タンパク質の品質

タンパク質の品質とは、人間の摂取に適した比率でタンパク質を供給するための必須アミノ酸の消化率と量を指します。様々な種類のタンパク質の品質をランク付けする方法は様々ですが、中には時代遅れとなり、現在では使われていないものや、かつて考えられていたほど有用ではないと考えられているものもあります。国連食糧農業機関（FAO）が推奨したタンパク質消化率補正アミノ酸スコア（PDCAAS）は、1993年に業界標準となりました。FAOは最近、PDCAASに代わる新しい消化可能必須アミノ酸スコア（DIAAS）を推奨しました。

考慮事項

アミノ酸スコア

アミノ酸スコアは、食品中のアミノ酸の割合を栄養所要量と比較した値です。そのため、最も一般的な品質指標であるPDCAASとDIAASでは、必須アミノ酸のみが考慮されています。[1] [2]

以下は、消化率を考慮していない、一般的なタンパク質源のアミノ酸プロファイルを示した表です。必要量プロファイルとは、食事摂取基準（DRI）におけるタンパク質100gあたりに必要なアミノ酸の量です。各プロファイルは、食品源100gあたりのアミノ酸の量ではなく、タンパク質100gあたりのアミノ酸の量を示しています。

タンパク質の品質を考慮する際、含硫アミノ酸（メチオニン＋シスチン）と芳香族アミノ酸（フェニルアラニン＋チロシン）は一緒に分類されます。これは、メチオニンとフェニルアラニンが必須アミノ酸であるのに対し、シスチンとチロシンはそれぞれメチオニンとフェニルアラニンから合成されるためです。[3]しかしながら、ISO 13903などの一般的なタンパク質分析法では、これらのアミノ酸ペアを容易に区別することができます。

さらに、グルタミン酸はグルタミンと容易に相互変換でき、アスパラギン酸はアスパラギン酸と容易に相互変換できます。酸加水分解によって容易に相互変換できます。[3]そのため、ISO 13903などの一般的なアミノ酸分析法では、グルタミン酸とアスパラギン酸のみが測定され、グルタミンやアスパラギンは測定されません。そのため、これらの測定値は2つの値の合計として扱うことができます。[4]

セレノシステインは通常、アミノ酸分析の一部として測定されることはありません。通常は、食品中にセレノメチオニンとセレノシステインとして存在するセレンの量として直接分析されます。[5]

  最初の制限アミノ酸
  2番目の制限アミノ酸。特に、特定の年齢要件とEAAの厳しい条件によって異なります。
  消化率を考慮するとアミノ酸が制限される可能性がある
アミノ酸のプロファイルと要件
必須アミノ酸必須（DRI）[6] [7] [8] [9]母乳[10]キヌア[11]トウモロコシ[12]オート麦[13]
麻の実
（殻付き）[14]		グリーンピース[15]大豆
（枝豆）[16]		スピルリナ[17]クロレラ[18]ホエイ[19]カゼイン[20]卵白[21]
ヒスチジン1.8グラム2.230グラム3.455グラム2.710グラム2.414グラム2.821グラム2.495グラム2.756グラム1.888グラム3.3グラム1.974グラム3.2グラム2.660グラム
イソロイシン**2.5グラム5.673グラム4.279グラム3.928グラム4.137グラム3.744グラム4.547グラム4.514グラム5.584グラム3.5グラム5.001グラム5.4グラム6.064グラム
ロイシン**5.5グラム9.623グラム7.132グラム10.597グラム7.654グラム6.296グラム7.532グラム7.334グラム8.608グラム6.1グラム9.475グラム9.5グラム9.321グラム
リジン5.1グラム6.888グラム6.503グラム4.172グラム4.179グラム3.714グラム7.392グラム6.138グラム5.264グラム10.2グラム8.554グラム8.5グラム7.394グラム
メタンフェタミン+嚢胞2.5グラム4.052グラム4.346グラム2.832グラム4.292グラム4.672グラム2.658グラム2.178グラム3.151グラム1.6グラム3.684グラム3.5グラム6.293グラム
フェン+チロシン4.7グラム10.029グラム7.302グラム8.132グラム8.751グラム7.889グラム7.332グラム8.316グラム9.328グラム5.6グラム5.790グラム11.1グラム10.486グラム
トレオニン2.7グラム4.660グラム3.574グラム3.928グラム3.428グラム3.694グラム4.734グラム4.087グラム5.168グラム2.9グラム5.001グラム4.2グラム4.119グラム
トリプトファン0.7グラム1.722グラム1.418グラム0.700グラム1.395グラム1.074グラム0.863グラム1.243グラム1.616グラム2.1グラム2.106グラム1.4グラム1.147グラム
バリン**3.2グラム6.382グラム5.043グラム5.633グラム5.585グラム5.173グラム5.480グラム4.562グラム6.111グラム5.5グラム5.001グラム6.3グラム7.422グラム
総EAA28.7グラム51.259グラム43.052グラム42.632グラム46.014グラム39.077グラム43.033グラム41.128グラム46.718グラム40.8グラム46.586グラム53.1グラム54.906グラム
個々の必須アミノ酸要件母乳キノアトウモロコシオート麦
麻の実
（殻付き）		グリーンピース大豆
（枝豆）		スピルリナクロレラ乳清カゼイン卵白
メタンフェタミン記入する該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし
フェン記入する該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし
非必須アミノ酸必須？母乳キノアトウモロコシオート麦
麻の実
（殻付き）		グリーンピース大豆
（枝豆）		スピルリナクロレラ乳清カゼイン卵白
アラニン様々3.647グラム4.992グラム8.983グラム5.252グラム4.448グラム5.597グラム4.609グラム7.856グラム7.7グラム4.343グラム該当なし6.458グラム
アルギニン*4.3569.263グラム3.989グラム7.106グラム13.245グラム9.981グラム8.253グラム7.216グラム15.8グラム2.764グラム3.7グラム5.945グラム
アスパラギン*該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし
アスパラギン酸8.307グラム9.628グラム7.430グラム8.632グラム10.660グラム11.567グラム11.943グラム10.080グラム6.4グラム9.738グラム該当なし11.192グラム
システイン*該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし
グルタミン酸17.018グラム15.834グラム19.366グラム22.127グラム18.249グラム17.280グラム19.269グラム14.592グラム7.8グラム17.898グラム該当なし14.220グラム
グルタミン*該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし
グリシン*2.634グラム5.892グラム3.867グラム5.013グラム4.690グラム4.291グラム4.269グラム5.392グラム6.2グラム1.842グラム該当なし3.789グラム
プロリン*8.307グラム6.563グラム8.891グラム5.568グラム4.649グラム4.034グラム4.807グラム4.1457.2グラム5.922グラム該当なし3.991グラム
セレノシステイン該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし
セリン*4.356グラム4.814グラム4.659グラム4.471グラム4.987グラム4.221グラム5.710グラム5.2173.3グラム4.606グラム該当なし7.321グラム
チロシン*5.369グラム2.267グラム3.745グラム3.409グラム3.677グラム2.658グラム3.675グラム4.496グラム2.8グラム2.500グラム該当なし4.193グラム
非EAA合計53.994グラム58.257グラム60.93グラム61.578グラム64.605グラム59.629グラム62.535グラム58.994グラム57.2グラム49.613グラム該当なし57.109グラム
22番目のアミノ酸必須？母乳キノアトウモロコシオート麦
麻の実
（殻付き）		グリーンピース大豆
（枝豆）		スピルリナクロレラ乳清カゼイン卵白
ピロリシン
人間には使われない		該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし該当なし

*特定の条件下では準必須
**分岐鎖アミノ酸（BCAA）

タンパク質の消化率

多くの食品において、体内に吸収されるアミノ酸の量は、様々な消化プロセスの結果として、食品に元々含まれていたアミノ酸の量と大きく異なる場合があります。タンパク質の消化は胃で始まり、食物が小腸から出るまでにほぼ完了します。[22] [23]しかし、抗栄養因子や食物繊維などの他の食品成分の存在によって消化が阻害される可能性があります。[24]腸内細菌叢も、タンパク質を自ら消化するため、タンパク質の消化に影響を与える可能性があります。[25]

消化率はアミノ酸によっても異なります。非豆類（豆、エンドウ豆、レンズ豆）のタンパク質の場合、タンパク質全体の糞便消化率は個々のアミノ酸の消化率とほぼ同等で、最大10%の差があると考えられます。一方、豆類のタンパク質の場合、メチオニン、シスチン、トリプトファンの消化率は過大評価される可能性があります。[26] [27]

食品の準備

タンパク質源、特に動物性タンパク質の調理は、アミノ酸の組成と消化率の両方に大きな変化をもたらす可能性があります。これは必ずしも栄養データに反映されるとは限らないため、[28]調理中の変化はタンパク質の品質測定に考慮されることがあります。例えば、多くの肉類は褐色化することでメイラード反応を引き起こし、多くの食品の制限アミノ酸であるリジンの利用度を低下させる可能性があります。[29]そのため、メイラード反応を起こした可能性のある食品では、リジンを制限アミノ酸として使用することが推奨されます。[30]

PDCAASとDIAASのアミノ酸スコアは幼児（1～3歳児）の必要量を基準としていますが、 [6]必須アミノ酸の必要量は成人と乳児で異なります。[6]必須アミノ酸の必要量が最も厳しいのは乳児です。子供が成人になると、必要な必須アミノ酸の割合は低くなります。これはまた、1種類以上の必須アミノ酸が制限されているビーガンタンパク質源の多くは、実際には成人の必須アミノ酸の不足が少なく、まったく不足していない場合もあることを意味します。高齢や妊娠も、胎児を支えたり、加齢による筋肉の減少を遅らせたりする必要性から、アミノ酸の必要量を変えます。[31] [29] [24]乳児の必須アミノ酸の必要量は、母乳中の必須アミノ酸の割合に基づいています。[6]

必須アミノ酸の必要量（タンパク質1gあたりのmg）
必要なアミノ酸乳児[6]1～3歳児[6]成人
（18歳以上）[6]
ヒスチジン231817
イソロイシン572523
ロイシン1015552
リジン695147
メチオニン+システイン382523
フェニルアラニン+チロシン874741
トレオニン472724
トリプトファン18 7 6
バリン563229
必須アミノ酸総量496287262

[例えば、メチオニンとシステインには異なる実験式と異なる分子量があるため、それらの量をどのように合計すればよいかは不明です。 ]

対策

タンパク質の品質を測定するための原始的な方法では、主に質量測定など、身体に関する測定値が比較的少数使用されます。

  • タンパク質効率比（PER）は、摂取したタンパク質量に対する体重増加の比率です。通常はラットを用いて試験されます。
  • 生物学的価（BV）は、尿や便に含まれる窒素を差し引くことで、体内に保持される食物由来の窒素の割合を推定するものです。窒素はタンパク質由来であると推定されます。
  • 純タンパク質利用率（NPU）も同様ですが、尿中窒素のみを差し引きます。これらは窒素出納に基づいた方法です。

現代の測定法は、タンパク質の消化率とアミノ酸バランスという2つの異なる側面を分析します。前者は、食品が消化管またはその一部を通過する前と通過した後のタンパク質量を比較することで測定されます。後者は、タンパク質のアミノ酸プロファイルを、生物（主にヒト）の 必須アミノ酸の必要量と比較することで測定されます。

PDCAAS

初期の「現代的な」測定法は、1989年のPDCAASです。[26]タンパク質消化率については、ラットの体内に取り込まれ、糞便を通して排出されるタンパク質窒素の量と、「代謝糞便タンパク質」、つまりラットがタンパク質を含まない食事を与えられた際に糞便中に含まれるタンパク質の量との補正値を比較します。[32]アミノ酸スコアについては、食品中の各必須アミノ酸の量を食品のタンパク質含有量の割合として考慮し、これを就学前児童の栄養推奨量と比較します。使用されるアミノ酸スコアは、最も低い、つまり「制限」アミノ酸のスコアです。アミノ酸スコアと糞便消化率スコアを掛け合わせることで、0から1の間の総合スコアが得られます。[26]

PDCAASは、タンパク質の吸収が最も起こると考えられている小腸の末端に残っているものではなく、糞便を測定するため、消化率を過大評価する傾向があります。 [33] フィチン酸やトリプシンインヒビターなどの抗栄養因子は、被験者の大腸内の腸内細菌によるタンパク質の吸収と同様に、タンパク質の吸収を低下させる可能性があります。[22]さらに、タンパク質源に抗栄養因子が含まれている場合、高齢のラットは若いラットと比較して、PDCAASで推定された糞便消化率が低くなります。[32]

DIAAS

PDCAASの問題点に対処するため、 2013年にDIAASが導入されました。DIAASは、口から回腸末端（小腸の最終部分）までの消化率をアミノ酸ごとに個別に測定します。各必須アミノ酸の吸収量を基準パターンと比較します。つまり、実際に吸収されたアミノ酸プロファイルをスコア化します。[2] [34] [35]また、乳児、幼児、3歳以上の成人それぞれに異なる基準パターンを用いることで、年齢も考慮します。[36] : 29  DIAASはPDCAASよりも優れた方法と考えられています。[34] [37]

DIAAS法はPDCAAS法よりも測定が複雑です。これは、回腸の内容物を採取するのが糞便採取よりも難しいことが一因です。さらに、DIAAS法ではヒトの消化率測定が推奨されますが、成長中の豚やラットの消化率測定も代替として認められます。[36]ヒトの測定には、DIAAS法用の低侵襲性デュアルトレーサー法が開発されています。[27]

タンパク質源

タンパク質のランキング方法と基準
タンパク質の種類あたりNPUBVタンパク質
消化率
（PD）		タンパク質
吸収
率		アミノ酸
スコア（
AAS
）		PDCAASDIAAS制限
アミノ酸
​		完全な
タンパク質？
牛乳2.5 [2]82% [2]91 [2]95 [38]3.5 g/h [39]127 [38]1.0 [2]（メチオニン+システイン）はい
乳清3.2 [2]92% [2]104 [2]8～10g /時[39]1.0 [2]0.973 – 1.09 [34] [37]彼の[40]はい
カゼイン2.5 [2]71.2% [41]77 [2]94.0% [41]6.1 g/h [39]1.19 [42]1.0 [2]1.45 [41]（メチオニン+システイン）はい
卵3.9 [2]94% [2]100 [2]97～98% [43]1.3～2.8g /時[39]1.19 [42]1.0 [2]1.13 [44]（彼の）はい
牛肉2.9 [2]73% [2]80 [2]94～98% [43]0.94 [42]0.92 [2]トリップはい
オート麦72、[45] 91% [42]0.63 [42]0.57 [46]リスいいえ
小麦0.8 [2]67% [2]64 [2]96～99% [43]0.26、[43] 0.44 [42]0.25 –0.51 [2] [40]0.45 [40]リス[40]いいえ
トウモロコシ1.23 [47]85%、[45] 89% [48]0.67 [48]リス[48]いいえ
米2.2 [47]0.42 [34]0.37 [34]リスいいえ
キノア75.7% [49]82.6 [49]91.7% [49]0.97 [50]0.667 [51]ルーはい
大豆2.2 [2]61% [2]74 [2]95～98% [43]3.9 g/h [39]0.91 – 1.0 [37] [2] [34]0.90～0.91 [34]メチオニン+システイン[40]はい[37] [2] [34]
黒豆0.75 [2]0.53-0.65 [52]メチオニン+システインいいえ
エンドウ88% [42] [45]0.89 [34]0.82 [34] – 1.00 [41]メチオニン+システインはい
落花生1.8 [2]94 [45]0.75 [53]0.52 [2]リスいいえ
麻8794.9% [46]0.64 [46]0.61 [46]リス[46]いいえ
マイコプロテイン86% [54]0.996 [54]メチオニン+システインいいえ
スピルリナ1.8-2.6 [47]53～92% [47]68 [55]83～90%1.10 [56]リスはい
クロレラメチオニン+システインいいえ

注:

  • スコアが1.0以上または100%の場合、「制限アミノ酸」という概念は技術的には適用され、基準タンパク質中の含有量に対する比率が最も低いアミノ酸を指します。ただし、この概念は実質的には重要ではないため、そのような列は括弧で囲まれています。
  • PD は、特に記載がない限り、PDCAAS (「真の糞便」) に従って決定されます。
  • AASは消化率を明示的に考慮しません。アミノ酸プロファイルを基準プロファイル（特に明記しない限りPDCAASプロファイル）と比較します。
  • 限界AAは、PDCAAS（または同様のプロファイルのみの手法）またはDIAAS（限界吸収AAを与える）のいずれかによって決定されます。特に明記されていない場合は、PDCAASである可能性が高いです。
  • PDCAAS値は公式には上限が設定されていますが、PD×AASを手動で計算することで上限を解除できます。上限が設定されていない5つの値はSchaafsma (2000)に示されています。[38]

意味合い

タンパク質の品質に関する現代的な指標は、導入以来、タンパク質源の選択に関する栄養アドバイスや関連する公共政策の正当化に利用されてきた。植物性タンパク質源の標準値は動物性タンパク質の値よりもかなり低いことが多いため、[57] PDCAASとDIAASは植物性食事のメリットに関する議論に用いられ、植物性食事に関する議論はタンパク質の品質測定のメリットを評価するために用いられてきた。[30] [58]動物性タンパク質の重要性を主張する人々は、動物性タンパク質を含む食事が健康に及ぼす利点と、植物性食事におけるタンパク質不足の可能性を指摘している。[30] [58]一方、植物性タンパク質を中心とする食事の支持者は、食肉生産の環境影響、[58]赤肉や加工肉を多く含む食事の健康リスク、[58]および植物性タンパク質源のその他の無関係な健康上の利点を指摘している。[58] [59]

タンパク質の品質測定方法の選択は、植物性食生活に関する議論にも影響を与えます。植物性タンパク質源は、動物性タンパク質源よりもDIAASがPDCAASよりも低い可能性が高いため、PDCAASではなくDIAASを使用すると、植物性タンパク質源と動物性タンパク質源間のタンパク質品質の名目上の差異が拡大する可能性があります。規制の観点から見ると、これは植物性タンパク質源の販売方法に影響を与える可能性があります。例えば、USDA（米国農務省）は、タンパク質含有量がRDIの10%以上の食品を「良質なタンパク質源」として表示することを許可しており、「高タンパク質」と表示するには、RDIの20%以上を含有し、品質を考慮している必要があります。DIAASの使用は、どの植物性食品が高タンパク質として販売されるかを変え、ひいては消費者の食事選択に対する認識を変えるでしょう。[58]

異なるタンパク質源の比較は、消費者レベルと政策レベルの両方に影響を及ぼします。特に、栄養成分表示は一般的に販売時の食品の状態を示すものであり、[60]タンパク質の品質や調理による変化を必ずしも反映するものではありません。そのため、消費者は調理後の食品のタンパク質品質の指標を、栄養に関する追加的な指針として活用することがあります。発展途上国では、栄養失調はタンパク質不足を特徴とすることが多いです。タンパク質の品質を測定することで、この栄養失調の本質をさらに詳細に把握し、治療に影響を及ぼす可能性があります。[30]さらに、地球規模の開発という文脈において、植物性タンパク質と動物性タンパク質の相対的な利点に関する研究は、環境面でも重要な意味を持ちます。なぜなら、発展途上国における食生活の改善の軌跡は、環境に大きな影響を与える可能性があるからです。[61]

限界と将来の方向性

回腸消化率の測定

より正確ではあるものの、様々なタンパク質源の回腸消化率の測定にはヒトまたはブタの被験体が必要であり、マウスを用いた場合よりもはるかに研究が困難です。DIAASの導入以来、食品の回腸消化率に関する研究は増加していますが、2025年時点では、特に西洋食や東洋食以外の食品については、さらなる研究が必要です。[30]

個々の食料源に焦点を当てる

PDCAASとDIAASの両方に対する一般的な批判は、食事のPDCAAS/DIAASを個々の成分のPDCAAS/DIAASのみに基づいて計算することは誤解を招く可能性があるというものです。なぜなら、一方の食品にはもう一方の食品に欠けているアミノ酸が豊富に含まれている場合があり、その場合、食事のPDCAAS/DIAASはいずれかの成分のPDCAAS/DIAASよりも高くなるからです。最終結果を得るには、すべての個々のアミノ酸を考慮する必要があるため、各成分のタンパク質の質は不要になります。[30]

例えば、様々な穀物のタンパク質含有量は0.4～0.8で、リジンの制限を受けますが、メチオニンは十分すぎるほど含まれています。[62] 大豆を除く豆類のタンパク質含有量は、一般的に0.5～0.8で、リジンではなくメチオニンの制限を受けます。最適な比率で一緒に摂取すると、それぞれのタンパク質が互いに補完し合うため、全体のタンパク質含有量は1.0に達することもあります。 [57] [63]

より極端な例としては、ゼラチン（トリプトファンをほとんど含まないためPDCAASは0に近い）[57]と単離トリプトファン（他の必須アミノ酸を全て含まないためPDCAASも0）の組み合わせが挙げられる。個々のスコアは0であるにもかかわらず、両者を適切な量で組み合わせると、必須アミノ酸であるイソロイシン、スレオニン、メチオニンによってPDCAASは正となる。さらに、2000年のGerjan Schaafsmaの研究によると、「アミノ酸スコアリングパターンの妥当性、真の回腸消化率補正ではなく真の糞便消化率補正の適用、そしてPDCAAS値の切り捨てに関する疑問は、ヒトの食事におけるタンパク質の質の指標としてのPDCAASの現状の形式を批判的に評価する必要がある」[38] 。

マルチアミノ酸スコアの使用

DIAASはPDCAASに取って代わって主要な指標として用いられるようになりましたが、FAOがDIAASを提案した当初の勧告では、各必須アミノ酸を個別の栄養素として扱うことが推奨されていました。[36]これにより、タンパク質の含有量や品質を考慮する必要がなくなり、個々の食品ではなく食事の栄養分析が簡素化されると考えられます。[30]この考え方に沿った提案の一つがEAA-9スコアです。これは、1食分の食品に含まれる制限アミノ酸のRDIに対する割合を測定するものです。このスコアは、EAA-9等価1食分、つまり卵1個分と同じ量のアミノ酸を摂取するために必要な食品の量を決定するために使用されます。[64]

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