受賞者講演要旨《農芸化学技術賞》

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品質工程改善のためのビール酵母の総合的基盤解析技術の開発①

キリンビール株式会社
キリンホールディングス株式会社

酒類技術開発センター
フロンティア技術研究所

キリンビール株式会社

酒類技術開発センター

キリンビール株式会社

酒類技術開発センター

はじめに

③

②

④

主査 善 本 裕 之①
主任研究員 吉 田聡②
チーフアナリスト 金井(田中)圭子③
主務 小 林統④

盤技術を開発した．これらの技術を用いて，ビール類の発酵中ビール類は低アルコール飲料として広く消費者に愛飲されている．日本では 1990 年代半ば以降から，さまざまな特徴や機に発生する各種課題の仮説を立て解決を試み，本技術がビール酵母の解析に有効であることを示した．

能性を持つ発泡酒や新ジャンルの商品が開発されてきた．このような商品の登場により，発酵中にビール酵母が置かれる環境

ビール酵母の総合的基盤解析技術の開発も大きく変化した．麦芽の低使用比率，あるいは麦芽以外の原ビール酵母における発酵の課題は，どのレベルで発生するか材料を用いることで，ビール製造では想定できなかった発酵遅わからない．そこで，課題発生の仮説立案のため，それぞれの延やオフフレーバー等の課題が発生した．しかしながら，従来レベルで必要とされるビール酵母の解析技術を開発した (図のビール酵母の解析技術では，課題解決に必要なデータを十分1)．そして，課題に応じて最適な解析レベルを選択し，解決へに得ることができず，発生原因を推定することが難しかった．

向けて効率的に取り組むことを可能にした．

ビール製造に使用される酵母には，大きく分けて上面発酵酵
母と下面発酵酵母の 2 種類が存在する．上面発酵酵母は，比較

1. 遺伝子レベルの解析
パルスフィールドゲル電気泳動後のサザンブロットや EST的高温で短期間発酵が行われ，糖を食べ尽くして発酵が終わる等の遺伝子レベルの解析から，下面発酵酵母

頃 に 上 の ほ う に 浮 い て く る 性 質 を 持 ち，は，に属する．一方，日本で主流なビールは色が淡く透き通ったピルスナータイプで，下面発酵酵母と質倍数体であり，の 2 種類のサブゲノムを持つ異に由来する Sc 型の遺伝子とをに由来する Lg 型の遺伝子 (Sc 型と 90％以下の相同用いて低温で発酵させて造る．この酵母は発酵が終わる頃，酵性を示す) のセットを持つことを明らかにした．また，下面発母同士が固まって沈む．この性質はと呼ばれ，発酵終酵酵母株は互いに近縁であり，遺伝子レベルで識別することは了時酵母を回収して次回再び使用する，いわゆる「連用 (繰り容易ではなかった．そこで，近縁酵母の識別を可能とする返し使用)」において重要な醸造特性の一つである．下面発酵

PCR プ ラ イ マ ー 配 列 や SNPs (Single Nucleotide Polymor-

酵母は，上面発酵酵母とは遺伝学的特性が異なっていたるためphisms) 情報を基に特定の領域の塩基配列の違いにより，これに，らの酵母株を識別する方法を開発した (図 2)．さらに，Sc 型凝集で使用されている解析技術が十分に活用できなかった．と Lg 型のオーソロガスな遺伝子の塩基配列を利用して，両者

本研究では，従来からある解析技術に加えて，近年，飛躍的を区別して解析できる下面発酵酵母の DNA マイクロアレイをに発展してきた遺伝子，遺伝子発現，タンパク質，代謝物，表開発し，CGH (Comparative Genomic Hybridization) 法を用い現型の各レベルの網羅的な解析技術を駆使して，下面発酵酵母ることで遺伝子コピー数の違いを基にした解析が可能となり，の特性を解析し，品質や工程を改善するために必要な総合的基連用過程で転座が発生しやすい遺伝子領域があることを示し

図1

開発したビール酵母の解析技術 (全体像)12《農芸化学技術賞》

受賞者講演要旨

た．また，量的形質に関与する遺伝子を同定するために QTL

ク質の部分精製を行い，候補遺伝子の破壊株を作製し，酵素活(Quantitative Trait Loci) 解析を行い，香味成分として重要な性を測定した．その結果，この酵素反応にはピルビン酸デカル高級アルコールの生成能に関与する染色体領域が Sc 型第 IVボキシラーゼ遺伝子染色体上に座乗する可能性を強く示唆する結果を得た．

なった．この技術を用いることにより簡便に短時間で部分精製

2. 遺伝子発現レベルの解析のタンパク質から遺伝子を同定することが可能となった．

下面発酵酵母の DNA マイクロアレイを活用し，異なる発酵が関与していることが明らかに

4. 代謝物レベルの解析

温度での Sc 型と Lg 型の遺伝子発現調節を解析し，オーソロ

ビール酵母の細胞内イオン性代謝物を測定する手法として，グ間で発現パターンの異なる遺伝子が存在することを明らかに

CE-TOFMS (キャピラリー電気泳動‑飛行時間型質量分析計)

した (図 2)．一つの細胞内に 2 種類のゲノムセットが混在しによる分析法を確立し，定量解析した細胞内代謝物濃度の比較て，共に発現している生物は興味深い．いかにしてこれらの遺から酵母の生理状態を把握する技術を開発した (図 3)．代謝

伝子発現が調節され，醸造の特性が生まれるかを明らかにする

物濃度のデータベースは酵母の生理状態評価に有用であり，課ことは生物学的にも意義深いことである．Sc 型と Lg 型の遺伝

題発生原因の仮説を立案するために活用できることが示され子を区別できる解析技術を用いることで，下面発酵酵母の特徴た．

をより正確にとらえることができるようになった．

5. 表現型レベルの解析

3. タンパク質レベルの解析

細胞形態を定量的に表現するシステム (CalMorph) を活用目的とするタンパク質を部分精製し，得られたアミノ酸配列して，発酵中のさまざまな条件下の下面発酵酵母の細胞形態定情報を基に候補遺伝子を絞り込み，その破壊株の評価から遺伝量解析値を収集し，これらの値をデータベース化した (図 3)．

子を同定する技術を開発した (図 3)．イソアミルアルコール細胞形態定量値を比較することで，酵母の生理状態をより正確生成に関わるデカルボキシラーゼの同定のために，このタンパに把握することが可能となった．

図2

図3

遺伝子および遺伝子発現レベルの主な解析技術

タンパク質，代謝物，および表現型レベルの主な解析技術

受賞者講演要旨《農芸化学技術賞》

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以下に，これらの解析技術の実用へ向けた活用事例について，いつか例を挙げて紹介する．
ビール酵母の解析技術を活用した品質及び工程の改善
1. 品質の改善
ビール酵母を各工場へ配布する際，酵母の種類に間違いがなく，その性質が前年と同等であることを保証する必要がある．
そのために，上面発酵酵母と下面発酵酵母の違いを区別する
PCR 解析法，SNPs を活用した菌株識別法，多型検出のためのパルスフィールドゲル電気泳動とサザンブロット解析法等を開発し，これらにより下面発酵酵母株間の違いを短期間で識別す

図4

ることができるようになった．一方，酵母の生理状態を正確に開発した技術の波及効果

把握することは，高品質のビール類を製造するために不可欠であ る．こ れ ま で 酵 母 細 胞 内 pH を 測 定 す る ICP 法 (Intra-すように工程を変えることにより発酵遅延を回避することがでcellular pH) により生理状態を推定していたが，製造方法も多き，工程改善につなげることができた．

岐にわたるようになり，既存の ICP 法だけでは発酵での課題仮説を推定することが困難な事例も確認されてきた．今回開発おわりにした代謝物，および表現型レベルの解析により，酵母の生理状ビール酵母の遺伝子，遺伝子発現，タンパク質，代謝物，お態をより正確に把握することができるようになった．これらのよび表現型のそれぞれのレベルで必要な解析技術を開発し，こ技術開発により，発酵中に発生する課題に対する仮説立案を行れらを必要に応じて活用することで課題の仮説立案・原因解明

い，適切な対応を取ることで品質向上に貢献した．

を行い，ビール類の品質管理や工程改善に貢献することができ

2. 工程の改善た (図 4)．また，さまざまな生活スタイルや価値観にマッチ

発泡酒や新ジャンルの製造では，麦芽使用比率の減少のためした新商品を開発する際に生じる課題の解決にも有効である．に液糖で糖源を補う場合が多い．液糖には，グルコース，マルこれらの技術について，国内のみならず，ビールの研究や開発トース，マルトトリオース等の多様な糖類が含まれている．

が盛んに行われている欧米において，学会での発表を通して日

ビール酵母は消費しやすいグルコースをより好んで消費する傾本の技術力をアピールしてきた．今後も，ビール類だけでなく向があるが，そのような条件下では発酵遅延が発生する場合がさまざまな発酵食品製造に応用することで発酵業界全体の発展あった．代謝物および表現型レベルの解析を行った結果，これのために貢献するとともに，お客様によりおいしいビール類をはビール酵母が窒素栄養分や微量栄養分等を発酵前半に急激にお届けするために，ビール酵母の解析技術の向上に精進を続け消費してしまい，これら栄養分が発酵途中で枯渇してしまうこていきたい．とが原因であることが明らかになった．そこで，ビール酵母が急激に栄養分を消費し過ぎないように発酵前半の温度を下げる

本成果は，キリンホールディングス株式会社，ならびにキリ

2 段階温調法の開発へつなげ，良好で調和のとれた香味を有すンビール株式会社の多くの関係者の尽力によるものであり，深るビール類の製造を行うことができるようになった．また，従謝いたします．細胞形態定量解析は東京大学・大矢禎一教授

来の知見では，グルコースの比率が高いほど発酵促進効果があら，細胞内代謝物解析は慶應義塾大学・曽我朋義教授らとの共ると考えられていたが，グルコースとマルトースの濃度比率の同研究で取り組んだ内容であり，ご協力いただきました皆様に違いで，ビール酵母の死滅率が上昇し，糖類の比率によっても深く感謝いたします．また，本賞にご推薦いただきました東京

発酵遅延が発生することが明らかになった．遺伝子発現および大学・依田幸司教授，および選考委員の先生方に厚く御礼申し

代謝物レベルの解析を行った結果，発酵液中のアミノ酸を増や上げます．