ビール表面の分子と泡の安定性に相関

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ビールに含まれるホップの成分が表面で泡持ちを向上させる手助けに

2018/08/10 国立研究開発法人 産業技術総合研究所

ポイント

  • ビールの表面(気液界面)に存在する成分分子の測定に成功
  • ビールの表面には、ホップ由来の分子とタンパク質がともに存在していることを確認
  • ホップ由来の分子とタンパク質が共存して増加することで、泡がより安定化

概要

国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)ナノ材料研究部門【研究部門長 佐々木 毅】ナノ界面計測グループ 宮前 孝行 主任研究員は、キリン株式会社【代表取締役 磯崎 功典】(以下「キリン」という)R&D本部酒類技術研究所【所長 井戸田 裕二】加藤 治人 主任研究員、加藤 優 主任研究員らと共同で、表面の解析に有効な分光法を用いてビール表面を直接測定し、表面におけるホップ由来の分子とビールに含まれるタンパク質の挙動を明らかにした。これらはビールの泡の形成・安定化に重要な情報である。

ビールの泡には、タンパク質とホップの成分が含まれることはこれまで知られていたが、それらが泡中の液体部分に存在するのか、気体と液体との界面(気液界面)に存在するのかは不明であった。今回、固体や液体の表面・界面に存在する分子の振動スペクトルを選択的に測定できる和周波発生分光法(SFG分光法)を用いてビールの表面を調べたところ、ビールの表面にはビールの苦味の元を含むホップ由来の分子とタンパク質の両方が存在すること、さらに表面に現れているホップ由来の分子の存在量とビールの泡の安定性に相関があることが明らかになった。

なお、この成果の詳細は、2018年8月10日(日本時間)に日本化学会の学術誌のChemistry Lettersに掲載される。また2018年9月10~13日に福岡国際会議場(福岡市博多区)で開催される第12回分子科学討論会でも発表される。

概念図

ビールの泡の気液界面に含まれているホップ由来の分子とタンパク質の様子の概念図

研究の社会的背景

ビールは、人類が発明した最も古いアルコール飲料であり、その起源はメソポタミア文明にまでさかのぼることができる。ビールの主な原料は水、大麦を発芽させた麦芽、ホップ、ビール酵母などである。中でもホップは、中世ヨーロッパでビール醸造に使用され始めて以来、ビールにとって欠かせない原料となっている。ホップはビールに独特の苦味と爽やかな風味を与えるだけでなく、天然の殺菌剤として保存性を高める作用を持つ。

ビールに苦味を与えるホップの成分は、主に苦味成分であるイソフムロン類であり、イソフムロン類はビールの泡の形成にも影響を与えていることが知られている。ビールにとって、泡は見た目だけでなく商品の価値を決めるために必要不可欠な要素であるとともに、泡が長時間安定していること(泡持ち)はビールの品質や商品価値の向上にとっても重要である。そのため、ビールの泡の形成や安定化を担う液体表面の分子挙動を調べることが求められていた。

研究の経緯

産総研は、材料表面や界面の分子情報を選択的に計測・評価する手法として、SFG分光法を用いた有機物界面の評価・解析技術の研究開発を進めてきた。これまでにも、液体表面の解析事例として、硫酸水溶液の表面をSFG分光法で調べ、長らく不明であった硫酸水溶液表面の酸解離状態を明らかにしてきた(産総研TODAY 8巻7号 [PDF:404K])。

SFG分光法は、物質の表面や界面からだけ発生する特異な光を利用した測定法であり、固体や液体の表面、界面での分子の配向、秩序性、相互作用などを調べることができる。また、光を使った手法であるため、加熱や冷却など試料の温度や環境変化による表面の状態変化を調べることもできる。

今回、SFG分光法による液体表面の解析技術を用いて、キリンと共同でビール表面の分子挙動と泡の形成に必要な分子の情報との関連を詳しく調べることとした。

研究の内容

一般に、「泡」は気体と液体からなり、親水性部分と疎水性部分をあわせ持つ分子がその境界面、つまり液体表面に存在している。ビールの泡の場合、泡の形成や安定化にはタンパク質など液体中に含まれる高分子量の分子が重要な役割を果たしていると考えられ、これまでにも液体内部を調べて、タンパク質の作用と泡の形成や安定性との関連を調べる研究が数多く行われてきた。しかし、泡は液体の表面で発生するため、泡の形成過程を調べるにはビール表面の情報が必要であるが、液体表面を分子レベルで調べる手法がほとんどなかったため、ビール表面の分子の構成が液体内部と同じなのかどうかは全く不明であった。

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