生物学的価値

生物学的価( BV ) は、食物から吸収されたタンパク質のうち、生物の体内のタンパク質に取り込まれる割合の尺度です。これは、消化されたタンパク質が生物の細胞内でタンパク質合成にどれだけ容易に使用されるかを表します。タンパク質は、食物中の主要な窒素源です。BV は、タンパク質が唯一の窒素源であると仮定し、摂取された窒素の量とその後排出される量との関係を測定します。残りは、生物の体内のタンパク質に取り込まれているはずです。体内に取り込まれた窒素と吸収された窒素の比率は、タンパク質の「有用性」の尺度、つまり BV となります。

タンパク質の利用可能性を測る他の方法とは異なり、生物学的価値では、タンパク質がどれだけ容易に消化吸収されるか（主に小腸で）は考慮されません。これは、BV を決定するために使用される実験方法に反映されています。

BV では 2 つの類似したスケールが使用されます。

1. 実際の使用率（通常はパーセント記号で表示されます）。
2. 容易に利用可能なタンパク質源（多くの場合、卵）に対する利用率（通常は単位なしで表示されます）。

2 つの値は類似しますが、同一ではありません。

食品の BV は大きく異なり、さまざまな要因に依存します。特に、食品の BV は調理法や生物の最近の食事によって異なります。このため、BV の信頼性の高い測定は困難で、その用途も限られています。信頼性の高い数値を確認するには、検査前に絶食することが一般的に必要です。

BVは多くの哺乳類の栄養学で一般的に使用されており、人間にとっても適切な指標です。^[1]ボディビルディングではタンパク質の選択においてよく使われるガイドラインです。 ^{[2] [3]}

BVを正確に測定するには：^[4]

1. 試験生物は、対象となるタンパク質またはタンパク質の混合物（試験食）のみを摂取する必要があります。
2. 試験食には非タンパク質窒素源が含まれていてはならない。
3. 試験食は、タンパク質が主にエネルギー源として使用されることを避けるために、適切な内容と量でなければなりません。

これらの条件により、テストは通常​​、厳格な食事制限のもとで 1 週間以上にわたって実施されます。テスト前に絶食すると、被験者間の一貫性を保つのに役立ちます (最近の食事が変数として除外されます)。

BV の測定には、パーセンテージ使用率と相対使用率の 2 つの尺度があります。慣例により、パーセンテージ BV にはパーセント記号 (%) が付き、相対 BV には単位がありません。

生物学的価値はこの式に基づいて決定される。^{[4] [5]}

BV = ( Nr / Na _{) *} 100

どこ：

N _a = 試験食中のタンパク質に吸収された窒素

N _r = 試験食で体内に取り込まれた窒素

しかし、 N _rを直接測定することは基本的に不可能です。通常は尿中の窒素排泄量から間接的に測定します。^{[6]糞便中への} 窒素排泄も考慮する必要があります。摂取したタンパク質のこの部分は体内に吸収されないため、BVの計算には含まれません。摂取した窒素に由来しない尿中および糞便中窒素排泄量の推定値が使用されます。これは、タンパク質を含まない食事に置き換えて尿または糞便中の窒素排泄量を観察することで行うことができますが、タンパク質を含む食事で摂取した窒素に由来しない窒素排泄量を推定するこの方法の正確性は疑問視されています。

BV = ( ( N _i - N _e(f) - N _e(u) ) / ( N _i - N _e(f) ) ) * 100

どこ：

N _i = 試験食中のタンパク質中の窒素摂取量

N _e(f) = (試験食中に排泄された窒素) - (摂取した窒素に由来しない排泄された窒素)

N _e(u) = (試験食中に尿中に排泄された窒素) - (摂取した窒素に由来しない尿中に排泄された窒素)

注記：

N _r = N _i - N _e(f) - N _e(u)

N _a = N _i - N _e(f)

この値は 0 から 100 までの範囲になりますが、摂取していない供給源からの窒素排泄量の推定値が不正確な場合、報告された BV はこの範囲外になる可能性があります。これは、タンパク質摂取によって内因性分泌が変化する場合に発生する可能性があります。BV 100% は、食事性タンパク質が完全に利用されていることを示します。つまり、摂取および吸収されたタンパク質の 100% が体内のタンパク質として取り込まれます。100% という値は絶対最大値であり、摂取したタンパク質の 100% 以上は利用できません (上記の式では、N _e(u)とN _{e(f) は}負になることはなく、100% が最大 BV として設定されます)。

実験上の制限により、BV は容易に利用できるタンパク質と比較して測定されることがよくあります。通常、卵のタンパク質は最も容易に利用できるタンパク質であると想定され、BV は 100 とされます。例:

同じ人物に対して、BV の 2 つのテストが実行されます。1 つはテスト タンパク質源を使用して、もう 1 つは参照タンパク質 (卵タンパク質) を使用して行われます。

相対BV = ( BV _(テスト) / BV _(卵) ) * 100

どこ：

BV _{（テスト）} =その個体のテスト食のBVのパーセンテージ

BV _（卵）＝その個人の基準（卵）食事のBVのパーセンテージ

これは 100 未満の値に限定されません。卵タンパク質の BV パーセンテージはわずか 93.7% であるため、実際の BV パーセンテージが 93.7% から 100% の間である他のタンパク質は、相対 BV が 100 を超えることがあります。たとえば、ホエイ タンパク質の相対 BV は 104 ですが、その BV パーセンテージは 100% 未満です。

他のタンパク質ダイエットと比較して BV を測定する主な利点は、正確さです。これは、個人間の代謝のばらつきをある程度考慮するのに役立ちます。単純に言えば、卵ダイエットは、個人がタンパク質を摂取できる最大効率をテストするもので、BV はこれを最大値としてパーセンテージで提供されます。

どのタンパク質測定がそれに対して行われたかがわかっていれば、相対 BV からパーセンテージ BV に変換するのは簡単です。

BV _（相対） =（BV _{（パーセンテージ）} / BV _（基準））* 100

BV _{（パーセンテージ）} =（BV _（相対） / 100）* BV _（基準）

どこ：

BV _（相対）＝試験タンパク質の相対BV

BV _(基準) = 基準タンパク質の BV のパーセンテージ (通常、卵: 93.7%)。

BV _{（パーセンテージ）} = 試験タンパク質のBVパーセンテージ

この変換は単純ですが、実験方法の違いにより厳密には有効ではありません。ただし、ガイドラインとして使用するには適しています。

BV の測定は、タンパク質使用量のいくつかの側面を正確に測定しながら、他の側面からの変動を排除するように慎重に設計されています。テストを使用する場合 (または BV 値を考慮する場合)、関心のある変数が BV によって定量化されるように注意する必要があります。BV に影響を与える要因は、タンパク質源の特性と、タンパク質を消費する種または個人の特性に分類できます。

タンパク質源の 3 つの主要な特性が BV に影響します。

• アミノ酸組成、そして制限アミノ酸（通常はリジン）
• 準備（調理）
• ビタミンとミネラル含有量

アミノ酸組成が主な効果です。すべてのタンパク質は、21 種類の生物学的アミノ酸の組み合わせで構成されています。これらのアミノ酸の中には、体内で合成または変換できるものもありますが、そうでないものもあり、食事で摂取する必要があります。これらは必須アミノ酸 (EAA) と呼ばれ、人間には 9 種類あります。EAA の数は種によって異なります (以下を参照)。

食事から EAA が不足すると、それを必要とするタンパク質の合成が妨げられます。タンパク質源に重要な EAA が不足すると、不足している EAA がタンパク質合成のボトルネックとなり、その生物学的価値は低くなります。たとえば、筋タンパク質にフェニルアラニン(必須アミノ酸) が必要な場合、筋肉タンパク質を生成するには食事でフェニルアラニンを摂取する必要があります。食事中のタンパク質源にフェニルアラニンが含まれていない場合、筋肉タンパク質は生成されず、タンパク質源の有用性と BV は低くなります。

同様に、合成に特に時間がかかる、またはエネルギーを消費するアミノ酸がタンパク質源に欠けている場合、BV が低くなる可能性があります。

食品の調理方法も、食品源に含まれるアミノ酸の利用可能性に影響します。食品の調理方法によっては、一部の EAA が損傷または破壊され、タンパク質源の BV が低下する可能性があります。

多くのビタミンやミネラルは、試験生物の細胞が正しく機能するために不可欠です。タンパク質源に重要なミネラルやビタミンが欠けていると、BV が大幅に低下する可能性があります。多くの BV 試験では、これを防ぐために ビタミンやミネラルを人工的に添加します (たとえば、酵母エキス)。

試験条件下での BV の変動は、試験対象の個体または種の代謝によって左右されます。特に、種ごとの必須アミノ酸 (EAA) の違いは大きな影響を及ぼしますが、個体ごとのアミノ酸代謝のわずかな違いでも大きな影響を及ぼします。

BV の測定は個人の代謝に細かく依存するため、一部の代謝性疾患の診断において重要なツールとなります。

日常生活において BV に最も影響を与えるのは生物の現在の食事ですが、年齢、健康、体重、性別など、他の多くの要因もすべて影響を及ぼします。つまり、生物の代謝に影響を与える可能性のあるあらゆる条件が、タンパク質源の BV を変化させます。

特に、高タンパク質食を摂取している間は、摂取したすべての食品の BV が減少します。アミノ酸が体内に取り込まれる速度を制限するのは、アミノ酸の利用可能性ではなく、細胞内で可能なタンパク質合成速度です。これは、BV をテストとして使用することに対する主な批判点です。テスト食は人工的にタンパク質を豊富に含み、異常な影響を及ぼす可能性があります。

BV は、食品の消化率の変動を無視するように設計されています。消化率は、食品の調理方法に大きく依存します。たとえば、生の大豆と抽出された大豆タンパク質を比較します。生の大豆は、タンパク質を保護する堅い細胞壁を持っているため、精製された保護されていない大豆タンパク質抽出物よりもはるかに消化率が低くなります。食品として、抽出物からは生の豆よりもはるかに多くのタンパク質を吸収できますが、BV は同じです。

消化率を除外することは誤解を招く点であり、BV の高低の意味の誤った表現につながります。

BV は食事中のタンパク質の利用可能性を測る優れた指標であり、一部の代謝性疾患の検出にも重要な役割を果たします。ただし、BV は非常に厳格で不自然な条件下で決定される科学的変数です。生物が日常生活を送っているときにタンパク質の利用可能性を評価するために設計されたテストではありません。実際、食事の BV は生物の年齢、体重、健康状態、性別、最近の食事、現在の代謝などによって大きく異なります。さらに、同じ食品でも BV は種によって大きく異なります。これらの制限を考慮しても、BV はある程度、日常の食事に関連しています。個人やその状態に関わらず、卵などの BV の高いタンパク質源は、BV の低いタンパク質源よりも常に利用されやすくなります。

タンパク質がどれだけ容易に使用されているかを判断する主な方法は他にも多数あり、たとえば次のとおりです。

• 純タンパク質利用率(NPU)
• タンパク質効率比（PER）
• 窒素バランス（NB）
• タンパク質消化率（PD）
• タンパク質消化率補正アミノ酸スコア(PDCAAS)
• 消化必須アミノ酸スコア（DIAAS）

これらはすべてBVに比べて特定の利点と欠点を持っていますが^[7]、過去にはBVが高く評価されていました。^{[8] [9]}

生物学的価値法は、牛、鶏、ラットなどのさまざまな実験動物などの動物の分析にも使用されます。養鶏業界では、どの飼料混合物が鶏の成長に最も効率的に利用されるかを判断するために使用されました。プロセスは同じですが、特定のタンパク質の生物学的価値は、生理学的変動により、人間の場合と動物の場合で異なります。^[10]

一般的な食品とその値: (注: このスケールでは、窒素の含有量が 100% の場合を 100 としています。)

• ホエイプロテイン：96 ^[11]
• 大豆：96 ^[12]
• 母乳：95 ^[13]
• 鶏卵：94 ^[13]
• 豆乳：91 ^[12]
• ソバ：90+ ^[14]
• 牛乳：90 ^[13]
• チーズ：84 ^[15]
• キヌア：83 ^[16]
• ライス：83 ^[15]
• 脱脂大豆粉：81 ^[12]
• 魚類：76 ^[17]
• 牛肉：74 ^[17]
• 未熟豆：65 ^[12]
• 全脂大豆粉：64 ^[12]
• 大豆腐（豆腐）：64 ^[12]
• 全粒小麦：64 ^[17]
• 白小麦粉：41 ^[12]

一般的な食品とその値: ^[18] (注: これらの値は「全卵」を 100 として使用している。そのため、全卵よりも多くの窒素を提供する食品は 100 を超える値になることがある。100 は、他のチャートのように、食品中の窒素の 100% が体内に取り込まれ、排泄されないことを意味するものではない。)

• ホエイプロテイン濃縮物: 104
• 全卵：100
• 牛乳: 91
• 牛肉: 80
• カゼイン: 77
• 大豆：74 ^[19]
• 小麦グルテン: 64

さまざまな食品を組み合わせることで、さまざまな成分が互いに有利になるため、スコアを最大化することができます。

• 米85%、酵母15%：118 ^[20]
• 大豆55%、米45%：111 ^[20]
• ジャガイモ55%、大豆45%: 103 ^[20]
• 豆52%、トウモロコシ48%: 101 ^[20]

この方法では体内に保持される量のみを測定するため、批評家は生物学的価値の方法論の弱点であると指摘している。^[21] 批評家は、ホエイプロテインアイソレートは消化が速いため、実際には血流に入り、糖新生と呼ばれるプロセスによって、これまで考えられていたよりもはるかに速く炭水化物に変換される可能性があることを示す研究を指摘している。そのため、ホエイとともにアミノ酸濃度が増加する一方で、酸化率も増加し、全体的なタンパク質バランスに変化がない定常代謝プロセスが生成されることが判明した。^[22] 彼らは、人体がホエイプロテインを摂取すると、非常に急速に吸収されるため、その大部分は酸化のために肝臓に送られると主張している。したがって、それほど多く保持される理由は、タンパク質合成ではなく、エネルギー生成に使用されるためであると考えている。これは、どのタンパク質が生物学的に利用しやすい かをこの方法が定義しているかどうか疑問視することになる。

スポーツ科学医学ジャーナルに掲載されたさらなる批判では、タンパク質のBVは、吸収前のタンパク質の消化と他の食品との相互作用に影響を与えるいくつかの重要な要因を考慮しておらず、タンパク質の最大潜在的品質を測定するだけで、必要量レベルでの推定値を測定しないと述べています。^[23]また、マーケティング担当者がホエイプロテイン加水分解物の優位性を証明するためによく引用されるPoullainらによる研究では、ラットの3日間の飢餓後の窒素バランスを測定しました。これは、人間ではより長い期間に相当します。^[24]この研究では、ホエイプロテイン加水分解物は、研究された他のタンパク質よりも窒素保持と成長に優れていることがわかりました。しかし、この研究の欠陥は使用されたBV方法にあります。飢餓は、体が摂取したタンパク質をどれだけうまく貯蔵するかに影響し（非常に高いカロリー摂取と同様に）、BV測定値が誤って高くなってしまうからです。^[25]

したがって、タンパク質の BV は、与えられたタンパク質の量と関係があります。BV は維持レベル以下のレベルで測定されます。つまり、タンパク質摂取量が増えると、そのタンパク質の BV は下がります。たとえば、牛乳タンパク質は、摂取量が 0.2 g/kg のときに BV が 100 近くになります。タンパク質摂取量がほぼ維持レベルの 0.5 g/kg まで増えると、BV は約 70 に下がります。^[25] Pellet らは、「実験動物または被験者のいずれかで、最適ではないレベルで実施されたタンパク質品質の生物学的測定は、維持レベルでのタンパク質の価値を過大評価する可能性がある」と結論付けました。その結果、BV は、摂取量が必要量を下回るタンパク質を評価するのに重要かもしれませんが、タンパク質摂取量が必要量をはるかに上回る個人にはほとんど影響がありません。

この欠陥はFAO/WHO/UNUによって支持されており、彼らは、BVとNPUは食事のタンパク質含有量が明らかに必要量を下回っているときに測定されており、エネルギー摂取量が不十分だとタンパク質の利用効率が低下し、ほとんどの窒素バランス研究ではカロリーの適切性が確保されているため、品質の既存の差異を最大化するために意図的に行われていると述べています。また、すべてのタンパク質を単一の食品からのみ摂取している集団は存在しないため、単一のタンパク質のBVの測定は、人間のタンパク質必要量への適用には限定的です。^[26]

タンパク質の品質を測る指標として生物学的価値を使用する際のもう1つの制限は、必須アミノ酸（EAA）が1つも欠如しているタンパク質でも、BVが最大40になる可能性があることです。これは、アミノ酸の摂取不足に適応するために、生物がEAAを保存してリサイクルする能力があるためです。^[27]

最後に、タンパク質の品質を決定するためにラットを使用することは理想的ではありません。ラットは必須アミノ酸の必要量が人間とは異なります。このため、ラットの実験では、人間の必須アミノ酸の必要量がラットのそれよりもはるかに少ないため (ラットは人間よりもはるかに速く成長するため)、高品質のタンパク質の BV を過大評価することになるという一般的な批判が起こっています。また、ラットは毛皮があるため、硫黄を含むアミノ酸 (メチオニンとシステイン) の必要量が比較的高いと想定されています。

その結果、人間のタンパク質の質を判断する際に国連食糧農業機関（FAO）、世界保健機関（WHO）、米国食品医薬品局（FDA）、米国農務省（USDA）、国連大学（UNU）、米国科学アカデミーによって世界的に認められている分析方法は、PERやBVではなく、タンパク質消化率補正アミノ酸スコア（PDCAAS）であり、これは食事中の動物性および植物性タンパク質源の正しい相対的な栄養価を正確に測定するものと考えられている。^{[28] [29]}

• 土地面積当たりの食用タンパク質
• タンパク質含有量別食品リスト