カゼイン（/ ˈ k eɪ s iː n / KAY -seen ;ラテン語 caseus（チーズ）に由来）は、哺乳類の乳によく含まれるリンタンパク質（αS1、 aS2 、β、κ ）のファミリーであり、牛乳のタンパク質の約 80% と母乳のタンパク質の 20% ～ 60% を占めています。[1]羊乳と牛乳は他の種類の乳よりもカゼイン含有量が高く、母乳は特にカゼイン含有量が低いです。[2]

カゼインは哺乳類にとって必須ではないようです。例えば、β-カゼイン遺伝子はマウスで欠失させることができます。その結果生まれたマウスは健康で繁殖力はありますが、仔マウスの成長は低下します。[3]同様に、κ-カゼイン遺伝子を欠損したマウスは健康ですが、仔マウスに授乳できず、乳汁分泌もできません。したがって、この遺伝子は繁殖の成功に必須です。[4]

カゼインは両親媒性であるため、乳化剤として使用することができます。[5]

カゼインは、チーズの主成分であることから食品添加物としての使用まで、幅広い用途があります。 [6]カゼインの最も一般的な形態は、非常に効率的な乳化剤であるカゼインナトリウム（歴史的にはニュートロースと呼ばれていました）です。[5] [7]カゼインは、コロイド状の カゼインミセル（一種の生体分子凝縮物）の形で乳腺細胞から乳汁中に分泌されます。[8]

カゼインミセルサブミセルモデル（Horne [9]より）

食品源として、カゼインはアミノ酸、炭水化物、そして2つの必須元素であるカルシウムとリンを供給します。[10]

構成

カゼインには、タンパク質の一般的な二次構造モチーフの形成を妨げるプロリンアミノ酸が多数含まれています。また、ジスルフィド結合もありません。その結果、三次構造は比較的小さいです。比較的疎水的であるため、水に溶けにくいです。牛乳の中には、カゼインミセルと呼ばれる粒子の懸濁液として含まれています。これは、親水性部分が表面にあり球形であるという点で、界面活性剤型ミセルとの類似性は限られています。しかし、界面活性剤ミセルとは対照的に、カゼインミセルの内部は高度に水和されています。ミセル内のカゼインは、カルシウムイオンと疎水性相互作用によって結合しています。ミセル内のカゼインの特殊な立体配座は、いくつかの分子モデルで説明できます。 [11]そのうちの1つは、ミセル核がいくつかのサブミセルによって形成され、周辺がκ-カゼインの微絨毛からなるというものです。[12] [13] [14]別のモデルでは、核はカゼインが相互に連結したフィブリルによって形成されると示唆されています。[15] 最後に、最新のモデル[16]では、ゲル化が起こるためにはカゼイン間の二重の連結が必要であると提唱されています。これら3つのモデルはすべて、ミセルを可溶性κ-カゼイン分子に包まれたカゼイン凝集体によって形成されたコロイド粒子と見なしています。

カゼインの等電点は4.6です。牛乳のpHは6.6であるため、カゼインは牛乳中では負に帯電します。精製されたタンパク質は水に不溶性です。また、中性塩溶液にも不溶ですが、希アルカリ溶液や、シュウ酸ナト​​リウム水溶液や酢酸ナトリウム水溶液などの塩溶液には容易に分散します。

トリプシン酵素は リン酸含有ペプトンを加水分解することができ、一種の有機接着剤の形成に利用されます。[17]

用途

ペイント

ミュルハイムの古いエッチング作業でのカゼインの調製

カゼイン塗料は、画家が使用する速乾性の水溶性画材です。カゼイン塗料は古代エジプト時代からテンペラ絵の具の一種として使用され、1960年代後半にアクリル絵の具の登場により人気が衰えるまで、商業イラストレーターの間で広く好まれていました。[18] [19]アクリル絵の具 もこの分野に進出していますが、カゼイン塗料は現在でも舞台画家の間で広く使用されています。[20]

のり

カゼイン接着剤の準備

カゼイン系接着剤は、カゼイン、水、アルカリ（通常は消石灰と水酸化ナトリウムの混合物）から作られます。牛乳から脂肪分を取り除き、酸味をつけることでカゼインを凝乳（ミルクカード）として沈殿させます。凝乳は洗浄（ホエー除去）され、その後、圧縮されて水分が絞り出されます（粉末になるまで乾燥させる場合もあります）。カゼインはアルカリ（通常は水酸化ナトリウムと水酸化カルシウムの両方）と混合されて接着剤が作られます。異なるアルカリの混合物から作られた接着剤は、それぞれ異なる特性を持ちます。防腐剤が添加されることもあります。[21] [22]

これらは、1939年のデ・ハビランド・アルバトロス旅客機に至るまで、航空機を含む木工用途で人気があった。[23] [24]

カゼイン接着剤は油透過性があるため、変圧器（特に変圧器基板）の製造にも使用されます。 [25]

エルマーズ・グルーオール、エルマーズ・スクールグルー、そしてボーデンの他の多くの接着剤は、もともとカゼインから作られていました。その理由の一つはカゼインの無毒性でしたが、最大の要因は経済的な使用でした。20世紀末にかけて、ボーデンは人気の接着剤のすべてにカゼインを使用しなくなり、PVAなどの合成樹脂に切り替えました。

カゼインベースの接着剤は、主に合成樹脂に置き換えられていますが、耐火ドアのラミネートやボトルのラベル貼りなど、特定のニッチな用途では依然として使用されています。[23] [26] [27]カゼイン接着剤は温度上昇とともに急速に薄くなるため、生産ラインで瓶やボトルにラベルを貼るために、薄いフィルムを素早く貼り付けることが容易になります。[28]

食べ物

様々な食品、クリーム、トッピングには、様々なカゼイン塩が含まれています。カゼインナトリウムは加工食品の安定化に優れた食品添加物として機能しますが、企業は製品中のカルシウム含有量を増やし、ナトリウム含有量を減らすためにカゼインカルシウムを使用することも考えられます。 [29]

食品添加物として使用されるカゼインは、牛乳に酸を加えることで生成されます。酸を加えると、カゼインは酸性カゼインとして沈殿します。酸性カゼインに水酸化ナトリウムや水酸化カルシウムなどの塩基を加えると、純粋なカゼイン酸塩、すなわちカゼイン塩が生成されます。[30]「共沈殿物」とは、カゼインと、カゼインと共に溶液から分離した他の乳成分との混合物を指します。沈殿は、タンパク質分解（レンネット分解）または酸によって起こります。[30]

カゼインの主な食品用途は、コーヒークリーマーからインスタントクリームスープまで、水に素早く分散させる必要がある粉末です。ミードジョンソンは1920年代初頭、当時子供の死亡原因として多かった胃腸障害や乳児の消化器系疾患を緩和する製品「カセック」を発売しました。

全てのカゼイン塩は非常に効率的な乳化特性を持ち、食品中の乳化物の製造に広く使用されています。[32] [5]

カゼインは、ハラペーニョやハバネロなどの唐辛子の辛味成分であるカプサイシンを中和すると考えられています。[33]辛い食べ物による刺激を軽減するために、牛乳がよく飲まれます。

チーズ作り

チーズ作り

チーズは、牛乳（通常は牛、水牛、ヤギ、または羊）由来のタンパク質と脂肪で構成されています。カゼインミセルの不安定化によって引き起こされる凝固によって生成され、分画と選択的濃縮のプロセスが始まります。[2]通常、牛乳は酸性化され、次にレンネット（レンニンと呼ばれるタンパク質分解 酵素を含む）を加えて凝固させます。レンネットは伝統的に子牛の胃から得られますが、現在では遺伝子組み換え微生物から作られることが多くなっています。その後、固形分を分離し、最終製品に圧縮します。[34]

多くのタンパク質とは異なり、カゼインは熱で凝固しません。凝固の過程で、凝乳プロテアーゼがカゼインの可溶性部分であるκ-カゼインに作用し、不安定なミセル状態を引き起こして凝血を形成します。キモシンで凝固したカゼインは、パラカゼインと呼ばれることもあります。 キモシン (EC 3.4.23.4) は、κ-カゼインの Phe105-Met106 のペプチド結合を特異的に加水分解するアスパラギン酸プロテアーゼで、チーズ製造産業で最も効率的なプロテアーゼと考えられています (Rao et al., 1998)。 一方、英国の用語では、凝固しないタンパク質をカゼインノーゲン、凝固したタンパク質をカゼインと呼びます。牛乳中に存在するカゼインは、カルシウムの塩です。

プロテインサプリメント

カゼイン分子の魅力的な特性の一つは、胃の中でゲル状、つまり凝血塊を形成する能力であり、これにより栄養供給において非常に効率的となります。この凝血塊は、血流中にアミノ酸を持続的にゆっくりと放出し、時には数時間持続します。これは、動物が牛乳を摂取した場合にも同様に起こります。胃のプロテアーゼが牛乳をゲル化させるのです。レンネットを用いたチーズ製造（上記参照）は、この挙動を模倣しています。[35]

カゼインは比較的豊富なタンパク質源でもあります。遅延ゲル化特性を持たない形態の一つに加水分解カゼインがあり、これはトリプシンなどのプロテアーゼによって加水分解されます。これにより、消化が促進されるか、直接ゲル化する可​​能性があります。加水分解カゼインは苦味があることが知られており、乳児や実験動物はカゼインをそのまま摂取するため、このようなサプリメントを拒絶することがよくあります。[36]

プラスチックと繊維

1953年以前のRAAFの白いガラリスボタン

初期のプラスチックの中にはカゼインをベースとしたものもありました。特にガラリスはボタンの原料としてよく知られていました。牛乳繊維はカゼインを押出成形することで作ることができます。カゼイン繊維から作られた布地であるラニタル（米国ではアララックとして知られています） [37]は、 1935年にイタリアで発明されました。[38]この素材はミルクコットンとも呼ばれ、糸の製造に使用され、カゼインとアクリロニトリルの混合物から作られることもありますが、純粋なカゼインから作られる場合もあります。[39]

医療および歯科用途

カゼイン由来化合物は、歯の再石灰化製品に使用され、非晶質リン酸カルシウム（ACP）を安定化させ、ACPを歯の表面に放出して再石灰化を促進します。[40] [41] [42]

カゼインとグルテンの 除去食は、自閉症児の代替医療として用いられることがあります。2015年時点では、このような食事が自閉症児の行動、認知機能、社会機能に何らかの影響を与えるという証拠は限られており、その効果は弱いものでした。[43] [44]

ナノテクノロジーの用途

カゼインタンパク質は、入手しやすい原料（牛乳）であることと、アミロイド線維に自己集合する性質があるため、ナノ材料として使用できる可能性があります。[45]

潜在的な健康問題と影響

牛乳に含まれるカゼインが癌のリスクを高めるという確かな証拠はない。[46]

牛乳中のA1/A2ベータカゼイン

A1およびA2ベータカゼインは、ベータカゼイン乳タンパク質の遺伝子変異体であり、1つのアミノ酸が異なります。A2ベータカゼインを構成するアミノ酸鎖の67番目の位置にプロリンがありますが、A1ベータカゼインではその位置にヒスチジンがあります。 [47] [48]ベータカゼインが消化器系にある酵素と相互作用する方法により、A1とA2は消化酵素によって異なる方法で処理され、7つのアミノペプチド、ベータカゾモルフィン-7（BCM-7）がA1ベータカゼインの消化によって放出されます。[47]

A1ベータカゼイン型は、ヨーロッパ（A2牛が多いイタリアとフランスを除く）、アメリカ、オーストラリア、ニュージーランドの牛乳で最も一般的に見られる型です。[49]

A1とA2ベータカゼインタンパク質の区別への関心は、1990年代初頭、ニュージーランドの科学者によって実施された疫学研究と動物実験を通じて始まりました。これらの研究により、A1ベータカゼインタンパク質を含む牛乳の摂取量と様々な慢性疾患との相関関係が明らかになりました。 [47]この研究は、メディア、一部の科学界、そして起業家の間で大きな関心を集めました。[47] 2000年代初頭、ニュージーランドでA2コーポレーションという会社が設立され、この試験を商品化し、「A2ミルク」をA1由来のペプチドを含まない健康的なプレミアムミルクとして販売しました。[47] A2ミルクは、オーストラリア・ニュージーランド食品基準局に対し、通常の牛乳にも健康警告の表示を義務付けるよう請願しました。 [47]

国民の関心、A2ミルクのマーケティング、そして発表された科学的証拠に応えて、2005年に発表された独立したレビューでは、A1ミルクとA2ミルクの飲用による慢性疾患発症リスクに明らかな違いは見られなかったと結論づけられました。[47]欧州食品安全機関（EFSA）は科学文献をレビューし、2009年に発表したレビューでは、慢性疾患とA1タンパク質を含むミルクの飲用との間には明確な関連性は見られないと結論づけられました。[49]

カゼインアレルギー

人口のごく一部はカゼインにアレルギーがあります。[50]カゼイン不耐症は「乳タンパク質不耐症」とも呼ばれ、体がカゼインのタンパク質を分解できない場合に発生します。[51]カゼインアレルギーまたは不耐症の有病率は、幼児では0.25%から4.9%です。[52]年長児および成人の数は不明です。

加熱処理されたカゼインは、乳児に与えた場合、アレルギー性が高く、消化が困難になることが示されています。[53]母乳は一般的にアレルギー反応を引き起こすことは示されていませんが、授乳中の親がカゼインを含むものを摂取して副作用が現れる可能性があるため、乳児に与える際は毎回注意が必要です。カゼインを含まない食事は、乳製品タンパク質にアレルギーまたは不耐性がある乳児の母乳育児の転帰を改善することが示されています。[54] 母乳は乳児にとって最良の食品であることが証明されており、入手可能な場合はまず母乳を試してみるべきです。[55]

プロテアーゼ酵素の補給は、カゼイン不耐症の人が最小限の副作用でタンパク質を消化するのに役立つことが示されています。[56]

参照

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さらに読む

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