酒を作る発酵の原理

数日前、冷蔵庫で賞味期限が少し過ぎたぶどうジュースを見つけた。もったいないので常温で数日置いておいたら、ボトルのキャップが少し膨らんでいた。ふと「これ、お酒になるんじゃない？」と思ったのだが、調べてみると本当にその可能性があるらしい。密閉された糖分を含む飲料を常温で長く放置すると、空気中の野生酵母が入り込み、自然発酵が起こることがあるそうだ。もちろん衛生上おすすめはできないが、その瞬間、無性に気になった。一体酵母は何をしていて、どうやって糖分がアルコールに変わるのだろうか。そして、どんな糖分でも入れればすべて酒になるのだろうか。

糖分をアルコールに変えるのは、実は酵母の呼吸法だ

結論から言うと、発酵は酵母にとって大層な化学魔法ではなく、単なる「酸素なしで行う呼吸」に過ぎない。人間は酸素を使ってブドウ糖を燃やしてエネルギーを得るが、酵母は酸素が不足した環境に置かれると、ブドウ糖を完全に燃やしきれず、中途半端に分解してしまう。その副産物がエタノールと二酸化炭素だ。エタノール発酵は、酵母のような嫌気性細菌が酸素不足の環境で代謝を行う過程であり、ブドウ糖1モルが分解されると、エタノール2モルと二酸化炭素2モルが生成される。

これがなぜ重要かというと、発酵はそもそも酵母が「酒を作ろう」として行っていることではないからだ。酵母にとってエタノールは、代謝後に残る単なる老廃物に過ぎない。酵母がエタノールの中でも生きられると誤解しやすいが、単細胞生物である酵母には、自分が作ったエタノールの中で生き残る術はない。エタノールは酵母にとって猛毒であり、醸造過程に投入された酵母は最終的にすべて死滅する。死んだ酵母は後で酒粕として取り除かれる。自分が生きるためにした行動が自分を殺すことになるわけで、このあたりは知れば知るほど皮肉なものだ。

発酵で出る気体こそが、あの泡の正体だ。ブドウ糖1分子あたりエタノール2分子と炭酸ガス2分子が出るのだが、この炭酸ガスが気泡と泡を作る。気泡が止まるということは、アルコール濃度が最大値に達して酵母の繁殖が止まったか、あるいは酵母が消費するブドウ糖がなくなったことを意味する。酒瓶の中でポコポコと上がる泡は、実は酵母が懸命に呼吸している証拠だったのだ。

なぜ原材料に限界があるのか — 糖があってこそ始まる

ここで「じゃあ、どんな材料でも発酵させれば酒になるのか」という疑問が自然と湧いてくる。答えは半分正解で半分間違いだ。酵母が食べられるのはあくまで糖分だけだからだ。問題は、世の中の材料には糖分をそのまま持っているものもあれば、糖分ではなくデンプンの形で持っているものもあるという点だ。

果物や蜂蜜はすでに糖分の状態なので、酵母を入れればすぐに発酵が始まる。ワインはブドウに含まれる天然の糖分を発酵させて作り、シードルやペリーはそれぞれリンゴと梨の天然糖分を発酵させて作る。蜂蜜酒（ミード）も、蜂蜜にある天然の糖分をそのまま発酵させたものだ。材料さえあれば酵母が勝手に働いてくれるということだ。

問題は穀物だ。米や麦のような穀物は糖分ではなくデンプンを持っているため、酵母がすぐに手を出すことができない。穀物は糖ではなく糖の結合体であるデンプンを持っているため、そのまま発酵させるのは不可能だ。だから穀物酒には常に一段階の工程が追加で必要になる。ビール、ウイスキー、ウォッカは、麦芽に含まれるアミラーゼが穀物のデンプンを先に糖へ転換させてから、その糖分を発酵させて作る。韓国の伝統酒で言えば、麹カビがこの役割を代わりに行っているようなものだ。

つまり「原材料の限界」というものは確かにあるが、それは「糖分を作り出せるかどうか」という限界に近い。糖であれデンプンであれ、糖に変えさえすれば酒になるという意味なので、実質的に地球上のほぼすべての炭水化物材料が候補になり得る。牛乳も例外ではない。牛乳の乳糖を発酵させて作る馬乳酒（アイラグ）のような事例が代表的だ。

酵母を入れたこともないのに、なぜブドウは勝手に酒になるのか

ここでまた一つ気になることがある。昔の人々は酵母という存在自体を知らなかったはずなのに、どうやってワインを作ったのだろうか。答えは意外と単純で、酵母がそもそもブドウの皮に付着して生きていたからだ。ブドウの皮には野生酵母がたくさん付着しているため、よく熟したブドウを潰して置いておくだけで、ブドウの糖分を利用して勝手に発酵が起こる。これがワインの始まりだと言われている。わざわざ酵母を別途入れる必要はなかったのだ。干しぶどうも同じで、干しぶどうにも酵母が付着しているため、これを利用した天然酵母パンを作る方法があり、100年前まで人々はパンを作る時にこのような自然発酵の過程を経ていた。

面白いのは、ラガービールに使われる酵母のルーツを追跡した研究だ。2011年のある研究は、ラガー酵母が南米パタゴニアで採取された野生酵母のゲノムと99%一致するという結果を出した。寒い地域で発酵する能力を持つこの野生酵母がヨーロッパに渡り、既存のエール酵母と出会って今のラガー酵母になったという推測だ。つまり、今私たちが飲んでいるビールの酵母すら、ある瞬間に野生で偶然発見され、飼いならされた菌株だということだ。人間が発酵という現象を理解するずっと前から、酵母はすでに自然の中でこの仕事をしていて、人間はその結果がおいしいことに気づいて繰り返してきたに過ぎない。

では、発酵と腐敗は何が違うのかと思うかもしれない。実は微生物の立場から見るとどちらも同じ種類の代謝作用であり、化学的には大差がないという。人間に有益なら発酵、無用または害があれば腐敗というのが、この両者の実質的な区分だ。つまり紙一重の違いだという説明を聞くと、酒というものも「偶然人間に有益な方向に起きた微生物の活動」に過ぎなかったのだと思えてくる。もしかすると最初の酒は発明ではなく、発見だったのかもしれない。

牛乳でも酒を作るというのは本当か — アイラグが示す材料の拡張性

モンゴルのアイラグ（馬乳酒）が、この話を説明するのにぴったりの事例だ。アイラグは馬乳だけでなくヤクや牛などの乳でも作り、ゴビ地域ではラクダの乳でも作る。山岳地帯が多い西部ではヤクの乳で、砂漠地帯ではラクダの乳で――その地域で最もありふれた乳糖供給源をそのまま使ったのだ。材料が変わっても原理は同じだ。乳の中の乳糖を微生物が分解して、アルコールと酸が一緒に生成される構造だ。

ただし、こうして作った酒は度数が低い。乳糖発酵は穀物や果物の発酵ほど効率が良くないからだ。モンゴルの遊牧民の馬乳酒はアルコール含有量が3%以下と低めで、味は酸っぱい。これを蒸留すれば話はまた変わってくる。アイラグを蒸留するとアルコール度数が38度程度の「アルヒ」という酒ができ、これはモンゴリアン・ウォッカと呼ばれる。発酵で出せる度数には限界があるが、蒸留という次の段階がその限界を再び押し広げるということだ。

この部分で個人的には「材料の限界」よりも「温度と時間の限界」の方が興味深かった。同じ材料、同じ微生物を使っても、温度一つで結果が全く変わってしまうという点が。

醸造酒が18度を超えられない理由 — 酵母も自ら作った酒に酔って死ぬ

ここで最初の質問に戻ると、なぜ発酵だけでは度数に限界があるのか。答えは皮肉にも酵母自身にある。酵母が作るエタノール自体が酵母にとって毒であるため、濃度が上がるほど酵母が死滅していくからだ。

エタノールの毒性のために酵母が死に、度数が15度以上に上がると酵母の成長が遅くなり、死ぬ酵母が増える。こうした理由で、醸造酒のアルコール度数は通常18度を超えることができない。実際、市販の高アルコールビールの中には20%をはるかに超えるものもあるが、通常アルコール含有量が18%程度になると、ほとんどの酵母菌は酒の中のアルコールによって死滅する。それにもかかわらず40%、さらには60%台に達するビールが存在するが、こうした高アルコールビールはウイスキーやウォッカとは別の方法で度数を引き上げるそうだ。熱で蒸留する代わりに別の濃縮技法を使うとのことで、この部分は醸造マニアの間でも議論があるようなので、これ以上深入りはしないでおく。

蒸留酒はこの限界を全く別の方法で乗り越える。発酵で度数を上げられないのなら、発酵が終わった酒からアルコールだけを物理的に抽出するのだ。水の沸点は100度、エタノールの沸点は78度なので、混合液を加熱すればエタノールが先に気化する。この気体を集めて冷却すれば、元の醸造酒より度数の高い酒になる。ウイスキー、ウォッカ、ブランデーがすべてこの原理だ。酵母の生物学的限界を化学・物理で迂回したと言えるだろう。

発酵温度も結果に思ったより大きく関与する。低い温度でゆっくり発酵させるほど酵母も長く持ちこたえ、酒の味も良くなると言われているが、これは清酒のような高級酒において特に重要視される部分だ。清酒のような高級酒ほど低い温度（15度程度）で発酵期間を長く取るが、低い温度では揮発性の芳香物質が残るため、酒の風味が良くなるからだと言われている。実際の研究でも、発酵温度が上がるほどエタノール生成速度は速くなるが、最大細胞濃度とエタノール濃度はむしろ低くなる傾向が確認された。早く作れば量が減り、ゆっくり作れば量も増えて味も良くなるということなので、急がば回れという原則がここでも通じるわけだ。

味を左右するのは材料よりも発酵条件ではないだろうか

ここまで来ると、最初に気になっていた「材料の限界」は、実はそれほど限界ではなかったという方向に考えが傾く。糖分であれデンプンであれ乳糖であれ、微生物が分解する炭水化物さえあれば理論的にはすべて酒になる。真の変数は、むしろ温度、時間、どの微生物菌株を使うかという点に近いようだ。

もちろんこれは確信を持って言うわけではなく、発酵化学や微生物学を深く掘り下げた専門家なら違う角度から見るかもしれない。ただ、少なくとも「醸造酒はなぜ18度を超えられないのか」という質問には比較的明確な答えがあったという点が、個人的には興味深かった。酵母が自分の出した老廃物に酔って死ぬという、少し悲しくも滑稽な理由。

あのぶどうジュースは結局飲まずに捨てた。疑問は解決したが、衛生は別問題だからだ。