レポート

ビール酵母の醸造特性に関する原理原則の解明

  • 発酵制御

より美味しいビールや発泡酒をつくるために、ビール酵母についての研究を続けています。

酒にさまざまな種類があるように、酵母にも様々な種類があります。パン生地の発酵にはパン酵母、ワイン醸造にはワイン酵母、清酒醸造には清酒酵母が使われます。そして、ビールの醸造に使われるのがビール酵母です。ビールの品質は、原料と同様に、使用する酵母の影響を大きく受けることが知られています。香味の優れたビールをつくるためには、優れた特性を持った酵母を使用する必要があります。キリングループは、ビール酵母の特性についての研究を通じて、おいしいビールづくりのための原理原則の解明に取り組んでいます。

ビール酵母のはたらき

ピルスナータイプのビールの醸造では、発芽させた大麦(麦芽)とホップ、米やとうもろこしなどからつくられる麦汁に酵母を加え、低温で発酵させます。この発酵の主役がビール酵母です。ビール酵母は、麦汁の中の酸素を使って盛んに増殖した後、酸素の少ない環境で糖分を取り込み、アルコールと炭酸ガスを生成します。また、麦汁中のアミノ酸を取り込んで香りや味の成分を生成します。この後、マイナス1°Cで貯蔵し熟成させることで、調和のとれたビールがつくり出されます。酵母の種類や働き方が、ビールの微妙な香味の違いをも生み出します。

酵母における酢酸エステル生成制御機構の解明

ビールに含まれるエステル類は、ビール製品の香味を特徴づける非常に大切な要因で、そのほとんどが発酵中に酵母によって生成されます。キリンホールディングスは、大関社との共同研究で、ビールや日本酒における重要な香気成分の一つである酢酸イソアミルの生成機構を遺伝子レベルで明らかにしました。

酢酸イソアミルは、バナナのような香りを持ち、“吟醸香”の成分としても知られています。酢酸イソアミルは、酵母細胞内で、アルコールアセチルトランスフェラーゼ(略してAATaseと呼びます)という酵素のはたらきによって生成することが知られています。今回の研究では、ビール酵母からAATaseの生成に関わる遺伝子であるATF1遺伝子2種類を特定しました。

実は、ビール醸造では発酵前に麦汁中の酸素濃度を高めるとエステル生成が抑えられることが経験的に知られており、AATaseの活性が抑えられることが原因だと考えられていました。今回特定された2種類のATF1遺伝子を制御した酵母で発酵試験を行った結果、これらの遺伝子の発現が麦汁の酸素や不飽和脂肪酸の濃度によって調節されていることが確認されました。

一方、2種類のATF1遺伝子が欠損していても酢酸イソアミルは1/10程度生成することがわかり、AATase活性に関与する新たな遺伝子(ATF2遺伝子)を見出しました。ATF1とATF2の両方の遺伝子を欠損している酵母は酢酸イソアミルをまったく生成しないことも確認しました。

ビール酵母凝縮性の機構解明

ビールの醸造が始まる際、発酵タンクの中で、ビール酵母は麦汁中に分散して浮遊しています。そして、麦汁中の糖をアルコールに変換し、約1週間の発酵が終わる時、酵母同士は結合し、かたまりを形成して発酵タンクの底に沈んできます。このような酵母の特性は「凝集性」と呼ばれています。遺伝子工学的な解析によって、酵母の凝集性に関与している遺伝子が明らかになりました。

ビール酵母の凝縮性とは

酵母には凝集性を持たないものもありますが、ビール醸造の場面では、発酵の適切な段階で凝集する性質を持つ酵母が好んで使われます。それは主に、次の2つの理由によります。まず、発酵期間が終わった後のビールは、約1カ月の熟成期間を迎えますが、熟成中のビールに酵母が大量に含まれていると、熟成期間後のろ過の際に目詰まりを起こす原因になります。また、発酵終了後にタンクの底に沈んだ酵母は、回収されて再びビールの発酵に用いることも可能です。このように、ビール醸造において凝集性は、酵母の重要な特性です。

ビール酵母の凝縮性は、なぜ起こるのか

酵母の凝集性は、細胞表層のマンノースという糖と、同じく細胞表層にあるタンパク質の結合によって起こると考えられています。そのため、液体中にマンノースが存在すると、細胞表層のタンパク質と結合してしまうので、酵母表層同士の凝集性が阻まれてしまいます。

一方、液体中にグルコースが存在する場合には、凝集が阻害されるタイプの酵母(ビール酵母など)と、阻害されないタイプの酵母(一部のパン酵母など)があります。こうした違いは、酵母の遺伝子の違いに原因がある可能性があるため、ビール酵母の凝集性にはどのような遺伝子が関与するのかを調べました。

パン酵母の凝集性に関する遺伝子(FLO1遺伝子)と似た配列の遺伝子をビール酵母から取得して、凝集能を確認したところ、この遺伝子(Lg-FLO1遺伝子)からつくられるタンパク質が別のビール酵母の表層にあるマンノースと結合して凝集性が起こることが示唆されました。

非凝集性のパン酵母にビール酵母のLg-FLO1遺伝子を導入すると、ビール酵母型の凝集性(グルコースで阻害される)を示すことと、凝集性パン酵母のFLO1遺伝子を導入すると、パン酵母型の凝集性(グルコースで阻害されない)を示すことを確認したことから、ビール酵母の特徴的な凝集現象にはLg- FLO1遺伝子が関わっていることが示唆されました。

関連論文

  • Fujii T, Nagasawa N, Iwamatsu A, Bogaki T, Tamai Y, Hamachi M. (1994) Molecular cloning, sequence analysis, and expression of the yeast alcohol acetyltransferase gene. Appl. Environ. Microbiol.;60:2786-2792.
  • Yoshimoto, H., Fujiwara, D., Momma, T., Ito, C., Sone, H., Kaneko, Y. and Tamai, Y. (1998) Characterization of the ATF1 and Lg-ATF1 genes encoding alcohol acetyltransferases in the bottom fermenting yeast Saccharomyces pastorianus. J. Ferment. Bioeng.;86:15-20.
  • Fujiwara, D., Yoshimoto, H., Sone, H., Harashima, S. and Tamai, Y. (1999) Molecular mechanism of the multiple regulation of the Saccharomyces cerevisiae ATF1 gene encoding alcohol acetyltransferase. Yeast;15:1183-1197.
  • 善本裕之, 藤原大介, 坊垣隆之, 長澤 直, 藤井敏雄(2001)総合論文・酵母における酢酸エステル生成制御機構の解明, 生物工学会誌;79:33-40.
  • Kobayashi, O., Suda, H., Ohtani, T. and Sone, H. (1996) Molecular cloning and analysis of the dominant flocculation gene FLO8 from Saccharomyces cerevisiae. Molecular and General Genetics;251:707-715.
  • Kobayashi, O., Hayashi, N., Kuroki, R. and Sone, H. (1998) The region of Flo1 proteins responsible for sugar recognition. Journal of Bacteriology;180:6503-6510.
  • Kobayashi, O., Yoshimoto, H. and Sone, H. (1999) Analysis of the genes activated by the FLO8 gene in Saccharomyces cerevisiae. Current Genetics;36:256-261.

関連リンク

  • 組織名は掲載当時のものです(2009年12月)
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