新年の秘密：調和は富をもたらし、平和は生命をもたらす

28. 生地を膨らませます。酵母が怒ってパンが膨らんでしまいます。

[○･｀Д´･ ○]

李青超（山東師範大学）著

時間は本当に早く経ちます。あっという間に、新年まであと数日となりました。まるで夢のようです。起きたら年次休暇が終わっているんじゃないかと本当に怖いです(Ĭ ^ Ĭ)。数年前、師匠が私に生地のこね方を教えてくれたことを覚えています。生地をこねるときは、「3つの磨き」を達成する必要があります。つまり、容器は滑らかでなければならず、手は滑らかでなければならず、生地がべたついていてはいけません。練った生地も滑らかで、表面が滑らかで均一でなければなりません。私は家では仕事中毒ではないことがわかります。この人生の常識は、博士課程のときにウイルス学者から学んだものです（ある人：博士課程の指導教員は、生地の作り方も教える必要がある？今、博士課程の指導教員の要件はそんなに高いの？）。

今日は旧暦の12月28日です。民間の習慣によれば、この日に生地をこねて発酵させ、翌日に饅頭を蒸すそうです。これは金持ちになり繁栄することを象徴しており、人々は来たる年が富と豊かな生活に満ちたものとなることを願っているのです。さて、今日は皆さんからの質問に答えたいと思いますので、遠慮なく質問してください。

麺はどうやって膨らみましたか？

図1：山東省無形文化遺産：膠東花餅

出典: http://www.jdxzhuabobo.com/

発酵

蒸しパンや餃子を作る場合は生地を発酵させる必要がありますが、餃子や麺を作る場合は生地を発酵させる必要はありません。パスタを食べると誰もがこれを感じることができます。発酵した生地は柔らかくて美味しく、たくさんの穴があります。一方、餃子の皮や麺は歯ごたえがあり、気孔がなく、比較的透明に見えます。この2つの違いは何でしょうか?発酵していない生地を「死生地」、発酵した生地を「発酵生地」と呼びます。麺が「死ぬ」のではなく、膨らむのはなぜでしょうか?

ここで重要なのは、生地をこねるときに「スターター」（イーストまたは古い生地とも呼ばれる）を追加するかどうかです。方言によって呼び方は異なりますが、実は同じもので、前回の蒸しパンを作ったときに残った小さな生地のことです。少し歴史があるので、発酵が濃く見え、開けてみると糸が見えるかもしれません。少しワインや酸っぱい香りがします。本質的に、スターターは酵母菌株を含む生地です。自宅で蒸しパンを頻繁に作らない場合は、生イーストブロックまたはドライイーストパウダーを直接使用することもできます。抽出した酵母は生酵母で、乾燥・造粒すると乾燥酵母になります。生酵母は活性状態の新鮮な細菌塊で、保存期間が短く、冷蔵に適していますが、発酵力が強いです。酵母粉末は、水分を抜いた休眠状態の菌を凍結乾燥させた粉末で、保存期間が長いのが特徴です。生地を発酵させる原理は、スターター、生イースト、ドライイーストはすべて同じです。イーストは生地に接種されると、生地の中で成長して増殖し、二酸化炭素ガスを生成します。そのため、生地が発酵すると、生地のボリュームが増し、気孔が見えるようになります。蒸して焼く過程で、二酸化炭素ガスが溢れて膨張し、より多くの大きな気孔が形成され、パスタが柔らかく美味しくなります（重曹NaHCO3でも同様の効果が得られますが、この記事では説明しません）。

図2：長時間発酵させたスターター（左上）、生イーストブロック（右上）、乾燥イーストパウダー（左下）、発酵した生地。丨インターネットからの画像

酵母

日常生活において、酵母という言葉は一般的に、生地やアルコールの発酵に使われる細菌を指します。微生物学では、酵母は単細胞の真菌を指します。現在、酵母は1,500種以上発見されており、既知の真菌種の1％を占めています[1]（真菌には、主に菌糸の形で存在するカビや、大きな子実体を生成するキノコも含まれます）。人類は昔から酵母を使ってワインを作ったり、パンを焼いたり、パスタを作ったりしてきました。新石器時代にはすでに、人類はワインを造ることができました。

しかし、これらの発酵プロセスが真に理解されるのは 1857 年まで待たなければなりませんでした。

当時、フランスの科学者パスツールは、アルコール発酵は単純な化学反応ではなく、生物の関与によって引き起こされることを発見しました。このプロセスで役割を果たすかわいい小さな酵母は、主にビール酵母（サッカロミセス・セレビシエ）で、ビール酵母やパン酵母としても知られています。これは、私たち中国人が一般的にパン生地や蒸しパンを作るときに使用する酵母でもあります（中国人が発見していたら、「白ワイン酵母」または「パン酵母」と呼ばれていたかもしれません）。特に指定がない限り、「酵母」という用語は、一般的に、広義には単細胞の菌類、狭義にはビール酵母を指します。

図3. 様々な酵母のコロニーと名前 [2]

醸造酵母は最初ブドウの皮から分離されました（ほとんどの酵母は糖分が多い環境を好みます）。コロニーは灰白色で、表面は湿っており、ワインの香りがします。酵母は真核単細胞生物です。個々の菌は非常に小さく、大きさは約 5 ～ 10 ミクロン (長さ 1 ミリメートルに約 150 個の酵母が存在) で、球形または楕円形をしています。

図4. 光学顕微鏡によるビール酵母の観察 |出典: Wikipedia

酵母の表面は細胞壁に覆われており、比較的滑らかですが、電子走査顕微鏡で見ると、いくつかの円形の傷跡が見られます。ビール酵母が出芽繁殖した後に残した痕跡です。ビール酵母の分裂プロセスでは、均等に二分裂するほとんどの細菌や人間の体細胞とは異なり、娘細胞は比較的小さく、母細胞から成長する小さな芽のようなものです。芽が十分に大きくなり、母細胞から離れると、その部分に花柄瘢痕または芽瘢痕が形成されます。

図 5. 電子顕微鏡によるビール酵母の形態 |出典: Wikipedia

発酵

それで、このぽっちゃりしたかわいい子は生地の中で何をしたのでしょうか?

簡単に言えば、「怒っている」のです！怒らなければ、蒸しパンは膨らみません。

技術的に言えば、「発酵」です。酵母は嫌気性条件下で糖を分解し、二酸化炭素とアルコールを生成します。このプロセスは酵母の異化作用の一部であり、その目的はエネルギー、還元力、および生命活動に必要な特定の化合物を得ることです。

「発酵」という用語は、生命と微生物学の両方でよく使用されます。発酵とは、広義には好気性または嫌気性条件下での微生物の生命活動を利用して、微生物細胞そのもの、または微生物の直接代謝物、あるいは微生物の二次代謝物を調製することをいいます。

図6. 酵母は糖を分解してエネルギーを放出し、アルコールと二酸化炭素を生成する**[3]**

では、酵母はどのようにして糖をアルコールと二酸化炭素に発酵させるのでしょうか?

1897 年、ドイツの化学者エドゥアルト・ブフナーは、生きた酵母がなくなるまで酵母を粉砕しました。彼は、生きた酵母がなくても、抽出物が糖をアルコールと二酸化炭素に分解できることを発見した。 （ブフナー氏は、日本企業が後に酵母を粉砕して大金を儲けたことを知らなかった。その日本企業の酵母エキスは中国では「魔法の水」と呼ばれていた。）

ブフナーは酵母に含まれるこの物質をザイマーゼと名付け、1907年のノーベル化学賞を受賞しました[4]。

今では、アルコール発酵は実際には一連の酵素の複合作用の結果であり、アルコール発酵は実際には酵素の混合物であることがわかっています。

酵素は触媒特性を持つ生物学的高分子であり、通常はタンパク質です。酵素には別の古い名前「酵素」がありましたが、私たちはそれを捨てました。注意して黒板に強調表示してください。「酵素」という言葉を繰り返し使用する簡体字中国語のテキストは誤解を招きます。予めご了承ください。

では、発酵プロセスには具体的にどのような酵素が関与し、どのような化学反応を触媒するのでしょうか?これで、生命科学部の学部課程全体で最も難しい部分の 1 つである生化学的代謝について説明しました (この部分を避けるために、私は生化学検査を必要としない大学院専攻を選択しました。後になって、この部分を教える必要が生じるまで、これが微生物学でも扱われていることを完全に忘れていたことに気付きました。ლ(ٱ٥ٱლ))。

デンプンであろうとショ糖であろうと、あらゆる糖はグルコースに変換され、解糖経路に入って分解される必要があります。解糖系は、グルコース C6H12O6 をピルビン酸 CH3COCOOH に変換する代謝経路です。解糖プロセスでは自由エネルギーが放出され、それが基質レベルでリン酸化されて高エネルギー分子であるアデノシン三リン酸 (ATP) が形成されます。同時に、解糖過程において、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NADH+H+）である ③「還元力」も生成されます。

解糖は細胞質内で起こり、酸素を必要としません。最も一般的な解糖経路は EMP 経路 (このプロセスを発見した 3 人の主な科学者にちなんで名付けられた Embden-Meyerhof-Parnas) であり、10 個の酵素と 10 個の反応ステップを必要とします。

図 7. 解糖系の全体反応と具体的なプロセス |著者はWikipediaから引用

解糖系で生成されるATPは生命活動に必要なエネルギーを供給しますが、ピルビン酸と還元力は異なる配置になります。好気条件下では、ピルビン酸はトリカルボン酸回路に入り、分解して二酸化炭素を生成します。この過程では、NADH のリン酸化によって生成されるエネルギーに加えて、さらなる還元力 (NADH+H+ および FADH2) も生成されます。還元力により酸化リン酸化のプロセスを通じてさらに多くの ATP が生成され、最終的に水素イオンが酸素と結合して水が生成されます。嫌気条件下では、酵母はピルビン酸を脱炭酸して二酸化炭素とアセトアルデヒドを生成します。内因性有機電子受容体として、アセトアルデヒドは「未配置」の NADH+H+ 還元力を受け取り、最終的にエタノールに還元されます。

嫌気条件下での解糖反応で生成された NADH+H+ が内因性の有機電子受容体と結合し、基質レベルのリン酸化のみによってエネルギーを生成するこのプロセスは、発酵と呼ばれ、これは「発酵」の最も狭い意味でのものです。

ヒント

アデノシン三リン酸 (ATP) は、既知のすべての生命の中で最も広く使用されている「エネルギー通貨」であり、生命活動に直接エネルギーを供給します。 ATP を生成する方法は 2 つあります。 1 つ目は基質レベルのリン酸化で、これは高エネルギーリン酸結合を含む化合物のエネルギーが酵素の関与により ATP に直接伝達される方法です。 2 つ目の方法は、ATP 合成酵素がプロトン駆動力 (PMF) エネルギーを使用して、化学浸透結合方式で ATP を生成する方法です (細胞膜の両側の水素イオン濃度が異なります。水素イオンが高濃度側から低濃度側に逆流すると、ATP 合成酵素が ATP を合成します)。プロトン駆動力の源は主に、生物学的酸化プロセスと光合成によって駆動される電子伝達系によって形成されます。

結論

うわー、酵母が「怒って」少し二酸化炭素ガスを出しただけなのに、細胞内でこんなに複雑なプロセスが起こっているとは思いませんでした。実際、酵母は食品産業における広範かつ長年の応用に加えて、重要なモデル生物でもあり、細胞骨格、細胞周期、減数分裂などの分野の研究において重要な役割を果たしています。これは、酵母は大腸菌（多くの修士課程や博士課程の学生を去らせた遺伝子工学のスター細菌）とほぼ同じくらい簡単に増殖できるが、酵母は真核生物であるため大腸菌よりも人間に近いからである。

図 8: 酵母は真核生物です |ラレマンド醸造所

さらに、酵母も重要な微生物工学細菌です。例えば、B型肝炎ワクチンは酵母を使って製造されます。

蒸しパンと一緒にワインを飲みましょう。酵母に感謝です！

待ってください、病気を引き起こす可能性のある酵母の種類もあります。最も一般的な病原性酵母は、クリプトコッカス、トルロプシス、カンジダ（カンジダ）であり、これらは通常、日和見感染を引き起こしたり、免疫力が弱っている患者に感染したりします（写真は掲載しません。皆様、良い新年をお迎えください）。

参考文献

[1] https://en.wikipedia.org/wiki/Yeast

[2] アレクサンダー・N・グレイザー、二階堂博『微生物バイオテクノロジー、応用微生物学の基礎』第2版

[3] https://socratic.org/questions/how-do-the-products-of-fermentation-in-animals-differ-from-yeast

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Zymase

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