イランの研究者、培養条件最適化で酵母バイオマスを100.04g/Lに向上

イランの研究者らは、9月23日付でScientific Reportsに掲載された研究で、培養条件によって、いくつかの在来Saccharomyces cerevisiae株が生産するバイオマス量と細胞壁成分が大きく変わり得ることを明らかにした。この研究は、酵母バイオマスとアルカリ不溶性細胞壁画分の生産向上に焦点を当てたもので、この画分には相当量のベータグルカンが含まれる場合があり、食品およびバイオテクノロジーのさまざまな用途に使われている。

同研究は、Ferdowsi University of Mashhad、Javaneh Khorasan Company、Research Institute of Food Science and Technology、Agricultural Sciences and Natural Resources University of Khuzestanの研究者らによって行われた。チームは、さまざまな自然由来の試料から採取され、すでに分離されていた54株の酵母をスクリーニングし、バイオマス生産性が高いことを確認した後、4株のS. cerevisiae株に絞って詳細な試験を行った。

Saccharomyces cerevisiaeは最もよく知られた工業用酵母の一つである。食品加工や発酵で広く使われており、分離して別用途に加工できる細胞壁成分の一般的な供給源でもある。本研究では、培地と工程設計における3つの変数、すなわちグルコース、硫酸アンモニウム、そして接種量（培養開始時に用いる酵母量）が出力に与える影響を調べた。

これらの変数を絞り込むため、チームはまず、どの因子が最も重要かを特定するためによく用いられるスクリーニング手法であるPlackett-Burmanデザインを用い、その後、応答曲面法で条件を最適化した。選定した培養条件下で、研究者らは湿重量で250.01g/L、乾重量で100.04g/Lのバイオマス濃度を報告した。さらに、抽出したアルカリ不溶性細胞壁画分中の総炭水化物量をグルコース換算で7.01g/Lと測定した。

著者らは、この炭水化物値を精製ベータグルカンの直接測定値として扱うべきではないと注意した。彼らによれば、この研究で用いたフェノール硫酸法は非特異的であり、単一の多糖を分離して測定するのではなく、抽出画分中の総炭水化物換算量を測定するものだからである。この違いは重要で、ベータグルカンはしばしば最も商業的な関心が高い成分だが、本研究は精製ベータグルカンの直接的な収量を主張していない。

論文には、選抜した酵母が試験条件下でどのような外観を示すかを調べるための顕微鏡観察も含まれていた。走査電子顕微鏡では、細胞が密集したクラスターを形成し、形状は主として楕円形から球形で、表面は概して損なわれていないことが示され、研究者らはこれがS. cerevisiaeに期待される典型的な形態と一致するとした。

チームはまた、生存や性能に影響し得るストレス条件に対する酵母の反応を調べた。5%ソルビトールを添加するとバイオマスは約18%減少した。より強い化学的ストレスである0.005% SDSでは、バイオマスは36%低下した。生菌数も減少した。対照培養は9.07 Log CFU/mLだったのに対し、ソルビトール下では8.83 Log CFU/mL、SDS下では8.20 Log CFU/mLだった。これらの結果は、選抜した株がある程度の耐性を維持したことを示すが、増殖と生存性の低下は避けられなかったことも示している。

研究者らはフラスコ規模の試験にとどまらず、1Lの作業容量を持つ3L撹拌槽型バイオリアクターでこのプロセスを試験した。そこで、回収物と生細胞の生存率にそれぞれどのような影響が出るかを調べるため、一般的な下流工程の乾燥法である噴霧乾燥と凍結乾燥を比較した。噴霧乾燥では、回収された乾燥粉末濃度が144.75±2.90g/Lと、凍結乾燥の125.12±2.50g/Lより高かった。しかし、再水和後および24時間の培養後に生菌回収率を見ると、凍結乾燥の方が良好だった。論文では、凍結乾燥で0.2×10^9CFU/mL、噴霧乾燥で0.9×10^8CFU/mLと報告している。

このトレードオフは、収量と細胞生存率が常に同じ方向に動くとは限らないため、製造業者にとって重要である。より多くの乾燥粉末を得るプロセスは生細胞をそれほどよく保持できない可能性があり、より穏やかな方法は、直後の粉末回収量を犠牲にして生存性を守るかもしれない。著者らは、バイオリアクターの結果は、試験条件下での予備的な実現可能性の証拠であり、完全に最適化された工業プロセスではないと述べた。

また、より広いスケールへの展開に向けて、この手法が準備完了とみなされる前には、さらに多くの作業が必要だとも述べた。彼らが挙げた課題には、酸素移動、リアクター内の流体力学、再現性、スケーラビリティが含まれる。これらは工業発酵における標準的だが重要な障壁であり、特に小規模システムでの有望な結果を、より大規模で複雑な生産環境に移す際には大きな課題となる。

論文は飲料製造に焦点を当ててはいなかったが、それでもこの分野の関心を引く可能性がある。S. cerevisiaeはビール、ワイン、スピリッツの製造の中核を担っており、酵母バイオマス生成や細胞壁画分の回収改善は、発酵管理、スターター培養の生産、あるいは一部のワイン醸造工程で使われる澱由来画分のような酵母由来材料の取り扱いに、将来的に関係する可能性がある。飲料分野での直接的な工業利用には、なお商業的な発酵条件下での追加検証が必要だろう。

この記事は、特に標準的な工業コレクションではなく地域の環境に由来する株を中心に、生産性と耐性を兼ね備えた酵母株を特定しようとするより広範な取り組みに加わるものである。株の選抜と増殖培地の統計的最適化を組み合わせることで、研究者らは単一の商業株に頼らなくても出力を改善できることを示そうとした。論文は2025年9月22日に投稿され、2026年9月14日に受理され、2026年9月23日にオンライン公開された。著者らは競合利益がないと宣言した。