発酵の科学: 完全な乳酸発酵、こうじ、コンブチャ、そしてそれが重要な理由

発酵科学ラクトコウジコンブチャ — 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簡単に説明します。

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最も広範な科学的定義における発酵は、酸素の非存在下 (嫌気性発酵) または酸素の存在下 (好気性発酵) で、微生物 (細菌、酵母、またはカビ) が有機化合物 (主に炭水化物) を酸、アルコール、ガス、またはその他の代謝産物に変換する代謝プロセスです。単純な分解との主な違いは、発酵が、特定の代謝最終産物を生成する特定の微生物種によって導かれる、制御された選択的なプロセスであることです。乳酸発酵（ラクト発酵）では、ラクトバチルス属、ロイコノストック属、およびペディオコッカス属の細菌が、解糖経路を介してグルコースおよびその他の糖を乳酸（CH3CH(OH)COOH）に変換します。乳酸が蓄積すると、発酵液の pH が 3.0 ～ 3.5 に下がり、リステリア モノサイトゲネスやボツリヌス菌などの病原菌を阻害するのに十分な酸性になりますが、乳酸菌自体は耐酸性があります。アルコール発酵では、酵母 (主に Saccharomyces cerevisiae) がピルビン酸脱炭酸反応を介してグルコースをエタノール (C2H5OH) と二酸化炭素に変換します。カビベースの発酵（麹生産など）では、アスペルギルス・オリゼなどの糸状菌が強力な細胞外酵素（アミラーゼ、プロテアーゼ、リパーゼ）を分泌し、複雑な炭水化物やタンパク質をその成分である糖やアミノ酸に分解し、風味前駆体の驚くべきプールを作り出します。味噌、醤油、ナチュラルワインなどの複雑な発酵食品では、細菌、酵母、カビの発酵という 3 つの大きなカテゴリが同時に発生することがよくあります。

発酵の成功と特徴は 6 つの変数によって決まります。塩分濃度は乳酸発酵における主要な変数です。重量比 2 ～ 3% の塩水は腐敗菌を選択的に抑制し、耐塩性の乳酸菌を優勢にさせます。塩分が 1.5% 未満では腐敗のリスクが増加します。 5%を超えると、有益な細菌さえも阻害され、発酵が劇的に遅くなります。温度は発酵速度と風味プロファイルを決定します。 18 ～ 22°C (64 ～ 72°F) でのラクト発酵は 1 ～ 4 週間かけてゆっくりと進行し、複雑でピリッとした風味を生み出します。 24 ～ 27°C (75 ～ 81°F) では発酵は早くなりますが、穏やかになります。コンブチャは 24 ～ 26°C (75 ～ 79°F) で最適に醸造されます。麹は28～32℃（82～90°F）、高湿度（85～95％RH）で最もよく生育します。酸素の利用可能性によって、どの生物が繁栄するかが決まります。乳酸発酵には嫌気性環境が必要です。野菜は完全に塩水に浸す必要があります。 Kombucha の SCOBY (細菌と酵母の共生培養) には好気性の表面接触が必要です。麹菌は好気的条件を必要とします。 pH の軌跡は、結果であると同時に制御変数でもあります。乳酸が蓄積すると、pH が低下すると、競合する微生物が自然に抑制されます。開始時の pH が重要です。あらかじめ発酵させた塩水を少量（バックスロッピング、通常は全体積の 5 ～ 10%）加えると、環境がすぐに酸性になり、乳酸菌が有利なスタートを切ります。水質は発酵化学に影響を与えます。塩素化された水道水は微生物の活動を阻害します。濾過された水または湧き水が好ましい。最後に、基質の組成（利用可能な特定の糖、タンパク質、デンプン）によって、どの代謝経路が利用可能か、したがってどのフレーバー化合物が生成されるかが決まります。

現代のレストランのキッチンは、ストックの発明以来、比類のない熱意をもって、風味開発ツールとして発酵科学を取り入れてきました。ルネ・レゼピ氏とノーマのチームは、カビの酵素活性を精密な風味ツールとして扱う麹中心のアプローチを普及させた。牛肉から魚に至るまでのタンパク質にアスペルギルス・オリゼを接種して、酵素による自己消化から得られる非常にうま味の液体であるミートガルムを生成する。これは、麹のプロテアーゼ活性を利用して筋肉タンパク質を遊離グルタミン酸、イノシン酸、その他のうま味化合物に従来の発酵をはるかに超える濃度で分解します。多くの高級レストランのシェフは、制御された乳酸発酵を利用して野菜を変身させています。トマトを 2% の塩で 5 日間発酵させると、濃縮された風味豊かな果汁が生成され、生のトマトでは達成できない複雑な風味を持つソースのベースが形成されます。生成された乳酸は、天然の保存料と風味増白剤として同時に機能します。コンブチャ酢（酢酸菌がエタノールを酢酸に変換するまで過発酵させたコンブチャ）は、蒸留酢にはないフルーティでタンニンの香りを持つ複雑な層状の酸を提供します。一部の発酵を重視したレストランでは、調理前に麹米（塩麹）のタンパク質を 24 ～ 48 時間熟成させます。こうじ酵素が表面タンパク質を部分的に事前消化し、食感を柔らかくし、長い風味前駆体ペプチドを短い風味活性ペプチドに分解し、並外れたメイラード反応性で茶色になる表面を作り出します。

ザワークラウトはおそらく乳酸発酵科学を最も純粋に表現したもので、必要な材料はキャベツと塩の 2 つだけですが、驚くほど複雑な食品を作り出します。新鮮なキャベツ（緑または白）1kgを約3mmの厚さに細かく千切りします。大きめのボウルにキャベツと非ヨウ素添加塩 20g (重量の 2%) を混ぜ合わせます。ヨウ素は微生物の活動を阻害します。キャベツが完全に浸るのに十分な液体が放出されるまで、8〜10分間激しくマッサージします。この機械的作用により細胞壁が破壊され、糖、栄養素、キャベツの葉にすでに存在する天然の乳酸菌を含む細胞内液が放出されます。 1リットルのガラス瓶にしっかりと詰め、加えるたびにしっかりと押し下げて、液体レベルがキャベツの表面より上に上がるようにします。塩水下の嫌気性環境は乳酸菌を強く選択します。室温 (18 ～ 22°C / 64 ～ 72°F) で 24 ～ 48 時間以内に、小さな泡が見られるはずです。これは乳酸発酵の代謝副産物として生成される二酸化炭素です。 2 ～ 5 日目にかけて、Leuconostoc mesenteroides 細菌が優勢となり、ヘテロ発酵プロセスで乳酸、酢酸、CO2 を生成します。 5 ～ 14 日目までに、より耐酸性の高い Lactobacillus plantarum が引き継ぎ、pH がさらに低下し、特徴的なピリッとした風味が発現します。 5日目から毎日味見してください。好みの味になったら冷蔵庫（5°C以下）に移してください。冷蔵すると発酵を完全に停止することなく劇的に遅くなり、数か月にわたってゆっくりと発酵を続けることができます。

麹（Aspergillus oryzae）は日本の発酵文化の中心となるカビであり、これがなければ味噌、醤油、酒、みりんは存在しません。家庭で栽培するには精度が必要ですが、基本的な器具があれば十分に手の届く範囲にあります。まずは短粒米500gから始めましょう。水が透明になるまでよく洗い、4〜6時間浸します。米一粒一粒が完全に火が通るまで、しかしどろどろにならないまで、米を蒸します（沸騰させないでください）。カビの胞子が付着するために、外側は十分に乾燥している必要があります。沸騰させると表面に水分が加わり、胞子の付着が妨げられます。米を 30°C (86°F) まで冷まします。40°C (104°F) を超えると、胞子が死滅します。種麹（アスペルギルス・オリゼ胞子粉末、発酵専門業者から入手可能）0.5～1gを米の上に均等にまぶしてよく混ぜて接種します。湿らせた布を敷いた浅い穴あきトレイに移します。温度を 28 ～ 32°C (82 ～ 90°F)、湿度を 85 ～ 95% に維持します。クーラーボックスまたは温水を入れた鍋を備えた発酵ボックスが効果的です。 24 ～ 30 時間後、白い菌糸体が米粒に定着し始めているのが見えるはずです。熱を再分配するために 12 時間ごとに混合します (カビの好気性代謝により大量の熱が発生し、過熱して培養物が死滅する可能性があります)。 42 ～ 48 時間後には、白い甘い香りの菌糸体が米に完全に定着します。すぐに使用するか、40°C (104°F) で 4 時間乾燥して乾燥麹を作成するか、冷凍で 3 か月まで保存できます。

最も一般的な乳酸発酵の失敗は、塩水の上に露出した野菜に白い表面のカビや酵母が発生することです。これはあなたが望む発酵ではなく、酸素にさらされた表面に好気性微生物が定着した結果です。科学: 塩水レベルを超える野菜は酸素にさらされ、嫌気性の乳酸菌の活動ではなく、好気性のカビや酵母の増殖をサポートします。修正方法は、すべての固形物を浸した状態に保つための発酵重りです。表面のカーム酵母 (薄い白い膜) は通常は無害ですが、異臭の原因となりますので、すくって廃棄してください。 2 番目によくある間違いは、塩分が多すぎることです。細菌の活動が抑制されすぎて、発酵が適切に酸性化しないことがあります。 5% の塩水を使用すると、野菜を発酵させることなく永久に保存でき、マイルドな塩味ですが平坦な結果が得られます。コンブチャの 3 番目の間違いは、低すぎる温度 (20°C 以下) で醸造することです。これにより、酵母菌の数が細菌よりも多くなり、プロバイオティクスの価値が低く、過度にアルコール性で酸性度が低いビールが生成される可能性があります。麹栽培の場合、最も一般的な失敗は温度ショックです。接種中に胞子が 40°C (104°F) を超える温度にさらされるか、増殖中に培養物が 42°C (108°F) を超える温度に過熱するかのいずれかです。これらの温度では、カビが死に、競合するカビ（多くの場合、アフラトキシンを生成する可能性のあるアスペルギルス・フラバス）が引き継ぐ可能性があります。安全な麹づくりのためには温度管理は欠かせません。

3 つの実験は発酵科学を直接明らかにします。実験 1: 塩分濃度 1.5%、2%、3% の同一のザワークラウトを 3 バッチ作ります。 3、7、14、21日目は同じ温度と味で発酵させます。1.5%バッチは最も速く最も活発に発酵しますが、異臭が発生する可能性があります。 2% のバッチでは、きれいで複雑な味わいが生まれます。 3% のバッチでは、ゆっくりと歯ごたえがあり、マイルドになります。実験 2: 塩麹を作る — 100 g の生または乾燥麹を 30 g の塩と十分な水と混ぜてペースト状にします。 50gを鮭の切り身に塗り、24時間冷蔵庫で冷やします。ローストし、無塩、無麹のコントロールと比較します。塩麹処理により、劇的に深い褐色（メイラード反応を促進する遊離アミノ酸の増加による）、より柔らかい食感（タンパク質分解酵素の作用）、そしてより風味豊かで複雑な風味が生まれます。実験 3: 紅茶 (タンニンが多く、伝統的な)、緑茶 (軽い、フローラルな)、ウーロン茶 (複雑な、酸化した) など、さまざまな種類のお茶でコンブチャを淹れます。お茶のタンニン含有量は、SCOBY の細菌と酵母のバランスに影響を与え、測定可能なほど異なる酸味レベルと風味プロファイルを生み出します。 pH ストリップを使用して、7 ～ 14 日間の酸性化を追跡します。

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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。

これらの参考文献は、意欲のある読者が主張を検証し、基礎となる証拠を直接調査できるように提供されています。記事本文で特定の試験、メタ分析、または名前のある著者が参照されている場合、その引用はここにリストされている一般的な情報源よりも優先されます。論文は新しく公開された証拠と照らし合わせて定期的にレビューされ、意味のある新たな発見があった場合には更新されます。