JSTなど、卵の白身から高強度ゲル材料「卵白たんぱく質凝縮体ゲル」を開発

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卵白たんぱく質凝縮体の形成

科学技術振興機構(JST)は2018年1月10日、同機構の戦略的創造研究推進事業において、東京工業大学の研究グループが、鶏卵の卵白たんぱく質から高強度ゲル材料である「卵白たんぱく質凝縮体ゲル」を作製することに成功したと発表した。たんぱく質を素材とした実用的な強度を持つ新たな機能性材料の開発などにつながる成果だ。

金属やセラミクスに代わる次世代の材料として、生体高分子であるたんぱく質の活用が進められている。安価に入手可能なたんぱく質である卵白は、加熱すると固まる(ゲル化する)ことはよく知られているが、ゲルとなった白身は圧縮強度が低く、そのままでは材料として利用できない。今回同研究グループでは、すでに開発していたイオン性界面活性剤によるたんぱく質凝縮化技術を応用して卵白たんぱく質を一定間隔に集積させた上で加熱すれば、均一な構造が形成され高強度のゲル材料を作製できると考え、実験を行った。

実験では、まず卵白たんぱく質に、同研究グループが開発した陰イオン性界面活性剤と陽イオン性界面活性剤を一定の割合で添加。これにより水相と分離して発生した透明液状物質(卵白たんぱく質凝縮体)を解析したところ、その内部でたんぱく質が一定の間隔で集積していることが明らかになった。

この卵白たんぱく質凝縮体を70度で加熱すると、白く不透明に固まり、この物質が内部に80パーセントの水を含むハイドロゲル(水を溶媒として保持するゲル)であることが確認された(卵白たんぱく質凝縮体ゲル)。このゲルはたんぱく質分解酵素で分解されたため、たんぱく質によってネットワーク構造が形成された生分解性物質であることが確認された。

加熱による卵白たんぱく質凝縮体のゲル化

この卵白たんぱく質凝縮体ゲルの圧縮強度を測定したところ、荷重をかけると17分の1の厚みに薄くつぶれるほどの柔らかさを持ちながら、最大で34.5メガパスカルと通常のゆで卵の白身の150倍以上の強度を示した。化学的に合成された高強度ハイドロゲル材料とも遜色ない強度であり、卵白より作製された物質の強度としては世界最高だという。

また、このゲル内部のネットワーク構造を分析すると、変性したたんぱく質同士のジスルフィド結合による共有結合ネットワークと共に、主に疎水相互作用による非共有結合ネットワークという2種類の性質の異なる構造が形成されていることが判明した。

同研究グループでは、今回の研究で得られたゲル化メカニズムを他のたんぱく質に応用し、体内に残留せずに一定期間後に吸収される医療用素材など、実用的な強度を持つ機能性材料の開発を目指す。新たな食感を持つ食品開発への応用も期待されるとしている。

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