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発酵の基礎知識

なぜ人は発酵食品を作るのか〜発酵食品の仕組みと科学〜

2021.3.30

<目次>

発酵か腐敗かは人間が決める
食品を保存するための発酵
発酵で消化吸収を助ける
発酵は味わいや風味を豊かにする
微生物が作る嗜好品
発酵で気泡を生み出す

改めて「発酵」を基礎から振り返ってみる新シリーズ記事をお届けします。
そのテーマは、「科学的」に。……とは言っても、もちろん難しいことではなく、科学的に、でも身近に、お伝えしていきます。そんな解説をしてくれるのは、食・科学ライターの平松 サリーさん。平松さんは、京都大学農学部で学び、今は食と科学を専門として、著述活動を続けていらっしゃいます。
第1回のテーマは、ずばり「発酵」。その基礎をおさらいしていきます。

平松サリー(科学する料理研究家・ライター)

京都大学農学部卒業、京都大学大学院農学研究科修士課程修了、平成22年度 京都大学総長賞受賞。京都大学農学部で遺伝学やタンパク質工学、バイオ技術を中心に学ぶ。2011年よりライター、科学する料理研究家として本格的に活動を開始。「科学をわかりやすく楽しく、より身近に」をモットーに、執筆や企画・監修など幅広く手がける。著書に『「おいしい」を科学して、レシピにしました。』(サンマーク出版)、『おもしろい! 料理の科学』(講談社)。

発酵食品の歴史は古く、なんと石器時代にはすでに作られていたと考えられています。それから人々は長い年月をかけて発酵という技術を進歩させ、様々な食品を作り出し、今も世界中で食べられています。人々はなぜ発酵食品を作り、食べてきたのでしょうか。発酵の仕組みとその効果という側面から考えてみましょう。

発酵か腐敗かは人間が決める

発酵食品とは一般に「微生物のはたらきを利用して作られる食べ物」のことを指します※。お米や大豆などの穀物や、乳製品、肉・魚など、私たち人間にとって栄養豊富な食品は、微生物にとっても栄養の宝庫です。したがって、炊いたお米や煮豆、加工していない肉・魚などを放置しておけば、様々な菌が繁殖し、食品に含まれる炭水化物やタンパク質などの栄養分(有機物と言います)が菌によって分解、利用されます。このとき、有機物が分解されることによって新たに生じる成分が、人間にとって有益であれば「発酵」といいますし、嫌なにおいや毒素など有害なものである場合は「腐敗」といいます。

科学的に、もしくは微生物の視点から見れば、発酵食品も腐った食べ物も同じ「微生物が食品中の成分(有機物)を分解して別の成分を作り出したもの」です。これを人間の目線から見て好ましいか好ましくないかで区別しているので、「発酵か腐敗かは文化が決める」とも言えます。例えば、大豆に納豆菌を作用させて作られる納豆は、日本人にとってはなじみのある「発酵食品」ですが、何も知らない海外の人が見たら異臭を放つ「腐った大豆」に見えるかもしれません。逆に、外国で親しまれている発酵食品であっても、初めて触れる日本人にとっては腐った食べ物にしか見えない、ということもあるでしょう。

発酵食品はその土地の文化とともに、地理や気候とも密接に関わりながら、世界各地で育まれ発展してきました。

※ 塩辛・魚醤油作りにおけるタンパク質の分解は、魚肉・内臓に含まれる原料由来の酵素が作用しているため、厳密には微生物のはたらきではありません。しかし、慣習的に発酵、発酵食品として扱われています。

食品を保存するための発酵

発酵食品が盛んに作られるようになったのは、主に狩猟や採集により食べ物を得ていた時代から農業や牧畜の時代へと移り、十分な量の食糧を計画的に生産し、貯蔵するようになってからだと言われています。人々は食品を保存する中で、腐敗させずに発酵させる方法、つまり人間にとって有益な微生物だけを繁殖させる方法を見つけ出し、活用してきました。

例えば、牧畜では牛やヤギの乳が得られますが、栄養豊富な反面そのままではすぐに腐って飲めなくなってしまいます。ところが、生乳に乳酸菌をはたらかせると、乳に含まれる「乳糖」という糖を分解して大量の乳酸を作り出し、酸性の発酵乳ができます。ヨーグルトもそのひとつです。腐敗菌や病原菌のほとんどは中性や塩基性の環境を好むので、乳酸発酵によって十分な量の乳酸が作り出されると、乳が腐ったり食中毒を起こしたりするのを抑えることができます。

また、乳酸発酵と同時に、アルコール発酵をさせて乳酒にすることもあり、中央アジアの「クミス」やコーカサス地方の「ケフィア」などが有名です。酔っ払うためのお酒作りというよりも保存のための加工手段であり、アルコール度数は2%前後と低いので、栄養飲料として幅広い世代で飲まれています。

乳酸菌は乳のほかにも様々な食品の保存に活用されていて、魚を使ったなれずしや、野菜を使った漬物などが挙げられます。京都のすぐきや飛騨高山の赤かぶ漬け、ドイツのザワークラウトなど、伝統的な漬物の中には乳酸発酵によって野菜の保存性を増しているものがあります。野菜を放置しておくと腐ってドロドロに溶けてしまいますが、塩漬けにして樽や壺に漬け込んでおくと乳酸ができて酸性になり、乳酸菌以外の菌が増殖しにくくなるため非常に長く保存できるようになります。特に冬の積雪が多い北国では、野菜がとれない時期に備えて漬物が作られ、そのまま食べたり、料理の材料として使われていました。

発酵で消化吸収を助ける

発酵による効果は保存性を高めるだけではありません。栄養素の消化を助け、吸収しやすくしている発酵食品もあります。

例えば大豆はタンパク質が豊富で、現在のように冷蔵技術や流通が発達していなかった時代には、肉や魚が手に入りにくい土地の人たちにとって貴重なタンパク質源のひとつでした。一方で大豆のタンパク質は消化酵素に強く、しかも繊維質によって守られているので、胃腸で消化されにくいという難点があります。そのため、大豆を煮たりゆでたりして食べても、せっかくとったタンパク質の多くが吸収されないまま排出されてしまいます。この問題を解決するため、大豆が成熟する前の枝豆の状態で収穫したり、発芽させてもやしにしたり、煮出して繊維質を取り除き豆乳にしたりと、人々は様々な工夫をしてきました。納豆にするというのも解決方法のひとつです。

加熱した大豆に納豆菌を繁殖させると、タンパク質の一部を納豆菌が分解してくれるので、食べたときの消化への負担が少なく、吸収しやすくなります。また、納豆菌が繁殖するときにビタミンB群を作り出すため、もとの大豆ではとれなかった栄養素をとることもできるのです。

発酵は味わいや風味を豊かにする

発酵によって加わる味やにおいも発酵食品の魅力です。納豆は、大豆を発酵させることで消化が良くなり、栄養価が高くなるだけでなく、納豆特有のにおい成分や、うま味のもととなるグルタミン酸が作られるため、大豆のときとは全く違った風味や味が感じられます。肉、魚、穀物などに豊富なタンパク質や炭水化物は、そのままでは味もにおいもありませんが、これらを微生物が小さな分子に分解することで、様々な味成分やにおい成分に変わり、元の食材にはなかった味や香りが生じるのです。

発酵によって得られる味わいや風味を料理の味付けに活用しているのが発酵調味料です。例えば、味噌は米や大豆、小麦を、醤油は大豆と小麦を麹菌、酵母、乳酸菌を用いて発酵させたものです。味噌と醤油は発酵の過程がよく似ていますが、味噌を例に挙げると、まず麹菌のはたらきによってタンパク質がアミノ酸に、デンプンが糖に分解されます。糖は甘味がありますし、アミノ酸はグルタミン酸のうま味のほか、種類によって味が違い、苦味や酸味、甘味を与えるものもあります。さらに酵母がアルコールや香りの成分を作り、乳酸菌が作る乳酸が酸味を加えます。このようにして生じた様々な味成分や香り成分が熟成によってさらに変化して複雑な味わいを作り出しています。

微生物が作る嗜好品

人々を惹きつけてやまない発酵食品といえばお酒も忘れてはいけません。清酒、ビール、ワイン、紹興酒……などなど、世界には様々なお酒があり、人々に愛されてきました。この酒づくりになくてはならないのが酵母によるアルコール発酵です。

ブドウを絞った果汁にワイン酵母を加えると、果汁に含まれる糖分を分解してアルコールが生じ、ワインができます。果物を原料とする果実酒や蜂蜜を使った蜂蜜酒など、糖分が豊富な材料を使う場合、酵母が発酵の主役となります。

一方、お米を使った清酒や大麦を使ったビールなど、デンプンが豊富な材料を使ってお酒を作る場合は、まずデンプンを分解して糖を作る必要があります。清酒の場合、蒸したお米に麹菌をはたらかせることでデンプンを糖に変え、それから酵母によるアルコール発酵へと進めます。デンプンを分解するのに麹菌などのカビの仲間を利用するのはアジア地域独特の手法で、温暖で湿気が多く、カビを利用するのに適した気候であることが関係していると言われています。

では、アジアよりも乾燥してカビが生えにくい西洋ではどうしているのかというと、微生物による発酵ではなく、種子を発芽させたものに豊富なデンプン分解酵素を活用して糖を作っています。例えば、ビールは麦芽に含まれるデンプン分解酵素を活用して大麦のデンプンを糖に変え、アルコール発酵に用いています。

発酵で気泡を生み出す

発酵によって生じた成分が食品の中に残るとは限りません。パンに“穴”を作り出し、ふわふわの食感に仕上げているのも発酵の力です。小麦粉と水、塩、砂糖、油脂などをこねた生地にパン酵母(イースト)を加え、発酵させると、アルコールと一緒に二酸化炭素が発生します。これが気泡となってパン生地を膨らませています。普段、パンを食べるときに「発酵食品を食べている」という意識はあまりないかもしれませんが、パンは酵母を活用して作られる発酵食品のひとつで、実は世界でもっとも食べられている発酵食品でもあるのです。

ちなみに、酵母が出す二酸化炭素はお酒作りでも有効利用されています。ビールやスパークリングワインの炭酸は、アルコールを作る際に発生した二酸化炭素をお酒の中に溶かし込んだもので、心地よい喉越しを演出してくれます(ただし、品質のコントロールのために、後から炭酸ガスを含ませる処理を行っていることもあるようです)。

このように、私たち人類は微生物を利用し、発酵によって多様な食文化を発展させてきました。人々が発酵食品を作るようになった大きな要因は保存性や消化性をよくするためだったのかもしれません。しかし、食品の保存や加工技術が発達した現在でも世界中で発酵食品が愛されているのには、それだけではない、様々な魅力があったからではないでしょうか。

※記載内容は筆者の個人的な見解であり、特定の商品または発酵食品についての効果効用を保証するものではありません。

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