背景・目的

ワイン生産におけるブドウ搾汁液中には未利用資源としてのインベルターゼが含まれている。一方で、製菓・製パン業において排出されるパイナップルのシロップ果汁にはグルコース、フルクトースおよびシュークロースが含まれており、これらの糖類からの乳酸生産においてはシュークロースが容易に資化されない。そこで、ブドウの搾汁液からインベルターゼを回収し乳酸生産に用いることで、シュークロースを加水分解しながら乳酸生産効率を高めると共に、異なる食品加工プロセスから排出される２種類の未利用資源を有効利用する新しいプロセスの構築を行った。

内容・方法

1．パイナップルシロップ果汁からの乳酸生産 　製菓・製パン業から排出される缶詰シロップ果汁からの乳酸生産を行った。糖濃度20g/Lに調製したパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産を行い、インベルターゼを用いない缶詰シロップ培地での乳酸発酵の基質優先代謝を調べた。 2．市販の酵母インベルターゼを用いたパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産 　パイナップルシロップ果汁からの乳酸生産では異化代謝物抑制が起きるため、シュークロースの乳酸への効率的な変換が大きな課題であった。そこで、市販の酵母インタベルターゼを用いてスクロースを加水分解しながら同時糖化発酵を行うことで乳酸生産の効率化を試みた。 3．ブドウインベルターゼを用いたパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産 　ワイン生産におけるブドウ搾汁液中には未利用資源としてのインベルターゼが含まれており、これをパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産に用いることで効率的な乳酸生産を行うと共に、異なる食品加工プロセスからの２種類の未利用資源を同時に有効利用することを試みた。

結果・成果

乳酸生産における未利用資源の有効利用という観点から、食品加工廃棄物であるパイナップルシロップ果汁を糖質原料とし、スクロースの加水分解に用いる酵素として未利用資源であるブドウインベルターゼを利用した。パイナップルシロップ果汁からの乳酸生産におけるインベルターゼの利用について検討した。糖濃度20g/Lに調製したパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産を行ったところ、グルコースおよびフルクトースはすぐに消費されたが、スクロースが消費され始めるまで６時間ほど乳酸生産が停止した。これはグルコースおよびフルクトースのスクロースに対する異化代謝物抑制が原因であると思われる。したがって、パイナップルシロップ果汁からの乳酸生産では、スクロースの乳酸への効率的な変換が大きな課題であることが示唆された。そこで、インベルターゼを用いて同時糖化発酵を行うことにした。市販の酵母インベルターゼを用いたパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産を行った結果、インベルターゼを添加した直後からスクロースが急速に分解し、インベルターゼを添加しない場合と比較して乳酸生産にかかる時間が３分の１以下に短縮できた。この結果はパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産においてインベルターゼを用いた同時糖化発酵が有効な手段であることを明らかにした。一方で、未利用資源の有効利用という観点から、市販の酵母インベルターゼの代わりにブドウインベルターゼを用いて、パイナップルシロップ果汁から乳酸生産を行った。十分な酵素活性を得るために培養中にpH調節を次のように行った。まず、細胞を十分に増殖させて乳酸変換速度を高め雑菌汚染を防ぐために、培養１時間目までpHを乳酸発酵の至適pHである6.5に維持した。その後、ブドウインベルターゼの至適pHが４付近であるため、１時間目のサンプリング後にpH設定の下限値を5.00に変更し、２時間目のサンプリング後にブドウインベルターゼを添加した。インベルターゼを加えてからスクロースはすぐに減少し始め、約10時間でほとんど消費された。グルコースおよびフルクトースのスクロースに対する異化代謝物抑制は観測されず、連続的に乳酸が生産された本研究における最も重要な意義は、乳酸生産における糖質原料および加水分解酵素として、異なる食品加工プロセスからの２種類の未利用資源を有効利用したことであり、このことは未利用資源の有効利用において今までになかった全く新しいプロセスを提案するものである。

今後の展望

ブドウインベルターゼを用いたパイナップルシロップ果汁からの乳酸生産では、市販の酵母インベルターゼを用いた場合の結果より速度的には遅かった。これはブドウインベルターゼと乳酸菌の至適pHに大きな違いがあり、段階的なpH制御によりブドウインベルターゼの活性に近付けたために、乳酸菌による乳酸への変換速度が低下したためであると思われる。したがって、今後の展開としては、酵素活性と乳酸生産効率の両方を最適化できるような２槽式培養法などの開発が期待される。