市販のケイ素剤が卵黄中遊離アミノ酸および産卵鶏血管強度に及ぼす影響
山本純平1, 北岡千佳1, 銘苅 愛2, 柳 充紘2, 杉田和俊3, 横田康成4,
河村洋子4, 野方文雄4, 寺沢充夫5, 浅井史敏3, 良永裕子1*
1麻布大学生命・環境科学部食品生命科学科
2一般財団法人生物科学安全研究所
3麻布大学獣医学部獣医学科
4岐阜大学工学部電気電子・情報工学科
5生体健康科学研究所
Effect of Dietary Supplementation with Silicon on Free Amino Acid Levels
in Egg Yolk and Blood Vessel Strength in Laying Hens
Junpei Yamamoto1, Chika Kitaoka1, Ai Mekaru2, Mitsuhiro Yanagi2. Kazutoshi Sugita3, Yasunari Yokota4,
Yoko Kawamura4, Fumio Nogata4, Mitsuo Terasawa5, Fumitoshi Asai3 and Yuko Kato-Yoshinaga1*
1School of Life and Environmental Science, Azabu University, 1-17-71, Fuchinobe.
Chuo-ku, Sagamihara, Kanagawa 252-5201
2Research Institute for Animal Science in Biochemistry and Toxicology,
3-7-11, Hashimotodai, Midori-ku, Sagamihara, Kanagawa 252-0132
3School of Veterinary Medicine, Azabu University, 1-17-71, Fuchinobe, Chuo-ku, Sagamihara, Kanagawa 252-5201
4Faculty of Engineering, Gifu University, 1-1, Yanagito, Gifu, Gifu 501-1193
5Living Body Health Science Institute, 2-15-75, Tadao, Machida, Tokyo 194-0021
The present study aimed to examine the effects of 10-week dietary supplementation with silicon on free amino acid levels in egg yolk and on blood vessel strength in laying hens. We analyzed the levels of free amino acids in the yolk and white of eggs and blood vessel strength by high-performance liquid chromatography and tensile test, respectively. In initial experiments, 1 % and 5% commercial product containing silicon had no effects on body weight. body weight gain, egg-laying rate, water intake, and food consumption relative to control. These data suggest that silicon intake at the evaluated concentrations was minimally toxic in the laying hens. The levels of aspartic acid. threonine, and alanine were significantly higher in the yolk of eggs laid by the hens receiving 5% dietary silicon product supplementation than in those laid by hens receiving 1% silicon product. In addition, blood vessel strength of the descending aorta was significantly higher in the 5% silicon product treated group than the control group. These results indicate that dietary supplementation with silicon might have beneficial effects on egg yolk taste and blood vessel strength in laying hens.
(Received Jun. 7. 2017: Accepted Aug. 14, 2017)
Keywords: silicon, laying hen, free amino acid, blood vessel strength
キーワード: ケイ素,産卵鶏,遊離アミノ酸,血管強度
ケイ素(Si:原子番号14)は生物界に最も多く存在する元素のひとつであり,ヒトにおいて必須微量元素と考えられている1). 生体内においてケイ素は皮膚や骨などの結合組織に多く分布し,ケイ素摂取量と骨密度には正の相関が報告されていることから2),閉経後の骨粗鬆症を予防するサプリメントとして使用されている.鶏に関する研究では,1972年にケイ素が雛の成長に必須な元素であることが報告された3).その後,骨の形成や骨強度の増加,結合組織の形成に関わることが報告され4)-6), ケイ素は鶏の体組織形成において重要な成分であると言える.一方,河村らはケイ素を摂取したラットにおいて,血管の力学的強度が増加したことを報告した7).このように,ケイ素の生理機能についてはいくつかの報告が見られるが,食品の味への影響に関する研究例はほとんどない.我々は先の研究において,食用鶏であるブロイラーにケイ素を投与すると可食部でうま味や甘味を呈する遊離アミノ酸が増加し味質が改善する可能性を報告した.そこで本研究では, ケイ素を添加した飲水を産卵鶏に10週間投与し,卵黄中遊離アミノ酸の変化を調べるとともに産卵鶏の血管の力学的強度に与える影響を検討した。
1〒252-5201 神奈川県相模原市中央区淵野辺 1-17-71, 2〒252-0132 神奈川県相模原市緑区橋本台3-7-11,
3〒252-5201 神奈川県相模原市中央区淵野辺 1-17-71, 4〒501-1193 岐阜県岐阜市柳戸 1-1,
5〒194-0021 東京都町田市忠生 2-15-75
*連絡先 (Corresponding author), yoshinaga@azabu-u.ac.jp
日本食品科学工学会誌 第65巻 第1号 2018年1月
実験方法
1.動物
本研究の動物実験は一般財団法人生物科学安全研究所(神奈川県相模原市)において実施した,実験プロトコールは,生物科学安全研究所および麻布大学の動物実験委員会の承認(No. 160926-1, No. 161102-1)を得て実施した. 実験には一般状態に異常がみられなかった68週齢の産卵鶏(ジュリアライト:神奈川中央養鶏農業協同組合,神奈川県相模原市) 42羽を供試した.閉鎖型鶏舎内の4か所に,産卵鶏用金網ケージ(奥×幅×高:40×24×45cm) 11個を連結したものをそれぞれ設置し,1ケージ当たり1羽ずつ収容して飼育した.照明は4時~19時までの15時間点灯とした.飼料は樋型給餌器を用いて成鶏飼育用配合飼料「エッグパートナー17」(JA くみあい飼料株式会社)を不断給与し,給餌器は試験群ごとに設置した.
2. 動物試験
供試鶏42羽は13日間の馴化飼育中に産卵率の計測を行い産卵率が良好な30羽を本試験に使用し,残りは試験には使用しなかった.馴化飼育終了後の 70 週齢にて,産卵状況が均一になるよう上記30羽の群分けを行い,各10羽計3群とした.市販のケイ素剤(umo®,株式会社 APAコーポレーション,ケイ素濃度=8mg/mL)は,水道水にて1% (v/v) および5% (v/v) の最終濃度になるよう希釈し,試験群をそれぞれ対照群(無添加の水道水), 低用量群(1%)および高用量群(5%)とした.これらのケイ素剤は貯留式飲水器を用いて供試鶏に自由摂取させた.
3. 一般観察
投与期間の70日間(10週間),飲水量およびケイ酸塩(Na2SiO3)投与量,一般状態(活動量,食欲,羽毛の状態および糞便性状),体重,増体重,飼料摂取量,産卵状態,個卵重を観察または測定した.
4. 卵質検査
投与開始後5週および10週に産卵された全卵について,卵殻質,卵殻強度,卵内異物の有無,卵黄色,ハウユニット値(HU)および卵殻厚について観察又は測定した. 集卵した卵は,直ちに冷蔵庫に保存し,翌日の午前中に卵質検査を実施した.なお,卵殻強度は卵殻強度計(富士平工業株式会社)を用いて,卵黄色はロッシュヨークカラーファン(DSM ニュートリションジャパン株式会社) を用いて, HU は Egg マルチテスタ(EMT-5200, JA全農たまご株式会社)を用いて,卵殻厚は卵殻厚さ計(FN595, 富士平工業株式会社)を用いてそれぞれ測定を行った.
5. 卵中の遊離アミノ酸分析
投与開始後5週および 10週に産卵された卵のうち,各個体1個について個体別に卵黄および卵白を分離して採取した.卵黄は無処置で,卵白はカラザを除去後に刃で水様卵白および濃厚卵白を切るように混和して均一化し,それぞれをポリエチレン製の気密袋に入れ空気を抜いて密封し,-70℃以下で凍結保存した.卵黄,卵白を半解凍後に3% スルホサリチル酸にて抽出を行い,ロータリーエバポレータで濃縮乾固後,蒸留水で5mLにメスアップし検液とした.各種遊離アミノ酸およびアミノ酸関連化合物はNBD誘導体化後,ODSカラム (InertSustain Swift C18 4.6mm×150 mm;ジーエルサイエンス)を用いて HPLC により定量分析を行った.移動相にはアセトニトリルおよび0.1%トリフルオロ酢酸溶液を用い, グラジェント法にて分析した.流速 1.0 mL/min,注入量 20μL, オーブン温度40℃とし,検出は蛍光検出(励起波長:470nm, 蛍光波長:540nm)にて行った.
6. 下行大動脈の力学的強度解析
投与開始後 10 週の対照群,低用量群および高用量群から下行大動脈を 20 mm~30mm の範囲で切り出し採取した.上端と下端を引張試験器(リトルセンスター LSC-1/300 :株式会社東京試験機)に装着し,引張速度30(mm/min) で,破断するまで応力一歪特性を記録した.試験器は 50Nを上限とするロードセルを接続して使用した. 応力は大動脈のサイズにより規格化し,破断時の最大応力を力学的強度とした.
7. 統計学的解析方法
結果は平均値±標準誤差で示した.統計学的解析を要するデータについては,一元配置分散分析を行い,群間に差がみられたものについてはTukeyの多重比較検定を行った.ρ値<0.05 の場合に統計学的有意差があるとした.
実験結果
1. 一般観察
飲水量,ケイ酸塩投与量,飼料摂取量,個卵重はいずれの群間にも差は見られなかった.加えて,産卵率,体重,増体重に有意な差は見られず(表1). 投与期間中1個体を除いたいずれの個体にも一般状態や塗便性状に異常は見られなかった.異常が見られた低用量群の1羽においては,ケイ素投与開始後22日から活力および食欲低下が確認され,開始後 32 日に斃死した.剖検の結果, 卵墜症による腹膜炎が死因であると診断された.その他の低用量群および高用量群のいずれの個体にも異常は見られなかったことから試験は継続して実施した.本試験におけるケイ素の投与量比は低用量群:高用量群=1:4.909であった.
表1 投与期間中の一般観察データ
データは,平均値±標準誤差で示した. n=9~10
表 2 投与開始後 10 週の卵質検査
データは,平均値±標準誤差で示した.n=9~10
2.卵質検査
卵殻強度,卵黄色, HU および卵殻厚はいずれの時点(投与開始5週, 10 週) および群間においても有意な差は見られなかった(表2).
3. 卵中の遊離アミノ酸分析
投与開始後5週と10 週卵白および5週の卵黄についてはいずれの遊離アミノ酸においても有意な差はなかった.10 週の卵黄では遊離アミノ酸量に変動が見られ,アスパラギン酸(Asp), アラニン(Ala) およびスレオニン(Thr) で,低用量群と比較して高用量群で有意な増加が認められた(表3).
4. 下行大動脈の力学的強度解析
投与開始後 10 週に採取した下行大動脈において,ケイ素の投与によって濃度依存的に血管の力学的強度が増加し,対照群と比較して高用品群で有意な増加が認められた(図1).
考察
本研究では,市販のケイ素剤(umo®: APAコーポレーション, ケイ素濃度=8mg/mL) を70週齢の産卵期の飲水に1%(v/v;低用量)又は5% (v/v:高用量)の最終濃度になるよう添加し, 10週間連続投与した.投与量比の算出結果(低用量群:高用量群=1 : 4.909) より,試験群に適切な量の試験物質が投与できたといえる.各個体の一般状態や増体重,産卵率などに変化は見られず,卵においても卵殻質の異常などはほとんど見られなかった.これらのことから産卵鶏への長期投与において,本研究で設定した濃度域ではケイ素の毒性はないことが推察される.また,卵殻強度,卵黄色, ハウユニット値,卵殻厚はいずれの群間においても有意な差は見られなかった. KeshavarzとMcCormick によるとアルミノケイ酸ナトリウムの産卵鶏への投与は卵殻強度を増加させるが,夏と冬でその現象は異なり,外気温の低い冬季では卵殻強度は変化しないと報告している9).本研究における飼育期間は 10月~12月の10 週間であったことから,外気温の影響を受けたために卵殻強度が変化しなかったことが考えられる.
卵中遊離アミノ酸分析に関しては, 10 週の卵黄においてAsp. Thr および Ala が低用量群と比較して高用量群で有
意に増加した.Aspはうま味を呈する遊離アミノ酸であり, Alaは強い甘味と弱いうま味,Thrは甘味を呈するアミノ酸であることから10),高用量のケイ素摂取は卵黄のうま味と甘味を増加する可能性が示唆された.ケイ素が組織中の遊離アミノ酸に与える影響に関してはほとんど報告が無いことから,これらの量的変動の作用機序に関しては不明な点が多い.しかしながら,ケイ素がプロリン生合成に関与することや11),ケイ素の欠乏によって肝臓のアミノ酸代謝に関与するオルニチントランスアミナーゼの活性が低下することが報告されている12)さらに,我々が先に報告したブロイラーを用いた検討では,ササミ肉やムネ肉で,本研究と同様にAspやThr, Alaの増加が確認されている8).これらを踏まえると,ケイ素摂取は生体内におけるアミノ酸代謝に関与し,鶏においては特にAspやThr, Alaなどの生合成に影響を与える可能性がある.また, 10週の低用量群では対照群より見かけ上では低値を示したが,対照群との間に統計学的な有意差は無く,他のアミノ酸に関しても対照群と同様であった.さらに,高用量群の5週卵黄ではいずれのアミノ酸においても変動が見られなかった.これらのことから,卵黄中の Asp や Thr, Alaの変動にはケイ素の長期間投与または一定量以上の投与が必要である可能性が推察された.
血管の力学的強度は対照群と比較して高用量群で有意に増加した.ケイ素は結合組織において重要な元素であることが知られており1),これまでにケイ素が心血管の機能維持に重要であることや,ケイ酸が骨芽細胞においてコラーゲン合成を促進することがヒトおよびヒト組織にて報告されている13)14).このほかに,鶏ヒナを用いた研究ではケイ素が
結合組織形成に必要な栄養素であることが報告されており15),鶏胚由来の軟骨細胞を用いた研究においてはケイ素がコラーゲン合成を促進することが報告されている16).これらのことからケイ素の摂取は,産卵鶏の血管におけるコラーゲン合成を促進することにより,血管の力学的強度を上昇させることが推察された.
以上より,ケイ素は産卵鶏において,卵黄のうま味および甘味の向上,さらに血管の力学的強度の上昇に寄与する可能性があることが示唆された.これらの知見は,養鶏飼料添加物としてケイ素が有用である可能性を示すものであるが,適切な濃度域の推定等も含め,その有効性にはさらなる検討が必要である.
表3 投与開始後10週における卵黄中遊離アミノ酸量
N.D.; Not detected.
データは,平均値±標準誤差で示した. 異記号間に有意差あり(ρ<0.05).
n=9~10
図1 投与開始後 10 週における下行大動脈の破断応力
データは,平均値±標準誤差で示した.異記号間に有意差
あり(ρ<0.05). n=9~10
要約
本研究では,産卵鶏に市販のケイ素剤を投与したときの卵黄中遊離アミノ酸量および血管強度に与える影響を検討した.ケイ素剤を産卵鶏に10週間飲水投与したところ,卵黄中遊離アミノ酸量はアスパラギン酸,スレオニンおよびアラニンで,低用量(1%) 群と比較して高用量(5%)群で有意な増加が認められた.また,下行大動脈の血管強度は対照群と比較して高用量群で有意な増加が認められた.本研究の結果より,ケイ素を産卵鶏に摂取させると卵黄の味質および血管強度の向上に効果的である可能性が示唆された.
文献
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