令和6年度 研究成果

4. 第4四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Yeast diversity during the spontaneous fermentation of wine in a winery and in a laboratory using sterilized equipment ワイナリーとラボにおけるワイン自発発酵中の酵母の多様性

著者
SHIMIZU Hideaki, KAMADA Aya, AKAO Takeshi, KANNO Yoshiya, KOYAMA Kazuya, IWASHITA Kazuhiro, and GOTO-YAMAMOTO Nami
清水秀明、鎌田綾、赤尾健、菅野義也、小山和哉、岩下和裕、後藤(山本)奈美
要約

A recent trend in some wineries is the return to using spontaneous fermentation, but it is not clear whether winery flora or vineyard microorganisms drive fermentation. We compared fungal communities during the spontaneous fermentation of wine produced in a winery and in a laboratory with sterilized equipment using three grape cultivars (Chardonnay, Merlot, and Muscat Bailey A) obtained from the same harvest. High-throughput sequencing analysis based on the ITS1 region showed that Saccharomyces cerevisiae was the dominant species in winery batches at the end of fermentation, but it was not always dominant in laboratory batches. The number of laboratory batches where S. cerevisiae reached more than 50% at the end of fermentation was only 10 of 26. Consistent with this, in the grape juice/must before fermentation, S. cerevisiae accounted for 1.71% of fungal species identified in winery batches and 0.04% in laboratory batches. In addition, in laboratory-based winemaking, juice clarification of Chardonnay and cold maceration of Merlot influenced the microbial communities observed during fermentation. Our findings suggest that S. cerevisiae present in the winery environment participates at an early stage of fermentation, leading to its dominance at the end in wine produced by spontaneous fermentation in a winery.

最近自発発酵でワインを製造する潮流が一部であるが、発酵を引き起こしているのは、ワイナリーにいる微生物なのか、ブドウ畑の微生物なのかは、はっきりとした結論は得られていない。我々は、同一ブドウの3品種(シャルドネ、メルロ、マスカット・ベーリーA)を用いて、ワイナリー製造と実験室での仕込み(滅菌した器具を使用。以下「ラボ仕込み))を行い、自発発酵中の真菌菌叢を比較した。ITS1領域を対象としたハイスル―プットシーケンスでは、ワイナリーで製造するとS. cerevisiaeが最終的に優勢になったが、ラボ仕込みでは必ず優勢になる訳ではなく、S. cerevisiaeが最終的に優勢になったのは、26点中10点だけであった。また、発酵前のブドウ果汁/果醪の菌叢を調べたところ、ワイナリー製造ではS. cerevisiaeが1.71%であったのに対して、ラボ仕込みでは0.04%であった。また、ラボ仕込みにおいては、発酵前の果汁清澄化の有無と初期低温醸しの有無が発酵中の真菌菌叢に影響に及ぼす結果も示した。我々の発見は、ワイナリー環境にいるS. cerevisiaeが発酵の初期段階で流入することで、ワイナリーではS. cerevisiaeが最終的に優勢になることを示している。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering,139(2), 106-111 (2025)

2 Effects of transient change in temperature by daki warm treatment on the growth of bacteria during kimoto-style seed mash preparation 生酛系酒母製造工程における細菌の生育に対する暖気入れの効果

著者
TAKAHASHI Masayuki, MORIKAWA Kana, and AKAO Takeshi
高橋正之、森川佳奈、赤尾健
要約

Daki warm treatment (daki-ire) is performed during the process of seed mash preparation in the brewing of Japanese sake in order to promote the saccharification of rice by koji enzyme and to enhance the growth of Saccharomyces cerevisiae. Although it is important to control the growth of lactic acid bacteria in the preparation of kimoto-style seed mash (traditional sake-brewing method), it has not been known whether the transient increase in the temperature and/or appropriate temperature zone produced by daki-ire influences the growth of bacteria. A temperature increase generally helps bacterial growth, but we have found no published investigation of the influence of temperature changes in daki-ire on bacterial growth during the kimoto-style seed mash preparation process. In this first comprehensive evaluation of the effects of the temperature change by daki-ire on bacterial communities, we investigated the bacterial community in three batches that were brewed by the same brewery using identical ingredients. The results demonstrated that the bacterial community or its transition during lactic acid fermentation was diverse despite the use of the same brewing conditions. We observed that (i) some lactic acid bacteria were carried over to the subsequent batches, and (ii) the increase in the initial amount of lactic acid bacteria plays an important role in the formation of the bacterial community. Our analysis of the bacterial growth activity before and after daki-ire indicated that the transient increase in temperature and/or local appropriate temperature by daki-ire, in and of itself, has relatively little direct impact on bacterial growth.

“暖気入れ”は日本酒製造の酒母工程において、Saccharomyces cerevisiaeの生育や麴の酵素による原料米の糖化を促すために行われる操作である。生酛系酒母製造工程において乳酸菌の生育コントロールは非常に重要であり、一般に温度の上昇は細菌の生育を促すことに繋がるが、暖気入れによる一時的な品温上昇や生育至適温度帯の形成が酒母中の細菌の生育に影響を与えるかどうか研究報告がなく、はっきりとしたことが分かっていない。我々は今回、暖気入れによる品温変化の菌叢への影響を網羅的に評価するため、同一原料を用いて同一の製造場で醸造された3バッチの生酛系酒母製造工程の菌叢を解析したところ、同じ醸造条件でありながら乳酸発酵期間中の菌叢やその変遷は多様であった。また、一部の乳酸菌は後のバッチに引き継がれており、初期の乳酸菌数の増加が形成される群集構造に重要な役割を持つことも明らかとなった。一方で、暖気入れ前後の細菌の増殖活性の解析により、一時的な温度上昇や局所的な至適温度帯自体が細菌の生育に対して与える影響は比較的小さいことが示唆された。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering,139(3), 219-225 (2025)

3 Efficient yeast breeding using a sake metabolome analysis for a strain evaluation 醸造酒メタボライト分析法を用いた菌株評価のための効率的な酵母育種

著者
KINOSHITA Risako, KANAI Muneyoshi, TAKEGAWA Kaoru, and IWASHITA Kazuhiro
木下理紗子、金井宗良、竹川薫、岩下和裕
要約

Breeding sake yeast typically involves generating several gene mutants through UV irradiation or mutagen treatment and selecting those with desired traits based on indicators such as analog resistance. However, this approach often alters traits beyond the target trait due to the random and numerous mutations introduced. To address this issue, we used a previously established metabolome analysis, a sake metabolome analysis, to evaluate the selected yeast strain. After screening for target traits, 110 sake yeast candidates were cultured in yeast nitrogen-based liquid medium using test tubes. The contents were extracted and subjected to comprehensive metabolite analysis through sake metabolome analysis. A phylogenetic tree was then constructed using the metabolome analysis data, enabling the selection of candidate yeasts with only the target traits modified and other traits similar to the parental strain. Selected 21 candidate strains underwent fermentation tests, and the resulting sakes were analyzed using liquid chromatography quadrupole/ time-of-flight mass spectrometry (LC-Q/TOF-MS). The findings suggested that the metabolomic data of yeast extracts obtained by simple small-scale culture was similar to the data of resulting sake in the larger-scale fermentation tests. This underscores the utility of metabolome analysis data of yeast extracts in the yeast breeding process, marking the first report proposing the use of the sake metabolome analysis method for yeast breeding.

清酒酵母の育種は、通常、紫外線照射や変異原処理により複数の遺伝子変異体を取得し、アナログ耐性などを指標に目的の形質を持つものを選択する。しかし、この方法ではランダムかつ多数の変異が導入されるため、目的の形質以外の形質も変化してしまうことが多い。この問題に対処するため、我々は、すでに確立されているメタボローム解析法である醸造酒メタボライト分析法を用いて、選択した酵母株の評価を行った。目的の形質をスクリーニングした後、合成培地を用いて試験管にて110種の清酒酵母候補株を培養した。内容物を抽出し、醸造酒メタボライト分析法により包括的な代謝産物の解析を行った。その後、メタボローム解析データを用いたクラスター解析により、目的の形質のみを変化させ、他の形質は親株に類似した候補酵母を選択した。選ばれた21の候補株について発酵試験を行い、得られた清酒を液体クロマトグラフ四重極飛行時間型質量分析装置(LC-Q/TOF-MS)で分析した。その結果、小規模な簡易培養で得られた酵母抽出物のメタボロームデータは、大規模発酵試験で得られた清酒のデータと類似していることが示唆された。これは、酵母育種プロセスにおける酵母抽出物のメタボローム解析データの有用性を強調するものであり、清酒のメタボローム解析法を酵母の育種に利用することを提案した最初の報告である。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, 139(2), 100-105 (2025)

4 日本各地のマスカット・ベーリーAを用いた試験醸造ワインの特徴 Characteristics of small-scale vinified wines from 'Muscat Bailey A' grapes from various vineyards in Japan

著者
平野高広、佐々木佳菜子、後藤奈美、小山和哉、菊池祥、玉川英幸
HIRANO Takahiro, SASAKI Kanako, GOTO-YAMAMOT Nami, KOYAMA Kazuya, KIKUCHI Shou, and TAMAKAWA Hideyuki
要約

地域特性を明らかにする目的で、2020から2022年までの3年間にわたり全国8県9~11圃場で栽培したワイン用ぶどう品種マスカット・ベーリーAを使用して同じ条件で小規模試験醸造しワインを試作した。果汁およびワインの一般成分分析に加え、7~8評価項目について10点満点で官能評価を行った。ワインの分析結果と官能評価結果との相関を調べた結果、ワインのフラネオール濃度と評価項目「キャンディ・綿飴」において強い正の相関があった。ブドウ抽出液のタンニンはワインのタンニンと強い正の相関があり、官能評価項目「タンニンの強さ」と正の相関があった。Cool night index (CI、収穫前30日の最低気温の平均値)は、Gloriesの方法による全アントシアニン、ワインのA520、ワインのフラネオール、官能評価項目「果実香」「キャンディ・綿飴」と強い負の相関が確認された。主成分分析の結果、圃場によってプロットが偏在する傾向が確認され、有効積算温度およびCIが低い長野岩手、 山形、新潟はワインのA520、ワインのフラネオール、官能評価項目「果実香」「タンニンの強さ」「ボディ感・味の厚み」が多い傾向であった。また、有効積算温度およびCIが高く収穫が早い山梨や西日本はこれらが少ない傾向であった。

To clarify the regional characteristics of the wine grape variety Muscat Bailey A [Vi tis labruscana (Bailey) x V. vinifera (Muscat Hamburg)] produced in vineyards across various regions of Japan, wines were produced by small-scale vinification under the same conditions over three years from 2020 to 2022 using grapes from 9 to 11 vineyards. Standard analyses of juices and wines as well as sensory evaluations of wines were conducted. Concentrations of 4-hydroxy-2, 5-dimethylfuran-3-one (furaneol®) in wines had a strong positive correlation with sensory evaluations of a cotton candy-like aroma. Tannin concentration of grape extracts had a positive correlation with that of wines and with the sensory evaluation of tannic. The cool night index (CI), the mean of the minimum temperatures in the 30 days before harvest, showed a strong negative correlation with total anthocyanin determined by the Glories method, A520 and furaneol concentration of wines, and the sensory evaluation of fruity and of cotton candy-like aromas. A principal component analysis showed that the vineyards were well differentiated. Many wines from lower CI vineyards such as in Nagano and Iwate had higher A520 and furaneol, and received higher sensory ratings for fruity, tannin and body values. In higher CI vineyards like Yamanashi, these values tended to be lower.

掲載雑誌
日本醸造協会誌, 120(2), 101-114 (2025)

3. 第3四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Rapid quantification of isovaleraldehyde in sake by HPLC with post-column fluorescent derivatisation ポストカラム蛍光誘導体化HPLC法による清酒中イソバレルアルデヒドの迅速定量

著者
TAKAHASHI Masayuki, AKAMATSU Fumikazu, ISOGAI Atsuko, LIN Che-Chung, KAMIMOTO Maki, and FUJITA Akiko
髙橋正之、赤松史一、磯谷敦子、林哲仲、神本真紀、藤田晃子
要約

Why was the work done:
Elevated levels of isovaleraldehyde (3-methylbutanal) in sake gives rise to an unfavourable aroma of ‘mureka’ or ‘stuffy smell. The concentration of isovaleraldehyde is typically higher in unpasteurised than pasteurised sake. Controlling the concentration of isovaleraldehyde in unpasteurised sake remains a major challenge for quality control. As existing methods for the quantification of isovaleraldehyde in sake require specialised sample preparation, there is a need for a simple and precise method.

How was the work done:
High-performance liquid chromatography with fluorescence detection and post-column derivatisation (HPLC-PCD-FLD) for determining the isovaleraldehyde content in sake has been developed with optimisation of the separation of peaks and derivatisation of aldehyde compounds. The new method was compared with the established method of headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry (HS-SPME-GC-MS).

What are the main findings:
The limit of quantification of the new method was 87 µg/L, and accordingly, the HPLC-PCD-FLD method could determine the concentration of isovaleraldehyde in sake below the reported threshold level. The precision of the HPLC-PCD-FLD method for the analysis of sake containing isovaleraldehyde (〉 threshold level) either matched or was superior to the HS-SPME-GC-MS method.

Why is the work important:
The new approach requires only particle removal for sample preparation, with a rapid analysis time (〉1 h per sample), and requires a smaller sample volume (≈ 100 µL) than the alternative method (10 mL). These improvements contribute to a simpler and more efficient workflow for routine analysis of isovaleraldehyde in the quality control of sake.

研究の目的:
清酒中のイソバレルアルデヒドが増加すると”ムレ香”と呼ばれる不快な匂いが感じられるようになる。イソバレルアルデヒドの濃度は一般に火入酒よりも生酒で高くなりやすいため、生酒の品質管理においてイソバレルアルデヒドの濃度を管理することは重要な課題である。一方、従来の清酒中のイソバレルアルデヒド定量法は特殊な前処理が必要なため、簡単で正確な測定法が求められていた。

研究の手法:
アルデヒド化合物の誘導体化とピーク分離の最適条件を探索し、清酒中のイソバレルアルデヒドを定量するためのポストカラム蛍光誘導体化高速液体クロマトグラフ蛍光検出法(HPLC-PCD-FLD)を開発した。開発した手法の結果を従来法であるヘッドスペース固相マイクロ抽出ガスクロマトグラフ質量分析法(HS-SPME-GC-MS)の結果と比較し評価した。

主要な結果:
HPLC-PCD-FLDによる定量下限は87 µg/Lであり、清酒中イソバレルアルデヒドの検知閾値を下回っていた。また、検知閾値を超えるイソバレルアルデヒド含量の清酒の分析において、HPLC-PCD-FLDの精度はHS-SPME-GC-MSの精度と同等か上回っていた。

成果の重要性:
今回開発した手法では、除粒子のみの簡便なサンプル前処理でよいことと、分析時間が短くなったことに加え(1時間以内)、従来法では10 mL必要だったサンプル量が100 µLで分析可能となった。これらの改良により、清酒の品質管理におけるイソバレルアルデヒドのルーチン分析をより簡便に効率的に実施可能となる。

掲載雑誌
Journal of the Institute of Brewing, 130(4), 264-273 (2024)

2 Quantitative determination of vanillin and its detection threshold in sake 清酒のバニリン含量と清酒中の閾値

著者
BOERZHIJIN Surina, OSAFUNE Yukio, KISHIMOTO Toru, HISATSUNE Yuri, and ISOGAI Atsuko
ボルジギン・ソリナ、長船行雄、岸本徹、久常有里、磯谷敦子
要約

Vanillin is naturally occurring in various food products, including alcoholic beverages; however, its contribution to the aroma of sake is unclear. In this study, an HPLC-MS/MS quantification method was developed and validated by linearity, precision, and recovery, and it was applied to 115 bottles of highly diversified sake. Furthermore, the odor detection threshold of vanillin in sake was determined. Notably, the established method exhibited great linearity (5–1500 µg/L), with a R2 0.99, and the limit of detection and limit of quantification were 1.7 and 5.5 µg/L, respectively. The spiked recoveries of vanillin ranged from 96.2% to 97.8%, with relative standard deviation ˂ 6.22%. Results revealed trace amounts to 29.9 µg/L of vanillin in the premium young sake, below the detection threshold (78.9 µg/L), whereas aged sake (43 bottles, 3–56 years aging) exhibited varied concentrations from trace amounts to 1727.5 µg/L of vanillin, notably peaking in a 20-year oak barrel-aged sake. The concentration of vanillin in most of the ambient-temperature-aged sake exceeded the detection threshold after 11–15 years of aging. The proposed method facilitates accurate vanillin quantification in sake, crucial for evaluating its flavor impact. Moreover, the discoveries provide a theoretical basis for the sensory exploration of sake aromas and equip the brewing industry with insights for modulating vanillin synthesis during sake aging,

バニリンはアルコール飲料を含む様々な食品に含まれるが、清酒の香りへの寄与は明らかになっていない。本研究では、HPLC-MS/MSによる清酒中のバニリン含量の定量方法を確立し、直線性、精度、回収率を検証するとともに、115点の様々な清酒のバニリン含量を調査した。また、清酒中のバニリンの閾値を測定した。本定量方法はR2 〉 0.99と良好な直線性を示し(5–1500 µg/L)、検出下限および定量下限はそれぞれ1.7および5.5 µg/Lだった。バニリンの添加回収率は96.2%~97.8%で、相対標準偏差は6.22%以下だった。新酒のバニリン含量は痕跡~29.9 µg/Lであり、バニリンの清酒中の閾値(78.9 µg/L)より低かった。一方、熟成酒(43点、3~56年熟成)のバニリン含量は痕跡~1727.5 µg/Lであり、最大値は樫樽で熟成させた20年熟成酒だった。常温熟成酒では11~15年で閾値を超えるものが多かった。本定量方法により、香味への影響を評価する上で重要な清酒中のバニリン含量の正確な定量が可能になった。また、本研究で得られた知見は、清酒の香りの研究における理論的基盤を提供するとともに、酒造メーカーが熟成中のバニリンの生成を制御するための見識を提供すると考えられる。

掲載雑誌
Food Chemistry, 458, 140224 (2024)

3 赤ワイン用ブドウ評価のためのBindonらの色素及びタンニンの抽出・分析法の有用性 Applicability of Bindon et al.'s wine grape pigment and tannin extraction and analytical method to Japanese grapes

著者
後藤奈美、小山和哉、橋渡携、平野高広、佐々木佳菜子、高橋祐樹
GOTO-YAMAMOTO Nami, KOYAMA Kazuya, HASHIDO Tazusa, HIRANO Takahiro, SASAKI Kanako, and TAKAHASHI Yuki
要約

赤ワイン用ブドウのアントシアニン色素及びタンニンの抽出・分析法として、Bindon et al. (2014)によって報告された方法を、2021及び2022年に国内各地で栽培された‘メルロ’及び‘ピノノワール’を用いて検討した。2年間のブドウ及び赤ワインの分析値の相関係数を求めると、ブドウ抽出液の総アントシアニン濃度は製成したワインのA520及び総アントシアニンの指標であるA520 (pH 1)と有意な正の相関を示した。また、ブドウ抽出液のタンニン濃度はワインのタンニン濃度と有意な正の相関を示した。別途報告した‘MBA’でも同様の結果であったことから、本方法が日本のブドウにも有効であることが示された。しかし、各回帰直線の傾きは品種によって異なり、試験醸造条件に加え、品種の影響も示唆された。また、味認識装置によるワインの渋味の測定には、タンニン以外の成分も渋味として認識されている可能性が示唆された。

An extraction and analytical method for pigment and tannin in red wine grapes developed by Bindon et al. (2014) was applied to Merlot and Pinot Noir cultivated in various regions in Japan in 2021 and 2022. When correlation coefficients were calculated using the data of two years together, the total anthocyanin concentrations in grape extracts showed significant positive correlations with A520 and an indicator of total anthocyanin, A520 (pH 1) of wines made from those grapes. Moreover, the tannin concentrations in the extracts determined using the methyl cellulose precipitation method showed significant positive correlations with the tannin concentrations in the wines made from them. The results using Muscat Bailey A reported separately showed the same tendency. Thus, this method has been shown to be applicable to red wine grapes in Japan. However, these three cultivars showed different regression line angles both for pigment and tannin, while Bindon et al. reported that Cabernet Sauvignon and Shiraz in Australia showed the same linear regression equation. When a taste sensor system was used to determine the astringency of wine in 2021, it was shown that other compounds than tannin possibly affect the sensor determination of astringency.

掲載雑誌
日本ブドウ・ワイン学会誌, 35(2), 99-108 (2024)

2. 第2四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Carbon stable isotopes of glucose during the degradation of rice by the koji fungus Aspergillus oryzae 麹菌Aspergillus oryzaeによる米の分解過程におけるグルコースの炭素安定同位体について

著者
AKAMATSU Fumikazu, ODA Ken, FUJITA Akiko, IGI Yukari, and ISOGAI Atsuko
赤松史一、織田健、藤田晃子、伊木由香理、磯谷敦子
要旨

Glucose, a key component of traditional Japanese fermented foods, is derived from rice starch via saccharification by hydrolytic enzymes produced by Aspergillus oryzae. The δ13C value of glucose reflects that of its rice source. However, the influence of saccharification parameters (glucose concentration, degradation temperature, and reaction time) on glucose δ13C values is unclear. Here, we investigated the influence of saccharification on the δ13C value of glucose. Our experiments showed a significant difference in the δ13C value of glucose (-27.0 ± 0.1 ‰) obtained from saccharification compared to the ingredient rice (-27.1 ± 0.1 ‰) and remaining solid residue (-27.1 ± 0.1 ‰); however, it did not differ significantly from those of rice koji (-27.0 ± 0.1 ‰) and steamed rice (-27.1 ± 0.1 ‰), despite all values being within 0.1 ‰. Notably, glucose concentration, degradation temperature, and reaction time did not significantly affect glucose δ13C values. These findings demonstrate the remarkable preservation of glucose δ13C values. The δ13C values remain aligned with the original δ13C value of the rice, even with up to 60 % degradation during A. oryzae saccharification. This persistence of the δ13C value throughout the process offers a potential tool for authenticating the origin of rice-fermented beverages based on the δ13C value of their glucose component.

日本の伝統発酵食品の主要成分であるグルコースは、Aspergillus oryzaeが作り出す加水分解酵素によって米デンプンを糖化して得られる。グルコースのδ13C値は米の値を反映している。しかし、糖化に関する変数(グルコース濃度、分解温度、反応時間)がグルコースのδ 13C値にどのように関与しているのか不明である。ここでは、糖化がグルコースのδ13C値に及ぼす影響を調べた。その結果、糖化によって得られたグルコースのδ13C値(-27.0±0.1‰)は、原料米(-27.1±0.1‰)および固形残渣(-27.1±0.1‰)と比較して有意差があったが、米麹(-27.0±0.1‰)および蒸米(-27.1±0.1‰)とは有意差はなく、いずれも0.1‰以内の変動であった。さらに、グルコース濃度、分解温度、反応時間は、グルコースのδ13C値に有意な影響を及ぼしていなかった。これらの結果は、グルコースのδ13C値がずっと維持されていることを示している。グルコースのδ13C値は、A. oryzaeによる糖化過程で60%まで分解されても、米のδ13C値と一致していた。糖化過程を通してのグルコースのδ13C値の持続性は、グルコースのδ13C値に基づいた米発酵飲料の原材料判別手法に寄与しうる。

掲載雑誌
Heliyon, 10(13), e33664 (2024)

2 Conversion of polyploid and alloploid Saccharomyces sensu stricto strains to leu2 mutants by genome DNA editing ゲノムDNA編集によるSaccharomyces sensu strictoの倍数体および異質倍体株のleu2変異体への変換

著者
KIYOKAWA Kazuya, SAKUMA Tetsushi, MORIGUCHI Kazuki, SUGIYAMA Minetaka, AKAO Takeshi, YAMAMOTO Takashi, and SUZUKI Katsunori
清川一矢、佐久間哲史、守口和基、杉山峰貴、赤尾健、山本卓、鈴木一周
要旨

A large number of recombinant plasmids for the yeast Saccharomyces cerevisiae have been constructed and accumulated over the past four decades. It is desirable to apply the recombinant plasmid resources to Saccharomyces sensu stricto species group, which contains an increasing number of natural isolate and industrial strains. The application to the group encounters a difficulty. Natural isolates and industrial strains are exclusively prototrophic and polyploid, whereas direct application of most conventional plasmid resources imposes a prerequisite in host yeast strains of an auxotrophic mutation (i.e., leu2) that is rescued by a selection gene (e.g., LEU2) on the recombinant plasmids. To solve the difficulty, we aimed to generate leu2leu2 mutants from yeast strains belonging to the yeast Saccharomyces sensu stricto species group by DNA editing. First, we modified an all-in-one type CRISPR-Cas9 plasmid pML104 by adding an antibiotic-resistance gene and designing guide sequences to target the LEU2 gene and to enable wide application in this yeast group. Then, the resulting CRISPR-Cas9 plasmids were exploited to seven strains belonging to five species of the group, including natural isolate, industrial, and allopolyploid strains. Colonies having the designed mutations in the gene appeared successfully by introducing the plasmids and assisting oligonucleotides to the strains. Most of the plasmids and resultant leu2leu2-mutants produced in this study will be deposited in several repository organizations.

KEY POINTS:

  • All-in-one type CRISPR-Cas9 plasmids targeting LEU2 gene were designed for broad application to Saccharomyces sensu stricto group species strains.
  • Application of the plasmids generated leu2 mutants from strains including natural isolates, industrial, and allopolyploid strains.
  • The easy conversion to leu2 mutants permits free access to recombinant plasmids having a LEU2 gene.

酵母Saccharomyces cerevisiaeの組換え用プラスミドは、過去40年間に数多く構築され、蓄積されてきた。この組換えプラスミドリソースを、自然分離株や工業株が増加しているSaccharomyces sensu stricto群に応用することが望まれているが、これらへの応用には困難が伴う。自然界分離株や工業株は専ら原栄養性で倍数体である。一方、従来のプラスミドリソースのほとんどを直接利用するには、宿主酵母株において、組換えプラスミド上の選択遺伝子(例えば、 LEU2)によってレスキューされる栄養要求性変異(例えば、leu2)が必須条件となる。この難題を解決するため、私たちは、酵母Saccharomyces sensu stricto群に属する酵母株から、DNA編集によりleu2変異体を作製することを目的とした。まず、オールインワンタイプのCRISPR-Cas9プラスミドpML104に抗生物質耐性遺伝子を付加し、 LEU2遺伝子を標的とするガイド配列を設計することで、この酵母グループで広く応用できるように改変した。そして、得られたCRISPR-Cas9プラスミドを5種7株(自然界分離株、工業株、異質倍数体株)に利用した。プラスミドと補助オリゴヌクレオチドを菌株に導入することにより、設計した遺伝子変異を持つコロニーが出現した。本研究で得られたプラスミドおよびleu2変異体の多くは、複数の保存機関に寄託される予定である。

KEY POINTS:

  • LEU2遺伝子を標的としたオールインワン型CRISPR-Cas9プラスミドは、Saccharomyces sensu stricto株への広範な応用のために設計された。
  • このプラスミドの応用により、天然分離株、工業株、およびアロポリ倍体株を含む株からleu2変異体が作製された。
  • leu2変異体への変換が容易であるため、 LEU2遺伝子を有する組換えプラスミドへの自由なアクセスが可能である。
掲載雑誌
Applied Microbiology and Biotechnology, 108, 416 (2024)

3 令和4酒造年度全国新酒鑑評会出品酒の分析について Analysis of sake components presented to the Japan Sake Awards 2023

著者
磯谷敦子、藤田晃子、赤松史一、岸本徹、ボルジギン・ソリナ、西本真樹、神田涼子、寺本聡子、大串憲祐、福田央
ISOGAI Atsuko, FUJITA Akiko, AKAMATSU Fumikazu, KISHIMOTO Toru, BOERZHIJIN Surina, NISHIMOTO Masaki, KANDA Ryoko, TERAMOTO Satoko, OGUSHI Kensuke, and FUKUDA Hisashi
要旨

令和4酒造年度全国新酒鑑評会(第111回鑑評会)は、当該年度に日本国内で生産された清酒を全国的に調査研究することにより、製造技術と酒質の現状及び動向を明らかにし、もって清酒の品質及び酒造技術の向上に資するとともに、国民の清酒に対する認識を高めることを目的として、日本酒造組合中央会との共催により実施された。

審査は、酒類総合研究所において、令和5年4月19日(水)から21日(金)の3日間に予審を行い、令和5年5月10日(水)から11日(木)の2日間に決審を行った。また、5月31日(水)から6月1日(木)に東広島運動公園体育館にて製造技術研究会を日本酒造組合中央会との共催で実施するとともに、6月17日(土)に東京池袋のサンシャインシティ・文化会館展示ホールにて日本酒造組合中央会主催の公開きき酒会を共催した。

出品は818点であった。審査の結果、優秀と認められた394点を入賞酒とし、さらに入賞酒の中から決審にて特に優秀と認められた218点に金賞を授与した。また、出品酒を公開する製造技術研究会及び公開きき酒会には、全国からそれぞれ、833人及び1413人が来場した。

出品酒については、審査に加え酒質の現状及び動向を調査研究するため、出品者の記載による「全国新酒鑑評会出品酒調査表」の内容を集計するとともに、成分分析(「老ねやすさ」の受託分析を含む。)を行った。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 196, 1-18 (2024)

4 第46回本格焼酎・泡盛鑑評会について Review of the 46th Honkaku Shochu and Awamori Contest in 2023

著者
向井伸彦、磯谷敦子、奥田将生、髙橋圭、長船行雄、飯塚幸子、福田央
MUKAI Nobuhiko, ISOGAI Atsuko, OKUDA Masaki, TAKAHASHI Kei, OSAFUNE Yukio, IIZUKA Sachiko, and FUKUDA Hisashi
要旨

単式蒸留焼酎を全国的に調査研究することにより、製造技術と品質の現状及び動向を明らかにし、もって単式蒸留焼酎の製造技術及び品質の向上に資することを目的として、第46回本格焼酎・泡盛鑑評会を独立行政法人酒類総合研究所と日本酒造組合中央会の共催で開催した。

令和5年6月20日(火)及び21日(水)に審査を、7月21日(金)に製造技術研究会を実施した。

 

出品状況、審査及び化学分析結果の概要について報告する。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 196, 19-39 (2024)

5 全国地ビール品質審査会2024出品酒の分析について Analysis of beer components presented to craft beer contest of Japan Brewers Association in 2024

著者
日下一尊、岸本徹、辻井将之、神本真紀、寺本聡子
KUSAKA Kazutaka, KISHIMOTO Toru, TSUJII Masayuki, KAMIMOTO Maki, and TERAMOTO Satoko
要旨

全国地ビール品質審査会2024は、地ビールの醸造技術向上及び品質改善を目的として、全国地ビール醸造者協議会(Japan Brewers Association)の主催により実施しており、本年で8回目となる。今回は59社から152点の出品があり、品質審査会を令和6年3月6日(水)及び7日(木)に、独立行政法人酒類総合研究所(広島県東広島市)(以下、「研究所」という。)で実施した。出品酒については、令和6年2月から3月の期間において、研究所にて成分分析及び微生物検査を実施したので、その結果について報告する。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 196, 40-48 (2024)

6 全国新酒鑑評会及び本格焼酎・泡盛鑑評会で使用するプラスチックカップ(NRIBカップ)の開発 Original plastic cups (NRIB cups) developed for Annual Japan Sake Awards and Honkaku Shochu and Awamori Contest

著者
岡田佳那子、長船行雄、神本真紀、藤田晃子、高崎京子、神田涼子、寺本聡子、池田優理子、上垣内宏司、仁田英美、伊藤伸一、向井伸彦、山田修、鈴木崇、大串憲祐
OKADA Kanako, OSAFUNE Yukio, KAMIMOTO Maki, FUJITA Akiko, TAKASAKI Kyoko, KANDA Ryoko, TERAMOTO Satoko, IKEDA Yuriko, KAMIGAKIUCHI Hiroshi, NITTA Hidemi, ITO Shinichi, MUKAI Nobuhiko, YAMADA Osamu, SUZUKI Takashi, and OGUSHI Kensuke
掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 196, 49-56 (2024)

7 The tricalbin family of membrane contact site tethers is involved in the transcriptional responses of Saccharomyces cerevisiae to glucose 膜接触部位テザーのトリカルビンファミリーはグルコースに対するSaccharomyces cerevisiaeの転写応答に関与する

著者
Philipp Schlarmann, SAKURAGI Keiko, IKEDA Atsuko, Yujia Yang, SASAKI Saku, HANAOKA Kazuki, ARAKI Misako, SHIBATA Tomoko, KANAI Muneyoshi, and FUNATO Kouichi
フィリップ・シュラーマン、櫻木桂子、池田敦子、ユジヤ・ヤン、佐々木咲、花岡和樹、荒木美彩子、柴田智子、金井宗良、船戸耕一
要約

Cellular organelles maintain areas of close apposition with other organelles at which the cytosolic gap in between them is reduced to a minimum. These membrane contact sites (MCS) are vital for organelle communication and are formed by molecular tethers that physically connect opposing membranes. Although many regulatory pathways are known to converge at MCS, a link between MCS and transcriptional regulation-the primary mechanism through which cells adapt their metabolism to environmental cues-remains largely elusive. In this study, we performed RNA-sequencing on Saccharomyces cerevisiae cells lacking tricalbin proteins (Tcb1, Tcb2, and Tcb3), a family of tethering proteins that connect the endoplasmic reticulum with the plasma membrane and Golgi, to investigate if gene expression is altered when MCS are disrupted. Our results indicate that in the tcb1Δ2Δ3Δ strain, pathways responsive to a high-glucose environment, including glycolysis, fermentation, amino acid synthesis, and low-affinity glucose uptake, are upregulated. Conversely, pathways crucial during glucose depletion, such as the tricarboxylic acid cycle, respiration, high-affinity glucose uptake, and amino acid uptake are downregulated. In addition, we demonstrate that the altered gene expression of tcb1Δ2Δ3Δ in glucose metabolism correlates with increased growth, glucose consumption, CO2 production, and ethanol generation. In conclusion, our findings reveal that tricalbin protein deletion induces a shift in gene expression patterns mimicking cellular responses to a high-glucose environment. This suggests that MCS play a role in sensing and signaling pathways that modulate gene transcription in response to glucose availability.

細胞小器官は、他の小器官と密着した領域を維持し、その間の細胞質間隙を最小にしている。このような膜接触部位(MCS)はオルガネラのコミュニケーションに不可欠であり、対向する膜を物理的につなぐ分子テザーにより形成される。多くの制御経路がMCSに収束することが知られているが、MCSと転写制御(細胞が環境からの合図に代謝を適応させる主要なメカニズム)との関連は、ほとんど解明されていない。本研究では、小胞体と細胞膜およびゴルジ体をつなぐテザリングタンパク質ファミリーであるトリカルビンタンパク質(Tcb1、Tcb2、Tcb3)を欠損したSaccharomyces cerevisiae細胞を用いてRNA配列決定を行い、MCSが破壊された場合に遺伝子発現が変化するかどうかを調べた。その結果、tcb1Δ2Δ3Δ株では、解糖、発酵、アミノ酸合成、低親和性グルコース取り込みなど、高グルコース環境に応答する経路の発現が上昇することが示された。逆に、トリカルボン酸サイクル、呼吸、高親和性グルコース取り込み、アミノ酸取り込みなど、グルコース枯渇時に重要な経路は、制御が低下している。さらに、グルコース代謝におけるtcb1Δ2Δ3Δの遺伝子発現の変化は、成長、グルコース消費、CO2産生、エタノール生成の増加と相関することを示した。結論として、我々の発見は、トリカルビンタンパク質の欠失が、高グルコース環境に対する細胞応答を模倣した遺伝子発現パターンのシフトを誘導することを明らかにした。このことは、MCSがグルコースの可用性に応答して遺伝子の転写を調節する感知およびシグナル伝達経路において役割を果たしていることを示唆している。

掲載雑誌
Journal of Biological Chemistry,300, 107665 (2024)

1. 第1四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Spatial distribution and characteristics of protein content and composition in japonica rice grains: implications for sake quality 酒米のタンパク質含有量とタンパク質組成の米粒内空間分布とその特性:予想される清酒品質への影響

著者
TAKAHASHI Kei, KOHNO Hiromi, and OKUDA Masaki
髙橋圭、河野弘美、奥田将生
要約

Background
The quantity and composition of rice proteins play a crucial role in determining taste quality of sake, Japanese rice wine. However, the spatial distribution of proteins within rice grains, especially in endosperm tissue, and the differences between rice varieties remain unclear.
Results
Here, we analyzed the crude protein contents and composition ratios of table (Nipponbare and Koshihikari) and genuine sake rice varieties (Yamadanishiki, Gohyakumangoku, Dewasansan, Dewanosato, and Yumenokaori) to elucidate their spatial distribution within the Japonica rice grain endosperm. Seven sake rice varieties were polished over five harvest years using a brewer’s rice-polishing machine. We obtained fractions at 90%–70% (the outermost endosperm fraction), 70%–50%, 50%–30%, and 30%–0% (the central region of the endosperm fraction). Yamadanishiki and Dewanosato exhibited considerably lower crude protein contents than the other cultivars. After applying SDS-PAGE, the protein composition, comprising glutelin/total protein (G/TP), prolamin/TP (P/TP), and G/P ratios of these fractions was determined. In white rice (at a 90% rice-polishing ratio), the average ratio of the major protein composition was G/TP 41%, P/TP 21%, and G/P ratios of 1.97. Gohyakumangoku and Yamadanishiki had higher G/TP ratio, while Dewanosato had a lower value. Despite having lower crude protein contents, Yamadanishiki and Dewanosato exhibited significantly varying G/TP ratios. The G/TP ratio markedly varied among rice varieties, particularly in the rice grains’ central region. The 50%–30% fraction had the highest P/TP ratio among all tested rice varieties, suggesting spatial differences in P/TP within rice grains. Koshihikari had the lowest P/TP ratio. In addition, the 50%–30% fraction had the lowest G/P ratio among all tested rice varieties, with Gohyakumangoku having the highest G/P ratio. Dewanosato had the lowest G/P value, and this value significantly differed from that of Yamadanishiki in the 30%–0% fraction.
Conclusions
We found substantial differences in protein composition within distinct spatial regions of rice grains, and larger differences among rice varieties were observed in the rice grain's central region.

背景
米タンパク質含量とタンパク質組成は、清酒(日本酒)の味の品質を決定する上で重要な役割を果たしている。しかし、米粒内、特に胚乳組織内のタンパク質の空間分布や米の品種間の違いについては未だ明らかにされていない。
結果
そこで本研究では、一般米(日本晴、コシヒカリ)と酒造好適米(山田錦、五百万石、出羽燦々、出羽の里、夢の香)の粗タンパク質含量と構成比を分析し、酒米(ジャポニカ米)胚乳内におけるそれらの空間分布を明らかにした。醸造用超小型試験精米機を用いて5年間の収穫期間にわたって7品種の酒米を精米し、90%–70%(最外胚乳画分)、70%–50%、50%–30%、及び30%–0%(胚乳の中心領域)の精米歩合別米粉末画分を得た。山田錦と出羽の里は、他の栽培品種と比較して粗タンパク質含量が低かった。SDS-PAGE後、精米歩合別米粉末画分のグルテリン/総タンパク質(G/TP)、プロラミン/総タンパク質(P/TP)及びグルテリン/プロラミン比(G/P)を含むタンパク質組成を解析した。白米(精米歩合90%)における主要タンパク質組成の比率の平均値は、G/TP 41%、P/TP 21%、G/P比は1.97であった。五百万石と山田錦はG/TP比が高く、出羽の里は低かった。山田錦と出羽の里は、粗タンパク質含量が両者同様に低いにもかかわらず、G/TP比には有意な違いが認められた。G/TP比は米の品種間で著しく異なり、特に米粒の中心部で顕著であった。50%-30%画分においては、試験したすべての米品種で最も高いP/TP比を示したことから、P/TP比が米粒内空間で異なっていることが示唆された。主要な食用米であるコシヒカリはP/TP比が最も低かった。また、50%-30%画分においては、試験したすべての米品種でG/P比が最も低く、米品種間の比較においては五百万石のG/P比が最も高かった。出羽の里はG/P値が最も低く、30%-0%画分では山田錦と有意に異なった。
結論
酒米米粒の胚乳組織の中で異なる空間領域内でタンパク質組成に明確な差異があり、米粒の中心部分においては米品種間で大きな違いが認められた。

掲載雑誌
Rice,17, 26 (2024)

2 ビールとスルメの食べ合わせにより感じられる金属臭への寄与成分 (Z)-1,5-octadien-3-one -その分析方法の開発とビールおよび清酒中での濃度変化- Development of a quantitative analysis method for (Z)-1,5-octadien-3-one: a contributor to the ‘metallic odor' arising from the combination of beer and dried squid, and concentration changes in beer and sake

著者
岸本徹、久常有里
KISHIMOTO Toru, and HISATSUNE Yuri
要約

アルコール飲料と料理の相性に関する議論では、魚料理と一緒に飲むアルコールの種類によっては、生臭さを感じることがある。しかし、日本酒はこの生臭みを効果的に抑制し、料理との相性を高めることが報告されている。本研究では官能評価を行い、ビールにスルメを合わせると魚由来の金属臭が目立つことを確認した。一方、日本酒とスルメを併用すると、金属臭が効果的に抑制されることが官能評価で確認された。この金属臭の原因物質は、既報の(Z)-1,5-オクタジエン-3-オンと同定された。アルコール飲料中の(Z)-1,5-オクタジエン-3-オンの1ng/L(ppt)以下の定量分析を行った。SBSE抽出、PFBOA誘導体化、NCIイオン化、GC/MS/MS分析を組み合わせた高感度で合理的な定量法を確立した。日本酒、ビール、スルメを混合した場合の(Z)-1,5-オクタジエン-3-オンの生成量を測定したところ、日本酒の方が有意にレベルが低く、平均生成量はビールより7.1倍低かった。本研究は、清酒の生臭さの一因とされる「金属臭」の抑制を成分レベルで初めて実証し、「食品との相性」についての知見を提供するものである。

In discussions on the compatibility of alcoholic beverages with food, certain types of alcohol consumed with fish dishes may impart a fishy odor. However, sake has been reported to effectively suppress this odor, enhanciing its compatibility with food. This study conducted sensory evaluations, confirming that when beer was paired with dried squid (Surume), a fish-derived metallic odor was noticeable. In contrast, when sake was combined with Surume, the metallic odor was effectively suppressed, as confirmed by sensory assessments. The contributing substance to this metallic odor was identified as the previously reported (Z)-1,5-octadien-3-one. A quantitative analysis of (Z)-1,5-octadien-3-one at levels below 1 ng/L (ppt) in alcoholic beverages was conducted. A highly sensitive and streamlined quantitative method was established, combining SBSE extraction, PFBOA derivatization, NCI ionization, and GC/MS/MS analysis. Measurement of (Z)-1,5-octadien-3-one production when mixing sake, beer, and Surume revealed significantly lower levels in sake, with an average generation rate 7.1 times lower than that in beer. This study demonstrates -- for the first time from a component perspective -- the inhibition of the ‛metallic odor', considered a factor contributing to the fishy odor in sake, providing insights into the ‛compatibility with food' at a component level.

掲載雑誌
日本醸造協会誌, 119(5), 257-266 (2024)

3 Effect of S-adenosyl-methionine accumulation on hineka odor in sake brewed with a non-Kyokai yeast 非協会系酵母で製造した清酒の老香に対するS-アデノシルメチオニン蓄積の効果

著者
SHIBATA Yusuke, YAMADA Tasuku, IKEDA Yuriko, KANAI Muneyoshi, FUJII Tsutomu, AKAO Takeshi, GOSHIMA Tetsuya, ISOGAI Atsuko, and TAKAHASHI Toshinari
柴田裕介、山田翼、池田優理子、金井宗良、藤井力、赤尾健、五島徹也、磯谷敦子、高橋俊成
要約

Hineka is a type of off-flavor of sake and is attributed to the presence of several compounds, including a major one called dimethyl trisulfide (DMTS). The production of the main precursor of DMTS involves yeast methionine salvage pathway. The DMTS-producing potential (DMTS-pp) of sake brewed using the Km67 strain, a non-Kyokai sake yeast, is lower than that of sake brewed using Kyokai yeast; however, the detailed mechanism is unclear. We focused on S-adenosyl-methionine (SAM) and aimed to elucidate the mechanism that prevents DMTS production in sake brewed using the Km67 strain. We revealed that SAM is involved in DMTS production in sake, and that the conversion of SAM to the DMTS precursor occurs through an enzymatic reaction rather than a chemical reaction. Based on previous reports on ADO1 and MDE1 genes, sake brewing tests were performed using the Km67 Δmde1, Δado1, and Δmde1Δado1 strains. A comparison of the SAM content of pressed sake cakes and DMTS-pp of sake produced using the Km67 Δado1 strain showed an increase in both SAM content and DMTS-pp compared to those produced using the parent strain. However, the Km67 Δmde1Δado1 strain showed little increase in DMTS-pp compared to the Km67 Δmde1 strain, despite an increase in SAM content. These results suggest that SAM accumulation in yeast plays a role in the production of DMTS in sake through the methionine salvage pathway. Moreover, the low SAM-accumulation characteristic of the Km67 strain contributes to low DMTS production in sake.

DMTSの主な前駆体は酵母のメチオニンサルベージ経路に関与している。非清酒酵母であるKm67株を用いた清酒のDMTS産生能(DMTS-pp)は、協会酵母を用いた清酒よりも低いが、その詳細なメカニズムは不明である。我々はS-アデノシルメチオニン(SAM)に着目し、Km67株を用いた清酒のDMTS生成抑制メカニズムの解明を目指した。その結果、SAMが清酒中のDMTS生成に関与していること、SAMからDMTS前駆体への変換は化学反応ではなく酵素反応によって起こることを明らかにした。ADO1およびMDE1遺伝子に関する既報に基づき、Km67のΔmde1、Δado1およびΔmde1Δado1株を用いて清酒醸造試験を行った。Km67 Δado1株を用いて製造した清酒の搾り粕中のSAM含量およびDMTS-ppを比較したところ、親株を用いて製造した清酒と比較して、SAM含量およびDMTS-ppともに増加していた。しかし、Km67 Δmde1Δado1株は、Km67 Δmde1株に比べ、SAM含量は増加したものの、DMTS-ppはほとんど増加しなかった。これらの結果は、酵母におけるSAMの蓄積が、メチオニンサルベージ経路を介した清酒中のDMTS産生に関与していることを示唆している。さらに、Km67株の特徴であるSAM蓄積量の低さは、清酒のDMTS生産量の低さに寄与している。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, 137, 268-273 (2024)

4 赤ワインの醸し条件-デレスタージュ,及びデレスタージュと高温短期醸しまたは後期高温醸しの組み合わせの効果 Effects of red wine maceration methods-Delestage and combination of delestage and high temperature and short maceration or maceration with heating at the end

著者
後藤奈美、川田真由子、小山和哉
GOTO-YAMAMOTO Nami, KAWADA Mayuko, and KOYAMA Kazuya
要約

赤ワインの醸し方法のうち、デレスタージュ、デレスタージュと高温短期醸し、デレスタージュと後期高温醸しの組み合わせが赤ワインの色やタンニンなどに及ぼす影響について、メルロを用いた2回の小規模試験醸造を行って検討した。デレスタージュ時に種子を除くと、6回中5回の試験区で総フラバノール(タンニン)を有意に減少させたが、赤ワインの色に対しては若干減少~影響なしであった。デレスタージュと後期高温醸し、及び後期高温醸しのみは赤色に一貫した効果を示さなかった。一方、デレスタージュと高温短期醸しを組み合わせた場合は、安定化した赤色を増加させる効果が認められた。さらなる検討が必要ではあるが、これらの結果は赤ワイン醸造に有益な情報となると考えられる。

The effects of delestage, the combination of delestage and high temperature and short maceration treatment, and the combination of delestage and maceration with heating at the end on red wine color and tannin concentrations were examined by performing two sets of laboratory-scale winemaking experiments using Merlot grapes. Delestage with seed removal decreased total flavanol concentration in five out of six experimental groups. Delestage slightly decreased or had no effect on the red color of wine. The effects of combining delestage and maceration with heating at the end or only heating at the end on the red color of the wine were not consistent. On the other hand, the combination of delestage and high temperature and short maceration treatment, as well as only high temperature and short maceration treatment, increased the concentration of stable red pigments that were not bleached by SO2. Even though further investigation is needed, these results would be useful for practical red wine making.

掲載雑誌
日本ブドウ・ワイン学会誌, 35(1), 13-21(2024)