著者の所属・活動拠点の国は、トルコ、アメリカです。

掲載誌：Foods

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

ミルクココア飲料は、乳たんぱく質、脂肪の粒、ココアの粒子、溶けた糖類が混ざった複雑な液体です。ココアには水に溶けにくい成分が多く、ココア粒子と乳の部分には密度の差もあります。そのため、製造や保存の間に、粒子の沈殿や、上部に成分が浮いて層ができる現象（クリーミング）、液の分離が起こりやすく、乳業にとって品質維持の大きな課題とされています。

研究チームは、かんきつ類の皮から取れる多糖類であるペクチンを安定剤として使うことに注目しました。著者らによると、安定剤が乳飲料に与える影響は多く調べられてきましたが、ペクチンの濃度と、液体を高い圧力で細かく混ぜる「均質化」の圧力を組み合わせたときの影響は、体系的には評価されていませんでした。そこで研究チームは、ペクチン濃度が飲料の安定性に与える影響とその仕組みを調べること、均質化圧力がペクチンの働きにどう影響するかを調べること、そして望ましい品質が得られる配合と製造条件を見つけることを目的としました。

何を、どのように調べたか

試料には、脂肪3%・たんぱく質3%の殺菌牛乳を使いました。これに砂糖6%、アルカリ処理したココアパウダー1%、リン酸水素二カリウム、保存料のソルビン酸カリウム、ペクチンを加えています。ペクチンは、かんきつ類の皮から抽出された市販品で、エステル化度が高い（高メトキシル）タイプです。牛乳と粉体を混ぜたあと75℃に加熱して均質化し、その後95℃で4分間保持しました。

比べた条件は、ペクチン濃度（0.038〜0.462%）と均質化圧力（およそ5.8〜34.1MPa）の2つです。研究チームは、少ない試行回数で2つの条件の組み合わせ効果を調べられる実験計画法（中心複合計画）を使い、11通りの試料を作りました。メーカーの推奨や予備試験では0.3〜0.4%が使用範囲とされていましたが、より低い濃度と高い濃度の影響も見るため、範囲を広げています。

測定したのは、飲料が水分を抱え込む力（保水性）、沈殿の量、クリーミングの程度、粘度、色などです。結果をもとに、応答曲面法という統計手法で最適な配合と圧力を求めました。最適と判断した試料については、粒子の帯びた電気の強さを示すゼータ電位と粒子の大きさを測りました。電子顕微鏡で内部構造を観察し、元素の分布も調べています。画像の質感は数値化して解析しました。

さらに、コンピューター上で分子同士の結合のしやすさを予測する分子ドッキングを行いました。ペクチンの主な構成単位であるD-ガラクツロン酸を使い、乳たんぱく質との相互作用を推定しています。最適試料は4℃で9か月間保存し、30日ごとに保水性、沈殿、クリーミング、pH、粘度を測定しました。あわせて、チョコレートと飲料技術の訓練を受けた専門家10人が、なめらかさ、口当たり、均一さ、風味、総合評価を5段階で評価しました。

主な報告結果

研究チームは、各評価項目を総合して、ペクチン0.4%・均質化圧力10MPaの組み合わせを最適な配合として選びました。

11通りの試料の保水性は67.00%から86.50%の範囲でした。最も高かったのは、ペクチン0.462%を20MPaで均質化した試料（86.50%）です。最も低かったのは、同じ圧力でペクチン0.038%の試料（67.00%）でした。ペクチン濃度を上げると保水性ははっきり高まりました。一方、均質化圧力はある程度までは保水性を高めるものの、圧力を上げすぎると下がる傾向が見られました。クリーミングの程度は試料によって1.43%から28.27%まで大きく違いました。

最適配合の飲料のゼータ電位は平均−30.80mVでした。研究チームは、粒子同士が電気的に反発し合い、凝集しにくい安定した状態を示す値だと評価しています。

9か月の冷蔵保存では、保水性は最初の3か月間、85.50〜83.55%で統計的に変化しませんでした。その後、5か月目に79.80%へ有意に下がり、9か月目には76.75%になりました。沈殿は最初の2か月間は検出されませんでした。3か月目に0.23%で現れ始め、4か月目に2.25%、9か月目には14.50%まで増えました。クリーミングの程度は、1か月目の0.33%から2か月目の1.15%へ有意に上がり、9か月目には5.13%になりました。粘度は3か月目（75.88mPa·s）から有意に上がり始め、9か月目には104.55mPa·sに達しました。一方、pHは期間を通じて6.87〜6.58で、有意な変化はありませんでした。

官能評価では、ペクチンを含む配合のほうがなめらかで均一だと感じられました。安定剤を含まない試料は口当たりがざらつきました。研究チームは、この評価が、粒子の固まりが少なく均一な構造を示した電子顕微鏡観察と一致するとしています。

この報告が示すこと

研究チームは、ペクチン濃度と均質化圧力を組み合わせて調整することで、ミルクココア飲料の物理的な安定性を高められると結論づけています。著者らの解釈では、0.4%のペクチンは乳たんぱく質と電気的な結びつきによる網目構造を作り、それが粘度と保水性を高め、沈殿や分離を抑えます。中程度の圧力での均質化は、ココア粒子を均一に分散させるとされています。保存中にpHが変わらなかったことから、品質の変化は酸性化のような化学的変化ではなく、ペクチンとたんぱく質の構造がゆっくり組み変わる物理的な変化によるものと考えられています。研究チームは、ペクチンが不安定化を完全に防ぐのではなく、遅らせる働きをすると位置づけています。そのうえで、工業的な製造条件でも使える天然由来の安定剤になりうると述べています。

限界として、保水性について作った統計モデルは有意ではなく、その傾向は慎重に解釈すべきだと著者ら自身が述べています。また、分子ドッキングは、たんぱく質とペクチンの2者だけが相互作用すると仮定した計算です。飲料に含まれる他の成分との競合は考慮されていません。

原著論文の著者・所属：Saniye Akyıl Öztürk（Azelis Application & Training Center, Istanbul 34771, Türkiye; Chemical and Metallurgical Engineering Faculty, Food Engineering Department, Yildiz Technical University, Istanbul 34220, Türkiye）、Arezou Habibzadeh Khiabani（Chemical and Metallurgical Engineering Faculty, Food Engineering Department, Yildiz Technical University, Istanbul 34220, Türkiye）、Deniz Damla Altan Kamer（Agriculture Faculty, Food Engineering Department, Tekirdag Namik Kemal University, Tekirdag 59030, Türkiye）、Ali Can Karaca（Electrical-Electronics Faculty, Computer Engineering Department, Yıldız Technical University, Istanbul 34220, Türkiye）、Nevzat Konar（Agriculture Faculty, Dairy Technology Department, Ankara University, Ankara 06110, Türkiye）、Senay Simsek（Whistler Center for Carbohydrate Research, Department of Food Science, Purdue University, West Lafayette, IN 47907, USA）、Omer Said Toker（Chemical and Metallurgical Engineering Faculty, Food Engineering Department, Yildiz Technical University, Istanbul 34220, Türkiye）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Saniye Akyıl Öztürk, Arezou Habibzadeh Khiabani, Deniz Damla Altan Kamer, et al. Unraveling Pectin–Protein Interactions in Milk-Based Cocoa Beverages: Molecular Docking and Microstructure. Foods（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-17. DOI: 10.3390/foods15203697. 原著ライセンス：CC BY.