あなたが台所にいるとき、科学はどこにでもあります。発酵中にパン生地が泡立ち、膨張することを考えてみてください。または、製作中のビール
あなたは科学を認識していないかもしれませんが、プロセスは非常に一般的です.上記のプロセスには、酵母と発酵の両方が含まれます。いわゆる発酵プロセスは、食品では非常に一般的なプロセスです。そのため、深く掘り下げる必要があります。
この投稿では、発酵反応、発酵中に形成される生成物、および発酵とは何かについて説明します.別の投稿で、酵母と発酵の 2 つの一般的な用途であるビールとパンについて詳しく学ぶことができます。
発酵、酵母?
発酵プロセスと製品について深く掘り下げる前に、一歩下がってみましょう。なぜ発酵と酵母について議論するのですか？発酵と酵母とは?
酵母は何千年も前から使われてきましたが、それが酵母であるとは知らなかったかもしれません。酵母は、パンを作ったり、ビールを醸造したりするために使用されました。酵母は菌類の王国の一部であり、特定のタイプの菌類、つまり単細胞菌です。つまり、それらは1つのセルのみで構成されています。彼らは自分自身を 2 つに分割して成長します。
食品では、酵母にはいくつかの機能があります。たとえば、ビール醸造でのエタノールの生成や、パン製造での二酸化炭素の生成です。これらのプロセスに使用される最も一般的な酵母は、いわゆるSaccharomyces cerevisiaeです。 .
余談ですが、酵母が存在しなくても発酵は起こります。一般的な例は、乳酸発酵です（ザワークラウトで起こるように）.その際、乳酸菌が発酵を起こします。
無酸素対有酸素変換
酵母が成長して生き残るために、人間と同じように、炭水化物 (ブドウ糖など) をエネルギーに変換することができます。このエネルギーは、酵母のあらゆる種類のプロセスを維持するために必要です。私たちはこの変換を主に酸素の助けを借りて行います。それが私たちが呼吸する理由です。しかし、酵母は、酸素の有無にかかわらず、非常にうまく機能します.
酸素がない環境を「嫌気性」、酸素がある環境を「好気性」と呼びます。したがって、酵母は、嫌気性環境と好気性環境の両方で炭水化物をエネルギーに変換できます.
発酵の定義
酸素が炭水化物をエネルギーに変換するために使用されるとき、これは「呼吸」と呼ばれます。一方、発酵はその反対にすぎません。これは、酸素を使用せずに炭水化物をエネルギーに変換するときに酵母で発生するプロセスです.
ビールやパンの製造に使用される酵母の興味深い点は、酸素が存在していても、酸素がなくてもこの変換を行うことができることです.これは興味深いことです。なぜなら、実際に酸素を使用する反応はエネルギー効率がはるかに高いからです!
発酵中はどうなりますか?
発酵は化学反応に過ぎません。すべてはブドウ糖から始まります。このグルコースはすでに存在している可能性があります (例:糖) が、酵母は別のより大きな炭水化物をグルコースに変換する必要がある場合もあります.
このグルコースの分子は、一連の化学反応で反応し、最終的にエタノールと二酸化炭素を放出します!全体的な (単純化された) 反応スキームは次のようになります:
C6 H12 O6 → 2C2 H5 ああ + 2 CO2
1 つのグルコース分子 (C6 H12 O6 ) は 2 エタノール (C2 H5 OH) と 2 二酸化炭素 (CO2 ) 分子。反応が起こるのに酸素は必要ないことがわかります.
速すぎませんか? – 化学式に慣れていない場合は、まずこのトピックに関する私の投稿を読むか、食品科学の基礎コースの第 3 週に従ってください。
発酵 – 化学反応式
実際には、この反応は 1 つのステップで発生するわけではありません。代わりに、一連の反応がこの全体的な方程式につながります。間に形成される他の分子があります。しかし、エタノールと二酸化炭素だけが残るまで、これらは再び変換されます。これらの個々のステップについて説明しましょう。
ステップ 1:解糖
まず第一に、グルコース（グルコースの分子式はC6であることを思い出してください） H12 O6 ) は 2 つのピルビン酸分子 (C3) に変換されます。 H3 O3 ).
グルコースには 12 個、ピルビン酸分子には 2×3 個しかない H 原子に何が起こったのだろうか?これらは消えていませんが、細胞内のより大きな分子に移動しています.
解糖は、見た目よりも複雑です。変換は 10 の連続したステップで構成されます。反応中にエネルギーが放出されます。これがプロセス全体のすべてです。このエネルギーは、他のプロセスで使用するために細胞によって捕捉および保存されます。
ステップ 2:発酵
糖化プロセスは発酵のみに限定されません。ピルビン酸が形成された後も、酸素を使用して変換することができます (呼吸と呼ばれるもの)。または、他のさまざまな反応経路を移動します。酵母が発酵している場合、ピルビン酸は発酵プロセスに入ります。
この次のステップは比較的単純で、2 つのステップだけで構成されているため、ここですべてを示します。
C3 H3 O3 (ピルビン酸) → CH3 COH (アセトアルデヒド) + CO2
CH3 COH (アセトアルデヒド) + NADH + H → C2 H5 OH (エタノール) + NAD
これらのステップは両方とも酵素によって触媒されます。このブログで以前に酵素に出くわしたことがあるかもしれません.酵素は食物中の多くの反応を触媒します。ペストまたはバナナの褐変。繰り返しますが、エネルギーが放出され、プロセスに保存されます.
NADH と陽子 (H) の突然の発生に注意してください。 NADH は、この反応を含む全範囲の反応を促進する細胞内の重要な構造です。
食品生産における発酵の利用
基本を説明したので、酵母は酸素なしでグルコースをエタノールと二酸化炭素に変換することを学びました (これを発酵と呼びます)。しかし、なぜそれを実現したいのでしょうか?
最初の 2 つの例に戻りましょう:
- ビール:もちろん、ビールの製造中にアルコール (=エタノール) が形成されることを望んでいます!
- パン:すべては二酸化炭素のおかげです。二酸化炭素はガスであり、これが私たちのパンを発酵させます!
発酵プロセスの制御
利点にもかかわらず、発酵は生物を使用して化学反応を行うため、困難なプロセスです。生きている微生物を扱う場合、酵母にとって可能な限り理想的な環境であることが重要です。条件が理想的でない場合、酵母は死ぬか、発酵を停止する可能性があります。
したがって、発酵を停止したり、継続したり、減速または加速したい場合は、プロセスに影響を与える方法がたくさんあります!
影響 1:温度
これはおそらく最も重要な変数の 1 つです。イースト菌は温度が高すぎると死んでしまいます (ほとんどの場合、50°C を超える温度では生き残れません)。また、それらの成長速度は温度に依存します。低すぎるとほとんど成長せず、高すぎると増加します。ただし、理想的な温度 (範囲) は酵母の種類によって異なります。
影響 2:アルコール度数
ほとんどの酵母は、特定の最大アルコール含有量しか処理できません。コンテンツがこの値を超えると、単純に成長が止まるか死んでしまいます。これが、アルコール度数の高い飲み物が一般的に完全に発酵されない理由です.
影響 3:「食糧」の供給
言い換えれば、食物供給、酵母にとって十分な食物が存在しない場合、酵母は成長して繁栄することができません.これが、自家製ビールを瓶詰めするときに、ミックスに砂糖を追加することが多い理由です（1次発酵後）。これにより、酵母が再び発酵し、ボトル内に残るガスを生成することが保証されます.
発酵反応だけじゃない
酵母は生物なので、反応が1回だけということはありません。発酵中は、フレーバーやアロマなどの形成につながる他の多くのプロセスが発生する可能性があります。それはまた、工場だけでなく家庭でも、ビールやパン作り、その他すべてのプロセスを非常に興味深いものにしているのです!
今後の発酵への取り組みを頑張ってください。
ソース
この記事を書くために使用したソースの一部:Lehninger Principles of Biochemistry、第 14 章、第 4 版。 Merriam-Webster、Brittanica、Nature.com.
