サワードウの科学: 完全な野生酵母、乳酸菌、パン発酵の生物学

パン発酵野生酵母サワードウの科学 — 以下の詳細を読む前に、理解しておかなければならない最も重要なポイントをざっと説明します。

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成熟したサワードウスターターには、野生酵母と乳酸菌 (LAB) という 2 つの主要な微生物グループが含まれており、その比率は通常およそ 1:100 (細胞数による酵母と LAB) です。ほとんどのスターターに含まれる主な野生酵母は、カザクスタニア フミリス（以前はカンジダ フミリス）とサッカロミセス セレビシエですが、正確な種の構成は小麦粉の種類、地理的起源、給餌方法によって異なります。市販のパン酵母 (純粋培養サッカロミセス セレビシエ) とは異なり、野生酵母はより酸耐性があり、酸性環境によって阻害されることなく LAB と共存できます。 LAB 集団には、偏性ホモ発酵種 (グルコースから乳酸のみを生成する - 主にラクトバチルス種) と偏性ヘテロ発酵種 (乳酸、酢酸、二酸化炭素、エタノールを生成する - Fructilactobacillus sanfranciscensis (現在は Fructilactobacillus sanfranciscensis に改名、以前は F. sanfranciscensis) を含む) が含まれます。ホモ発酵菌とヘテロ発酵菌の比率がパンの酸プロファイルを決定します。ホモ発酵菌はより多くの乳酸を生成します（マイルドでヨーグルトのような酸味）。ヘテロ発酵菌株は、より多くの酢酸（より鋭く、酢のような）を生成します。より低い水和スターターと低温発酵温度により、ヘテロ発酵細菌と酢酸の生成が促進されます。より高い水分とより高い温度は、ホモ発酵菌と乳酸に有利になります。これはパン屋が酸味を制御する生物学的基礎です。

グルテンは単一のタンパク質ではありません。グルテンは、2 つの小麦粉タンパク質 (グルテニンとグリアジン) が水和されて物理的に操作され、ジスルフィド架橋と水素結合を形成して弾性のある伸長可能なマトリックスを形成するときに形成されるネットワークです。商業的なパン製造では、グルテンの生成は主に機械的混練、つまりタンパク質鎖を整列させて絡ませる物理的エネルギーによって行われます。サワードウでは、発酵自体がいくつかのメカニズムを通じてグルテンの生成に大きく貢献します。まず、酵母の代謝によって生成される二酸化炭素により、生地全体の小さなガス細胞が膨張します。これらの気泡の圧力により周囲のグルテンネットワークが引き伸ばされ、外部操作なしで機械的伸張が達成されます。第二に、小麦粉に存在する（そしてLABによって生成された）プロテアーゼ酵素がグルテンタンパク質を部分的に加水分解し、生地をより伸張しやすく（破れずに伸ばすことができる）、ガスを保持する能力を向上させます。第三に、LAB によって生成される酸性度はグルテンの電荷に影響を与え、グルテンの架橋の強さに影響を与えます。適度な酸性度は、ジスルフィド結合の形成を増加させてグルテンを強化します。過度の酸性はタンパク質を変性させて弱めてしまいます。これが、過剰発酵したサワードウがたるんでベタベタする理由です。グルテンが最適レベルを超えて部分的に加水分解されています。成形時に生地が伸びるのではなく破れてしまいます。

自動分解（小麦粉と水を軽く混ぜ、スターターと塩を加える前に休ませるテクニック）は、サワー種パン職人が行うことができる最も効果的で、物理的な負担が最も少ない改良の 1 つです。 1970 年代にフランスの製パン科学者レイモンド カルベルによって開発された自己消化は、発酵によって最終的に実行されるのと同じ酵素活性を、より迅速かつ制御された方法で利用します。自己消化中に、小麦粉に含まれるプロテアーゼ酵素がグルテニンとグリアジンのタンパク質の結合を切断し始め、タンパク質の伸長性が高まります。同時に、小麦粉デンプンが完全に水和し、アミラーゼ酵素が損傷したデンプンから発酵性糖を生成し始めます。続いて酵母とLABを添加すると、これらの糖はすぐに代謝に利用できるようになり、発酵活動が加速します。実際の利点は、混練時間が劇的に短縮されることです。適切なグルテン構造を形成するために 10 ～ 15 分間の集中的な混練が必要な生地は、30 ～ 60 分の自己消化の後、おそらく 3 ～ 5 分で済みます。グルテンがよりよく発達し（伸びやすく、ガス保持力が向上）、成形中に生地が裂ける可能性が低くなります。自己消化は、塩（グルテンを引き締めて水分補給を遅らせる）を使用せず、スターター（小麦粉が水和する前に酸がグルテンをあまりにも積極的に変性し始める）を使用せずに行う必要があります。

伝統的なパン製造では、主に連続混練によってグルテンが生成され、機械エネルギーを加えてタンパク質鎖を整列させ、架橋を促進します。サワードウは、特に高含水率（水分 70 % 以上）では、別のアプローチを使用します。つまり、バルク発酵中に伸長と折り畳みのサイクルを繰り返すことです。伸ばして折りたたむサイクルは、生地の片側を掴み、生地の上に伸ばし、90 度回転させて 4 回繰り返す (「パケット」を作成する) ことで構成されます。バルク発酵の最初の 2 ～ 3 時間は 30 分間隔で行われ、4 ～ 6 セットの伸ばして折りたたむことで、湿った生地で激しく捏ねることによって生じる破れや発熱を伴うことなく、中程度の捏ねと同等のグルテンの発達が得られます。生物学的理論的根拠: ストレッチによりグルテニン鎖が伸長方向に整列し、その方向でのジスルフィド架橋の形成が促進されます。セット間の休息期間により、新たに形成された結合が安定し、次のセットの前に生地がリラックスします。ラミネート加工 (折りたたむ前に、油を塗った表面で生地を非常に薄いシートに伸ばすこと) は、グルテン構造を発達させるための最も集中的な単一セットを提供し、成形前の最終強化ステップとしてよく使用されます。コイル折り（生地の中心を持ち上げて側面を下に折り込むこと）は、直接伸ばすとグルテンが十分に発達する前に引き裂いてしまう非常に湿った生地に使用されます。

サワー種パン製造者が最も制御できる 3 つの変数は、生地の水和、発酵温度、発酵時間です。水和（水中の小麦粉の重量のパーセンテージとして表されます。75 % の水和とは、小麦粉 1000 g あたり 750 g の水を意味します）により、クラムの開き具合、扱いの難しさ、微生物の活動率が決まります。より高い水和により、より開いたクラム（より大きく不規則な穴）が生成されますが、成形がはるかに難しく、ガス保持をサポートするために優れたグルテンの発達が必要です。水分含有量が低い (65 ～ 70 %) と、より締まった均一なパン粉が生成され、成形が容易になり、タイミングの変動がより許容されます。温度は微生物の代謝速度を直接制御します。26 ～ 28 °C (暖かいキッチンの通常の室温) では、十分に栄養を与えたスターターは 4 ～ 6 時間でピークに達し、バルク発酵は 4 ～ 6 時間で完了します。 4 °C (冷蔵庫) では、どちらも劇的に遅くなり、12 ～ 48 時間以上かかります。低温発酵 (成型したパンを冷蔵庫で一晩遅らせる) は、フレーバーを開発するための最も強力な単一技術です。低温では、酵母の活性はLABの活性よりも劇的に低下します。つまり、ガスの生成が遅くなる一方、酸の生成は継続します。長時間にわたる低温発酵により、酵素および微生物のプロセスにより、急速な室温発酵で生成できるよりもはるかに広範囲の芳香族化合物 (エステル、アルデヒド、アルコール、有機酸) を生成することができます。また、耐寒性により、よりしっかりとした冷たい生地が生成され、よりきれいに焼き目がつき、より優れたオーブンスプリングが得られます。

本物のサワードウと市販の酵母パンとの栄養上の違いは、機械的に十分に裏付けられています。 LAB によって生成される有機酸、特に乳酸は、いくつかの方法でサワードウブレッドの血糖指数 (GI) を低下させます。酸は、デンプンをグルコースに分解する小腸内のα-アミラーゼ酵素を阻害し、吸収を遅らせます。また、pH が低下するとデンプンの構造が変化し（難消化性デンプンが増加する一方で、急速に消化されやすいデンプンが減少します）、部分的に加水分解されたタンパク質のゲル化特性により、消化酵素に対する物理的障壁が形成されます。複数の研究で、市販の同等のパンと比較して、サワードウブレッドでは GI が 25 ～ 40 % 減少することが実証されています。さらに、長時間の発酵により、小麦ふすまに含まれる抗栄養素であるフィチン酸（フィチン酸塩）が部分的に分解され、亜鉛、鉄、マグネシウムなどのミネラルをキレート化し、生体利用効率を低下させます。小麦粉に内因性であり、LAB によって生成されるフィターゼ酵素は、発酵中にフィチン酸を加水分解し、最終的なパンからのミネラル吸収を向上させます。市販のパンは最長 1 ～ 2 時間発酵しますが、意味のあるフィチン酸塩の削減は達成されません。サワードウを 8 時間以上発酵させると、フィチン酸塩の含有量が 50 ～ 80 % 減少します。

このガイドが役に立ったと思われる場合は、次の詳細な内容を読んで近隣のトピックを拡張し、キッチン ルーチンの残りの部分で原則を実践するのに役立ちます: パンの科学: グルテンの生成、発酵、酵母、そしてサワードウが機能する理由、発酵の科学: ラクト発酵、こうじ、コンブチャ、そしてそれが重要な理由、満腹感の科学: 満腹感を長く保つ食品、低炭水化物の栄養と代謝。これらはそれぞれ単独で書かれているため、今週取り組んでいることに最も関連性があると思われるトピックにアクセスしてください。これらは一緒に、実用的で証拠に基づいた家庭料理の知識の接続されたライブラリを形成し、読めば読むほど役立つものになります。

この記事のガイダンスは、査読済みの栄養学および食品科学の文献、および主要な公衆衛生機関からのガイダンスに基づいています。この記事を執筆および更新する際に参照した主な参考情報源は次のとおりです。

• ハーバード大学 T.H.チャン公衆衛生大学院、*栄養源*、2024 年。 • 米国国立衛生研究所 (NIH)、栄養補助食品局、ファクトシート、2024 年。 • 世界保健機関 (WHO)、健康的な食事ファクトシート、2024 年。 • Cochrane Database of Systematic Reviews — 関連する系統的レビュー、2020 ～ 2024 年。 • 英国栄養士協会 (BDA) 食品ファクトシート、2024 年。

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