PC 3.06 呼吸と発酵

呼吸は、生物が糖などの有機化合物に蓄えられたエネルギーを利用するためのプロセスです。生物は酸素を使用して、その過程で二酸化炭素と水を放出します。呼吸は、動物が食物からエネルギーを得るプロセスです。これは、植物が光合成中に生成する糖からエネルギーを得るプロセスでもあります。

呼吸は、タンパク質から糖、脂肪酸、アミノ酸などのより大きな有機分子を分解する一連の反応で構成されています。真核生物において、酸素を使用する鎖の部分は、特殊なオルガネラであるミトコンドリアの内部に生じます。酸素分子内の2つの酸素原子間の結合は非常に高エネルギーの結合であるため、呼吸は有機分子からエネルギーを得るには非常に効率的な方法です。

酸素が利用できない状況では、多くの生物は代わりに発酵に切り替えます。ですが、発酵は酸素の高エネルギー結合を利用できないため、糖の分子のエネルギーは呼吸で得られるエネルギーよりもはるかに少なくなります。呼吸での老廃物は二酸化炭素と水です。発酵においては、さまざまな微生物がさまざまな老廃物を生成します。最も一般的なのは乳酸とエタノールです。

私たちはコーヒーや醸造における細菌や酵母による発酵についてよく理解しています。ラクトバチルス属などの多くの菌種も発酵中に乳酸を生成します。この乳酸がヨーグルトの酸味の原因となります。

乳酸は、動物や一部の細菌種の発酵の副産物です。同じ代謝プロセスが動物細胞、たとえば激しい運動中の筋肉の内部でも発生します。乳酸は血液から十分な酸素を受け取っていない筋肉細胞に蓄積し、運動後におなじみの痛む感覚を引き起こします。

エタノールは、酵母や数種類の細菌による発酵の最終生成物です (S.-T. Yang 他、2007)。

好気性発酵および酸化発酵

上で説明したように厳密な生物学的意味では、発酵は酸素を使用しません。ですので定義上、発酵は嫌気性プロセスです。ですが、一部の発酵のプロセスでは酸素がある状況でも行われます。

「好気性発酵」という用語は、酸素が存在しても起こる発酵を指すために使用されることがあります。ほとんどの酵母は、酸素が存在すると発酵ではなく呼吸に切り替わりますが、醸造に使用される酵母サッカロミセス・セレビシエを含むいくつかの酵母は、酸素が存在しても十分な糖が入手可能であれば発酵を続けます(R. H. De Deken、1966)。この能力は、エタノールの毒性が細菌との争いを減らすために進化したと考えられていて(J. Pišku他、2006)、おそらくは順化の結果としてさらに進化したと考えられています(J. G. Gibbons & D. C. Rinker, 2015)。このプロセスは酸素を消費しないため、その名前にもかかわらず、厳密に言えば嫌気性プロセスと考えることができます。

「発酵」は、より一般的な意味で、食品またはバイオリアクター内で微生物によって行われる代謝プロセスを表すために使用される用語でもあります。たとえば、「酸化発酵」と呼ばれることもある酢（酢酸）の製造には酸素が必要です。このプロセスでは、アセトバクターなどの細菌が酸素を使用してエタノールを酢酸に変換します。このタイプのプロセスは、コンブチャなどの多くの「野生」発酵で発生します。また、酸素にさらされるコーヒー発酵タンクでも発生します。

コーヒーにおける「発酵」という用語は通常、より一般的なプロセスを指しています。典型的な発酵タンクでは、多くの菌株と酵母菌が存在し、発酵と呼吸の両方が行われるだけでなく、その他の代謝プロセスもすべて行われます。

発酵は厳密に言うと定義上嫌気性であるため、「発酵」という用語の異なる使用は、コーヒーにおける嫌気性発酵方法と好気性発酵方法のどちらが適切な命名になるのかといった混乱の理由となっています。分かりやすくするために、私たちは「バッグ発酵」など、酸素を排除するようにコントロールされた発酵を説明するために特定の用語を使用することを好みます（レッスン 4.04 を参照）。

3.06終