネリミウム（Sargassum tenerrimum）」を用いて、この特定のパズルを解こうと試みました。彼らはまず、南インドのパルク湾の沿岸海域から海藻を採取し、洗浄した後、細かい粉末状に挽きました。水の酸性度を変化させて植物体からタンパク質を引き出す化学プロセスを用い、彼らは海藻からタンパク質を単離しました。その結果、液体状のタンパク質抽出物が得られ、それを3つのバッチに分けました。それぞれのバッチは、異なる工業的手法を用いて乾燥させられました。一つは、氷を直接除去するために真空下で凍結乾燥させたもの、もう一つは、中程度の温度の真空チャンバー内で乾燥させたもの、そして三つ目は、熱風の流れの中に噴霧してほぼ瞬時に乾燥させたものです。目的は、これら3つの手法のうち、どれがタンパク質含有量、安全性、および食品における機能性の観点から最良の最終製品を生み出すかを確認することでした。
結果は、3つの手法すべてがタンパク質に富んだ粉末の生成に成功したものの、水の除去方法によって品質が大きく異なることを明らかにしました。スプレー乾燥された粉末は、約66パーセントという最も高いタンパク質量を含んでおり、次いで凍結乾燥されたサンプルが約65パーセント、真空乾燥されたサンプルは50パーセントをわずかに下回るという結果でした。重要なことに、研究者たちが鉛、水銀、カドミウムといった危険な重金属について粉末を検査したところ、検出可能な量は存在せず、抽出プロセスが海藻を効果的に精製したことが確認されました。しかし、乾燥方法の選択は粉末の化学組成を変化させました。凍結乾燥されたサンプルは、健康効果で知られるフェノール類と呼ばれる天然の植物化合物（ポリフェノール）を最も多く保持していましたが、スプレー乾燥のプロセスによる高温は、これらの化合物をわずかに減少させました。それにもかかわらず、スプレー乾燥された粉末は、有害なフリーラジカルを中和する強い能力を示しており、依然として顕著な抗酸化力を備えていることが示唆されました。
科学者たちが粉末の物理的な性質を調査すると、その違いはさらに明確になりました。強力な顕微鏡の下では、スプレー乾燥された粒子は、液滴が急速に乾燥することによって形成された小さな中空の球体として現れました。対照的に、凍結乾燥された粉末は縮んだハニカム状（蜂の巣状）の破片のように見え、真空乾燥されたサンプルは砕けた塊状となっていました。これらの構造的な違いは、研究者が粉末の水や油に対する挙動をテストした際に、極めて重要となりました。凍結乾燥された粉末は、特に水が弱アルカリ性のときに最もよく水に溶解し、滑らかな混合物を作る上で最も汎用性が高いことが分かりました。また、最も安定したエマルション（乳濁液）を形成したため、ドレッシングやクリーミーな食品を作る際に不可欠な、油と水を効果的に保持する特性を備えていました。一方、スプレー乾燥された粉末は、溶解性はやや劣るものの、泡を形成する能力に優れており、泡立てた際に大幅に膨張するため、軽やかで空気を含んだ食品の質感を作るのに有用です。
研究は、凍結乾燥が海藻タンパク質の最も繊細な構造的および機能的特性を保持し、高品質な食品用途において優れた選択肢となる一方で、スプレー乾燥も魅力的な代替案であることを結論付けました。スプレー乾燥法は、高いタンパク質含有量と優れた起泡能力を持つ粉末を生み出し、その操作特性から商業生産に適した方法であると考えられます。研究者たちは、乾燥プロセスがタンパク質の核心的な構造や、細菌に対する抑制能力を破壊しないことを見出しました。なぜなら、粉末は一般的な食中毒の原因となる病原体に対して強い活性を示したからです。結局のところ、この研究は、海藻タンパク質が安全で強力な資源であることを証明しており、乾燥方法の選択によって、最大限の栄養保持か、あるいは効率的な大規模生産かといった、特定のニーズに合わせて最終製品をカスタマイズできることを示しています。
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