食品に含まれるグルテンの量を調べる方法、抗原抗体反応を利用

グルテンフリーの食品や料理を提供する側は、グルテンフリーであることをきちんと証明しなければなりません。食品に含まれるグルテンの量はどうやって調べるのでしょうか。これはグルテンに含まれる免疫原性ペプチドの量を、抗原抗体反応を使って分析し、そこからグルテンの量を計算しています。通常は食品検査会社にサンプルを提供して調べてもらいますが、アメリカではその場で使えるポータブルの測定キットも出回っています。

そもそもグルテンとは何か

グルテンは、小麦、大麦、ライ麦とその交雑種に含まれるたんぱく質です。小麦は胚乳、胚芽、種皮から成りますが、でんぷんが多く含まれる胚乳の部分を粉にしたのが小麦粉です。そのため小麦粉の約90%はでんぷんですが、たんぱく質も8~13%含まれています。ちなみにお米(うるち米の精白米)にも約6%のたんぱく質が含まれています。

小麦に含まれるたんぱく質は100種類以上ありますが、そのうちホルデインとグルテリンという種類のたんぱく質が80~85%を占めています。このホルデインとクルテリンを含め、水に溶けないたんぱく質をあわせて、グルテンといいます。つまりグルテンという物質があるのではなく、複数のたんぱく質の集合体をグルテンと呼んでいます。

なお小麦、大麦、ライ麦によって、ホルデインとグルテリンの呼び方が異なります。ややこしいのですが、小麦ではそれぞれグリアジン、グルテニンと呼ばれるので、この記事でも、そのように呼ぶことにします。

プロラミン グルテリン
小麦  グリアジン  グルテ
大麦 ホルデイン グルテリン
ライ麦 セカリン グルテリン
特性 ・粘着性(凝集性)がある
・伸展性(伸びやすさ)がある
・水に溶けにくく、消化されにくい
・弾力性がある
・強度がある

小麦に水を加えてこねると、グリアジンとグルテニンが絡み合って、網目状のグルテンができます。グルテンはグリアジンとグルテニンがもともと持っていた特性をあわせ持つため、伸びやすく、弾力性と粘着性があります。これがパンやめん類を作るときに欠かせない特性となっているのです。

もともと小麦に含まれるたんぱく質は、水やアルコールに溶けるかどうかで分類されてきました。グリアジンは水には溶けないが、60%エタノールには溶けるたんぱく質、グルテニンは水にも60%エタノールにも溶けないたんぱく質です。

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グルテンの量を測定する方法

サンプル含まれる免疫原性ペプチドの量から計算している

グルテンの量は、サンプルに含まれる免疫原性ペプチドの量を測定し、そこからそこからグルテン全体の量を推定しています。少し難しい内容ですが、できるだけわかりやすく説明していきます。

たんぱく質は、20種類のアミノ酸が数千個から数万個、規則正しく配列してできています。食べものに含まれるアミノ酸は消化酵素によって分解され、アミノ酸が数十個から数百個程度つながったペプチドになり、さらに分解されてアミノ酸になり、小腸で吸収されます。ところが、グルテンに含まれるたんぱく質の中には、消化酵素で分解されにくく、ペプチドの状態で分解が止まってしまうものがあります。このペプチドには、人間のからだの中で免疫反応を引き起こす免疫原性や、毒性を持つものがあることがわかっています1)。グルテンが原因で起きる自己免疫疾患であるセリアック病を起こす免疫原性ペプチドについては研究が進んでおり、複数の免疫原性ペプチドが存在することがわかっています。このうちグリアジン33-merが、セリアック病を起こす作用が最も強いことがわかっています2)

これらの免疫原性ペプチドは、すべてアミノ酸配列がわかっています。アルファベットはアミノ酸の一文字略号です※。

含まれるたんぱく質 アミノ酸配列 名称
α-グリアジン LQLQPFPQPQLPYPQPQLPYPQPQLPYPQPQPF  グリアジン33-mer
EPEQPIPEQPQPYPQQ
EPEQPIPEQPQPYPQ
QLQPFPQPELPY
β-ホルデイン ELQPFPQPELPYPQPQ
PQPELPYPQPE
ω-グリアジン、
C-ホルデイン
EQPFPQPEQPFPWQP
ω-グリアジン QQPFPQPEQPFP

※ P:プロリン、Q:グルタミン、L:ロイシン、F:フェニルアラニン、Y:チロシン、E:グルタミン酸、I:イソロイシン、W:トリプトファン

免疫原性ペプチドの量はモノクロナール抗体で調べる

免疫原性ペプチドを有無を調べるために開発されたのが、モノクロナール抗体というものです。例えば最近開発されたG12というモノクロナール抗体は、
QPQLPY、QPQLPF、QPQQPY、QPQQPF
という4種類のアミノ酸配列に結合します。そのためα-グリアジンに含まれるグリアジン33-merの赤色部分LQLQPFPQPQLPYPQPQLPYPQPQLPYPQPQPF
に結合することで、α-グリアジンの量を知ることができます。

また同じくA1というモノクロナール抗体は、
QQPYPQP、QQPFPQPQLPYPQP、QLPFPQP
という4種類のアミノ酸配列に結合します。そのためα-グリアジンに含まれるグリアジン33-merの赤色部分
LQLQPFPQPQLPYPQP QLPYPQP QLPYPQPQPF
の赤色部分と、ω-グリアジンに含まれる
QQPFPQPEQPFP
というペプチドの赤色部分に結合するため、α-グリアジンω-グリアジンの量がわかります。

さらに分析会社でよく使われるR5というモノクロナール抗体は、
QQPFP
というアミノ酸配列の部分に結合するので、ω-グリアジンに含まれる
QQPFPQPEQPFP
というペプチドの赤色部分に結合し、ω-グリアジンの量を知ることができます。

実際の分析はサンドイッチELISA(Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay、酵素免疫測定、エライザ)がという方法で行われます。あらかじめフーレート上にモノクロナール抗体を固着させ、そこへグルテンを含むサンプルを入れます。試料中にグルテンがあると、モロクロナールと抗原と結合します(図1)。

次にマーカーを付けたモノクロナール抗体を加えると、モノクロナール抗体はグルテンに結合します。洗浄後に、マーカーの濃度を測定することで、グルテンの量を測定することができます(図2)。
これは2種類のモノクロナール抗体でグルテンという抗原をサンドイッチしていることから、サンドイッチELISA法と呼ばれます。

食品検査会社で行うグルテンの分析

食品や料理に含まれるグルテンの量は、食品検査会社にサンプルを提出すれば、分析してもらうことができます。例えば、一般財団法人日本食品分析センターでは、次の2種類の検査キットを使った分析を引き受けています3)。分析費用は、1検体あたり121,000円(税込み、1検体のみの場合)かかります。

RIDASCREEN Gliadinを使った分析

R5モノクロナール抗体を使ったサンドイッチELIZA法の検査キットを使い、グリアジンの量を調べます4)。キットはドイツのR-Biopharm AGが製造します。この方法は国連のCodex委員会が指定したグルテンの分析法として認められています。

  • 定量限界(濃度を測定できる最低濃度):グリアジンとして2.5ppm、グルテンとして5ppm
  • 検出限界(有無を判別できる最低濃度):グリアジンとして0.5ppm、グルテンとして1ppm

Wheat/Gluten (Gliadin) ELISA Kitを使った分析

この検査キットは森永製菓の関連会社である株式会社森永生科学研究所が製造・販売しているもので、小麦グリアジンに対するポリクローナル抗体を使用します5)。ポリクローナル抗体を使うと、モノクローナル抗体よりも感度が高くなります。そのため、R5モノクロナール抗体を使ったサンドイッチELIZA法に比べ、定量限界、検出限界とも高くなっています。なお大麦ホルデインおよびライ麦セカリンも検出可能ですが、過小評価する傾向があります6)。またこの方法は国連のCodex委員会が指定したグルテンの分析法ではありません。

  • 定量限界(濃度を測定できる最低濃度):小麦タンパク質として0.3ppm
  • 検出限界(有無を判別できる最低濃度):小麦たんぱく質として0.3ppm

ポータブルのグルテンセンサーも発売されている

食品検査会社で分析をすると、検査費用が10万円以上かかるうえ、結果が出るまで2週間近く待たなければなりません。5分程度でグルテンの濃度を知ることができるセンサーがアメリカで発売されています。ニマ グルテンセンサー(NIMA Gluten Sensor)という名前の装置で、マサチューセッツ工科大学の技術を使ってNima Labs, Inc.が開発したポータブルセンサーです7)

検査したい食品サンプルを検査カプセルにいれて、本体にセットすると、5分以内に20ppm以上グルテンが含まれているかどうかを判定し、表示します。ただしグルテン濃度はわかりません。このセンサーはα-グリアジンのグリアジン33-merに結合する14G11と13F6という2種類のモノクロナール抗体を使用しています1)。この装置は本体が280ドル(約3万円)で、使い捨ての検査カプセルが、1回あたり370円になります。

また、2021年にはアリス グルテンセンサー(Allis Gluten Sensor)という新商品も発売されました。こちらは検査時間は2分で、グルテン濃度まで表示されるそうです。ただ、装置の仕様や原理については、いまのところわかっていません。詳しくはこちらを確認してください。

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まとめ

  • グルテンは小麦などに含まれるたんぱく質の集合体。小麦ではグリアジンとグルテニンが大半を占める。
  • たんぱく質はアミノ酸が数千個から数万個つながっているが、これが部分的に分解されると、アミノ酸の数が数十個から数百個程度つながったペプチドになる。
  • グルテンが部分的に分解されてできるペプチドの中には、人間のからだの中で免疫反応を引き起こす免疫原性や、毒性を持つものがある。
  • サンプルに含まれる免疫原性ペプチドの量は、抗原抗体反応を利用して、モノクロナール抗体で調べることができる。これを利用してグルテンの量を測定する。
  • 食品や料理に含まれるグルテンの量は食品検査会社で行うことができる。ただし10万円程度の検査費用と2週間程度の日数がかかる。
  • その場で数分以内にグルテンフリーかどうかを判断できる、ポータブルのグルテンフリーセンサーも出回っている。

参考文献

1) Cebolla Á, Moreno ML, Coto L, Sousa C. Gluten Immunogenic Peptides as Standard for the Evaluation of Potential Harmful Prolamin Content in Food and Human Specimen. Nutrients. 2018;10(12):1927. Published 2018 Dec 5. doi:10.3390/nu10121927
2) Herrera MG, Benedini LA, Lonez C, et al. Self-assembly of 33-mer gliadin peptide oligomers. Soft Matter. 2015;11(44):8648-8660. doi:10.1039/c5sm01619c
3) 一般財団法人日本食品分析センターウェブサイト
https://www.jfrl.or.jp/service/allergens
4) R-Biopharm AGウェブサイト
https://food.r-biopharm.com/products/ridascreen-gliadin/
5) 株式会社森永生科学研究所ウェブサイト
https://www.miobs.com/product/gluten/index.html
6) Gluten Free Dietitianウェブサイト
https://www.glutenfreedietitian.com/assessing-the-gluten-content-of-foods-sandwich-elisas/
7) Zhang J, Portela SB, Horrell JB, et al. An integrated, accurate, rapid, and economical handheld consumer gluten detector. Food Chem. 2019;275:446-456. doi:10.1016/j.foodchem.2018.08.117

グルテンフリー食品まとめ

小麦粉を置き換えるには、グルテンの役割をカバーするための知識や技術が必要です。メーカーさんの工夫によって製造されている、おすすめのグルテンフリー食材をカテゴリー別にご紹介!