高磁場で発酵させた日本酒醪に関する研究
小田部研究室倉冨 慎也

2011 年 2 月 18 日
電子情報工学科

目次
第1章

序章

1

1.1

はじめに . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.2

酒造方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.3

麹菌の動き . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.4

酵母の働き . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.5

磁場が及ぼす影響. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.5.1

ビオ・サバールの法則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.5.2

磁場配向 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.5.3

磁気力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.5.4

磁気対流 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

1.6

冷凍機冷却型超伝導マグネット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

1.7

高速液体クロマトグラフ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

1.8

高磁場下での日本酒微生物への影響についての過去の研究成果 . . . . . .

12

1.9

本研究の目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

実験

19

第2章

2.1

2.2

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

2.1.1

冷凍機冷却型超伝導マグネット . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

2.1.2

ピペットマン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

実験手順 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.2.1

事前準備 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

2.2.2

酵母培養 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.2.3

オートクレープによる滅菌処理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

2.2.4

当日準備 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

2.2.5

遠心分離作業 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

実験装置及び器具i

2.3

積算炭酸ガス減量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2.4

化学定量分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2.4.1

有機酸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

2.4.2

香気成分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

第3章

3.1
3.2

結果と検討

27

磁場無印加実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

3.1.1

磁場無印加実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

磁場印加実験 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

3.2.1

5 T、25 ℃における実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

3.2.2

10 T、25 ℃における実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

3.2.3

1 T、25 ℃における実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

3.2.4

7 T、25 ℃における実験結果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

参考文献

49

ii

表目次
3.1

0 T、23 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性 . . . . . . . . . . . .

28

3.2

5 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性 . . . . . . . . . . . .

32

3.3

5 T、25 ℃における各試料の香気成分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

3.4

5 T、25 ℃における各試料の有機酸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

3.5

5 T、25 ℃における各試料の試料濃度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

3.6

10 T、15 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性 . . . . . . . . . . .

37

3.7

10 T、25 ℃における各試料の香気成分 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

3.8

10 T、25 ℃における各試料の有機酸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

3.9

10 T、25 ℃における各試料の試料濃度 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

3.10

1 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性 . . . . . . . . . . . .

42

3.11

1 T、25 ℃における各試料の香気成分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

3.12

1 T、25 ℃における各試料の有機酸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

3.13

1 T、25 ℃における各試料の試料濃度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

3.14

7 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性 . . . . . . . . . . . .

46

iii

図目次
1.1

日本酒の発酵過程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.2

酵素の働き . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51.3

酵母の顕微鏡写真. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51.4

酵母の代謝ルート. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.5

ビオ・サバールの法則 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.6

微小円柱に対する電流要素. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.7

冷凍機冷却型超伝導マグネット . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

1.8

高速冷凍クロマトグラフ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

1.9

高速冷凍クロマトグラフの仕組み . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

1.10

7 T 中 25 ℃下における酵母増殖期比較 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

1.11

酵母増殖速度差における磁場依存性. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

1.12

麹菌の糖化速度磁場依存性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

1.13

10 T における温度毎の積算炭酸ガス減量の時間依存性

2.1

冷凍機冷却型超伝導マグネットの簡略図. . . . . . . . .

18. . . . . . . . . . . . . . . . .

19

2.2

冷凍機冷却型 10T 超伝導マグネットの磁場イメージ . . . . . . . . . . .

20

2.3

ピペットマン. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.4

試料作成の流れ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

3.1

0 T、23 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

3.2

0 T、23 ℃における発酵期間の積算炭酸ガス減量の時間依存性. . . . .

30

3.3

0 T、23 ℃における測定期間毎の積算炭酸ガス減量の変化量. . . . . .

31

3.4

5 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性. . . . . . . . . . .

33

3.5

5 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート . . . . . . . . .

34

3.6

5 T、25 ℃における各試料の有機酸のデータチャート . . . . . . . . . .

35

iv. . . . . . . . . . .

30

3.7

10 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性. . . . . . . . . .

3.8

10 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性の昨年度比較

3.9

38

. . .

38

10 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート. . . . . . . .

39

3.10

10 T、25 ℃における各試料の有機酸のデータチャート. . . . . . . . .

40

3.11

1 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性. . . . . . . . . . .

42

3.12

1 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート . . . . . . . . .

43

3.13

1 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート . . . . . . . . .

44

3.14

7 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

47v. . . . . . . . . . .

第1章

序章
1.1 はじめに伝統品であり、かつ嗜好品でもある日本酒は、昔から受け継がれてきた日本固有のお酒である。日本酒の起源は日本で稲作が始まった頃と同時期であるといわれており、2400
年くらい前から酒造りは行われていたと考えられている。また、私たちが普段よく目にするビールは 4 社ほどで年間約 700 万キロリットル製造されているのに対して、日本酒は全
国 2000 社で年間 140 万キロリットル製造されている。このことから、日本酒の品質の違いや豊富さは無限だということが出来る。そして、近年ではアメリカ合衆国やヨーロッパ
でも日本酒の消費が拡大しており、「sake」として親しまれている。
この様な日本酒において最も重要な要素が「麹」と「酵母」の２つである。日本酒は、
麹で米のデンプンを糖化させ、それを酵母によってアルコール発酵させたものである。したがって、これら 2 つの要素が揃うことで初めて日本酒が製造できるのであり、それらの重要性は酒造りでよく言われている「一麹、二もと（麹で糖化させた液の中に酵母を入れたもの、つまり「酒母」）、三造り」という言葉にも表れている。では、日本酒の酒造方法について次で述べる。

1.2 酒造方法
日本酒の主な原料は、米、米麹、水の３つである。まず、酒造りではなにより米が重要である。酒造りに適した米については、麹が作りやすい、もろみで溶解しやすい、酒に雑味を与える成分が少ないといった性質をもつ酒造好適米が使用されている。好適米の特性は研究より、米粒が大きい、たんぱく質含有量が少ない、水を吸いやすい、糖化性（米の1糖化されやすさ）がよい、という基本的な 4 点に加えて、心白率が高い、蒸米を長く冷却しておいてももろみのなかで溶けやすい、という点が挙げられている。そのため、原料米を約 3 割ほど削り、お酒の品質を低下させるタンパク質や脂肪分、灰分などを取り除く精米を行う。精米後、それらを浸漬することで白米重量の 3 割ほど吸水させ、蒸す作業を経て蒸米を造りだす。このような過程で作られた蒸米は冷却されて始めて酒造に用いる米として使用することが出来、麹や酒簿、掛け米に用いることが出来る。
次は、麹作りである。「一麹、二もと、三造り」といわれている様に、酒造工程において麹は非常に重要な工程である。麹は蒸米に麹カビを生やしたもののことで、これは酒母やもろみに入れて米のデンプンを糖化していく役割を果たす。蒸米に生やした麹カビは蒸すことで分解されやすくなったデンプンを食べる事で増殖し、2 日間程度で蒸米全体を覆い、麹となる。
次に「酒母」造りに入る。酒母は「もと」と呼ばれていることからも分かるが日本酒の素となるものであり、蒸米と造った麹、水、酵母を混ぜたもので、これで酵母を培養する。
それと同時に、空気中の乳酸菌から乳酸を発生させることで酒母中の他の雑菌を殺菌している。その際、酵母と麹が酸に強いのに対して他のほとんどの有害菌は酸に弱いので、酒母の中で酵母と麹だけが育つことが出来る。また、酒母には自然に乳酸を生成させてゆっ
くりと酵母を培養する生もと系と、乳酸を外から加える事で通常より短い時間で酒簿を完成させる速醸系との２つの方法がある。
そして、仕込み工程に入る。仕込みでは、前過程で造られた酒母に米や水、麹を複数回に分けて入れていく。大部分の日本酒は 3 回に分けて仕込む「三段仕込」と呼ばれる方法
で行い、一度に大量の米や水、麹を入れる場合と比べて酸の濃度が薄くなることによる雑菌の繁殖を防ぐことが出来る。また、大量に仕込むことによる急激な変化によって乳酸の活動が鈍化することを防ぐことにもなる。この様な過程を経て仕込まれたものを「もろみ」と呼び、麹が行う糖化と酵母が行うアルコール発酵を同時に進め、酒造方法にも依るが基本的に 3 週間前後で発酵は落ち着いく。そうして出来たものを搾る事で清酒とし、粕を分離する粕むきを経て原酒となる。その後、濾過、火入れ、熟成という過程を経てようやく日本酒となる清酒が完成する。こうして造り出されるお酒は変化の激しい微生物によって作られるとてもデリケートな代物であり、少しの狂いや変化が生じれば、その品質は大きく変わってしまう。しかし、その様な変化を感じさせることなく常に伝統の味を守り提供し続けることは、まさに酒造に関わる人々の職人技だということが出来る。
これらの工程をまとめたものを図 1.1 にまとめる。

2

精白・洗米・浸水

麹菌（麹カビ）

蒸米

麹

米

蒸米

酒母
米・水・麹

清酒

原酒
濾過・火入れ

図 1.1

もろみ
発酵・搾り

日本酒の発酵過程

1.3 麹菌の動き
麹菌は「酵素の宝庫」と呼ばれており、麹菌を調べれば、現在知られている酵素は必ず見つかるといわれている。麹菌は非常に多種の酵素を生産しているが、麹菌の大きな特徴の一つとしてその量が挙げられる。麹菌はアミラーゼやプロテアーゼなど、醸造に必要な酵素を自分が必要とする量の何百倍と作り、細胞の外に分泌するのである。麹菌が醸造過程において担う働きの一つが原料の分解であり、米や大豆などの穀物は麹菌が生産する酵素の働きによって、デンプンはグルコースに、タンパク質はアミノ酸に分解される。デンプンが分解されてできるグルコースは乳酸菌や酵母の増殖のためのエネルギー源として、
アミノ酸は酵母や乳酸菌の菌体の材料として使用される。このグルコースやアミノ酸はそれ自体に味があるので、原料分解の強弱は直接味に影響を与える。特に、うまみが重要視される味噌や醤油などは、うまみのもととなるアミノ酸の量が品質に大きな影響を与えるため、麹菌の選択においては、タンパク質の分解力の強い麹菌が選択される。酵母はグルコースを利用してアルコール発酵を行うため、十分なグルコースがないと多量のアルコー
ルを作ることはできない。そのため、酒造の際にはデンプンをグルコースに分解するデンプン分解力の高い麹菌を選択する必要がある。
麹菌の二つ目の特徴的な働きは、ビタミンや有機酸などの代謝産物を乳酸菌や酵母へ供給する点である。麹菌は糖とアミノ酸、少量の無機塩類があれば、その他の栄養成分がな
くても生育できる性質を持っている。麹菌が合成したこれらのビタミンや有機酸などが、乳酸菌や酵母が生育するのに必須の栄養素となっている。酒造においては、麹菌の作るプ
ロテオリピッドという物質が重要視されている。これは、タンパク質とリン脂質が結合した物質で、これが酵母と結合することにより、高濃度のアルコールを生成することができると言われている。清酒発酵ではアルコール濃度が 18–22 ％に達するが、これは、ビール

3

発酵の 2–10 ％、ワイン発酵の 8–14 ％に比べ、非常に高い濃度となっている。このような高濃度のアルコール発酵を可能にしているのが、麹菌が作るプロテオリピッドである。
麹菌を日本酒醸造で使う目的は、米のデンプンを分解してグルコースに変えることが大きな目的である。デンプンを分解するためには、グルコアミラーゼ（糖化酵素）とα-アミラーゼ（液化酵素）の 2 種類が必要である。デンプンとはグルコースが多数つながったものであり、それを大まかに分解する酵素がα-アミラーゼ、端から一つずつ切り離していく酵素がグルコアミラーゼである。各々の酵素がうまく働かないと、酵母が必要とするグルコースを作り出すことができず、発酵が緩慢になったり、酒質がうすく粕が多くなったりする。タンパク質分解酵素も同様に、アミノ酸が数個つながった状態（ペプチド）に分解する酸性プロテアーゼと個々のアミノ酸に分解する酸性カルボキシペプチダーゼの二つの酵素が関与している。このアミノ酸やペプチドは清酒特有の旨味成分として存在するだ
けでなく、清酒には欠かせないものとなっている。これらのことから、麹の役割は米の糖化・分解するだけでなく、香気の生成にも関与しているということが出来る。これまでの酵素の発酵の過程を図 1.2 に示す。

1.4 酵母の働き
酵母はイーストとも呼び、糖を原料として二酸化炭素やエタノールを生成する微生物である。酵母の大きさは約 5 µm 程度で球形をしている。酵母の外側は細胞壁で覆われており、この細胞壁は外側がマンナンとたんぱく質、内側がグルカンと二層に分かれている。
成長の度合いは培地や酵母の種類によって異なるが、基本的に 25–30 ℃の温度でよく成長し、100–200 分間に一度細胞の一部から芽を出し無生殖で増殖する。このことから、酵母は無菌に属する単細胞微生物である。酵母を図 1.3 に示す。
酵母は様々な酵素を使いながら糖分であるグルコースをピルビン酸まで分解する。その後、ピルビン酸から 2 方向に分解ルートが分かれる。酸素がある場合はピルビン酸を炭酸ガスと水に変化させ、酵母に必要なエネルギーを発生させ循環させる。これが、上面酵母の働きである。一方、酸素がない状態のとき、酵母はピルビン酸を分解しアセトアルデヒ
ドを経てエタノールに変える。これが下面酵母の働きである。酵母は酸素の有無に関わらず生きていけるが、醸造においてはアルコール発酵させるために、できるだけ酸素が少ない状態が好ましく、酵母が存在する醪を泡で塞ぐ必要がある。泡で塞ぐことにより、発酵中の醪では炭酸ガスが発生し、酸素欠乏状態となり、アルコール発酵を行うことができるのである。その代謝ルートを図 1.4 に示す。

4

ブドウ糖

α‐アミラーゼ

グルコアミラーゼ

図 1.2

酵素の働き

図 1.3

酵母の顕微鏡写真

図 1.4

酵母の代謝ルート5

1.5 磁場が及ぼす影響
近年、科学技術の進歩によって私たちの身近なところで強い磁場を用いた技術を目にするようになってきた。核融合炉、磁気浮上式やエネルギー貯蔵マグネットを用いたリニア
モーターカーなどがその具体的な例である。そのため、今までは職業人だけが晒されてきた強い磁場を、これからは私たちの日常生活の中でも晒される機会が増加することが考えられる。現段階で、磁場の生体に対する影響、特に人体影響については解明されてはいない。
しかし、技術の利用が拡大した後になにかしらの悪影響が解明された場合は手遅れになることが考えられる。そこで、磁場を印加することによって生じる現象を理解し、磁場が及ぼす影響の究明を行う必要がある。では、最初に磁場について説明する。

1.5.1 ビオ・サバールの法則
電荷のまわりに電界が生じるのと同様に、電流が流れている導線のまわりには磁気的な磁場が生じる。磁場は電流以外にも磁石によっても生じるが、定量的かつ普遍的に定義できるのは電流だけである。磁石は物質や磁化の状態によって異なり、普遍的とは言い難い。磁場はベクトルであり、その強さを表す量として磁束密度 B を定義する。B の単位
はテスラ (T ) であり、N /(A・m) の次元をもつ。回路 C の微小部分を流れる電流 (電流要素 Ids) がまわりの点 P につくる磁束密度は、ビオ・サバールの法則より

dB =µ0 Ids × ⃗r
4π r2

(1.1)

と表せる。ただし、r は Ids から点 P に至る距離、 ⃗r はその方向の単位ベクトル、µ0は真空の透磁率と定義し、µ0 = 4π × 10−7 N/A2

(1.2)

とする。式 (1.1) より、アンペールの右ねじの法則に従って、dB の方向は Ids と ⃗rでつくる平面に垂直であり、向きは Ids から ⃗r の向きに右ねじを回すときのねじの進行方向となる。dB の大きさは Ids と ⃗r のなす角を θ とすればdB =µ0 Ids
sin θ
4π 2
6

(1.3)

となる。したがって、回路 C を流れる電流 I が位置ｒにある点 P に作る磁束密度は、回路全体にわたって電流要素 Ids からの寄与を線積分すると求めることができ、

µ0
B=
4π

∫

Ids × ⃗r
r2
C

(1.4)

と表せる。
I
Iｄｓ
ds

P

θ

r

r
r

dB

図 1.5

ビオ・サバールの法則

さらに、広がりのある空間 V を電流が流れている場合についての一般化を考える。図

1.6 のように微小領域 dV を電流の流れに沿って、長さ ds、断面積 dS の微小円柱 (体積dV =dsdS) をとると、この円柱に対する電流要素は電流密度 i を用いて
Ids = (ids)ds = idV

(1.5)

となる。
I

ds

i

dS

図 1.6

微小円柱に対する電流要素

したがって、微小領域 dV を流れる電流要素 idV が r だけ離れた点 P につくる磁束密度は、dV から点 P に向かう方向の単位ベクトルを ⃗r とすれば、
式 (1.1) より

7

dB =

µ0 idV × ⃗r
4π
r2

(1.6)

となり、空間 V 全体にわたって体積分すれば

µ0
B=
4π

∫

i × ⃗r
dV
2
V r

(1.7)

が求まる。この磁束密度 B と磁場の強さ H との比をその物質の透磁率といい、式 (1.2)の真空の透磁率を用いれば、次のような関係が成り立つ。磁化を M とすれば、

H=

B
−M
µ0

(1.8)

と表される。H 、M の単位は [A/m] となり、磁場の強さは単に磁場あるいは磁界ともいう。

81.5.2 磁場配向
次に、上記した磁場が引き起こす現象について述べる。まず、全ての物質は磁性を持っており、物質の内外部から磁場を印加させた場合、磁場と同じ向きに磁化する物質を常磁性体、逆向きに磁化する物質を反磁性体という。分子や微結晶などに磁気的な異方性がある場合、これらの粒子には磁場方向に配向しようとするトルクが働く。強磁性体のように永久双極子を持つときには、外部磁場方向に自らの内部磁場を向けることで安定する。
磁石以外で磁場ともっともよく相互作用するものはコイルである。コイルに磁石を近づけると反対方向の磁化を持とうとして誘導電流が流れる。これと似た性質を持つ理想的な有機化合物はベンゼン環であり、これは自由に動けるパイ電子が平面上の構造をとっていてコイルのように振る舞うからである。しかし、分子内に誘導電流が流れる状態は熱力学的に不安定なので，ベンゼン環に磁場を作用させると誘導電流が流れず、ベンゼン環の分子平面が磁場と平行になる向きに磁場配向する。タンパク質の場合には、ペプチド結合がコイルの働きをし、ペプチド平面が磁場と平行になる向きに磁場配向しようとする。その為、ペプチド平面がその軸方向に平行に配列しているアルファ・へリックス構造は磁場方向に配向しようとし，ペプチド平面が多く平行に配列しているベータ・シート構造も同様の磁場配向作用を示す。また、芳香性アミノ酸の芳香環も同様である。これより、これら３つの構造が分子内部で特定の方向に配列しているほど，磁気的な異方性が強いことになる。故に、膜タンパク質などがもっとも磁気的異方性が強いタンパク質である。
また、分子自体が磁気的異方性を示さない場合でも、粒子の形状が異方的な場合には磁場配向する。例として、磁気的に等方的な分子でも、その結晶の形が針状や板状など異方的ならば，結晶自体の帯磁率が方向によって異なるため、磁場配向する。

1.5.3 磁気力
磁場が一様でなく、位置 z により磁場の強さ H が違うような磁場勾配が存在する下では磁気力が発生する。物質の統計を M 、モル濃度の磁気の感受性を χM とすれば、F = M χM H

∂H
∂z

(1.9)

で表される。ただし、χ は磁化率を表す。タンパク質や水をはじめほとんどの有機物は反磁性体であるが、タンパク質結晶を結晶化容器の器壁に接触させることなく成長させる
ことができれば、結晶中へのひずみの導入などを防ぐ事ができることから有力な結晶化方9法であると考えられている。

1.5.4 磁気対流
1.5.3 系内の帯磁率に不均一がある場合や、系内の帯磁率が均一でありながら磁場が不均一である場合には、これらに基づき磁気力が働く。そのため、磁気力に基づいた磁気対流が発生することになる。この効果を上手く活用することが出来れば、系内の対流を抑制できたり、磁気対流の向きを希望通りに流す事で系内を攪拌させたりすることが出来る。
以上述べたような磁場下での様々な影響がこれまで解明されてきたが、生物に与える影響のように、未だ解明されていない部分も存在している。

1.6 冷凍機冷却型超伝導マグネット
近年の超伝導分野の発展により、冷凍機冷却型超伝導マグネットを用いて、10 T の高磁場が長時間安定して印加できるようになったため、高磁場中での生物活動を調べる事ができるようになった。その装置を図 1.7 に示す。本実験で用いる超伝導マグネットは従来のとは異なり、冷凍機冷却型のマグネットを用いたことや、エポキシ樹脂などで含浸して安定性を強化したものであるので、液体ヘリウムによる浸漬冷却は必要としない。そのため、このような冷凍機などによる伝導冷却法は安定性が増すと共に運転コストが大幅に削減され、高磁場下での研究が容易になった。

図 1.7

冷凍機冷却型超伝導マグネット101.7 高速液体クロマトグラフ
高速液体クロマトグラフとは測定する懸濁液の成分を分析する装置である。送液ポンプにより溶離液がチューブの中に送り出され、オートサンプラーにセットしてある一定量の資料を自動で溶離液の中に溶かし、カラム管の中を溶離液が通ることによって、試料中の成分が分離されていく。カラム管の中には微細な真珠状の多孔質シリカゲルが詰まっていて、成分中の分子の大きさの変化によって試料中の成分を分離していく。このカラム管を通った液体の屈折率を調べることによって成分の濃度等を調べることができ、これを測定することによって資料の成分を分析できる。今回の成分分析で使用した液体高速クロマト
グラフを図 1.8 に、その仕組みを図 1.9 に示す。

図 1.8 高速冷凍クロマトグラフ

図 1.9 高速冷凍クロマトグラフの仕組み

111.8 高磁場下での日本酒微生物への影響についての過去の研究成果
昨年度までの研究より、日本酒微生物である酵母と麹菌、そしてもろみに対して磁場を印加した際の影響について、研究成果が報告されている。
まず、酵母に磁場を印加させた場合、酵母の増殖が抑制できるという結果が得られている。その結果を図 1.10 に示す。縦軸が酵母数、横軸が経過時間を表している。また、黒プロットと実線が磁場印加試料の酵母数を、白プロットと破線が磁場無印加試料の酵母数を示している。この図より、時間が経過するにつれて磁場印加試料が磁場無印加試料に比べて酵母数に差ができていることが見て取れ、これより磁場印加によって増殖活動が抑制されていることが分かる。

図 1.10 7 T 中 25 ℃下における酵母増殖期比較12上記した酵母増殖の抑制と同時に、酵母はある一定の磁場の強さで磁場から受ける影響がピークを迎え、その後磁場効果は飽和していくことも示された。その結果を図 1.11 に示す。縦軸が近似値と磁場印加試料との増殖速度差、横軸が磁場の強さを示している。この図より、7 T の磁場を印加した場合が最も酵母の増殖速度が抑制され、10 T の磁場を印加した場合の酵母の増殖速度の影響が 5 T や 7 T での影響と比べてが少ないことが見て取れる。このことより、酵母はある一定の磁場の強さで磁場から受ける影響がピークを迎え、それ以降は磁場効果が飽和していく事が示された。

図 1.11 酵母増殖速度差における磁場依存性

13また、麹菌への磁場印加により、麹菌の糖化能力を抑制することが出来るという実験結果を得られている。その図を、図 1.12 に示す。縦軸を磁場印加試料と対照試料の糖化速度差、横軸を磁場の強さを示している。図 1.12 より、糖化速度差は 1 T のときにもっともマイナスに大きくなり、温度が高くなるにつれて糖化速度の差は小さくなっていくことが分かる。この結果より、Malthus の式より求めた糖化速度差の近似曲線を求めて磁場が与える影響を考えると、磁場が小さいほど磁場印加の効果が大きいことが示された。ここで、Malthus の式は

g = g0 (1 − exp(−vt))(1.10)であり、v は糖化速度、t は経過時間、g はグルコース濃度、g0 はグルコース濃度の飽和値を表す。

図 1.12 麹菌の糖化速度磁場依存性14そして、高磁場下で日本酒醸造を行った場合、温度が高いほど磁場印加試料の発酵が抑制されるという実験結果が昨年の研究より得られている。その結果を、図 1.13 に示す。
磁場を 10 T で一定にした環境で、温度を 10 ℃, 15 ℃, 25 ℃と変えた時の試料 A, B の積算炭酸ガス減量の時間依存性を示している。この図 1.13 より、温度が高い方が磁場の影響を確認しやすいことが分かる。これは酵母、麹菌共により高い温度の方が動きは活発に

Integrated CO 2 loss weight [g]なるため、より磁場の影響を受けたからだと考えられる。
10T, 25 ℃ control

15

10T, 25 ℃ mag

10
10T, 15 ℃ control

5

10T, 15 ℃ mag
10T, 10 ℃ control

10T, 10 ℃ mag

005t [day]
図 1.13 10 T における温度毎の積算炭酸ガス減量の時間依存性

1.9 本研究の目的
現在、バイオテクノロジーの発達により微生物の働きが研究され、その有意性が理解されている。それらの研究の中で、微生物は増殖や死滅といったサイクルが一定して行われることで、外部影響の効果を確認しやすい利点が示され活用している。これは、今回行う
日本酒醸造実験において最も重要となる酵母や麹菌の 2 要素にも同様のことが言える。日
本酒は製法や条件、材料の少しの違いでその味が大きく変化し、故に全国各地で味の異なる多種多様な日本酒が作られている。つまり、高磁場を印加することで微生物の活動に影響を与えることにより、酵母・麹菌共に活動に少しでも変化が生じることで、その結果、通常の日本酒発酵と比べて違いが生じ、さらには日本酒成分にも変化を与えることが出来15

ると考えられる。すなわち、それは新たな品質の日本酒を生み出すことにつながり、この技術により環境に左右されやすい日本酒醸造を磁場によって自らの思い通りに発酵させる
ことが出来る、さらには今までの日本酒にも更なる付加価値をつけることが出来るとも考えられる。
このことより、昨年度から高磁場が日本酒発酵に与える影響に着目して研究を進めてきた。日本酒発酵において大きく影響を与える要素は、温度と磁場の２つである。しかし、昨年度の研究では磁場酒の温度依存に着目した事で、高磁場の直接的な影響だけを正確に確認する事が難しいと考えられる。それは、大きく影響を与える２要素が共に変動することで、１要素だけが日本酒発酵に影響した実験結果ではないからである。そこで、今研究では昨年度までに行われてきた研究を基に、温度や測定期間を一定にするなど実験環境を統一することで、より磁場が日本酒に与える影響について調べていく。そのため、今回は一定の温度で高磁場下で発酵させた日本酒の磁場依存性について調べ、またこれによって生じた日本酒の品質、成分の違いについて調べていくことを目的とする。

16

第2章

実験
2.1 実験装置及び器具実験を行うにあたって使用した主な実験装置及び器具について記述する。

2.1.1 冷凍機冷却型超伝導マグネット
まず、磁場を印加するにあたって、福岡大学にあるジャパンマグネットテクノロジー社
製の冷凍機冷却型 10 T 超伝導マグネットを用いて磁場を印加した。このマグネットは円柱形で、中央部に円筒形の温度調節機器を設置することが出来る。温度調節機器には試料を入れる穴が開いており、機器内に設定した温度をジェネレータによって保ち、その水を循環させることで機器円柱内の温度を一定に保つようにしている。この装置を簡略化した
図を図 2.1 に示す。
円筒形機器
（温度調節用）

水
恒温水
維持装置

超伝導
マグネット

図 2.1

冷凍機冷却型超伝導マグネットの簡略図

また、この装置の磁場の状態を表したものを図 2.2 に示す。

17

図 2.2

冷凍機冷却型 10T 超伝導マグネットの磁場イメージ

この装置により、機器中央の穴の内部であれば約 10 T までの磁場を試料に安定して印加することが可能である。そのため、実験に用いる試料を入れるビンについては、あらか
じめ大きさを合わせたビンを用意しており、それを用いている。

2.1.2 ピペットマン
また、今実験では 1/1000mL まで測量する必要が出てくるため、ピペットマンと呼ばれる実験器具を使用する。この器具は少量の液体を測量するために用いる器具であり、機械式のピストンで空気を出し入れして、チップと呼ばれる管に液体を吸い取って測量する。
ピペットマンの図を図 2.3 に示す。

図 2.3 ピペットマン

2.2 実験手順
今実験では、日本酒醸造における最終段階の「醪」に磁場を印加する事で、その影響を調査することが目的である。この目標を達成するために、まず本来の日本酒醸造において造られている醪に類似する試料を作成し、それに磁場を印加することが最も望ましいと考えられる。そのため、以下に記述する手順に沿って実際の醪に類似した試料を作成し、実験に用いることとする。図 2.4 に試料作成の流れを簡易的にに示し、その流れに沿って詳細な説明を進めていく。

18

図 2.4

試料作成の流れ

2.2.1 事前準備
今回の試料作成にあたって、酵母は昨年と同様に協会酵母を使用する。協会酵母とは、各地の酒造場から優秀な酵母を分離して純粋に培養した酵母のことである。協会酵母にも様々な種類が存在し、今回用いる酵母は協会酵母 7 号 (K-7) と呼ばれる協会酵母を用いた。これは、呼吸機能が比較的弱く、発酵機能は強い、そのため 10 ∼ 15 ℃の低温でもよく発酵することが出来る酵母である。この協会 7 号を使うに当たり、酵母を培養したものを集菌して寒天を敷いた試験管に保存したものを福岡県工業技術センター生物食品研究所に用意して頂いた。この試験管はスラントと呼ばれるもので、実験を行う際はスラントから一部を取り出して改めて培養し使用した。
また、麹については、同じく福岡県工業技術センター生物食品研究所からいただいた乾燥米麹を使用した。米についても、同じく福岡県工業技術センター生物食品研究所からいただいた乾燥α化米を使用した。これは精米して一度蒸した米を急速に乾燥させたものであり、実験の際は掛け米としてそのまま使用することができる。

19

2.2.2 酵母培養
酵母の培養は、九州工業大学情報工学部生命情報工学科仁川研究室にてさせていただいた。今回使うこの酵母は、通常 2.0 × 108 1/mL で飽和するのだが、これを富栄養培地である YPD(Yeast extract Peptone Dextrose) 合成培地を用いて培養した。これはイース
トエキス、ポリペプトン、グルコースの栄養素をそれぞれ 1:2:2 の割合で調合したものである。
ここで、酵母培養の手順について記す。まず、YPD 培地を入れて酵母を培養するための L 字型試験管を準備する。準備した L 字型試験管を用いて酵母培養を行う前に、作業環境を整える必要がある。そのため、仁川研究室にあるドラフトと呼ばれる作業場をお借りして作業を行う。まず、作業環境においてゴミやホコリ、菌などが試験管などに入ることを防ぐために、ガスバーナーをつけて上昇気流を発生させる。また、ガスバーナーの火を用いて L 字試験管全体を、特に菌などが入りやすい試験管口とフタを中心に滅菌する。
これと同様に、YPD 培地の入った容器についても容器の口の部分とフタを火に通して滅菌する。その際は吸い込みピペットはトレーより吸い込み口だけを触るようにして取り出し、ガスバーナーで全体を滅菌するように注意する。
これらの準備を終えると、次は酵母を YPD 培地に植える作業に入る。YPD 培地を L
字試験管に入れるために、こうして滅菌した吸い込みピペットで YPD 培地を 5 mL 吸い込み、YPD 培地の容器を再度滅菌してフタをする。その後、L 字試験管のフタを外して吸い込んだ YPD 溶液を L 字試験管に入れる。この時、出来るだけ滅菌状態を維持するために片手で吸い込みピペット、もう片方の手で L 字試験管を扱うよう注意する。YPD
溶液を試験管に入れた後は、再度試験管口とフタを滅菌してフタをしておく。続いて、白金耳を用いて酵母を YPD 培地に植える作業に移る。スラントから酵母を取り出す際には白金耳を用いる。まず、白金耳をガスバーナーの火にかざして、白金が赤くなるまで加熱し滅菌する。同時にスラントの試験管口の部分とフタも滅菌しておく。その後、白金耳を用いてスラントから微量の酵母を取り出す。取り終えた際には、再度スラントの滅菌を行う。この様にして取り出した酵母は、片手で白金耳、もう片方で L 字試験管を扱いながら、YPD 培地内に酵母を溶かす。そして最後に、L 字試験管の滅菌を行いフタを閉じる。
そして、この様に準備した L 字試験管を振とう装置に掛けて培養を行う。振とう装置は水槽と一体になっており、水槽内の温度は常時 30 ℃に保たれている。この装置に試料は設置することで、試料は常時攪拌され、一日を通して好気的に培養できる。この装置で 1
日間酵母を培養し、その後遠心分離機を用いて酵母を集菌し、YPD 培地を捨て、水を入20

れて混ぜ再び遠心分離機にかける。これを数回繰り返し YPD 培地を洗い流した酵母と水の混濁液を、10 mL 用意した。

2.2.3 オートクレープによる滅菌処理
同時に実験に使用するビンに水をそれぞれ 62 mL 入れて、アルミホイルで蓋をし、仁川研究室にてオートクレープにかけて、121 ℃で 20 分間加圧滅菌しておく。ビンは上述
したように超伝導マグネットで使える大きさが決まっているのでそれに合わせたものを用意した。水は、仁川研究室にある RO 水を用いており、RO 水とは逆浸透膜を通した水のことである。なお、これら酵母、実験に使用するビンは直接液体に触れることの無いように実験当日まで冷蔵庫などの冷暗所に保管した。

2.2.4 当日準備
当日は、このビンに乳酸 0.12 mL をピペットマンを用いて入れ、麹を 10 g 入れてよく攪拌させ室温で 1 時間放置する。この乳酸は雑菌の殺菌のために入れている。実際の日本酒酒造においては 1.2 節で説明した「酒母（もしくはもと）」の工程において乳酸が生成され、雑菌はほぼ殺菌されるのだが今回はその様な手順をとっていないため、直接乳酸をいれることで代わりとした。その後、酵母を一定量入れ、乾燥α化米を 30 g 入れてよく攪拌する。ここで酵母は、濁度 0.2 ABS(absorbance) の酵母と水の混濁液を 2 mL 入れるという条件を常に保つように、濁度に応じて混濁液の量を調整して使用することとする。
このようにして作成した試料を 25 ℃の環境下で発酵させた。それら試料の重量を実験開
始直後は 6 時間毎、実験 2, 3 日目は 12 時間毎、その後は 24 時間毎に測定した。作成した試料は、磁場を印加した実験では、磁場を印加しているものを A1、印加していない試料を B1 と呼び、区別してある。
この作業は 1.2 節で説明したところの「仕込み」と呼ばれる工程にあたり、今回のこの手順は「一段仕込」と呼ばれるものである。本来は「三段仕込」と呼ばれる仕込み手法を用いて、米・麹・水を 3 回に分けて時間を置きながらそれぞれ一定の量を入れていくことが多いのだが、それでは実験にいたるまでに時間と手間が非常にかかってしまうため、今実験では時間と手間を短縮できる一段仕込みを用いた。

21

2.2.5 遠心分離作業
10 日間の実験終了後、化学定量分析の事前準備として発酵し終えた磁場酒から発酵に用いた乾燥米や米麹を取り除く作業が必要である。この作業も、仁川研究室をお借りして行う。
まず、遠心管と呼ばれる容器に磁場酒を移す。この際、酵母培養作業では滅菌状態の容器を用いていたが、遠心分離作業においては雑菌が磁場酒に影響を与えないため滅菌状態
ではなくてよい。次に、磁場酒を入れた容器とは別に容器を準備し、バランサーを用いて2 つの容器のバランスを取る。これは、遠心分離作業を行う際に、機器内部のバランスを保つ必要があるためである。その後、2 つの容器を対角線上に入れ、5000 RPM(Potation

Per Minutes) で 10 分間遠心作業を行う。その際、時間のメーターを合わせることで機器が動き出すため、フタが完全に閉まっているか注意して作業を進めていく必要がある。
そして、遠心分離作業が終わった容器から純粋な磁場酒である上澄み液だけをコニカル
チューブに移しとる。このようにして得られた磁場酒は化学定量分析を行う前まで冷蔵室で保存する。

2.3 積算炭酸ガス減量
次に今実験において醪の発酵度合いを推し量る基準として、積算炭酸ガス減量について述べる。今実験では日本酒醸造における「醪」を発酵させる過程で磁場を掛けてその変化を調べているのだが、視認のみで醪の発酵度合いを推し量ることは非常に難しい。そのため、発酵の際に酵母が出す炭酸ガスの総量を量ることで発酵の度合いを調べる。この炭酸ガスの総減量を積算炭酸ガス減量と呼ぶ。酵母は発酵が進むにつれて生成されたアルコー
ルによって失活していくため、積算炭酸ガス減量は段々と一定になっていく。これが変化しなくなったときが発酵の終わった目安となる。

2.4 化学定量分析
酵母、麹菌が発酵の過程で生み出す成分は様々であり、その数は 700 種類以上にも及ぶ。香りの成分だけでも約 300 種類あり、有機酸に関しても約 40 種類の成分が含まれている。これらが日本酒の味、香りをより深いものにしているのであり、これらの成分について調べることは、日本酒への磁場の影響を調べることにおいて有益であると考える。そ22

してこれら成分の、量、または割合を決定することを目的とした分析を定量分析と呼ぶ。
今回、磁場を印加する実験で用いた試料を、福岡県工業技術センター生物食品研究所にて、日本酒の味・香りに関わる主な成分について定量分析をしていただいた。これらの成分を各試料同士で比較することで、磁場による影響について、更に様々なことを考察できると考える。

2.4.1 有機酸
ここで、定量分析をした有機酸について記述する。
リン酸
酵母がブドウ糖を分解する時に生成されるミネラル。麹や酵母の増殖を助ける。
クエン酸
同じく酵母がブドウ糖を分解したときに生成される有機酸。ミカンやレモンなどに代表される爽やかな酸味を与える。
ピルビン酸
同じく酵母がブドウ糖を分解したときに生成される有機酸。多すぎるとつわり臭や木香様臭などと呼ばれる劣化臭を生む原因にもなる。
リンゴ酸
酵母が生み出す有機酸のひとつ。すっきりとした酸味、爽やかな香りの生む日本酒を代表する成分の一つ。
コハク酸
酵母が生み出す有機酸のひとつ。リンゴ酸の爽快さに対して、濃厚な旨味、味の濃さに大きく関わる、貝類等に含まれる成分。
乳酸
酵母がブドウ糖を分解したときにできるピルビン酸が分解されてできる有機酸。酵
母増殖時に雑菌を殺菌する役目のほか、日本酒の酸味にも大きく関わる成分。
酢酸
アルコール生成の延長でアルコールが分解されてできる有機酸。これも日本酒の酸味に影響を与える。
ピログルタミン酸
酵母が生成するグルタミン酸が変化した有機酸。旨味成分として有名なグルタミン酸と違い、旨味成分は一切無い。

23

この中でも、リンゴ酸、コハク酸、乳酸は大半が発酵期間中に生成される。この 3 つの有機酸は全体に占める割合も大きく、影響の大きい有機酸であるといえる。

2.4.2 香気成分
ここで、定量分析をした香気成分について記述する。
酢酸エチル
清酒の香気成分の一つ。セメダイン臭などと表現されることもある香りを持ち、それゆえに否定的な見方をされることもある。

n-プロパノール
酒に複雑で深い味わいを与えるとされる香気成分。これが多い場合、濃厚な味と捉えられたりする。
イソブチルアルコール
清酒の香気成分の一つ。苦味を感じさせる香りを与える。
酢酸イソアミル
日本酒の香気成分の一つであり、吟醸香とも呼ばれる。バナナや洋ナシを感じさせる香りを与える。
イソアミルアルコール
清酒の香気成分の一つ。独特のアルコール臭を持つ。
カプロン酸エチル
日本酒の香気成分の一つであり、吟醸香とも呼ばれる。柑橘類、リンゴなどを感じさせる香りを与える。
また、この中で特に、酢酸イソアミルとイソアミルアルコールの比を E/A 比と呼び、これもまた、日本酒の香りの性質を知る指標となっている。

24

第3章

結果と検討
3.1 磁場無印加実験
今回実験を行うにあたり、始めに磁場を印加しない場合の測定を行った。以降これを磁場無印加実験と呼ぶ。また、この実験のみ試料を 2.2.4 節で説明した試料とは異なる計 4
つの試料を用いて実験を行った。以下に磁場無印加実験で用いた試料の変更点を示す。

• 今実験では YPD 培地を用いて、酵母を試験管 2 本分作成した。
• ここでそれぞれの試験管で作成された酵母から 2 つの試料を作成し、一方の酵母から作成した試料を A1、 A2、もう一方の酵母から作成した試料を B1、 B2 とする。
なお、上記の手順以外は 2.2 節で説明したものと同じである。上記で試料を A1、 A2と分けているが、それぞれに関して特に違いはなく、呼称が違うのみである。これは B1、B2 に関しても同様である。
ここで、2 つの酵母を用いて実験を行ったのは、酵母が YPD 培地に対して最大限まで培養されることに関して、• YPD 培地量に対して培養時間が 24 時間で十分であるかどうかが明らかでない。
• 僅かな溶液量の誤差により YPD 培地で培養された酵母量が均一にならない可能性がある。
という不安点が存在するため、濁度を一定にすることにより再現性を高めることが出来るか確認するためである。

25

3.1.1 磁場無印加実験結果
磁場無印加実験の詳細について以下に記す。実験期間は 2010 年 8 月 19 日の 18 時 13分から 9 月 15 日の 18 時 13 分までの 21 日間行った。実験は磁場を印加せず、常時 23 ℃の空間に試料を置き、重量の測定は実験開始直後は数時間毎に、その後は一日毎に行った。試料 A1、A2 は濁度 0.157 abs の酵母から、試料 B1、B2 は濁度 0.165 abs の酵母から試料を作成した。各資料の積算炭酸ガス減量を測定した結果を表 3.1 に示す。また、それらの時間依存性のグラフを図 3.1 に、日本酒発酵期間に着目した時間依存性のグラフを
図 3.2 に示す。
表 3.1 0 T、23 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

時間 [h]

A1[g]

A2[g]

B1[g]

B2[g]

0

0.0

0.0

0.0

0.0

2.28

0.1

0.3

0.0

0.0

4.03

0.1

0.2

0.1

0.1

6.03

0.2

0.3

0.2

0.3

13.7

0.9

1.0

0.9

0.9

18.0

1.4

1.4

1.3

1.3

24.0

2.0

2.1

1.9

1.9

36.0

3.6

3.6

3.3

3.3

48.0

5.2

5.2

4.9

4.9

72.0

7.7

7.8

7.6

7.6

96.0

9.5

9.6

9.4

9.3

120

10.9

11.0

10.8

10.7

144

12.1

12.2

12.1

11.9

168

13.0

13.1

13.0

12.9

192

13.6

13.7

13.6

13.5

216

14.1

14.2

14.0

13.9

241

14.5

14.5

14.4

14.2

264

14.6

14.7

14.7

14.4

26

時間 [h]

A1[g]

A2[g]

B1[g]

B2[g]

288

14.8

14.9

14.8

14.5

312

15.0

15.0

15.0

14.6

336

15.2

15.2

15.2

14.8

360

15.3

15.4

15.4

15.0

389

15.5

15.6

15.5

15.1

417

15.7

15.8

15.7

15.3

432

15.8

15.9

15.8

15.3

456

15.8

15.9

15.9

15.4

480

16.0

16.1

16.1

15.5

504

16.1

16.2

16.2

15.6

528

16.4

16.4

16.5

15.9

552

16.5

16.6

16.6

16.0

576

16.6

16.7

16.7

16.1

600

16.8

16.9

16.9

16.2

624

16.9

17.0

17.0

16.4

648

17.0

17.1

17.1

16.5

27

図 3.1 0 T、23 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

図 3.2

0 T、23 ℃における発酵期間の積算炭酸ガス減量の時間依存性

縦軸が積算炭酸ガス減量、横軸が経過時間を表している。また、黒プロットと実線がA1、A2 を、白プロットと破線が B1、 B2 を示している。図 3.1 より、積算炭酸ガス減量
が時間の経過につれて段々と一定の値に収束していることが分かる。これは、試料内の酵母が発酵によって自らが生成したアルコールによって失活し、その結果発酵が弱まり炭酸ガスの生成が行われなくなることが理由である。また、図 3.3 より、260 時間以降は測定

28

毎の積算炭酸ガス減量の変化量がほぼ一定になっている事が読み取れる。さらに、今実験の実験環境は日本酒醸造における「中温速譲」という酒造方法で、速譲系酒母に属し普段より高い温度で仕込んで酵母を増やしていく方法である。この方法では米を入れた時の目
標温度が 23–25 ℃であるため、一週間前後で発酵が完了するため、240 時間前後では発酵が終了していると考えられる。以上のことより、260 時間以降は酵母は失活し、発酵が完了していることが示された。そのため、試料 B2 は他の試料と比べて積算炭酸ガス減量が少なくなっているが、これは発酵終了後の誤差であるため発酵自体とは大きく関係しないと考えられる。
次に、260 時間以前の日本酒発酵期間の積算炭酸ガス減量に着目したグラフについて考えていく。ここで、測定時間ごとの積算炭酸ガス減量の変化量のグラフを図 3.3 に示す。

図 3.3 0 T、23 ℃における測定期間毎の積算炭酸ガス減量の変化量

図 3.3 より、各試料の積算炭酸ガス減量が発酵期間中はほぼ同様の推移をしていることが読み取れる。これより、濁度を一定条件で揃えることにより使用する酵母量を一定にすることが出来、その結果各試料が同様の発酵を行ったと考えられる。
今回行った磁場無印加実験により、試料の積算炭酸ガス減量の時間毎変化について各試料で同様の変化を得ることができ、今実験により実験手順を確認できたと同時に、この実験方法によって今後行う実験の再現性を高めることが出来ることが示された。

29

3.2 磁場印加実験
次に磁場を印加した環境での実験と積算炭酸ガス減量の測定を行った。実験手順は 2.2
節で説明した通りであり、試料は全て磁場印加試料を A、磁場無印加試料を B とする。また今回から、測定した試料は福岡県工業技術センター生物食品研究所にお願いして、化学定量分析をしていて頂いた。

3.2.1 5 T、25 ℃における実験結果
実験の詳細を記す。実験は温度を 25 ℃、磁場を 5 T に設定し、2010 年 10 月 19 日から 10 月 28 日の 9 日間行った。各試料の積算炭酸ガス減量を測定した結果を表 3.2 に示す。また、それらの時間依存性のグラフを図 3.4 に示す。
表 3.2 5 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

時間 [h]A[g]b[g]時間 [h]

A[g]

B[g]

0

0.0

0.0

73.5

7.4

8.0

6

0.1

0.3

106.5

9.6

9.9

12

0.1

0.2

131.5

10.5

11.0

18

0.2

0.3

144.0

11.4

11.4

24.5

0.9

1.0

168.0

12.6

11.9

36

1.4

1.4

193.5

13.7

12.3

48.5

2.0

2.1

217.0

14.3

12.5

60

3.6

3.6

縦軸が積算炭酸ガス減量、横軸が経過時間を表している。また、黒プロットと実線が Aを、白プロットと破線が B を示している。図 3.4 より、実験開始直後から 132 時間経過時
点までにおいて、A の積算炭酸ガス減量が B よりも小さくなっていることが分かる。これは過去の研究より示された、磁場印加によって酵母の増殖速度と麹菌の糖化能力が抑制されること [1] より、実験開始後の数日間は発酵が進まなかった事が原因ではないかと考えられる。しかし、144 時間経過以降は A の積算炭酸ガス減量が B よりも大きくなっている。これは、磁場印加によって酵母の増殖活動が抑制されていたものの継続しており、

30

Integrated CO2 loss weight [g]

10

0
0

100
t [hour]200

図 3.4 5 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

酵母量が磁場無印加試料と同程度、あるいはそれ以上まで増殖が進んだ可能性が考えられる。
次に、発酵終了後の両試料を化学定量分析していただいた結果を香気成分、有機酸の順
で表 3.3、表 3.4 に、それらのデータチャートを各表の下に図 3.5、図 3.6 で示す。データ
チャートは、B の成分量を 1 とした際の A の成分量の比率を表したグラフとなっている。
さらに、発酵終了後の各試料の試料濃度を表 3.5 に示す。ただし、今実験の化学定量分析
は、分析を行う以前までの試料保存方法に誤りがあった為に参考程度とする。なお、香気成分の単位である ppm とは parts per million の略であり 100 万分の 1 の意味である。

31

表 3.3 5 T、25 ℃における各試料の香気成分

香気成分名

A[ppm]

B[ppm]

酢酸エチル

59.4

48.9

n-プロパノール

195.9

154.5

イソブチルアルコール

151.0

136.4

イソアミルアルコール

262.2

200.3

酢酸イソアミル2.8

1.9

カプロン酸エチル

0.9

0.8

E/A 比

1.1

0.9

酢酸エチル

1.5
1.25
1
0.75
0.5
0.25
0

E/A 比

n-ﾌﾟﾛﾊﾟﾉｰﾙ

ｶﾌﾟﾛﾝ酸ｴﾁﾙ

ｲｿﾌﾞﾁﾙｱﾙｺｰﾙ

酢酸ｲｿｱﾐﾙ

ｲｿｱﾐﾙｱﾙｺｰﾙ

5T, 25℃, A

5T, 25℃, B

図 3.5 5 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート32

表 3.4 5 T、25 ℃における各試料の有機酸

有機酸名

A[µg/mL]

B[µg/mL]

リン酸

370

425

クエン酸

96

85

ピルビン酸

116

45

リンゴ酸

404

327

コハク酸

913

962

乳酸

1390

906

酢酸

121

279

ピログルタミン酸

109

85

総酸

3519

3114

リン酸
ﾋﾟﾛｸﾞﾙﾀﾐﾝ酸

酢酸

3
2.5
2
1.5
1
0.5
0

クエン酸

ピルビン酸

乳酸

リンゴ酸
コハク酸

5T, 25℃, A

5T, 25℃, B

図 3.6 5 T、25 ℃における各試料の有機酸のデータチャート33

表 3.5 5 T、25 ℃における各試料の試料濃度

成分名

A[％]

B[％]

グルコース

1.3

3.1

グリセリン

0.78

0.72

エタノール

17.7

17.0

表 3.3 と図 3.5 より、全ての香気成分において試料 A の成分量が試料 B の成分量よりも多くなっていることが示されており、特に酢酸イソアミルに関しては顕著に多くなっていることが分かる。表 3.4 と図 3.6 より、ピログルタミン酸やリンゴ酸、特にピルビン酸
は試料 A が試料 B よりも多くなっており、それに対して酢酸は試料 A が試料 B よりも少なくなっている。酢酸はアルコール生成の延長でアルコールが分解されて出来る有機酸であるため、試料 A のアルコールが試料 B と比べて分解されなかったことが示された。また、表 3.5 より、エタノール濃度は試料 A が試料 B よりも高くなっており、グルコースは
試料 A の方が試料 B よりも顕著に低くなっていることが分かる。これらの結果より、試料 A では酢酸が生成されなかったためにエタノール濃度が高くなっていると考えられる。

3.2.2 10 T、25 ℃における実験結果
実験の詳細を記す。実験は温度を 25 ℃、磁場を 10 T に設定し、2010 年 11 月 1 日から 2010 年 11 月 11 日の 10 日間行った。各試料の積算炭酸ガス減量を測定した結果を表

3.6 に示す。また、それらの時間依存性のグラフを図 3.7 に示す。
縦軸が積算炭酸ガス減量、横軸が経過時間を表している。また、黒プロットと実線が Aを、白プロットと破線が B を示している。図 3.7 より、3.2.1 節と同様に試料 A の積算炭
酸ガス減量が試料 B よりも多くなっていることが分かる。これより、磁場を印加することによって発酵が継続する可能性があることが考えられる。しかしながら、今回の実験では 3.2.1 節の実験結果とは異なり、実験開始直後の発酵抑制がほとんど見られなかった。
これは、10 T という高磁場によって麹菌の糖化能力が大きく抑制されず、酵母の増殖速度が抑制される影響以上に麹菌の糖化能力の影響が強く現れた、という可能性が考えられる。しかしながら、この結果によって実験結果の信頼度が低くなる可能性がある。そこで、昨年度の実験で今実験と同じ条件下で行った実験結果を用いて、昨年度と今年度の積算炭酸ガス減量の変化の比較を行う。今年度の A と昨年度の A の積算炭酸ガス減量の時34

表 3.6 10 T、15 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

時間 [h]A[g]b[g]時間 [h]

A[g]

B[g]

0.0

0.0

0.0

66.5

7.4

7.2

8.0

0.4

0.5

92.5

9.0

8.9

12

0.8

0.9

114.0

10.2

10.0

18.5

1.7

1.7

138.0

11.2

10.9

23.5

2.3

2.4

162.5

12.2

11.7

31.5

3.5

3.5

186.0

12.9

12.3

43.0

5.0

4.9

210.5

13.5

12.7

55.5

6.4

6.2

235.0

14.0

13.1

間依存性のグラフを図 3.8 に示す。
縦軸が積算炭酸ガス減量、横軸が経過時間を表している。また、黒プロットと実線が今年度の試料 A を、白プロットと破線が昨年度の試料 A を示している。ここで、昨年度の試料 A で再現している日本酒醪は 118 g であるのに対して、今年度の試料 A は 104 g であり、日本酒醪の総量が異なっている。しかし、日本酒醪は酵母や麹を一定の割合で作成しているため、日本酒醪の総量の差は酵母と麹菌の総菌数の差と同様であると考えられる。そこで、昨年度の試料 A の 1 g あたりの積算炭酸ガス減量を求め、それを本年度試料と同じ 104 g の日本酒醪として換算し直し、比較を行った。図 3.8 より、昨年度の試料

A を今年度の試料 A と比較しても、ほぼ同様の変化を得られていることが分かる。このことより、今年度の実験結果は正しい結果を得られていると言える。さらに、この結果より総菌数が多いほど積算炭酸ガス減量も増加すると同時に、磁場からの影響が積算炭酸ガ
ス減量の抑制に大きく現れることが示された。したがって、日本酒醪の総菌数、つまり再現する日本酒醪の量を出来る限り増やすことで明確な磁場印加の影響を見る事が出来ると考えられる。
次に、発酵終了後の両試料を化学定量分析していただいた結果を香気成分、有機酸の順
で表 3.7、表 3.8 に、それらのデータチャートを各表の下に図 3.9、図 3.10 で示す。さらに、発酵終了後の各試料の試料濃度を表 3.9 に示す。

35

Integrated CO2 loss weight [g]10T, 25℃

10

：A

●

：B

○

0
0

100
t [hour]200

図 3.7 10 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

Integrated CO2 loss weight [g]10T, 25℃
10：A(2011)●：B(2010)

○

0
0

図 3.8

100
t [hour]

10 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性の昨年度比較

36

表 3.7 10 T、25 ℃における各試料の香気成分

香気成分名

A[ppm]

B[ppm]

酢酸エチル

20.8

58.8

n-プロパノール

231.6

274.8

イソブチルアルコール

188.2

222.3

イソアミルアルコール

307.5

338.1

酢酸イソアミル

3.3

3.2

カプロン酸エチル

0.8

0.8

E/A 比

1.1

0.9

酢酸エチル

1.25

1
E/A 比

n-ﾌﾟﾛﾊﾟﾉｰﾙ

0.75
0.5
0.25
0

ｶﾌﾟﾛﾝ酸ｴﾁﾙ

ｲｿﾌﾞﾁﾙｱﾙｺｰﾙ

酢酸ｲｿｱﾐﾙ

ｲｿｱﾐﾙｱﾙｺｰﾙ

10T, 25℃ A

10T, 25℃ B

図 3.9 10 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート37

表 3.8 10 T、25 ℃における各試料の有機酸

有機酸名

A[µg/mL]

B[µg/mL]

リン酸

528.6

551.4

クエン酸

95.7

98.8

ピルビン酸

81.5

57.8

リンゴ酸

405.3

398.2

コハク酸

847.2

878.6

乳酸

1811.6

1665.6

酢酸

99.3

104.1

ピログルタミン酸

112.1

122.5

総酸

3981.33877.1リン酸
ﾋﾟﾛｸﾞﾙﾀﾐﾝ酸

酢酸

1.5
1.25
1
0.75
0.5
0.25
0

クエン酸

ピルビン酸

乳酸

リンゴ酸
コハク酸

10T, 25℃, A

10T, 25℃, B

図 3.10 10 T、25 ℃における各試料の有機酸のデータチャート38

表 3.9 10 T、25 ℃における各試料の試料濃度

成分名

A[％]

B[％]

グルコース

2.1

2.1

グリセリン

0.86

0.86

エタノール

18.1

17.7

表 3.7 と図 3.9 より、3.2.1 節とは異なり、n-プロパノールやイソブチルアルコール、イ
ソアミルアルコールの成分量において、試料 A は試料 B よりも成分量が少なくなっていることが示されており、特に酢酸エチルに関しては顕著に少なくなっている。この影響により、試料 A の E/A 比が試料 B よりも高くなり、その結果として苦味など香りを濁す成
分が少なくなった日本酒だと言える。表 3.8 と図 3.10 より、試料 A と試料 B の各有機酸
量はほぼ同量となっている。しかし、3.2.1 節と同様にピルビン酸は試料 A が試料 B よりも顕著に多くなっていることが分かる。ピルビン酸は酵母がブドウ糖を分解した際に生成される有機酸であるため、10 T より酵母の増殖速度が抑制される 5 T と比べて試料 B との分量比が小さくなっていることより、磁場の影響を受けていると考えられる。また、表

3.9 より、3.2.1 節と同様にエタノール濃度は A が B よりも高くなっている。

3.2.3 1 T、25 ℃における実験結果
実験の詳細を記す。実験は温度を 25 ℃、磁場を 1 T に設定し、2010 年 12 月 7 日から 2010 年 12 月 17 日の 10 日間行った。各試料の積算炭酸ガス減量を測定した結果を表

3.10 に示す。また、それらの時間依存性のグラフを図 3.11 に示す。
縦軸が積算炭酸ガス減量、横軸が経過時間を表している。また、黒プロットと実線が Aを、白プロットと破線が B を示している。図 3.11 より、3.2.1 節、3.2.2 節と同様に A の積算炭酸ガス減量が B よりも大きくなっていることが分かる。これより、磁場を印加することによって発酵が継続する可能性がより高くなったと考えられる。また、発酵開始直後の発酵の抑制は 3.2.2 節と同様にほぼ見られなかった。
次に、発酵終了後の両試料を化学定量分析していただいた結果を香気成分、有機酸の順
で表 3.11、表 3.12 に、それらのデータチャートを各表の下に図 3.12、図で示す。さらに、発酵終了後の各試料の試料濃度を表に示す。

39

表 3.10 1 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

時間 [h]A[g]b[g]時間 [h]

A[g]

B[g]

0.0

0.0

0.0

72.5

8.3

8.2

5.5

0.4

0.4

95.0

9.9

9.6

11.5

1.1

1.2

119.0

11.0

10.7

16.0

1.8

1.8

144.5

12.1

11.7

26.5

3.2

3.3

170.0

13.0

12.4

35.3

4.4

4.5

193.0.0

13.6

12.8

48.0

5.9

6.0

216.5

14.1

13.2

59.5

7.0

7.0

240.5

14.5

13.4

Integrated CO2 weight loss [g]1 T, 25℃

10

0
0

100
t [hour]

●

：A

○

：B

200

図 3.11 1 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性40

表 3.11 1 T、25 ℃における各試料の香気成分

香気成分名

A[ppm]

B[ppm]

酢酸エチル

55.4

66.1

n-プロパノール

244.4

229.7

イソブチルアルコール

162.9

165.1

イソアミルアルコール

261.6

254.7

酢酸イソアミル3.4

3.8

カプロン酸エチル

0.7

1.1

E/A 比

1.3

1.5

酢酸エチル

1.25

1
E/A 比

n-ﾌﾟﾛﾊﾟﾉｰﾙ

0.75
0.5
0.25
0

ｶﾌﾟﾛﾝ酸ｴﾁﾙ

ｲｿﾌﾞﾁﾙｱﾙｺｰﾙ

酢酸ｲｿｱﾐﾙ

ｲｿｱﾐﾙｱﾙｺｰﾙ

1T, 25℃ A

1T, 25℃ B

図 3.12 1 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート

41

表 3.12 1 T、25 ℃における各試料の有機酸

有機酸名

A[µg/mL]

B[µg/mL]

リン酸

528.6

551.4

クエン酸

95.7

98.8

ピルビン酸

81.5

57.8

リンゴ酸

405.3

398.2

コハク酸

847.2

878.6

乳酸

1811.6

1665.6

酢酸

99.3

104.1

ピログルタミン酸

112.1

122.5

総酸

3981.33877.1リン酸

1.25
ﾋﾟﾛｸﾞﾙﾀﾐﾝ酸

1

クエン酸

0.75
0.5
0.25
0

酢酸

ピルビン酸

乳酸

リンゴ酸
コハク酸

1T, 25℃, A

1T, 25℃, B

図 3.13 1 T、25 ℃における各試料の香気成分のデータチャート42

表 3.13 1 T、25 ℃における各試料の試料濃度

成分名

A[％]

B[％]

グルコース

2.1

2.1

グリセリン

0.86

0.86

エタノール

18.1

17.7

表 3.11 と図 3.12 より、n-プロパノールの成分量については試料 A は試料 B よりも多くなっていることが分かる。しかし、全体では成分量が多くなるという様な変化は見ることが出来ず、酢酸エチルや酢酸イソアミル、特にカプロン酸エチルの成分量については試料 A が試料 B よりも少なくなっている。この影響により、試料 A の E/A 比も試料 B よ
りも低くなり、その結果として吟醸香といった良質な香りが弱まった日本酒だと言える。
表 3.12 と図 3.13 より、リンゴ酸とリン酸は試料 A が試料 B より若干量多くなっている
ことが分かる。しかし、香気成分と同様に全体では有機酸量が多くなるという変化はあまり見られず、ピルビン酸や酢酸に関しては試料 A が試料 B よりも顕著に少なくなっている。ピルビン酸量が少なくなったことは、3.2.2 節とは別の視点より、より低い磁場を印加されたことにより糖化能力が抑制され、その結果として生成されたブドウ糖が少なくなったと考えることも出来る。しかしながら、日本酒醪が磁場から影響を受けたことで全体的に試料 A の香気成分と有機酸の生成が抑制される可能性は示された。また、表 3.13
より、3.2.1, 3.2.2 節と同様にエタノール濃度は試料 A が試料 B よりも高くなっている。

3.2.4 7 T、25 ℃における実験結果
実験の詳細を記す。実験は温度を 25 ℃、磁場を 7 T に設定し、2011 年 1 月 26 日から2011 年 2 月 7 日の 10 日間行った。ただし、今回の実験においては 1 月 29 日から 2 月
1 日までの間、機器の不調のため温度を 25 ℃に保つことが出来なかった。各試料の積算
炭酸ガス減量を測定した結果を表 3.14 に示す。また、それらの時間依存性のグラフを図

3.14 に示す。

43

表 3.14 7 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性

時間 [h]A[g]b[g]時間 [h]

A[g]

B[g]

0.0

0

0

120.0

8.9

9.1

4.0

0.3

0.2

145.0

9.7

9.9

9.5

0.7

0.6

168.0

11.1

11.1

22.5

2

1.8

192.0

12.2

12.0

36.0

3.9

3.7

215.0

12.9

12.7

47.5

5.4

5.2

241.0

13.4

13.1

68.5

6.7

6.5

287.0

13.9

13.6

91.0

7.9

7.6

この結果より、ある期間においての積算炭酸ガス減量において、機器の不調により 25℃に保つことが出来なかった期間においては試料 B が試料 A よりも値が大きくなったが、その後の発酵によって最終的に試料 A の発酵が継続する傾向が見て取れた。
なお、機器の不調より正確な実験結果を得られなかったと考えたため、今実験で用いた各試料の化学定量分析は見送った。

44

Integrated CO2 loss weight [g]7T, 25℃

10

0
0

100

200

●

：A

○

：B
300

t [hour]
図 3.14 7 T、25 ℃における積算炭酸ガス減量の時間依存性45

謝辞
本研究を行なうにあたり、多大なる御指導や助言を各方面の専門家の方々に頂いたおかげで本研究を無事に終えることが出来ました。多大な御指導、助言をして下さった九州工業大学の松下照男先生、木内勝先生。本研究に導いて頂き、多大な御指導、助言をして下さった小田部荘司先生。研究の合間を見ながら作業手順から器具の扱い方まで、さらには生物学の知識に至るまで、丁寧に御教授頂いた生命情報工学研究系の仁川純一先生。急な御願いにも関わらず、超伝導マグネットを最後まで使わせていただき、実験方法や機器の取り扱いまで多大な御指導、助言をして下さった福岡大学の松本泰國先生。ご多忙にも関わらず、化学定量分析をして頂いた福岡県工業技術センターの大場孝宏先生。現在までの研究成果や問題点を事細かに記していただいた、清水和弥先輩、田中悠介先輩、川上宏幸
先輩、黒木章太郎先輩。本研究以外でも様々な手助けをして頂いた松下・小田部・木内研
究室の皆様。皆々様に感謝の気持ちと共に深く御礼申し上げます。

46

参考文献
[1] 川上宏幸:強磁場中における日本酒微生物の活動に関する研究 [九州工業大学学部論
文 平成 20 年][2] 田中悠介：強磁場中における麹菌の糖化能力抑制効果に関する研究 [九州工業大学学部論文 平成 21 年][3] 黒木章太郎：高磁場中における日本酒酵母の活動に関する研究 [九州工業大学学部論
文 平成 19 年][4] 黒木章太郎：高磁場中における日本酒酵母の活動に関する研究 [九州工業大学学部論
文 平成 19 年][5] 秋山裕一著:『日本酒』岩波文庫 (1994) p.4247