JP7712057B2

JP7712057B2 - 鉄含有タンパク質組成物の製造方法

Info

Publication number: JP7712057B2
Application number: JP2019065319A
Authority: JP
Inventors: 大輔伊藤; 篤寛武本; 祥二郎玉置; 唯明河邉; 淳森山; 耕平浅田
Original assignee: Megmilk Snow Brand Co Ltd
Current assignee: Megmilk Snow Brand Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2025-07-23
Anticipated expiration: 2039-03-29
Also published as: JP2020162466A

Description

本発明は、鉄含有タンパク質組成物の製造方法に関する。

鉄は体内の恒常性維持に重要であり、食事上、気をつけて摂取しなければならない栄養素の一つといえる。成人女性の鉄摂取推奨量は６．０－６．５ｍｇ／日（月経なし）、１０．５ｍｇ／日（月経あり）（厚生労働省日本人の食事摂取基準２０１５年版）であるのに対し、２０－３９歳女性の鉄摂取量の平均値は６．４ｍｇ／日（厚生労働省平成２９年度国民健康・栄養調査）に留まっており、若中年層女性の鉄不足が指摘されている。若中年層女性で鉄不足の人や貧血傾向の人は、鉄を補うために、鉄を強化した飲食品や鉄剤等の薬の形態で鉄分を摂取している場合が多い。

しかしながら、一般的に鉄剤として用いられるクエン酸鉄、ピロリン酸鉄、硫酸鉄等の無機鉄では、鉄独特の収斂味や金属味が感じられたり、胃腸や粘膜を痛めるといった副作用を伴ったりする場合がある。また、有機鉄であるヘム鉄は、吸収性が高いものの、金属味や生臭味等が感じられるという問題がある。このため、これらの鉄剤を食品に添加したり、鉄剤として利用したりする際に、その添加量を制限しなければならず、要求される摂取量を達成するには不十分な場合も多い。

一方、鉄含有タンパク質としては、鉄ラクトフェリン複合体（特開平７－３０４７９８号公報）、鉄カゼイン複合体（特開平９－７７７９３号公報）、鉄－ホエイ蛋白質加水分解物複合体（特開２０００－５０８１２号公報）等が組成物の形態として知られており、これらの鉄含有タンパク質組成物は、鉄独特の収斂味や金属味がなく、副作用もなく、さらには溶解性、熱安定性が良好であることから、飲食品や鉄剤への利用に適している。また、特開２００２－０００２２５号公報では、凍結解凍時における沈澱の発生が抑制された鉄含有タンパク質組成物溶液を提供すること、さらに、飲食品の鉄分強化や鉄剤の製造に有用な該溶液の凍結物及び該凍結物の解凍溶液を提供することを目的とし、その解決手段として、前記鉄含有タンパク質組成物が、平均粒子径２００ｎｍ以下の粒子として前記水性媒体中に溶解しており、５から１０のｐＨを有し、かつ単糖類、二糖類、糖アルコール類、非還元性糖類及びデキストリンからなる群から選択した少なくとも１種、さらに、前記鉄含有タンパク質組成物が炭酸及び／又は重炭酸を更に含むことを特徴とする鉄含有タンパク質組成物溶液、および鉄含有タンパク質組成物溶液の調製方法が開示されている。

特許文献１特開平７－３０４７９８号公報
特許文献２特開平９－７７７９３号公報
特許文献３特開２０００－５０８１２号公報
特許文献４特開２００２－０００２２５号公報

しかしながら、特許文献１～４に開示された鉄含有タンパク質組成物溶液の製造方法は、経済的な面で課題が残っていた。また簡易に、沈殿の発生が抑制され、かつ鉄独特の収斂味を呈さない鉄含有タンパク質組成物溶液の製造方法が求められていた。
そのため、経済的かつ簡易でありながら、沈殿の発生が抑制され、かつ鉄独特の収斂味を呈さない新規な鉄含有タンパク質組成物溶液の製造方法が求められていた。

本発明は、上記課題の解決手段として、以下の構成を含む発明を提供するものである。
［１］炭酸イオン及び重炭酸イオンの少なくとも一方と、タンパク質と、を含むタンパク質含有溶液を調製する工程と、タンパク質含有溶液に鉄を添加する工程と、を含む鉄含有組成物の製造方法。
［２］鉄を添加する工程において、前記タンパク質含有溶液を撹拌しながら、粉末形態の２価の鉄を、タンパク質含有溶液に添加する［１］記載の鉄含有組成物の製造方法。
［３］鉄を添加する工程において、水溶媒中に２価の鉄が分散した鉄含有水溶液を、タンパク質含有溶液に添加する［１］記載の鉄含有組成物の製造方法。
［４］鉄の添加量は、１００ｍＭ以下である［１］～［３］のいずれかに記載の鉄含有組成物の製造方法。
［５］タンパク質含有溶液のｐＨは、５～１０である［１］～［４］のいずれかに記載の鉄含有組成物の製造方法。
［６］タンパク質のモル濃度は、炭酸イオン及び／または重炭酸イオンのモル濃度の１／１０００以上である［１］～［５］のいずれかに記載の鉄含有組成物の製造方法。
［７］タンパク質は、牛乳由来のホエイである［１］～［６］のいずれかに記載の鉄含有組成物の製造方法。

本発明によれば、経済的で簡易ありながら、沈殿の発生が抑制され、かつ鉄独特の収斂味を呈さない、新規な鉄含有タンパク質組成物溶液の製造方法が提供される。

（鉄含有タンパク質組成物の製造方法）
（材料）
（鉄）
鉄含有タンパク質組成物の調製に用いる鉄は、２価の無機鉄、及び／又は３価の無機鉄を用いることができるが、２価の無機鉄を用いることが好ましく、粉末状の２価の無機鉄を用いることがさらに好ましい。
２価の無機鉄は、硫酸第一鉄、乳酸第一鉄、グルコン酸第一鉄、クエン酸第一鉄ナトリウム等を例示でき、粉末状のものとして硫酸第一鉄を例示できる。
３価の無機鉄は、塩化第二鉄、硫酸第二鉄、クエン酸第二鉄アンモニウム、クエン酸第二鉄等を挙げることができる。

（タンパク質）
鉄含有タンパク質組成物の調製に用いるタンパク質は、ラクトフェリン類、カゼインタンパク質類、ホエイタンパク質類等を挙げることができ、これらの一種以上を用いることができる。
ラクトフェリン類は、ヒト、ウシ等の哺乳類の乳等の分泌液から分離されるラクトフェリン、血液、臓器等から分離されるトランスフェリン、卵等から分離されるオボトランスフェリン等のラクトフェリン類、及びこれらのラクトフェリン類を酵素で分解したものを挙げることができる。
カゼインタンパク質類はヒト、ウシ等の哺乳類の乳等の分泌液から分離されるカゼイン、酸カゼイン、カゼインナトリウム、乳酸カゼイン、α－カゼイン、β－カゼイン、κ－カゼイン等のカゼインタンパク質、及びこれらカゼインを酵素で分解したものを挙げることができる。
ホエイタンパク質類はヒト、ウシ等の哺乳類の乳等の分泌液から分離されるホエイタンパク質であるＷＰＩ（ＷｈｅｙＰｒｏｔｅｉｎＩｓｏｌａｔｅ：ＷＰＩ）やＷＰＣ（ＷｈｅｙＰｒｏｔｅｉｎＣｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ：ＷＰＣ）、及びこれらホエイタンパク質を酵素で分解したものを挙げることができる。ホエイタンパク質からβ－ラクトグロブリン、α－ラクトアルブミン等の各成分に分離したものを酵素で分解したものを挙げることができる。
上記したこれらのタンパク質は、すでに大量に分離する方法が多数知られているが、どのような方法で分離されたものであってもよい。また、遺伝子操作によって微生物、動物細胞あるいはトランスジェニック動物から生産されたものであってもよい。

カゼインタンパク質として、粗カゼインのようなα－カゼイン、β－カゼイン、κ－カゼインの混合物を用いる場合は、その構成比から平均分子量を求め、これをもとに溶解したカゼインのモル濃度を算出することができる。
また、ホエイタンパク質として、各種のタンパク質成分が混合したものを用いる場合には、それぞれの成分の構成比から平均分子量を求め、この値から溶解するホエイタンパク質のモル濃度を算出することができる。

一方、ラクトフェリン類、カゼインタンパク質類、ホエイタンパク質類の酵素分解物を得るには、タンパク質加水分解酵素を用いることができる。
このタンパク質加水分解酵素として、トリプシン、キモトリプシン、ペプシン等の動物起源の酵素、パパイン、ブロメライン、フィシン等の植物起源の酵素、かび、バクテリア、酵母等の微生物起源の酵素を用いることができる。
酵素をタンパク質に作用させる場合における酵素の形態としては、単離精製された酵素、粗酵素、酵素を有する微生物の培養物、この培養物から菌体を除去した酵素を含む培養液、微生物の菌体または菌体の破砕物、遺伝子組換え品のタンパク質加水分解酵素等を挙げることができる。この酵素としては、各種材料から調製されたものや市販の酵素製剤を利用することができる。この分解物としては、例えば、分解生成物の分子量が１００００以下の範囲に分布するものが好ましい。

（炭酸・重炭酸）
鉄含有タンパク質組成物の調製に用いる炭酸、重炭酸は、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素アンモニウムの炭酸水素塩や、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウム、炭酸カルシウム等の炭酸塩を例示できる。また、気体状の二酸化炭素の吹き込み、液体または固体状の二酸化炭素を添加した溶液、炭酸水等を利用してもよい。

（鉄含有タンパク質組成物の製造方法）
本発明の製造方法の具体的態様を以下に記載する。
（１）炭酸及び／又は重炭酸と、タンパク質とを含有する溶液の調整
上述した材料を用いて炭酸及び／又は重炭酸と、タンパク質とを含有する溶液を調整する。
炭酸イオン及び／または重炭酸イオンの濃度（両方含有させる場合はその合計量）は１０００ｍＭ以下であるのがより好ましく、５００ｍＭ以下であるのがより好ましく、２５０ｍＭ以下であるのがさらに好ましく、１００ｍＭ以下であるのが最も好ましい。
タンパク質の濃度は２０ｍＭ以下であるのが好ましく、１０ｍＭ以下であるのがより好ましく、５ｍＭ以下であるのがさらに好ましく、２．５ｍＭ以下であるのが最も好ましい。
（２）鉄の添加
１）撹拌
炭酸及び／又は重炭酸と、タンパク質とを含有する溶液を攪拌する。撹拌は攪拌羽根やマグネティックスターラー等を用いて行う。また、攪拌羽根やマグネティックスターラー等に換えて、通気による攪拌としてもよく、攪拌羽根やマグネティックスターラー等による攪拌と、通気を組み合わせてもよい。
２）鉄の添加
炭酸及び／又は重炭酸と、タンパク質と、を含有する溶液を攪拌し、ここに粉末状の２価の無機鉄を添加し、さらに攪拌する。このような操作をすることで、添加された２価の無機鉄は攪拌により溶液中に分散しつつ酸化されるため、溶液中に３価の鉄イオンを偏在させることなく生じさせることができる。これにより鉄－炭酸－タンパク質を含む可溶性複合体を効率よく生成させることができる。また、攪拌は鉄－炭酸－タンパク質を含む可溶性複合体が粗大化するのを抑制する。よって、攪拌時間、攪拌強度は、タンクの大きさや形状に応じて、２価鉄の酸化が進むよう適宜調整すればよい。
攪拌時間は、１分以上とするのが好ましく、５分以上とするのがより好ましく、１０分以上とするのが最も好ましい。攪拌強度（回転数）は、１００ｒｐｍ以上とするのが好ましく、５００ｒｐｍ以上とするのがより好ましく、１０００ｒｐｍ以上とするのが最も好ましい。
なお、上述の粉末状の２価の無機鉄の替わりに、水等の少量の液体に２価の無機鉄を分散させたものを用いることもできるし、これと粉末状の２価の無機鉄を併用してもよい。
固体状の鉄または鉄を含有する溶液に対し、炭酸及び／又は重炭酸と、タンパク質と、を含有する溶液を後から添加すると、高濃度の鉄と接触したタンパク質が凝集し、鉄含有タンパク質組成物が不安定化するため好ましくない。
よって、３価の鉄を使用する場合は、３価鉄溶液を調製し、これを炭酸及び／又は重炭酸と、タンパク質と、を含有する溶液に添加するのがよい。

鉄の添加量は、１００ｍＭ以下であるのが好ましく、５０ｍＭ以下であるのがより好ましく、２５ｍＭ以下であるのがさらに好ましく、１２．５ｍＭ以下であるのが最も好ましい。

（モル濃度比）
炭酸及び／又は重炭酸、タンパク質、鉄イオンの添加量の比は、炭酸及び／又は重炭酸のモル濃度が、タンパク質のモル濃度の１／１００以上となるよう添加することが好ましく、１／５０以上とするのがさらに好ましく、１／２０以上とするのが最も好ましい。
鉄イオンは、炭酸イオン及び／または重炭酸イオンのモル濃度（両方含有させる場合はその合計量）の１／１００以上とするのが好ましく、１／５０以上とするのがより好ましく、１／２０以上とするのが最も好ましい。
また、タンパク質のモル濃度は、炭酸イオン及び／または重炭酸イオンのモル濃度（両方含有させる場合はその合計量）の１／１０００以上であるのが好ましく、１／５００以上であるのがより好ましく、１／２００以上であるのが最も好ましい。
（ｐＨ調整）
溶液のｐＨは、５～１０、好ましくは５．８～８．５の範囲内とするのが好ましい。ｐＨの調整は、食品製造で用いることができる酸、アルカリで行う。

（粉体化）
鉄含有タンパク質組成物は殺菌し、必要に応じて濃縮した後、噴霧乾燥、凍結乾燥等により粉末化して利用することも可能である。
殺菌は、常法に従い、加熱殺菌、滅菌、精密濾過（マイクロフィルトレーション：ＭＦ）による除菌処理等によって行うことができる。加熱殺菌は、例えば約６５℃で３０分間の低温殺菌又は約１２０℃で２～３秒間の高温短時間殺菌により行うことができる。
濃縮処理は、最終製品中の鉄の濃度を高める場合に有用であり、限外濾過（ＵＦ）膜、ナノ濾過（ＮＦ）膜、逆浸透（ＲＯ）膜等の膜処理による濃縮、減圧濃縮等の方法によって行うことができる。

（安定性）
上述の製法によれば、沈殿の発生が抑制された、安定性に優れた鉄含有タンパク質組成物が得られる。
「安定性に優れる」とは、試料を５０ｍｌの目盛り付き試験管に５０ｍｌ分取し、遠心分離機ＭＸ－３０１（トミー精工株式会社製）で３０００ｒｐｍ、１５分間の遠心分離を行い、生じた沈澱の容量が０．５ｍｌ以下であることを示す。この程度まで沈澱発生が抑制されていれば、鉄とタンパク質が鉄含有タンパク質組成物を形成し、鉄独特の収斂味や金属味が見られない。また、鉄含有タンパク質の沈澱への損失が効果的に抑えられ、溶液の飲食や鉄剤への用途における品質が良好といえる。

（鉄含有タンパク質組成物）
上述の方法で得られた鉄含有タンパク質組成物中には、鉄－炭酸－タンパク質の複合体が含まれる。複合体は特に制限されないが、具体例には、鉄－炭酸－カゼイン複合体、鉄－炭酸－ラクトフェリン複合体、鉄－炭酸－ウシ血清アルブミン（ＢＳＡ）複合体が含まれ得る。鉄含有タンパク質組成物中に含まれる鉄－炭酸－タンパク質の複合体は、１種であっても、複数種であっても構わない。

（食品への利用）
鉄含有タンパク質組成物は、飲料や発酵乳、デザート等の食品に配合し、鉄製剤として利用することが可能である。例えば、鉄含有タンパク質組成物を配合した鉄強化飲料は、約１２０℃で２～３秒間の高温短時間殺菌により殺菌した後、充填し、製造することが可能である。

次に、実施例を示して本発明を具体的に説明する。しかし、本発明は、実施例に限定して解釈されるものではない。

（実施例１）
炭酸水素ナトリウム６ｋｇ（８９ｍＭ）、ＷＰＩ１２ｋｇ（０．７ｍＭ）を７８０ｋｇの調合水に溶解し、一晩１０℃でタンパク質（ＷＰＩ）を完全に水和させた。得られたタンパク質含有溶液（溶液Ａ）を、ホモミクサーＭＡＲＫII（プライミクス株式会社製）を装着した撹拌タンクへ送液し、ホモミクサーを高速撹拌した状態で、硫酸第一鉄７水和物２ｋｇ（９ｍＭ）を添加、混合し１０分保持した後、６５℃３０分間殺菌し、１０℃に冷却して８００ｋｇの鉄含有タンパク質組成物を得た。混合液のｐＨは７．２、沈殿量は０．１ｍｌであった。
鉄添加直後の水溶液の色は２価の鉄イオンに由来する淡緑色であったが、攪拌により３価鉄イオンに由来する赤褐色となり、これに伴い、赤褐色の鉄含有タンパク質組成物が得られた。上記のとおり沈殿の形成は少なく水酸化鉄（II）による緑白色の沈殿は認められなかった。

タンパク質含有溶液（溶液Ａ）のモル濃度の調整には、平均分子量を用いた。また、平均分子量は、ＳＤＳ－ＰＡＧＥの結果から算出した、タンパク質を含む溶液中の各タンパク質成分の構成比と分子量より算出した。

（比較例１）
実施例１と同様の溶液Ａを調製し、撹拌羽根の装着されていない混合タンクへ送液した。その後、硫酸第一鉄７水和物２ｋｇを添加し、８００ｋｇの鉄含有タンパク質組成物を得た。殺菌、冷却後の混合液のｐＨは７．２、沈殿量は１０ｍｌであった。
この沈殿物は淡緑色（２価鉄イオン）を呈した水酸化鉄（II）であった。

（実施例２）
炭酸水素ナトリウム６ｋｇ（３５７ｍＭ）、ＷＰＩ１２ｋｇ（２．９ｍＭ）を１８０ｋｇの調合水に溶解し、一晩１０℃でタンパク質を完全に水和させた。得られたタンパク質含有溶液（溶液Ｂ）をスーパーミキサー（ヤスダファインテ株式会社製）へ送液した。スーパーミキサーを高速撹拌した状態で、塩化第二鉄６水和物２ｋｇ（３７ｍＭ）を添加、混合し１０分保持した後、６５℃３０分間殺菌し、１０℃に冷却して２００ｋｇの鉄含有タンパク質組成物を得た。混合液のｐＨは７．３、沈殿量は０．１ｍｌであった。
鉄添加後の水溶液の色は３価鉄イオンに由来する赤褐色となり、これに伴い、赤褐色の鉄含有タンパク質組成物が得られた。上記のとおり沈殿の形成は少なく水酸化鉄（II）による緑白色の沈殿は認められなかった。

（比較例２）
実施例２と同様の溶液Ｂを調製し、撹拌羽根の装着されていない混合タンクへ送液した。その後、塩化第二鉄６水和物２ｋｇを添加、混合し、２００ｋｇの鉄含有タンパク質組成物を得た。殺菌、冷却後の混合液のｐＨは７．３、沈殿量は１２ｍｌであった。
この沈殿物は赤褐色（３価鉄イオン）を呈した水酸化鉄（III）であり、３価の鉄イオンであっても攪拌をしなければ沈殿し、鉄含有タンパク質組成物が得られないことがわかった。

（実施例３）
実施例１で調製した鉄含有タンパク質組成物８００ｋｇ、生乳２０００ｋｇ、脱脂粉乳１６００ｋｇ、水１５６００ｋｇを混合溶解し、１３０℃２秒間のプレート殺菌を実施後、１０℃に冷却し、２００００ｋｇの鉄強化乳飲料を調製した。鉄強化乳飲料の鉄含量は２ｍｇ／１００ｍｌであった。鉄強化乳飲料の風味を１０名のパネルで評価したところ、鉄味を感じたパネルの人数は０名であった。

（実施例４）
実施例２で調整した鉄含有タンパク質組成物２００ｋｇを５ｋＤａのＵＦ膜を用いて保持液が１００ｋｇになるまで濃縮した。その後、一部の濃縮液を噴霧乾燥器Ｂ－２９０（ＢＵＣＨＩ株式会社製）を用いて粉末化した。得られた粉末を鉄２ｍｇ／１００ｍｌとなるように溶解した水溶液の風味を１０名のパネルで評価したところ、鉄味を感じたパネルの人数は０名であった。

Claims

炭酸イオン及び重炭酸イオンの少なくとも一方と、タンパク質と、を含むタンパク質含有溶液を調製する工程と、
前記タンパク質含有溶液を高速攪拌しながら前記タンパク質含有溶液に鉄を添加する工程と、
前記高速攪拌を１分以上保持する工程、
を含むことを特徴とする鉄含有組成物の製造方法であって、
前記鉄の添加量は、１００ｍＭ以下であることを特徴とする前記鉄含有組成物の製造方法。
炭酸イオン及び重炭酸イオンの少なくとも一方と、タンパク質と、を含むタンパク質含有溶液を調製する工程と、
前記タンパク質含有溶液を高速攪拌しながら前記タンパク質含有溶液に鉄を添加する工程と、前記高速攪拌を１分以上保持する工程、
を含む鉄含有組成物の製造方法であって、
前記タンパク質のモル濃度は、炭酸イオン及び／または重炭酸イオンのモル濃度の１／１０００以上であることを特徴とする前記鉄含有組成物の製造方法。
炭酸イオン及び重炭酸イオンの少なくとも一方と、タンパク質と、を含むタンパク質含有溶液を調製する工程と、
前記タンパク質含有溶液を高速攪拌しながら前記タンパク質含有溶液に鉄を添加する工程と、前記高速攪拌を１分以上保持する工程、
を含むことを特徴とする鉄含有組成物の製造方法であって、
前記タンパク質は、牛乳由来のホエイであることを特徴とする鉄含有組成物の製造方法。
前記鉄を添加する工程が、粉末形態の２価の鉄を前記タンパク質含有溶液に添加する工程であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の鉄含有組成物の製造方法。
前記溶液に鉄を添加する工程が、水溶媒中に２価の鉄が分散した鉄含有水溶液を、前記タンパク質含有溶液に添加する工程であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の鉄含有組成物の製造方法。
前記タンパク質含有溶液のｐＨは、５～１０であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の鉄含有組成物の製造方法。
請求項１～６のいずれかに記載の製造方法によって製造された鉄含有組成物。