日本酒、ワイン、ビール、ヨーグルト、チーズ、漬物、味噌、しょうゆなどには、それぞれ異なる発酵香があります。どれも微生物の働きで香りが生まれますが、同じ「発酵食品」でも、果実のような香り、乳製品らしい香り、熟成香、酸味を連想させる香りなど、感じ方は大きく違います。
発酵食品の香りが原料や条件によって違うのは、原料に含まれる糖・アミノ酸・脂質などの前駆物質、働く微生物の種類と菌株、温度・酸素・塩分・発酵時間、さらに熟成や食品中での香気成分の保持・揮発が食品ごとに異なるからです。つまり、香りの違いは一つの要因ではなく、「何を原料に、どの微生物が、どの条件で、どれだけ反応したか」の組み合わせで生まれます。
発酵香の違いは「材料」と「微生物」と「条件」の組み合わせで決まる
発酵中には、酵母、乳酸菌、麹菌などが原料中の成分を利用して、多数の揮発性化合物を作ります。代表的なものには、エステル、高級アルコール、有機酸、アルデヒド、ケトン、硫黄化合物などがあります。
しかし、微生物は何もないところから香りを作るわけではありません。糖、アミノ酸、脂肪酸など、原料に含まれる物質を代謝して香気成分を作ります。
2023年の発酵食品フレーバーに関するレビューでも、発酵食品の特徴的な香りは、原料・副原料、発酵技術、優勢微生物、微生物群集の遷移と代謝物の蓄積によって大きく変わると整理されています。
原料が違えば香りの「材料」が違う
ブドウ、米、麦、牛乳、大豆、野菜では、含まれる糖、アミノ酸、脂質、有機酸、フェノール性化合物などの組成が異なります。
酵母がアミノ酸を利用すると高級アルコールが生じ、その一部はさらにエステルの材料になります。脂肪酸を多く含む食品では、脂質分解からアルデヒド、ケトン、アルコールなどが生じることがあります。
そのため、同じ種類の微生物を使っても、ブドウ果汁と米由来のもろみ、牛乳では使える前駆物質が異なり、作られる香気成分の比率も同じにはなりません。
日本酒では米・麹・酵母の組み合わせが香りを作る
日本酒では、米のデンプンを麹菌の酵素が糖へ分解し、その糖を清酒酵母が発酵します。麹菌はタンパク質も分解し、酵母が利用できるアミノ酸などを増やします。
清酒酵母は、酢酸イソアミルやカプロン酸エチルなどのエステルを作ることがあります。これらは吟醸香を構成する代表的な香気成分です。
ここでは、酵母だけでなく、麹によってどの程度糖やアミノ酸が供給されるかも香りに影響します。日本酒の香りは「清酒酵母の性質」だけでなく、米・麹・酵母が連結した発酵系の結果です。
ワインでは果汁そのものが香りの前駆物質を持つ
ワインでは、ブドウ果汁中にグルコースやフルクトースが最初から存在し、酵母がそれらを直接発酵します。
さらにブドウには、品種によってテルペン類やチオール類など、香りに関わる前駆物質が含まれます。酵母の酵素作用によって、それらが香りとして感じられる形へ変化することがあります。
そのため、同じ酵母を使ってもブドウ品種が違えば、香りの土台が変わります。ワインでは原料果実の香りと、酵母が作る発酵香が重なって最終的な香りになります。
ビールでは麦汁とホップが酵母香と重なる
ビールでは、麦芽由来の糖やアミノ酸を酵母が利用し、エステルや高級アルコールを作ります。
一方、ビールにはホップ由来のテルペン類なども含まれます。発酵中に酵母がこれらの成分を変換したり、酵母由来の香気成分と重なったりすることで、ビール独特の香りになります。
さらに、エール系とラガー系では使う酵母や発酵温度が異なるため、同じ麦汁でも香気成分のバランスが変わります。
ヨーグルトでは乳酸菌が乳由来の香りを変える
ヨーグルトでは、乳酸菌が乳糖を利用して乳酸を作るだけでなく、アセトアルデヒド、ジアセチル、アセトインなどの香気成分を作ることがあります。
日本乳酸菌学会誌の総説でも、乳酸菌は乳酸とともにさまざまな香り成分を生み、それらが発酵乳や醸造食品のフレーバー形成に利用されることが解説されています。
牛乳という同じ原料でも、スターターの菌種・菌株や組み合わせが違えば、香りの強さや質は変わります。ヨーグルトの香りは「乳酸のにおい」だけでは説明できません。
チーズでは脂質とタンパク質の分解が香りを増やす
チーズでは、乳酸発酵の後も熟成が続きます。熟成中には乳酸菌やカビ、酵素などによってタンパク質や脂質が分解されます。
タンパク質から生じるアミノ酸は、アルデヒド、アルコール、硫黄化合物などの前駆物質になります。脂質から生じる脂肪酸は、それ自体が香りを持つほか、ケトンやエステルなどへ変化することがあります。
このため、チーズでは発酵開始時の香りだけでなく、熟成期間中に次々と新しい香気成分が作られ、時間とともに香りが大きく変化します。
漬物では野菜と微生物群集の違いが香りを変える
野菜発酵では、乳酸菌が中心になりますが、自然発酵では複数の細菌や酵母が時間とともに入れ替わることがあります。
野菜の種類によって糖、有機酸、硫黄化合物、植物由来の香気前駆物質が異なるため、同じ乳酸発酵でも香りの構成は変わります。
また、塩分や温度は優勢になる微生物を選ぶため、同じ野菜でも発酵条件が違えば、最終的に作られる有機酸、アルコール、エステルなどの比率が変化します。
微生物の種類が違えば作る香りも違う
酵母、乳酸菌、麹菌では、持っている代謝経路と酵素が違います。
酵母はエステルや高級アルコールの生成に強く関わり、乳酸菌は乳酸のほかアセトアルデヒドやジアセチルなどを作ることがあります。麹菌は酵素で原料を分解し、香りの前駆物質を増やします。
したがって、単独の微生物で作る食品と、麹菌・乳酸菌・酵母などが連続して働く食品では、香りの複雑さも変わります。
同じ微生物でも菌株が違えば香りが変わる
同じSaccharomyces cerevisiaeでも、菌株ごとにエステルや高級アルコールの生成量は異なります。乳酸菌でも、ジアセチルやアセトアルデヒドを多く作る株と少ない株があります。
そのため、食品製造では発酵速度だけでなく、どのような香りを作るかを基準にスターター菌を選ぶことがあります。
「同じ酵母を使えば同じ香り」「同じ乳酸菌なら同じ香り」にはならないのは、この菌株差があるためです。
温度は代謝と揮発の両方を変える
発酵温度が変わると、微生物の増殖、酵素活性、糖やアミノ酸の代謝速度が変わります。その結果、エステル、高級アルコール、有機酸などの生成比率も変化します。
低温発酵酵母に関するレビューでは、低温への適応に伴って代謝や遺伝子発現が変化し、揮発性有機化合物の組成も変わることが整理されています。
さらに温度は、すでに作られた香気成分が食品から空気中へ逃げる速度にも影響します。香りの違いは「作られた量」だけでなく、「食品中にどれだけ残ったか」によっても生じます。
酸素条件でも香気成分の比率が変わる
酵母やカビでは、酸素条件が脂質合成、増殖、呼吸と発酵のバランスへ影響します。
酸素量が変わると、細胞膜成分の合成や代謝の分配が変化し、その結果として高級アルコールやエステルなどの生成量も変わることがあります。
固体発酵では表面と内部で酸素量が違うことがあり、液体発酵でも撹拌や容器形状によって酸素供給が変わります。こうした工程条件も香りの違いを生みます。
窒素やアミノ酸の量は高級アルコールの生成へ影響する
酵母が利用できる窒素源は、細胞増殖だけでなく香気生成にも関係します。
アミノ酸は高級アルコールの前駆物質になり得るため、原料中のアミノ酸組成が変われば、同じ酵母でも香気成分の生成パターンが変わります。
日本酒では麹によるタンパク質分解、ワインではブドウ果汁中の窒素成分、ビールでは麦汁中のアミノ酸など、食品ごとに窒素源の組成が異なります。これが香りの違いの一因になります。
塩分やpHは微生物の構成と代謝を変える
味噌、しょうゆ、漬物などでは塩分が高く、増殖できる微生物が選ばれます。塩に弱い菌が減り、耐塩性の乳酸菌や酵母が優勢になると、生成する香気成分の組み合わせも変わります。
また、乳酸などが蓄積してpHが下がると、酸に弱い微生物は減り、酸耐性のある菌が残りやすくなります。
このように塩分やpHは、個々の細胞の代謝だけでなく、「誰が発酵を担うか」そのものを変えることで香りへ影響します。
発酵時間が違えば香りの「完成時点」も違う
発酵開始直後と終盤では、使われる基質と微生物の状態が異なります。
初期には原料由来の香りが強くても、発酵が進むとアルコール、エステル、有機酸などが増えます。さらに発酵後半では、糖や窒素が減り、酸やアルコールが蓄積するため、代謝の分配も変化します。
そのため、同じ原料・同じスターターでも、発酵をどこで止めるかによって香りのプロフィールは変わります。
熟成では発酵後にも香りが変わり続ける
味噌、しょうゆ、チーズ、酒類などでは、主要な発酵が終わった後も熟成によって香りが変化します。
残っている酵素による分解、酸化、還元、エステル化、成分同士の反応などによって、新しい香気成分が生じたり、既存成分が減ったりします。
そのため、若い製品と長期熟成品では、微生物が同じでも香りの構成が異なります。香りの違いには「発酵条件」だけでなく「発酵後の時間」も関係します。
食品中での香りの残り方も違う
同じ量の香気成分が存在しても、食品の水分、脂質、タンパク質、アルコール濃度などによって、気相へ移る割合は変わります。
脂質に溶けやすい香気成分は脂肪の多い食品に保持されやすく、アルコールや水との相互作用によっても揮発しやすさが変わります。
つまり、分析上同じ濃度の香気成分があっても、ヨーグルト、チーズ、酒、漬物では鼻へ届く量が同じとは限りません。食品マトリックスも「感じる香り」の違いを作ります。
香りの違いは成分数ではなく比率で生まれる
発酵食品の香りは、一つの決定的な物質だけで構成されることは少なく、多数の成分の組み合わせで成り立ちます。
しかも、香気成分にはそれぞれ異なるにおい閾値があります。少量でも強く感じる成分がある一方、含有量が多くても香りへの寄与が小さい成分もあります。
そのため、食品ごとの香りの違いは「何種類あるか」よりも、「どの成分が、どの濃度比で存在し、他の成分とどう組み合わさっているか」で決まります。
同じ食品でも製造条件を変えると香りを調整できる
原料やスターターを変えなくても、温度、酸素、発酵時間、塩分などを変えると香りは変化します。
ワインで発酵温度を変える、清酒で酵母株や温度経過を選ぶ、ヨーグルトでスターターの組み合わせを変える、漬物で塩分や発酵温度を調整する、といった工程設計は、香りの生成比率を調整する方法でもあります。
食品製造では、香りは発酵の副産物として偶然生じるだけではなく、条件を管理して作り分ける品質要素でもあります。
まとめ
発酵食品の香りが原料や条件によって違うのは、原料中の糖、アミノ酸、脂質などの前駆物質が異なり、働く微生物の種類と菌株も異なるためです。
日本酒では米・麹・酵母、ワインではブドウ果汁と酵母、ビールでは麦汁・ホップ・酵母、ヨーグルトでは乳と乳酸菌、チーズでは乳酸発酵と熟成中のタンパク質・脂質分解が、それぞれ異なる香りを作ります。
さらに、温度、酸素、窒素、塩分、pH、発酵時間、熟成時間によって微生物の代謝や優勢菌が変わり、香気成分の生成比率が変化します。食品の水分・脂質・タンパク質などは、できた香りがどれだけ食品中に残り、鼻へ届くかにも影響します。
したがって、発酵食品の香りの違いを理解するには、単に「どの微生物が香りを作るか」ではなく、原料、微生物、発酵条件、熟成、食品マトリックスまでを一つの組み合わせとして比較することが重要です。
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参考資料
- 江本英司「乳酸菌が生み出す香気とその活用」日本乳酸菌学会誌, 2013.
- 相根義昌ほか「食材の香りと風味の研究」におい・かおり環境学会誌, 2013.
- The regulation of key flavor of traditional fermented food by microbial metabolism: A review. Food Chemistry X, 2023.
- Yeast Fermentation at Low Temperatures: Adaptation to Changing Environmental Conditions and Formation of Volatile Compounds. Molecules, 2021.
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