納豆菌の育種による納豆の差別化と品質向上 - J-Stage

テクノロジーイノベーション

はじめに

私が所属するミツカン（Mizkan）グループは，食酢 を中心とした調味料などの製造販売事業を行っている食 品メーカーであり，1804年の創業から200年以上の歴史 をもつ．この間，食酢，みりん，といった米を原料とす る製品や，寿司，おにぎりなど，米飯メニューに用いる 製品の製造販売を事業の中心に据えていた．一方，近 年，事業の多角化を目指すなかで，米と並び日本の伝統 的食文化において重要な位置を占める「大豆」を原料と した製品への取り組みも始め，その一つとして，1997 年，家庭用納豆の製造販売事業に本格参入した．数ある 大豆食品の中から納豆を選んだのは，食酢醸造で培った 菌の育種や発酵技術が生かせる分野と考えたからであ る．このような経緯で納豆事業に参入したため，ミツカ ングループは，納豆業界においては，新規参入の立場で ある．そのため，工夫なく納豆を作っているだけでは，

既存のメーカーのなかに埋もれてしまう恐れがあった．

また，ミツカンブランドは，食酢との結びつきが強いの で，それを払拭する必要もあった．そこで，われわれ は，ミツカンの納豆ブランドを確立するため，既存の納 豆とは異なる特徴ある差別化された納豆の開発に，納豆 事業参入時から一貫して取り組み続けた．本稿では，こ のような取り組みのなかで生まれた商品開発，品質改善 の事例を紹介する．

納豆および納豆菌について

納豆の商品開発について述べる前に，納豆およびその 発酵に用いられる納豆菌について簡単に紹介する．納豆 は，日本の代表的な大豆発酵食品であり，食塩を含まな い無塩発酵食品であることが，ほかの大豆発酵食品であ る味噌や醤油と大きく異なる点である．明治時代以前の 納豆は，大豆煮豆を稲わらに包んで保温することにより 発酵生産されていた．稲わらには納豆菌がおり，種菌の 供給源としての役割をもつと同時に，発酵に必要な通気 性，保温性のよい容器としての働きも担う．現在の納豆 は，納豆菌の種菌を接種した大豆煮豆を容器に充填した 後，発酵室（むろ）内で，約1夜保温することにより生 産される．保温中に納豆菌が，納豆の特徴であるネバネ バ（

γ

-ポリグルタミン酸）成分や，独特の香りの原因と なる各種香気成分を生産し，煮豆を納豆に変える．発酵 が終了した納豆は，熟成（冷蔵）を経た後，包装，出荷 される．

納豆菌は，明治時代に沢村 真博士により初めて分離 され， と命名された⁽¹⁾．しかし，現在

は，枯草菌（ ）と分類学的に差が ないとされており，あえて「納豆菌」を定義するとすれ ば，

γ

-ポリグルタミン酸の生産能力が高く，大豆煮豆を 納豆に変えるのに適した「枯草菌」と言える．大正時代 に入ると，北海道大学の半澤 洵教授が，純粋培養によ

納豆菌の育種による納豆の差別化と品質向上

竹村 浩

株式会社Mizkan

る納豆菌の種菌の製造技術を確立し，納豆製造を行って いた宮城野納豆製造所の三浦二郎氏とともに，その普及 に尽力した⁽¹⁾．2人が普及させた納豆種菌は，宮城野菌，

または，三浦菌と呼ばれ，現在でも日本全国の納豆メー カーで広く使用されている．特に，われわれが納豆事業 に参入した当初は，ほとんどの納豆メーカーが宮城野菌 を使用していたため，安定した品質の納豆が全国で生 産，販売されていた．しかし，結果として，納豆の品質 が均一化し，商品の差別化を難しくする原因になってい た．そのため，納豆の差別化は，原料大豆（大粒，小 粒，極小粒，ひきわり，国産，有機，黒豆など），添付 のたれなどを通じて行われることが多かった．一方で，

優秀な種菌を購入できたので，納豆メーカーにとって納 豆菌は，種菌メーカーから購入する原料という位置づけ になっていた．このことは，納豆菌が納豆の原材料表示 に記載されていることからもよくわかる．醤油，ヨーグ ルト，食酢など，ほかの発酵食品の原材料表示に酵母，

乳酸菌，酢酸菌などと記載されていないのと好対照で，

どちらかというとパンの原材料にパン酵母と書かれてい るのに近い．このような背景があるため，納豆菌自体を 改良し，特徴ある差別化された納豆を開発するという考 え方が，納豆業界にあまりなかった．

ミツカンの取り組み

前述のとおり，ミツカングループは，微生物を利用し た醸造事業を長く行っていたので，差別化された品質の 納豆の開発を納豆菌の改良を通じて行うこととした．さ らに，納豆は，健康イメージが強い食品であるので，い わゆる健康機能の強化も目標とした．

低臭納豆の開発⁽²⁾

納豆は，糸引きとともに，その臭いに特徴がある．納 豆好きな人には食欲をそそる臭いであるが，かなり好き 嫌いが分かれる臭いであり，納豆が敬遠される原因の一 つになっていた．われわれは，納豆の消費拡大を狙い，

臭いを抑えた納豆の開発を試みた．低臭納豆の開発は，

古くから納豆業界の課題とされており，われわれが納豆 事業に参入した1997年時点でもかなり検討がされ，あ る程度商業的に成功している商品もあった．しかし，そ れらのほとんどは，アンモニア臭を減らす，という切り 口で行われているものであった．納豆臭の原因物質に関 する研究は，1960年代から行われており，ピラジン類，

ジアセチル，アセトイン，短鎖分岐脂肪酸（イソ酪酸，

イソ吉草酸，2-メチル酪酸）などが候補として報告され ていた．一方，アンモニア臭は，発酵が過剰であった場 合や，製造後の納豆の温度管理が悪く2次的に発酵が起 こったときに生じる異臭と認識されていた．したがっ て，差別化品質の実現というよりは，後述する基本品質 の保持が目的であるといえる．そのため，われわれは，

アンモニアではなく，強烈な臭いをもった短鎖分岐脂肪 酸削減を切り口に低臭納豆の開発を進めた．

われわれが低臭納豆の開発に着手した当時，納豆菌の 短鎖分岐脂肪酸の合成経路は明らかになっていなかった が，枯草菌の代謝系を参考に，分岐アミノ酸から，分岐 脂肪酸の合成系を介して副生されると推定した（図

1

_）． 納豆菌は，分類学上枯草菌であるので，ある程度カスタ マイズが必要であったが，枯草菌で使用されている遺伝 子組換え技術がほぼ適用できた．そこで，相同組換えに よる遺伝子破壊で，分岐アミノ酸合成系酵素の欠損株を 分離し，その短鎖分岐脂肪酸合成に及ぼす影響を調べ た．その結果，ロイシン脱水素酵素遺伝子を破壊すれ ば，短鎖分岐脂肪酸が作られなくなること，短鎖分岐脂 肪酸を含まない納豆が，低臭納豆といっていい品質をも つことを確認できた．遺伝子組換え菌で，育種の方向性 に間違いがないことが確認できたので，実際の商品での 使用を前提に，突然変異法により遺伝子組換え菌と同じ 変異をもつ変異株を自社保有の納豆菌から改めて分離す ることとした．遺伝子組換えで得られたロイシン脱水素 酵素欠損株が，合成培地での生育に短鎖分岐脂肪酸を要 求するという特徴を有していたので，その要求性を利用 してスクリーニングを行い，目的株を得た．得られた変 異株を用いて生産した低臭納豆は，2000年に「金のつ ぶ におわなっとう」として商品化された．本納豆は，

納豆の臭いが苦手な人だけでなく，納豆を食べた後の口 臭が気になる人にも，いつでもどこでも食べられる便利 図1^■短鎖分岐脂肪酸の合成経路

な納豆として受け入れられ，発売15年を経た今も，ミ ツカングループの主力製品となっている．また，香りが 弱くたれの香りを邪魔しないという利点があるため，た れに特徴がある商品や，納豆を用いた料理メニューの提 案に利用されており，納豆の食べ方の多様化に寄与して いる．

柔らかい納豆の開発

低臭納豆は，遺伝子組換えによるモデル菌の作製，導 入した変異の効果検証，突然変異法による実生産菌の育 種，とかなり計画的に開発を行った．一方，たまたま得 られた納豆菌が，大きな製品になるというラッキーな ケースもある．非常に柔らかい納豆「金のつぶ 超柔ら か納豆とろっ豆」に使用している納豆菌は，まさしくそ のようなケースである．われわれは，変異による育種だ けでなく，スクリーニングも実施しており，面白い特徴 をもつ納豆菌は，将来の利用を考えて，冷凍保存してい る．そのなかに，納豆が今までにない柔らかさに仕上が る納豆菌がたまたま存在した．技術担当がマーケッター に納豆の現物を見せ，商品化を提案したところ，既存の 納豆との差別化が可能と判断され，すぐに商品化を進め ることになった．種菌の安定生産，納豆品質（柔らか さ）の管理には多少苦労したが，2007年に，本納豆を

「金のつぶ 超柔らか納豆とろっ豆」として上市した．

本商品は，今までにない柔らかな食感が消費者に受け入 れられ，商品発売当初から主力商品となり，現在もその 地位を維持している．

ビタミンK2（メナキノン）高生産納豆の開発⁽³⁾ われわれが行った調査によると，納豆の購入理由の1 位は，「健康によいから」であった．この結果より，納 豆は非常に健康イメージの強い食品であることがわか る．そこで，その健康イメージを強化した納豆の開発を 行うこととした．納豆については，いろいろな健康上の 効能が語られているが，比較的根拠が明確なものとし て，骨を強くする効果があることが疫学調査の結果を通 じて提唱されていた．また，納豆には，骨の代謝に深く 関与する，カルシウム，ビタミンK2，イソフラボンが 多く含まれている．そこで，われわれは，骨の強化を切 り口に，その機能を高めた納豆の開発を行うこととし た．また，機能を高める方法として，骨強化機能の科学 的根拠がしっかりしており，納豆以外の食品にほとんど 含まれず，大豆由来ではなく納豆菌が作る，ビタミン K2に焦点を当て，その高含有納豆を開発することとし た．さらに，納豆のビタミンK2含量を増やすだけでは なく，その増加が，骨を強化するうえで意味をもつこと を動物実験，ヒト試験で検証した．

ビタミンK2は，2-メチル-1,4ナフトキノン環を基本骨 図2^■ビタミンK2の生合成経路

格にもち，それにイソプレノイド側鎖が結合した構造を している（図

2

_）．メナキノンにはイソプレノイド側鎖 の長さの違う，メナキノン4〜14がある．納豆菌が作る ビタミンK2は，メナキノン-7（MK-7）である．ビタミ ンKは血液凝固に関与することが知られるが，骨の合 成にも重要な働きをする．骨の原料であるカルシウムが 骨組織に吸着されるには，骨芽細胞で合成されるオステ オカルシンというタンパク質の働きが必要となる．ビタ ミンK2は，オステオカルシンを活性化（

γ

-カルボキシ ル化（Gla化））する反応の補酵素として働き，骨形成 を促進する．そのため，メナキノン-4（MK-4）は，骨 粗鬆症の治療薬として承認・発売されている．

われわれは，ラットを用いた試験で，MK-7がMK-4 と同等の骨形成促進作用を有することを明らかにした後 に，通常の納豆（867 µg/100 g）および，納豆にMK-7 を 1.5 倍量（1,295 µg/100 g），2.0 倍量（1,730 µg/100 g）

となるよう添加したものをラットに摂取させ，1.5〜2.0 倍量のMK-7を摂取することにより，骨を強くできる可 能性があることを明らかにした．これらの結果を基に，

MK-7高生産納豆菌で生産した納豆のMK-7含量目標を 通常納豆の2.0倍に設定し，その育種を開始した．

一般に，発酵による物質生産の生産性を向上させる場 合には，生産菌育種改良，培地改良，発酵条件検討の3 つの観点から検討するが，今回の場合は，納豆の生産が 前提となるという制限がある．培地は，大豆煮豆に限定 されるので事実上変更できず，発酵条件も納豆の品質に 影響を与えない範囲でしか変更できない．したがって，

今回のMK-7高含有納豆の開発は，菌の育種のみで目的 の生産性を達成しなければならないという難しさがあっ た．実際の育種は，以下のとおり行った．まず，文献情 報を参考に，ビタミンK2合成中間体1,4-ジヒドロキシ-2- ナフトエ酸のアナログ化合物である，1-ヒドロキシ-2-ナ フトエ酸耐性変異を既存の自社納豆菌に導入し，キノン 環の合成が強化された株を分離した（図2）．さらに，

芳香族アミノ酸がMK-7の生産を抑制することを見いだ したので，芳香族アミノ酸アナログ（ -フルオロ-D,L- フェニルアラニン， -フルオロ-^D,^L-フェニルアラニン，

β

-2-チエニルアラニン）耐性変異を付与し，その抑制が 解除された変異株を取得した（図2）．その結果，所期 の 目 標 に ほ ぼ 近 いMK-7生 産 性（1,719 µg/100 g納 豆）

を有し，かつ，納豆品質が親株と同等であるOUV23481 株を得た．OUV23481株を用いて製造したMK-7高含有 納豆の摂取により骨形成が促進されるか検証するためヒ ト で 摂 取 試 験 を 行 い，OUV23481を 用 い て 製 造 し た MK-7を通常納豆の1.5倍含む納豆を1日1パック（50 g）

食べれば骨形成マーカーであるGla化オステオカルシン が増加することを明らかにした．OUV23481を用いて製 造した納豆「金のつぶ ほね元気」は，動物およびヒト 試験の結果をもとに2000年に納豆として初めて特定保 健用食品の許可を受けた．許可を受けた表示は，「本納 豆は，納豆菌（  OUV23481株）の働き により，ビタミンK2を豊富に含み，カルシウムが骨に なるのを助ける骨タンパク質（オステオカルシン）の働 きを高めるように工夫されています」である．本納豆 は，納豆菌の育種と，その機能検証の組み合わせによ り，単なるイメージだけでなく，科学的な根拠を伴った 健康機能を有する差別化納豆として，現在も多くの消費 者の支持を集めている．

基本品質の改善⁽⁴⁾

最後に，納豆の基本品質向上への取り組みについて紹 介する．上述のとおり，ミツカングループは，後発メー カーゆえに差別化納豆の商品化に取り組んできたが，大 前提として基本的な品質が満たされていることが必要で ある．納豆は，生きた納豆菌を含む食品，すなわち，生 ものなので，品質は時間とともに変化する．また，流通 は品質保持のため冷蔵下で行われる．したがって，納豆 基本品質維持，向上への取り組みは，生産，物流，営業 など，すべての分野が連動して行う必要があり，研究開 発部門も，納豆菌の開発を通じて取り組みを進めた．そ の一環として，食感劣化の原因となるストラバイト

（MgNH4PO4・6H2O），異臭の原因となるアンモニア対 策を納豆菌の育種を通じて行った．

ストラバイトが，形成，析出すると，食感が悪化する

（シャリシャリする）．また，白い粒々として表面に浮き 出て，納豆の外観を損ねる．ストラバイトの形成は，冷 蔵中も進むため，納豆の賞味期限を決定する要素の一つ となっている．大豆は，ストラバイトの構成成分となる リン酸をフィチン酸として含有している．枯草菌は，菌 体外にフィチン酸分解酵素（フィターゼ）を分泌するこ とが知られており，納豆菌もフィチン酸を分解する．そ こで，納豆菌のフィターゼを欠損させることを考えた

（図

3

_）．一方，異臭の原因となるアンモニアは，ストラ バイトの構成成分でもあるので，アンモニア生産能の落 ちた納豆菌を育種することにより，ストラバイト生成 と，異臭発生を同時に抑制できると考えた．アンモニア を生成する代謝系は多くあるが，異臭の原因となるよう な過剰な発酵により発生するアンモニアは，アミノ酸が 炭素源として代謝される過程で，尿素およびグルタミン

酸の分解によって生じると推定した（図3）．これらの 仮説を検証するため，フィターゼ，ウレアーゼ，グルタ ミン酸脱水素酵素の欠損株を相同組換えによる遺伝子破 壊で分離し，その影響を調べた．その結果，これらの遺 伝子破壊でストラバイトの生成，過発酵時のアンモニア 生成が抑制できることが確認できた．次に実生産での使 用に向け突然変異法により前述の低臭納豆菌に，フィ ターゼ欠損変異，アルギニン非資化性変異（尿素由来の アンモニア抑制），プロリン非資化性変異（グルタミン 酸由来のアンモニア抑制）を導入した．得られた変異株 で製造した納豆では，冷蔵中のシャリ生成が抑制され た．また，製造後納豆を常温に放置することにより起こ るアンモニア発生も抑制された．本納豆菌は，現在低臭 納豆の生産に使用されている．本菌の使用により，スト ラバイト生成が抑制され，納豆の賞味期限を延長（8日

→10日）することができた．また，アンモニアによる 異臭発生の抑制にも貢献している．

おわりに

以上，われわれが，納豆菌の育種改良を通じで行った 納豆の商品開発を紹介した．普通の加工食品は，多くの 材料の組み合わせで作られるため，一つひとつの素材が 最終製品に極端に影響を及ぼすことが少ない．しかし，

納豆は，煮豆を納豆菌で発酵するという非常に単純な構 成のため，納豆菌の特徴がそのまま納豆の特徴になる．

さらに，納豆菌は，枯草菌であるため，枯草菌の生化学 的，遺伝学的な知見を利用できるという利点がある．そ

のため，納豆は，微生物の改良を通じた商品開発がやり やすい食品であるといえる．このような好条件があった ことが，以上述べたような商品の差別化，基本品質向上 を実現できた要因の一つだと考えている．そういう意味 では，比較的特殊なケースを紹介したことになったかも しれないが，食品の技術開発に従事する方の参考になれ ば幸いである．

文献

  1)  フーズ・パイオニア： 納豆沿革史 ，全国納豆共同組合 連合，1975.

  2)  竹村 浩： 納豆の科学 ，建帛社，2008, p. 107.

  3)  竹村 浩： 納豆の科学 ，建帛社，2008, p. 256.

  4)  S. Kada, M. Yabusaki, T. Kaga, H. Ashida & K. Yoshida: 

, 72, 1869 (2008).

プロフィル

竹 村  浩（Hiroshi TAKEMURA）

＜略歴＞1988年大阪大学工学研究科博士 前期課程修了（発酵工学専攻）／同年中埜 酢店入社／1990年東京大学農学部へ受託 研究員として派遣／1992年バイオ・ポリ マーリサーチへ出向／1993年東京大学，

博士（農学）／1996年中埜酢店（現Mizkan）

へ帰任．現在に至る＜研究テーマと抱負＞

現在は，開発技術部門で納豆の新商品開発 に従事している．これまで同様，ミツカン らしい特徴ある納豆を開発していきたい

＜趣味＞ジョキング＜所属研究室ホーム ページ＞http://www.mizkan.co.jp/chilled/

Copyright © 2015 公益社団法人日本農芸化学会 DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.53.787 図3■ストラバイト，アンモニアの合成 経路