コンブチャから分離された系統。低アルコールビール醸造における基本的な洞察、および実用的なアプリケーション

Strains Isolated From Kombucha: Fundamental Insights, and Practical Application in Low Alcohol Beer Brewing.

• Konstantin Bellut
• Kristoffer Krogerus
• Elke K Arendt

抄録

ノンアルコール・低アルコールビール（NABLAB）への関心が高まる中、研究者たちは、その生産のためにその特殊な代謝特性を利用するために、従来とは異なる酵母の研究を行っています。その一つが、アルコール発酵中に多量の乳酸を産生し、その結果、乳酸が蓄積され、エタノール生産量が減少するという特異な能力を持つ酵母である。本研究では、コンブチャの個々の培養物から分離された4つの菌株を調べた。全ゲノムシークエンシングを行い、重要な醸造特性（糖利用率など）やストレス因子に対する感受性を調べた。また、麦汁エキスのスクリーニングを行い、菌株依存性の違いを明らかにした後、乳酸産生を高めるための発酵最適化を行った。最終的には、60Lのパイロットスケールで低アルコールビールを製造した。コンブチャ単離株のゲノムは多様であり、地理的起源に関連した2つの系統群に分離することができた。醸造用酵母と比較して、アルコールや酸性条件に対する感受性は低く、浸透圧ストレスに対する感受性は高かった。スクリーニングでは、乳酸産生量に系統依存的な有意な差が見られた。応答表面法（RSM）を用いた発酵最適化により、低ピッチングレート、高発酵温度、高エキス含有量で乳酸産生量が増加することが明らかになった。また、初期のブドウ糖濃度が高い場合には、最大の乳酸産生量（max.18.0 mM）が得られることが示された。このデータは、グルコースが存在する限り、乳酸生産とエタノール生産が同時に起こることを示した。グルコースが枯渇したり、乳酸濃度が高くなったりすると、乳酸生産はエタノール経路のみにシフトしました。低アルコールビール（<1.3% ABV）を 60 L のパイロットスケールで停止発酵により製造した。このビールは、残糖による甘味と生成乳酸による酸味（13.6mM）のバランスのとれた比率を示した。しかし、発酵を停止したためにジアセチルが高濃度に存在しており、許容できるレベルまで濃度を下げるためには、さらなるプロセス介入が必要となる可能性があった。

With a growing interest in non-alcoholic and low alcohol beer (NABLAB), researchers are looking into non-conventional yeasts to harness their special metabolic traits for their production. One of the investigated species is , which possesses the uncommon ability to produce significant amounts of lactic acid during alcoholic fermentation, resulting in the accumulation of lactic acid while exhibiting reduced ethanol production. In this study, four strains isolated from individual kombucha cultures were investigated. Whole genome sequencing was performed, and the strains were characterized for important brewing characteristics (e.g., sugar utilization) and sensitivities toward stress factors. A screening in wort extract was performed to elucidate strain-dependent differences, followed by fermentation optimization to enhance lactic acid production. Finally, a low alcohol beer was produced at 60 L pilot-scale. The genomes of the kombucha isolates were diverse and could be separated into two phylogenetic groups, which were related to their geographical origin. Compared to a brewers' yeast, the strains' sensitivities to alcohol and acidic conditions were low, while their sensitivities toward osmotic stress were higher. In the screening, lactic acid production showed significant, strain-dependent differences. Fermentation optimization by means of response surface methodology (RSM) revealed an increased lactic acid production at a low pitching rate, high fermentation temperature, and high extract content. It was shown that a high initial glucose concentration led to the highest lactic acid production (max. 18.0 mM). The data indicated that simultaneous lactic acid production and ethanol production occurred as long as glucose was present. When glucose was depleted and/or lactic acid concentrations were high, the production shifted toward the ethanol pathway as the sole pathway. A low alcohol beer (<1.3% ABV) was produced at 60 L pilot-scale by means of stopped fermentation. The beer exhibited a balanced ratio of sweetness from residual sugars and acidity from the lactic acid produced (13.6 mM). However, due to the stopped fermentation, high levels of diacetyl were present, which could necessitate further process intervention to reduce concentrations to acceptable levels.

Copyright © 2020 Bellut, Krogerus and Arendt.