葉タンパク質濃縮物

葉タンパク質濃縮物（LPC）とは、葉から抽出されたタンパク質の塊を指します。これは、食品や飼料用途の低コストで持続可能なタンパク質の有益な供給源となり得ます。葉からのタンパク質抽出物は、1773年にルーエルによってすでに記述されていましたが、^[1] LPCの大規模な抽出と生産は、第二次世界大戦後に開拓されました。実際、LPC生産に関する多くの革新と進歩は、緑の革命と並行して起こりました。^[2]ある意味では、これら2つの技術は補完的であり、緑の革命は、肥料の使用、機械化、遺伝子組み換え作物による作物収量の増加を通じて農業生産性の向上を目指したのに対し、LPCは、効率的なタンパク質抽出を通じて利用可能な農業資源をより有効に活用する手段を提供しました。^[3]

長年にわたり、数多くの原料が実験されてきました。ピリー^[4]とテレック^[5]は、パルプ化と熱凝固を組み合わせたLPC生産について説明しました。葉は、入手の容易さと比較的豊富であることから、通常、低木や農業廃棄物から供給されます。樹木は入手の容易さに制限があるため、LPC生産のための葉の塊の供給源としては一般的に適していないと考えられています。落ち葉/落ち葉にはタンパク質含有量がごくわずかで、抽出価値はありません。^[6]

クローバー、エンドウ豆、マメ科植物などのマメ科に属する植物も、LPC生産の主な候補となっています。 ^[7]ほとんどの植物の葉の平均タンパク質含有量は4～6%（重量/体積）ですが、マメ科植物は、使用するタンパク質推定方法に応じて、その値のほぼ2倍の8～10%（重量/体積）になる傾向があります。その他の非伝統的な供給源には、エンドウ（Pisum sativum）の鞘、カリフラワー（Brassica oleracea）の葉などの農業廃棄物、ハリエニシダ（Ulex europeaus）、エニシダ（Cytisus scoparius）、シダ（Pteridium aquilinum ）などの侵入植物があり ます。^[8]

LPC 製造プロセスは 2 段階に分かれており、最初の段階では葉汁の搾り出しまたは葉抽出物の製造に重点が置かれ、2 番目の段階では溶液からタンパク質を回収する精製またはタンパク質回収段階が行われます。

葉のタンパク質抽出に最も一般的に用いられる方法は、パルプ化/ジュース化です。^{[9] [10]アルカリ処理、 [11]}加圧抽出、酵素処理^[12]などの他の補助抽出方法も報告されています。パルプ化は最も「天然」のタンパク質組成を生み出し、複雑な機械への多大な投資を必要としませんが、各方法には独自の利点があります。

アルカリ抽出は、タンパク質中のリジンとスレオニン残基に大きな影響を与えるが、ある程度の成功を収めている^[13]。加圧抽出は成功が限られている。酵素処理は、植物細胞壁を標的にして結合タンパク質の放出を促進する、よく報告されている別の方法である。しかし、酵素は、タンパク質抽出の物理的または化学的方法と比較して、一般的に高価である。

しかし、抽出物からタンパク質を回収することがLPCの栄養価にとって最も重要です。一般的に報告されている方法は、熱凝固、^[14]、 酸沈殿、^[15]、 限外濾過、溶媒沈殿^[8]、クロマトグラフィーです。

熱凝固は、タンパク質回収の最も簡単で古い方法ですが、LPC の栄養価のほとんどが失われるため、最も好まれていません。酸沈殿は、LPCのメチオニンとトリプトファンが失われるにもかかわらず、タンパク質回収の最も一般的に使用されている方法です。限外濾過は、タンパク質回収のための最もハードウェアを必要とするオプションですが、完全な回収というよりも、タンパク質濃縮ステップとして機能します。クロマトグラフィー法は、限外濾過と並行して使用して、溶質の量を増やし、その後の回収を助けることができます。溶媒沈殿は、他の方法の中で最も高いタンパク質回収率をもたらし、LPC の栄養的完全性を維持するにもかかわらず、あまり報告されていません。抽出法と精製法は、大部分が相互互換性があり、地域の施設に応じて使用できます。興味深いことに、最終的な LPC の純度は、使用した精製方法ではなく、最初の葉の塊のタンパク質含有量によって影響を受けました。さらに、LPC のアミノ酸組成は、使用した抽出方法に依存していました。^[8]

実験室条件では、純度96%のタンパク質画分を56% w/wの回収率と5.5%の総収率で生産することができた。^[12]一方、テレックはパルプ化と熱凝固を組み合わせて多数の熱帯植物を大規模に実験した。収率は約3%で、タンパク質回収率は50%未満であった。^[16]

回収されたタンパク質の純度に応じて、葉タンパク質抽出物（<60% w/w）、葉タンパク質濃縮物（>60% w/w）、または葉タンパク質分離物（>90% w/w）と呼ばれますが、^[17]出版物ではこれらの用語が同じ意味で使用されています。

全葉タンパク質濃縮物は、チーズに似た食感を持つ濃い緑色の物質です。このうち約60%は水分で、残りの乾燥物質は窒素9～11% 、脂質20～25%、デンプン5～10% 、灰分は一定ではありません。これは多くの個別のタンパク質の混合物です。その風味はほうれん草やお茶に例えられています。^[18]

LPCは色と味が人間にとって不快な場合があるので、代わりに緑色と白色の画分に分けることができます。緑色の画分には主に葉緑体由来のタンパク質が含まれ、白色の画分には主に細胞質由来のタンパク質が含まれます。^[19]

LPC は 20 世紀初頭に初めて人間の食品として提案されましたが、初期の期待にもかかわらず、大きな成功を収めていません。英国のコプリー賞受賞者であるノーマン・ピリーはLPC を研究し、人間の食用としての使用を推進しました。彼と彼のチームは、貧しい農村地域向けのメンテナンスの少ない「村単位」を含む LPC 抽出機械を開発しました。これらは南インドの村などに設置されました。^[20]非営利団体 Leaf for Life は、人間が食べられる葉のリストを管理し、植物の最高の選択肢に関する推奨事項を提供しています。^[21]

最近では、災害時や食糧不足の際にLPCを代替食品（または回復力のある食品）として使用することに関心が集まっています。^{[22]このような回復力のある食品LPCは、広範囲に分布する森林の樹木の葉[23]や農業廃棄物[24]}から得られます。

LPCは離乳食として評価されている。^[25]

人間の肉食欲求を満たすために肥育場をベースとした動物飼育への依存度が高まったことにより、より安価な植物性タンパク質源の需要が高まっています。これにより、最近では、動物飼料における人間が食べられる植物性タンパク質源の使用を減らすために、LPCへの関心が再び高まっています。^[26]

葉タンパク質は鶏や豚の大豆飼料の代替品として試験的に使用され、成功を収めている。^[27]

アルファルファ由来のLPCは、魚粉の一部代替としてティラピアの飼料に含めることができる。^[28]

LPC のアミノ酸組成:

葉のタンパク質はアミノ酸の優れた供給源ですが、メチオニンが制限要因となります。^[48]栄養的には種子タンパク質よりも優れており、動物性タンパク質（卵と牛乳を除く）に匹敵します。^[18]

消化率に関して言えば、LPC全体の消化率は65～90％の範囲です。緑色の部分は消化率がはるかに低く、50％未満になることもありますが、白色部分は消化率が90％以上です。^[19]

高密度単一栽培作物であるアルファルファとキャッサバを使用する場合、克服しなければならない課題には、繊維含有量の高さや、フィチン酸、シアン化物、タンニンなどの他の抗栄養因子が含まれます。^[48]

ラブラブ豆、ワサビノキ、コラード、ブッシュクローバーも使用される。種によって風味は大きく異なる。^[27]

LPCとして使用するための新しい葉の種をテストするために、超高解像度ハイブリッドイオントラップオービトラップ質量分析計とエレクトロスプレーイオン化を超高圧2次元液体クロマトグラフシステムに接続した非標的アプローチが開発されました。^[49] LPCに対する毒性化合物の自動非標的スクリーニング用のオープンソースソフトウェアツールチェーンも開発されました。^[50]このプロセスでは、1) MZmine 2による質量分析、^{[51] [52]} 2) MFAssignRによる式の割り当て、^{[53] [54]} 3) ToxAssignによるデータフィルタリングの3つのツールが使用されます。^[55]研究では、落葉樹[ ^49]と針葉樹の葉の可能性が検討されています。^[56]後者はLPC抽出の収率が1％から7.5％であることを示しており、毒性スクリーニングにより針葉樹には少量であれば摂取できる毒素が含まれている可能性があることが確認されており、各毒素の量を測定するなどの追加研究が必要である。^[56]

• タンパク質（栄養素）
• 緑の革命

1. Pirie, N. W (1971)。「葉のタンパク質：その農学、調製、品質および使用」。IBP ハンドブック。第 20 巻。Blackwell Scientific Publications。
2. Pirie, N. W (1975). 「葉のタンパク質: 苦難の恩恵を受けるもの」. Nature . 253 (5489): 239–241. Bibcode :1975Natur.253..239P. doi :10.1038/253239a0. S2CID  4196894.