実験と分子シミュレーションを統合したアプローチによる持続可能な食品加工技術の推進
Schrödinger 社とマサチューセッツ大学（UMass）との共同研究において、プロラミン・ゼインおよびその配合物が用いられ、レオロジー的・構造的特性、押出成形性、食感特性、ならびにその根底にある分子メカニズムについて包括的に調査が行われた。
概要
- 食感を向上させ、エネルギー消費量を削減しつつ、最大50％低い温度で肉代替食品を製造することの実現可能性を実証し、熱に弱い原材料を配合する新たな道を開いた。
- 分子シミュレーションを通じて、成分間の相互作用や、構造形成、食感、押出成形性の背後にある分子メカニズムについて、視覚的かつより深い知見を得ることができ、食品処方の最適化を加速させた
- 分子シミュレーションを実験的手法に統合することの効率性と有効性を実証した
アプローチ
Schrödinger およびUMassの科学者たちは、ゼインを配合した肉代替品の主要な特性と押出成形性能を調査するため、実験および計算を用いた包括的な研究を実施した。実験はUMassの科学者たちによって行われた。自社開発のCG（粗視化）Martini 力場パラメータを用いた分子シミュレーションおよび粗視化シミュレーションは、Schrödinger Materials Science Suite、Desmond 分子動力学エンジン、およびOPLS4力場を用いて実施された。
- さまざまな温度およびpH条件下でゼインがどのように振る舞うかを解明するため、レオロジー解析と分子動力学シミュレーションを組み合わせて、ゼインのテクスチャー形成特性を調査した。
- pH 3～6における複合体のゲル化挙動を解明するため、3種類のタンパク質を選定し、ゼイン（乾物含有量20％）と混合した後、加熱処理を行った。
- これまで肉代替品に使用されてきた3種類のハイドロコロイドをスクリーニングし、最適なハイドロコロイドの配合を同定 した。
- HA-ゲランガムおよびデンプン成分（すなわちアミロース）の存在が、押出成形のプロセスパラメータおよび食感特性に及ぼす影響を調査した
- 高温および理想的なpH条件下で粗視化分子動力学シミュレーションを実施し、分子レベルでの構造や形態を解明するとともに、成分間の相互作用の原動力を解明した。
見通し
科学者たちは、より持続可能な食品処方を開発するための効率的な複合的アプローチを実証した。1,2 適切な原料を選択し、意図したコロイド相互作用（この場合は特に疎水性の相互作用）をもたらすことで、同様の食感特性を維持しつつ、加工パラメータを大幅に調整・改善（例えば、Tの低下）することが可能となる。 今後の研究では、疎水性タンパク質を低温度で異方性構造を形成するように調整できる詳細なメカニズムの解明に加え、これらのタンパク質の新たな供給源の探索を優先すべきである。
参考文献
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ゼインの構造 形成特性に関する分子的知見およびホルデインとのレオロジー的比較
Devnani B ほか。 Future Foods, 2024, 10, 100503.
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疎水性の植物性タンパク質・多糖類複合材料により、低温下での高水分含有率の異方性テクスチャを持つ押出成形が可能となる
Tan NK ほか。 『Food Hydrocolloids』, 2026, 170, 111711.