微生物食品培養

微生物食品培養物は、食品生産に使用される生きた細菌、酵母、またはカビです。微生物食品培養物は、食品の発酵プロセスを実行します。人類は新石器時代（紀元前約10000年）から発酵を利用しており^[1]、発酵は生鮮食品の保存や栄養価と官能的品質（この場合は、味覚、視覚、嗅覚、触覚）の向上に役立ちます。1995年の時点で、発酵食品は中央ヨーロッパで消費される食品の4分の1から3分の1を占めていました。^[2] 世界中で260種を超える微生物食品培養物が発酵食品での有益な使用のために特定され、説明されており^[3]、その使用の重要性を示しています。

発酵における微生物の機能に関する科学的根拠は、19世紀後半のルイ・パスツールの発見によって構築され始めました。 ^{[4] [5]食品発酵に伝統的に使用されている微生物食品培養物を}分類学的、生理学的、生化学的、遺伝学的に特徴付ける広範な科学的研究が継続されています。これにより、伝統的な食品加工の理解と改善が促進され、新しい応用分野が開拓されます。

微生物は地球上で最も古い生命体であり、30億年以上前に初めて進化しました。^{[6] [7] [8]}私たちの祖先は、微生物の力を利用して新しい食品を作る方法を発見しました。^{[9] [10] [11] [12] [13]}彼らは、自分たちがやっていることの背後にある科学を理解していませんでした。

マイルストーン

1665年—ロバート・フックとアントニ・ファン・レーウェンフックが初めて微生物を観察し記述した。^[14]

1857年〜1876年ルイ・パスツールが乳酸発酵とアルコール発酵における微生物の働きを証明した。^[15]

1881年 -エミール・クリスチャン・ハンセンが純粋な酵母培養物であるサッカロミセス・カールスベルゲンシスを分離。これは現在ラガービールの醸造に広く使用されている。^[16]

1889年〜1896年ハーバート・ウィリアム・コーン、ヴィルヘルム・シュトルヒ、ヘルマン・ヴァイグマンは、牛乳とクリームの酸性化は細菌によるものであることを実証した。^[17]

1897—エドゥアルト・フォン・フロイデンライヒがラクトバチルス・ブレビスを分離。^[18]

1919年 - シグルド・オルラ・イェンセンは、乳酸菌をその生理学的反応パターンに基づいて分類した。 [ ^19]

1970 年代から、加工乳に直接接種するための最初の工業用濃縮培養物、凍結培養物、または凍結乾燥培養物が生産され、生産プロセスの規則性が向上しました。

微生物による食品培養は、有機酸（乳酸、酢酸、ギ酸、プロピオン酸）、エタノール、バクテリオシンなどの阻害代謝産物の形成を通じて食品を保存します。多くの場合、水分活性の低下（乾燥または塩の使用による）と組み合わせて使用​​されます。^{[20] [21]さらに、微生物による食品培養は、}病原体の抑制^{[22] [23]}または毒性化合物の除去を通じて食品の安全性を向上させるのに役立ちます。 ^[24]微生物による食品培養は、食品の栄養価^{[25] [26]} と官能評価も向上させます。 ^{[27] [28] [29] [30]}

食品発酵に使用される微生物食品培養物は、細菌、酵母、カビの3 つの主要なグループに分けられます。

細菌性食品培養物は、スターター培養物とプロバイオティクスに分けられます。

スターターカルチャーは、主に食品製造において技術的な機能を果たします。スターターカルチャーは、食品製造プロセスの1つ以上の段階で食品成分として使用され、発酵または熟成プロセス中に望ましい代謝活動を促進します。スターターカルチャーは、特に味、香り、色、食感、安全性、保存性、栄養価、健康状態、および/または健康上の利点に関して、食品の1つまたは複数の独自の特性に貢献します。^{[31] [32] [33]}

プロバイオティクスには機能的な役割があり、特定の微生物が消費者に健康上の利益をもたらす能力を指します。^{[34] [35]}

一般的に、スターターカルチャーとして使用される細菌は、プロバイオティクスとして使用される細菌と同じではありません。ただし、1つの細菌がスターターカルチャーとプロバイオティクスの両方として使用できる場合もあります。^{[36] [37]}科学界は現在、食品加工と人間の健康における微生物の役割についての理解を深めようとしています。^{[38] [39]}

食品製造において最も重要な細菌は乳酸菌のグループに属するラクトバチルス属である。^[40]

細菌性食品培養物は、ヨーグルト、アイラン、ドゥーグ、スキール、イメールなどのチーズや発酵乳製品の香り、味、食感に関係しています。サラミ、ペパロニ、乾燥ハムなどの発酵製品の風味と色を発達させるのにも貢献しています。乳酸菌は、ワインに自然に含まれる不安定なリンゴ酸^[41] を安定した乳酸に変換します。このマロラクティック発酵により、保存性が向上する高品質ワインの特徴である安定性が得られます。^[42]

乳酸菌はプロバイオティクスとして食品サプリメントにも使用されており、ヒトの腸内細菌叢のバランスを回復するのに役立ちます。^[43]

食品製造において最もよく知られている酵母であるサッカロミセス・セレビシエは、何千年もの間、醸造やパン作りに使用されてきました。^[要出典]

S. cerevisiae はパン生地に含まれる糖分を餌として二酸化炭素ガスを生成します。これにより生地内に泡が形成され、生地が膨張してパンが膨らみます。

ビールの醸造には数種類の酵母が使われ、大麦麦芽に含まれる糖を発酵させてアルコールを生成する。^[44]最も一般的な酵母の1つはS. cerevisiaeである。パン作りにも使われるS. cerevisiaeの同じ株がエールタイプのビールの製造に使われる。これは醸造液の上部に泡を作るため上面発酵酵母として知られている。S . pastorianusなどの下面発酵酵母はラガーの製造によく使われる。^{[45]これらは}上面発酵酵母よりも混合物中の糖をより多く発酵させるため、よりすっきりとした味になる。

ワインのアルコールはブドウジュースの糖分の発酵によって生成され、二酸化炭素が副産物として発生します。ブドウの皮には天然に酵母が存在し、これだけでも糖分からアルコールへの発酵には十分です。発酵を確実に行うために、純粋な酵母培養物（ほとんどの場合S. cerevisiae ）が添加されます。 ^[46]ピキア、トルラスポラ、クルイベロミセスなどの他の酵母培養物は、ワインに天然に存在するか、ワインに特別な風味を生み出すために添加されます。シャンパンを含むスパークリングワインは、ワインを瓶詰めするときにさらに酵母を追加して作られます。この二次発酵で生成された二酸化炭素は泡として閉じ込められます。^[47]

酵母はケフィア製品^[48] 、半軟質熟成チーズ、発酵豆乳飲料^[49]の製造にも使用されます。

3 つの主な種類のチーズは、その特徴的な性質のためにカビに依存しています。ブルーチーズ、ソフト熟成チーズ (カマンベールやブリーチーズなど)、およびリンドウォッシュチーズ(エポワスやタレッジョなど) です。

ブルーチーズを作るには、チーズがまだゆるく圧縮された凝乳の状態のときに、通常はペニシリウム・ロックフォルティというカビで処理する。チーズが熟成するにつれてカビが成長し、その中に青い筋ができ、チーズに特徴的な風味を与える。例としては、スティルトン、ロックフォール、ゴルゴンゾーラなどがある。^[50]

ブリーチーズやカマンベールチーズなどの柔らかい熟成チーズは、チーズの外側にP. camembertiを繁殖させることで作られ、外側から内側に熟成されます。カビは柔らかい白い外皮を形成し、内部は濃厚な風味を帯びて柔らかくなります。^[51]

リンブルガーのようなリンドウォッシュチーズも内側が熟成しますが、その名の通り、塩水やビール、ワインなどのカビを含む材料で洗われます。これによりバクテリアが繁殖しやすくなり、風味が増します。^[52]

伝統的に、ソーセージへのカビの接種は、屠殺場固有の生物相を用いて行われてきた。ソーセージの表面を熟成させるために、さまざまなカビ（P. chrysogenumやP. nalgiovenseなど）を使用することができる。カビ培養はソーセージの香りを発達させ、食感を改善する。また、熟成期間を短縮し、自然な品質を維持するのにも貢献する。これにより、肉製品の保存期間が延長される。^{[53] [54] [55]}

昔、醤油は大豆やその他の穀物をカビ（Aspergillus oryzaeまたはA. sojae）と酵母と混ぜて作られていました。この混合物はその後、太陽の下で発酵させられました。^[56]今日、醤油は管理された条件下で作られています。この過程で形成される主要な風味成分は、アミノ酸である グルタミン酸の塩、特にグルタミン酸ナトリウムです。^[57]

微生物食品培養物の工業生産は、慎重な選択プロセスを経て、厳格に管理された条件下で行われる。まず、原種が保管されている微生物学研究室で、単一（純粋）株の微生物の少量である接種材料を準備する。次に、接種材料は、規定され監視された条件下で、発酵槽（液体）または表面（固体）で増殖および増殖される。純粋培養された成長細胞は収穫され、最終的に他の培養物と混合され、最終的にその後の輸送および保管のために配合（保存）される。それらは、液体、冷凍、または凍結乾燥の形式で販売される。^[58]

食品発酵を開始するもう1つの伝統的な方法は、自然発酵と呼ばれることが多い。培養物は生乳、つまり衛生処理を受けていない牛乳、または以前の生産の一部を再利用したもの（バックスロッピング）から得られる。^[59]このような培養物の構成は複雑で、非常に多様である。^{[60]このような技術の使用は先進国で着実に減少している。一部の国では、「}病原菌の負荷を非常に危険なレベルまで増大させる可能性がある」という理由で、バックスロッピング技術を禁止しているところもある。 ^[61]

微生物タンパク質（MP）は、微細藻類、細菌、酵母、微小真菌（マイコプロテイン）から生成されます。^[62]

すでに入手可能な（商品化された）MP 製品の例は次のとおりです。

• クォーン^{[63] [62]}
• ソーラーフーズのソレイン^[64]

肉や飼料の代替となり、肉やその他の動物由来製品の環境への影響を軽減することができます。^[62]また、動物由来のタンパク質サプリメントの代替にもなります。^[65]

研究者たちは、微生物によるタンパク質生産の持続可能性と経済性の向上、そして工業生産へのスケールアップにおける課題の解決に取り組んでいます。^[64]

ある研究によると、太陽エネルギーを利用した直接空気捕獲による微生物食品の生産は、土地利用の点で主要作物の農業栽培を大幅に上回っていることがわかった。空気からそのような食品を栽培すると、同じ面積の土地で大豆を栽培する場合よりも10倍多くのタンパク質と少なくとも2倍のカロリーが得られる。^{[66] [67] [68]}

ある研究ではライフサイクルアセスメント研究を補完し、2050年までに一人当たりの牛肉の20％を微生物タンパク質に置き換えるだけで、森林破壊が大幅に削減（56％）され、気候変動が緩和されることが示されています（上記参照） 。 ^[69]

単細胞タンパク質（SCP）は従来のタンパク質飼料の代替となり得る。土地不足や干ばつや洪水などの環境災害はSCP生産のボトルネックにはならない。^{[70] [追加の引用が必要]}

微生物食品培養物は伝統的な食品原料とみなされており、一般食品法に基づいて世界中で食品の生産が許可されています。

市販の微生物食品培養物は、発酵から持ち越された避けられない培地成分や、微生物の生存、保存、標準化、食品製造プロセスへの適用を容易にするために必要な成分を含む、1 つ以上の微生物種および/または菌株の濃縮物からなる製剤として販売されています。

微生物食品培養物の安全性は、その特性と用途に応じて、属、種、または株のレベルに基づいて判断されます。

食品に使用された歴史が文書化されている微生物の最初の（網羅的ではない）目録^[71]は、国際酪農連盟（IDF）と欧州食品飼料培養協会（EFFCA）によって2001年に初めてまとめられました。^[72]

2012年にこの目録は更新され、現在では幅広い食品用途（乳製品、魚、肉、飲料、酢など）をカバーし、微生物の分類が見直されています。^[3]

アメリカ合衆国では、微生物による食品培養は食品医薬品化粧品法の下で規制されている。1958年の食品医薬品化粧品法の食品添加物改正法第409条^{[73]は、意図された使用条件下では専門家によって一般的に安全であると認められる物質（} GRAS ）を食品添加物の定義から除外している。これらの物質は、米国食品医薬品局による市販前承認を必要としない。^[74]

微生物食品培養物のGRAS認証を取得する方法は様々であるため、米国ではGRAS認証を取得している微生物食品培養物の完全なリストは存在しない。^{[3] [75]}

欧州連合では、微生物食品培養物は食品成分とみなされ、規則178/2002 ^[76]（一般に一般食品法と呼ばれる）によって規制されています。^[77]

2007年以来、欧州食品安全機関（EFSA）は、安全性の限定的推定（QPS）を持つ微生物のリストを維持している。^[78] QPSリストは、安全性評価のためにEFSAに委託された限られた数の微生物のみをカバーしている。^{[79] [80]}これは、EUで販売される前にEFSAの科学委員会による評価を必要とする食品生産チェーン（飼料培養、酵素または添加物を生産する細胞工場、植物保護など）で使用される微生物の内部評価ツールとして考案された。しかし、安全に使用されてきた長い歴史を持つ微生物食品培養は、伝統的な食品成分とみなされ、EFSAの評価なしに人間の食品に使用することが法的に許可されている。

デンマークでは1974年から2010年まで、微生物培養食品の市販前承認を義務付けていた。微生物培養食品のポジティブリストはデンマーク獣医食品局のウェブサイトで閲覧できる。^[81]

2010年に規制が変更され、承認は不要になりましたが、獣医食品管理局に通知する必要があります。^[82]