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食品微生物の乾燥による安定化＜平成18年度＞

食品微生物の乾燥による安定化
山

本

修

一

（山口大学工学部応用化学／大学院医学系研究科応用分子生命科学系）

1.

はじめに酵母菌や乳酸菌などの食品微生物は，パンやヨーグルトなどの食品製造に不可欠な重要な産業微生物である。また，それ自身が機能性食品としての機能を持つこともよく知られている。
乾燥は食品を脱水することにより容量および重量を減らし保存・流通に適した形態にすることができる。さらに乾燥することにより食品は非常にFig.1 食品微生物の乾燥製造プロセス安定化されるので，その観点からも保存・流通に失活と乾燥条件あるいは安定化剤との関係についは好都合である。このような乾燥による食品安定ては依然としてよくわかっていないのが現状であ化は古くから知られており，伝統的な乾燥食品はる。食品微生物を効率よく安定に乾燥するために世界各国でさまざまな方法で製造されている。まは，乾燥・熱失活・脱水失活機構を解明することた，食生活の変化により，近代的な乾燥プロセスが必要である（Fig.1）。

により製造される乾燥食品も増加している。

本研究では，熱に不安定な食品微生物のモデル

加熱操作である熱風乾燥により熱に弱い物質をとして酵母菌および乳酸菌を用いて，乾燥速度に乾燥するためには適切な乾燥条件の設定や安定化対する温度や湿度，添加物などの影響，乾燥およ剤の選択などが必要となる。タンパク質の乾燥にび加熱処理後の残存活性（発酵能力）について検おける失活挙動については，多くの研究があり，討した。

糖類による優れた安定化効果や安定にするための乾燥条件の設定方法についても報告されている。

2. 実

験

タンパク質の乾燥においては，熱失活が支配的（１） 試薬：酵母は市販パン酵母（オリエンタである。基本的には低温で乾燥するか，短時間でルイースト 以下 OY と示す）を用いた。カネカ

乾燥することにより，活性を保持したまま乾燥製イーストも比較のために使用したが，ここでは品を得ることができる。糖質は溶液中のみならずOY のデータのみで説明する。乳酸菌は微好気性乾燥時および乾燥後においても非常に有効な安定菌である Lactobacillus plantarum を用いた。

化剤である。

（２） 熱耐性実験：圧搾酵母または酵母懸濁液，一方，食品微生物の乾燥においては熱失活以外

乳酸菌懸濁液をマイクロチューブまたは試験管にに脱水失活が起きることが知られているが，脱水入れ，一定時間一定温度で加熱後，残存活性測定

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浦上財団研究報告書

Vol.16（2008）を行った。糖質の影響を調べるためには，菌体懸濁液に糖溶液を混合して使用した。
（３） 熱風・静置乾燥実験：酵母は平板状（17× 17mm，厚さ 0.5 〜 2mm）に成形し，乳酸菌は懸濁液あるいは粉末をアルミまたはフッ素皿に入れたものをサンプルとした。一定温度，一定湿度に保った装置内で乾燥し，サンプルの重量変化を測定した。乾燥時の糖質の影響を調べるときは，菌体を糖溶液に懸濁させ，一定時間（１時間程度）放置した後，減圧ろ過して酵母を圧搾酵母同Fig.2

圧搾酵母あるいは水溶液中にけん濁させた酵母の熱耐性様に平板状に成形して使用した。

いる。前述したように，殺菌を目的とした場合，（４） 残存活性測定：一般には生菌数の測定がコロニーカウントにより非常に少ない生菌数を測使用されるが，測定に時間がかかることと研究の定する必要がある。発酵能力を保持したまま乾燥

目的はどれだけ活性が保持されているかを知るこすることを目的とする本研究では相対活性が 10とであるので，発酵能力により失活を評価するこ− 20％以下に低下している領域のデータの精度とにした。

は必要としていないので，発酵能力測定が十分に酵母の活性は３％グルコース溶液中，35℃で適していると判断した。また，測定も簡易であり，30 分間発酵させ，発生する CO2 を水上置換法で短時間でできるうえに再現性も高いのが特徴であ捕獲し測定した。乳酸菌の活性は pH 測定法と吸る。

光度測定法により決定した。乳酸菌懸濁液と緩衝乳酸菌についても発酵能力を指標として熱耐性液（pH=7）を 0.3 〜 0.4M グルコース溶液中，35結果を測定した。Fig.3 でわかるように酵母と同℃で発酵させ，生成する乳酸を pH メーターで測様に 40 〜 50℃にかけて急激に熱失活している。

定した。吸光度測定法は溶液に CPR 指示薬を加酵母にトレハロースを添加すると，熱耐性が上え，35℃に維持されたマイクロプレート分光器内昇し保護効果が観察された。他の糖（ソルビトーで乳酸発酵させ指示薬の色調変化を吸光度測定しル等）を用いた実験結果から，保護効果は糖濃度た。なお，酵母については生菌数をコロニーカウと種類に依存するという結果が得られた（Fig.4，ントとメチレンブルー染色により測定し，発酵能5）。トレハロースとソルビトールが高い保護効果力との関係についても検討した。

を示している。

3. 結果と考察

Fig.6 は，圧搾酵母の 30℃の熱風乾燥挙動結果である。はじめに酵母充填物の間隙の水が蒸発す

Fig.2 に，乾燥前の酵母の耐熱性を調査した結る比較的乾燥速度の速い期間が存在する。乾燥速果を示す。圧搾酵母を密閉容器中で一定温度に保度は試料厚さに依存し，薄い試料では乾燥時間がった場合と酵母懸濁液の違いは観察されなかった。 短くなっている。１ mm の試料についての乾燥
酵母は 40 〜 50℃にかけて急激に熱失活している。 時の活性は，乾燥時間が 30 分を超えたあたりでまた，コロニーカウントとメチレンブルーの結果低下し始め，乾燥時間が 45 分で含水率がほとんは，多少高温側にシフトしているがほぼ対応してど変化しなくなった時点では，約 60 〜 70％の活3

食品微生物の乾燥による安定化性しか残っていない。Fig.2 で 30℃，1 時間では熱失活が起こっていないことを考慮すると，この失活は脱水失活であると考えられる。
脱水失活が細胞膜の損傷に起因するものである
ならば，乾燥速度の影響は大きいと考えられるが，今までの研究では，影響するという報告と影響しないという報告が混在しており，明確ではない。
Fig.3

水溶液中にけん濁させた乳酸菌の熱耐性また研究自体が少なく比較することも難しい。ここでは乾燥材料厚さ（成形酵母）と熱風速度を変えることにより乾燥速度を変化させ，その影響を調べた。Fig.7 は乾燥実験結果である。厚さとともに乾燥速度が遅くなることと，直接熱風を酵母に接触させないときの乾燥が遅いことがわかる。
脱水失活の影響を詳細に検討するために相対活性を平均含水率の関数としてプロットしてみた結果が Fig.8 である。含水率 0.1 〜 0.2 以下で脱水

Fig.4 糖の種類と安定化効果の関係

Fig.5 トレハロース溶液にけん濁させた酵母の耐熱性と糖濃度の関係

Fig.6 酵母の乾燥挙動と乾燥時の失活
u：平均含水率

Fig.7 種々の乾燥方法による酵母の乾燥挙動

RH ＝相対湿度

Fig.8 酵母の乾燥における平均含水率と残存活性の関係

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浦上財団研究報告書

Vol.16（2008）

失活が起きていることが顕著である。酵母厚さが一般に低含水率の食品は熱安定性が高い。例え

１あるいは２ mm に比べて 0.5mm の場合は脱水ば含水率 0.1 程度の糖に含まれる酵素は 70℃１時失活が高含水率から生じている。乾燥における湿間でも活性を保持することができる。酵母につい度の脱水失活への影響はほとんど観察されなかっても同様な低含水率における熱耐性を測定した。

た。

Fig.2 でも明らかなように，水分の多い状態での乾燥条件以外に添加物による安定化を検討した。 酵母は 60℃ 1 時間で完全に失活する。低含水率
脱水失活が起こる低含水率域で糖添加酵母は無添域まで乾燥させた酵母を密閉容器中で 60℃ 1 時加の酵母より高い活性を維持していた（Fig.9）間加熱した。残存活性を含水率に対してプロットことから，糖（ソルビトール）は脱水失活にも保した結果が Fig.11 である。含水率の低下ととも護効果があると考えられる。様々な糖や，塩あるに残存活性が上昇しており，0.1 付近では 80％程

いは抗酸化剤の安定化効果を調べた結果，現段階度となっている。この含水率では，Fig.8 でもわ

ではソルビトールが一番効果的である。

かるように脱水失活により活性は 80％程度に落

乳酸菌の乾燥時の失活挙動を Fig.10 に示す。
酵母では含水率が 0.1 〜 0.2 付近で脱水失活してちているので，熱失活はほとんど起こらなかったと考えられる。

いるのに対し，乳酸菌は含水率が 0.2 〜 0.3 付近

また Fig.12 に示すように糖を添加して乾燥しで失活している。乳酸菌の方が，多少熱安定性がた酵母については，さらに耐熱性が向上している。

低いが，この失活はやはり脱水失活と考えられる。 糖は乾燥時のみならず乾燥後の安定性にも有効でFig.9 酵母の乾燥における平均含水率と残存活性の関係に対する糖の保護効果

Fig.10 乳酸菌の乾燥における平均含水率と残存活性の関係

Fig.11 酵母の耐熱性と含水率との関係
Fig.2 でも明らかなように，水分の多い状態での酵母は 60℃１時間で完全に失活する。乾燥して含水率を下げた酵母を密閉容器中に 60℃１時間保持し，その後活性を測定し，その値を●でプロットした。

Fig.12 酵母の耐熱性と含水率との関係に対する糖添加効果

5

食品微生物の乾燥による安定化ある。これは酵素の乾燥と同様である。
以上の結果から，食品微生物でも活性を保持したまま低含水率に乾燥させると安定な製品ができYork, pp.155-215.
３） Buera, M.P., Lodato, P., Segovia de Huergo, M.（1999）,
Viability and thermal stability of a strain of
Saccharomyces cerevisiae freeze-dried in different sugarると考えられる。また，適切な安定化剤の選択もand polymer matrices, Appl.Microbial.Biotechnol., Vol.52,重要である。

pp. 215-220
４） Josic, D.（1982）, Optimization of process conditions

4. 結言

for the production of active dry yeast, Lebensm.Wiss.
Technol., Vol.15, pp.5-14⑴

水分存在下で酵母と乳酸菌はともに，40〜 50℃にかけて急激に失活する。

⑵

酵母は含水率 0.1 〜 0.2 付近で脱水失活が起こり，失活の程度は乾燥速度に依存する傾向がある。

⑶

酵母において，糖添加は熱失活と脱水失活の両方に対して保護効果がある。

⑷

乳酸菌の 30℃での熱風乾燥における失活は酵母より顕著であると考えられる。

⑸

低含水率にまで乾燥させた酵母は非常に安

５） Lievense, L.C., M.A.M.Verbeek, T.Taekema,
G.Meerding and K.Vant Riet（1992）, Modelling theinactivation of lactobacillus plantaraum during a drying
process, Chem.Eng.Sci., Vol.47, pp.87-97.
６） Mille, Y., Girard, J.-P., Beney, L., Gervais, P.（2005）,
Air drying optimization of Saccharomyces cerevisiae
through its water-glycerol dehydration properties. J.
Appl. Microb., Vol. 99, pp. 376-382
７） Rahman, S.（1995）, Food Properties Handbook, CRC
press, Boca Raton
８） Rakotozafy, H., Louka, N., Therisod, M., Therisod, Hand Allaf, K.（2000）, Drying of baker's yeast by a new
method: Dehydration by Successive Pressure Drops

定化される。糖の添加により安定性はさらに（DDS）. Effect on cell survival and enzymatic activities,向上する。

Drying Technology, Vol.18, pp. 2253-2271
９）Yamamoto, S.（2004）, Drying of gelled sugar solutions:

参考文献
１） Bayrock, D. and. Ingledew, W. M.（1997）, Mechanismof viability loss during fluidized bed drying of baker'syeast, Food Research International, Vol.30, pp. 417-425

water diffusion behavior, in Dehydration of Products ofBiological Origin, ed.by A.S.Mujumdar, Science Publisher,
Enﬁeld, USA pp.165-201,
10） Yamamoto, S., Fujii, S., Mako. M, Yoshimoto.N.（2008）.
Effect of sugars and polyols on the inactivation of yeasts

２） Bruin,S. and K.Ch.A.M Luyben（1980）, Drying of foodduring drying,materials : A review of recent developments, Advances indrying symposium

drying, Vol.1, ed.by A.S.Mujumdar, Hemisphere, New

Proceedings of the 16 th international

6URAKAMI FOUNDATION MEMOIRS

Vol.16（2008）

Analysis of inactivation mechanism of food microorganisms during drying
Shuichi Yamamoto（Laboratory of Bio-Process Engineering School of Engineering andGraduate School of Medicine Yamaguchi University）

Various food microorganisms play crucial roles in food processing. They are also being
produced as functional (health-promoting) foods or probiotics. Among them yeasts havebeen extensively used for making breads, beers and other foods or beverages. Similarly,
lactic acid bacteria are quite important for various different types of foods such as yogurt.
Because of their excellent function as probiotics, people tend to take more lactic acidbacteria based foods.
Although dried baker s yeasts (bread yeasts) are available on the market, theinactivation mechanism during and after drying is quite complicated and still not known
fully. The drying of lactic acid bacteria is known to be very difﬁcult. The reason why dryingof food microorganisms is complicated and difﬁcult is due to dehydration inactivation, which
is not important during drying of proteins.
In this study inactivation behavior of commercial bread yeasts and lactic acid bacteria
during hot air drying was investigated. Thermal stability of bread yeasts in water(suspension) was ﬁrst examined as a function of temperature. Protective effect of additives(various sugars and polyols) on thermal activity was also investigated. The fermentation
activity of bread yeasts in water (suspension) decreased very sharply above 318K after one
hour. Sugars such as trehalose and sorbitol stabilized the yeasts when the sugarconcentration is ca 40wt%.
Hot air convective drying experiments of yeasts were carried out at 303 K at constant
air-temperature and air humidity. The water content as well as the activity was measured
during drying. The fermentation activity decreased during the falling drying rate period
even at 303K. This decrease was found to be due to dehydration inactivation. Sugars(trehalose or sorbitol) were also shown to be a good protective agent against dehydration
inactivation during drying. The dried yeasts were heated at 333K for one hour. The activity
still remained when the water content was below 0.1 kg-water/kg-solid. This indicates thatthe dried yeasts are much more thermo-stable compared with native ones.
The inactivation behavior of lactic acid bacteria was similar to that of yeast. At low
water contents the fermentation activities dropped signiﬁcantly during drying at 303K. The
lactic acid bacteria were less-resistant to dehydration drying compared with the yeast.