ヨーグルト、サワードウ、漬物などは、どれも乳酸菌が関わる発酵食品です。それなのに、乳を発酵させたときの酸味のある乳香、穀物を発酵させたときの穀物・ナッツ様の香り、野菜を発酵させたときの青い香りやエステル香は同じにはなりません。
その理由は、乳酸菌がいつでも同じ香気成分を作るわけではないからです。微生物が利用できる糖、アミノ酸、脂質、有機酸、フェノール性化合物などは原料によって大きく異なり、同じ乳酸菌でも代謝経路の使われ方が変わります。
結論から言うと、同じ乳酸発酵でも乳・穀物・野菜で生まれる香りが違うのは、原料ごとに含まれる糖・たんぱく質・アミノ酸・脂質・有機酸・香気前駆体の種類と量が異なり、乳酸菌が利用できる基質と起こる代謝反応が変わるからです。さらに、原料のpH、緩衝能、酸素量、植物由来酵素や内在香気も加わり、最終的な揮発性成分の組み合わせが変わります。
乳酸菌は乳酸だけを作っているわけではない
乳酸菌の代表的な働きは、糖を分解して乳酸を作ることです。しかし、発酵中に生まれる化合物は乳酸だけではありません。
乳酸菌は、糖代謝からアセトアルデヒド、エタノール、酢酸、ジアセチルなどを生じるほか、アミノ酸代謝からアルデヒド、アルコール、硫黄化合物などを作ることがあります。脂質やクエン酸由来の代謝も香り形成へ関わります。
国内の総説でも、乳酸菌は乳酸とともにさまざまな香気成分を生成し、それらが発酵食品のフレーバー形成へ重要な役割を持つと整理されています。
同じ乳酸菌でも、原料が違えば使える「材料」が違う
微生物の香気生成は、持っている酵素だけでなく、その酵素が利用できる原料が存在するかどうかで決まります。
乳には乳糖、乳たんぱく質、乳脂肪、クエン酸などがあります。穀物にはデンプン、麦芽糖、たんぱく質、脂質、フェノール酸などが含まれます。野菜にはブドウ糖や果糖、有機酸、硫黄化合物、テルペン、青葉香成分など、植物特有の成分があります。
したがって、同じ乳酸菌を接種しても、代謝へ入ってくる前駆体の組み合わせが違うため、生成される香気成分も同じにはなりません。
乳では乳糖・クエン酸・乳脂肪由来の香りが重要になる
発酵乳では、乳酸菌が乳糖を利用して酸を作り、同時にアセトアルデヒドやジアセチルなどの香気成分を生成します。
国内の発酵乳研究では、菌株によってアセトアルデヒド、アセトン、エタノール、ジアセチルの量が異なり、その違いが官能的なフレーバー特性と対応していました。
特にジアセチルはバター様の香り、アセトアルデヒドはヨーグルトらしい香りへ関わります。
また乳には脂肪があるため、短鎖脂肪酸やラクトンなど、乳脂肪由来の香気成分も発酵乳製品の特徴を作ります。
乳ではたんぱく質分解も香りの前駆体を供給する
乳酸菌の中には、乳たんぱく質をペプチドやアミノ酸へ分解する能力を持つものがあります。
生成したアミノ酸は、さらにアルデヒド、アルコール、硫黄化合物などへ変換されることがあります。
つまり乳では、乳糖発酵だけでなく、たんぱく質分解とアミノ酸代謝が香りへ影響します。
熟成型の発酵乳製品では、こうした二次的な代謝が時間とともに増え、より複雑な香りへ変化します。
穀物ではデンプンをそのまま乳酸菌が使えるとは限らない
穀物の主成分はデンプンですが、多くの乳酸菌はデンプンそのものを直接効率よく利用できるわけではありません。
そのためサワードウや穀物発酵では、穀物自身のアミラーゼや、ほかの微生物の酵素によってデンプンが麦芽糖やブドウ糖などへ分解され、それを乳酸菌が利用します。
穀物の種類によってデンプン、糖、たんぱく質、脂質、ミネラルの組成が異なるため、乳酸菌へ供給される基質の量も変わります。
海外の穀物乳酸発酵レビューでも、穀物原料の化学組成の違いが、発酵後の揮発性成分や機能性成分の形成へ影響すると整理されています。
穀物には「穀物由来の香り」が最初から存在する
発酵で感じる香りは、微生物が新しく作った成分だけではありません。
米、小麦、オーツ麦、ライ麦などには、アルデヒド、アルコール、脂質酸化由来成分、フェノール性化合物などがもともと含まれています。
乳酸発酵によってpHが下がると、これら既存成分の揮発性や安定性が変わる場合があります。また乳酸菌の代謝によって、青臭さに関わるアルデヒドが減少することもあります。
そのため穀物発酵の香りは、「新しく作られる香り」と「原料由来香が減る・変わる現象」の両方で決まります。
乳と米を同じ乳酸菌群で発酵しても香りは同じにならない
原料マトリックスの影響を直接示す研究があります。
2024年の研究では、乳飲料と米ベース飲料を乳酸菌の組み合わせで発酵させ、揮発性成分と官能特性を比較しました。
その結果、乳試料ではケトン、ラクトン、酸などが特徴的だったのに対し、米飲料ではアルデヒドやアルコールが中心となり、原料による揮発性成分プロファイルの明確な差が確認されました。
つまり、「同じ菌を使えば同じ発酵香になる」のではなく、菌が働く食品マトリックスが香りを大きく決めています。
野菜では植物由来の糖と有機酸が発酵の出発点になる
野菜にはブドウ糖、果糖、ショ糖などの発酵可能な糖が含まれています。
乳酸菌はこれらを利用して乳酸、酢酸、エタノールなどを生成しますが、野菜の種類によって糖組成や含量が違います。
キャベツ、キュウリ、ニンジン、唐辛子などでは、発酵前の有機酸や糖のバランスが異なるため、同じように乳酸発酵しても酸生成速度と副生成物の比率が変わります。
植物性発酵食品に関する海外レビューでも、原料植物の違いが最終的な揮発性有機化合物の多様性へ強く影響することが示されています。
野菜には硫黄化合物やテルペンなど独自の香気前駆体がある
野菜には、乳や穀物には少ない植物特有の化合物があります。
アブラナ科野菜には硫黄化合物の前駆体が多く、ハーブや一部の野菜にはテルペン類が含まれます。青葉香に関わるヘキサナールやヘキセナール類を多く含む野菜もあります。
発酵中にこれらが分解・還元・エステル化されることで、原料の青臭さが弱まったり、新しい発酵香へ変わったりします。
そのため、野菜発酵では乳酸菌の代謝だけでなく、植物固有の前駆体が香りの方向性を強く決めます。
原料のたんぱく質量が違えばアミノ酸由来香も変わる
アミノ酸は多くの香気成分の前駆体になります。
ロイシンからは3-メチルブタナールや3-メチルブタノール、フェニルアラニンからはフェニルアセトアルデヒドや2-フェニルエタノールなどが生じる場合があります。
乳、穀物、野菜では、たんぱく質含量とアミノ酸組成が大きく異なります。
したがって同じ乳酸菌でも、利用できるアミノ酸の種類が違えば、生成するアルデヒドやアルコールの種類と量も変わります。
脂質量と脂肪酸組成も香りの違いを作る
乳は比較的脂質を多く含み、乳脂肪には短鎖・中鎖脂肪酸やラクトン前駆体があります。
穀物にも脂質はありますが、脂肪酸組成は乳脂肪とは異なります。野菜の多くは低脂肪ですが、種子やナッツを使う植物性飲料では脂質が多くなります。
脂質由来のアルデヒド、ケトン、脂肪酸、ラクトンなどは食品ごとに異なるため、同じ乳酸菌でも脂質代謝から生まれる香りが変わります。
原料のpHと緩衝能が発酵速度を変える
乳酸菌が乳酸を作るとpHは下がります。しかし、同じ量の乳酸ができても、食品によってpHの下がり方は同じではありません。
乳にはたんぱく質やリン酸塩などがあり、酸に対する緩衝能があります。穀物や野菜でもミネラルやたんぱく質、有機酸の組成によって緩衝能が違います。
pHが変わる速度は乳酸菌の酵素活性や増殖へ影響するため、結果として香気生成経路にも差が生じます。
つまり原料は単なる「栄養源」ではなく、微生物が働く環境そのものでもあります。
塩分が高い野菜発酵では、増えられる乳酸菌も変わる
漬物などでは塩を加えることが多く、乳や穀物発酵とは環境条件が大きく異なります。
塩分は浸透圧を上げ、耐塩性の低い微生物を抑えます。その結果、耐塩性を持つ乳酸菌が優勢になりやすくなります。
同じ「乳酸発酵」でも、野菜発酵では塩という選択圧によって微生物群集が変わり、それが香気形成へも影響します。
したがって、原料そのものに加え、原料に合わせて設定される製造条件も香りの違いを広げます。
乳酸菌の菌株差と原料差は別々に働く
香りの違いを考えるとき、「原料が違うから」か「菌が違うから」かを分ける必要があります。
国内の発酵乳研究では、同じ乳を使っても乳酸菌株によってアセトアルデヒドやジアセチル量が変わりました。
一方、乳と米飲料を比較した海外研究では、同じ微生物の組み合わせでも原料によって揮発性成分プロファイルが変わりました。
つまり最終香気は、菌株の代謝能力 × 原料の成分組成の組み合わせで決まります。
同じ菌株でも原料が変わると使う代謝経路が変わる
乳酸菌には複数の代謝経路がありますが、すべてが常に同じ強さで働くわけではありません。
利用できる糖の種類、アミノ酸、クエン酸、酸素量などによって、どの酵素反応が優先されるかが変わります。
たとえばクエン酸を利用できる菌でも、原料中にクエン酸が少なければジアセチル生成は限定されます。アミノ酸が豊富ならアミノ酸由来香が増える可能性があります。
このため、「この菌はこの香りを作る」と固定的に考えるより、「この原料条件ではこの代謝が使われやすい」と考える方が実態に近いのです。
植物性原料では乳の香りをそのまま再現しにくい
近年、オーツ麦、米、豆、ナッツなどを使った植物性発酵飲料が増えています。
ヨーグルト用の乳酸菌を植物性飲料へ使っても、乳製品と同じ香りにはならないことがあります。
理由は、乳糖、乳たんぱく質、乳脂肪、クエン酸など乳特有の基質がないからです。一方で植物にはアルデヒド、フェノール性化合物、豆由来成分など独自の前駆体があります。
植物性飲料の研究では、乳酸菌発酵によって青臭い成分を減らし、果実様・バター様・チーズ様の香りを増やす試みが行われていますが、その効果は原料と菌株の組み合わせで大きく変わります。
香りの設計では「菌」だけでなく「基質」を選ぶ必要がある
発酵食品を開発するとき、目的の香りを作るために乳酸菌株を選ぶことは重要です。
しかし、菌だけを選んでも、香りの前駆体が原料に存在しなければ目的成分は十分に作れません。
そこで、原料中の糖、アミノ酸、脂質、有機酸などを分析し、その原料で利用できる代謝経路を持つ菌を組み合わせる必要があります。
場合によっては、酵素処理や糖化、たんぱく質分解などの前処理で前駆体を増やし、香気生成を調整することもできます。
発酵時間をそろえても香りが同じにはならない
乳、穀物、野菜を同じ温度・同じ時間で発酵させても、同じ発酵状態になるとは限りません。
原料によって糖濃度、緩衝能、栄養素、阻害成分が異なるため、乳酸菌の増殖速度と酸生成速度が変わるからです。
ある原料では発酵が十分進んでいても、別の原料ではまだ初期段階ということがあります。
したがって比較では、時間だけでなくpH、乳酸量、菌数、残糖量なども確認する必要があります。
「同じ乳酸発酵」という言葉の中に多くの違いがある
乳酸発酵という分類は、乳酸菌が重要な役割を果たすという共通点を示しています。
しかし実際の食品では、乳酸菌の種類、原料、塩分、酸素、温度、共存微生物などが大きく異なります。
そのため、ヨーグルト、サワードウ、漬物を「同じ乳酸発酵だから同じ香りの仕組み」と考えることはできません。
共通するのは乳酸菌が糖やほかの基質を代謝することですが、何を材料にしてどの経路が使われるかは食品ごとに違います。
まとめ
同じ乳酸発酵でも乳・穀物・野菜で生まれる香りが違うのは、乳酸菌が働く原料マトリックスの化学組成が違うからです。
乳では乳糖、乳たんぱく質、乳脂肪、クエン酸などが、穀物ではデンプン由来糖、穀物たんぱく質、脂質、フェノール性化合物などが、野菜では糖、有機酸、硫黄化合物、テルペン、青葉香成分などが香気形成の材料になります。さらにpH、緩衝能、塩分、酸素条件も乳酸菌の代謝を変えます。
つまり発酵香を比較するには、「どの乳酸菌を使ったか」だけでなく、「その菌がどんな原料の中で、どの糖・アミノ酸・脂質・香気前駆体を利用できたか」を見ることが重要です。同じ乳酸菌でも、材料が変われば代謝の出口が変わり、最終的な香りも変わるのです。
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参考文献・出典
- 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
- 鈴木一郎ほか「発酵乳の官能的特徴と揮発性成分」日本畜産学会報
- Exploring the Role of Lactic Acid Bacteria Blends in Shaping the Volatile Composition of Fermented Dairy and Rice-Based Beverages.
- Smid EJ, Kleerebezem M. Production of aroma compounds in lactic fermentations. Annual Review of Food Science and Technology.
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