【コラム】サワードウの化学分析:pHおよび総滴定酸度(TTA)

2021/08/02

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多くの人と同様、私もパンづくりの背後にある化学に魅了されています。本ブログでは、パン、特にサワードウについてお話ししたいと思います。製パン業界にはよく知られたことわざがあります:「pH値が焼き上がりを決め、総滴定酸度が味を決める」。なぜこれら2つのパラメータがパン作りにとって重要なのか、そしてどのようにすれば最適に決定できるのか。これが、ここでお話ししたいことです。

図 1. サワードウブレッドの断面。

サワードウの簡単な歴史

パンは、必ずしも現在私たちがよく知る形ではないものの、数千年にわたって人類の食生活の一部でした。この一つの例外がサワードウブレッドです。野生の酵母と細菌(乳酸菌)が生地を自然に発酵させ、無数の気泡を含んだ酸味のあるパンを作り出します。肥沃な三日月地帯に起源を持つとされる一方、現存する最古の実例の一つ(約6000年前のもの)はスイスで発掘されており、その時点で既にどれほど広く普及していたかがうかがえます。

現在、サワードウブレッドで最もよく知られている場所の一つが、カリフォルニア州のサンフランシスコです。なぜカリフォルニアなのでしょうか?1800年代半ばのゴールドラッシュの際、フランス人のパン職人たちがその技術を持ち込み、以来この街と切っても切れない存在になりました。実際、サンフランシスコには、その名を冠したサワードウ菌の菌株があります:フルクチラクトバチルス・サンフランシセンシス。

多くの家庭のパン職人が、一度はサワードウ作りに挑戦します。材料がシンプルで、自然が与えてくれるもの以外の膨張剤を使用しないためです。しかしながら、2020~2021年にはこれほど多くの人が家にいたため、多くの人にとって自分に何が作れるか試すには絶好の機会でした。スターターの育成は特に重要です―十分な野生酵母と細菌がなければ(あるいはそれらに十分な栄養が与えられなければ)、生地は膨らまず、密で嚙み応えのある仕上がりになってしまいます。(最高の自家製サワードウの作り方については多く書かれていますが、私自身のパン作りブームはスイスのButterzopf(バターツォップ)に集中していたため、このトピックについては貢献できません。)

以下よりレシピをダウンロードして、ぜひご自身でお試しください!

本場スイスのButterzopfを自分で焼いてみよう

図 2. 乳酸の化学構造。

乳酸菌:有用な細菌

その名が示す通り、乳酸菌は乳酸(図2)、そして酢酸も生成し、これらがサワードウブレッド特有の酸味を生み出します。パンの酸味は保存期間にも良い影響を与え、私たちの祖先が食生活を補うためにパンをより長く保存することを可能にしました。

この有用な細菌の存在が重要であるもう一つの理由があります。乳酸と酢酸がなければ、北ヨーロッパのサワードウブレッドによく使われるライ麦粉から作るパンを焼くことは不可能でしょう。それはなぜでしょうか?

図 2. ガラス瓶で発酵中のサワードウスターター。

でんぷんはパンの中心的な成分であり、形状、パンくずの食感、そして全体的な風味に影響を与えます。パン焼きの過程では、小麦粉中のでんぷんと生地に加えられた水との間で糊化が起こります。しかしながら、小麦粉にはアミラーゼという酵素も含まれており、これがでんぷんを糖へと加水分解する反応を触媒します。糊化のプロセス中、でんぷんはアミラーゼによる加水分解をより受けやすくなります。この時点でアミラーゼ活性が強いと、パンくずに悪影響を及ぼします。小麦の場合、生地内で糊化が始まる温度では、アミラーゼは既に変性しています。しかしライ麦の場合はそうではなく、アミラーゼ活性がちょうど最も高くなる、より低い温度で糊化が起こります[1]。生地を酸性(サワー)にすることで、アミラーゼ活性が抑制され、ライ麦粉からパンを焼くことが可能になります。

では、どれくらいの酸が必要で、どこからが多すぎるのでしょうか?この問いは、冒頭で触れた2つの重要なパラメータ、すなわちpH値と総滴定酸度(TTA)へと話を戻します。

pH値が酵素活性を調節する

アミラーゼを最適な形で抑制するためには、pH値が重要です。あらゆる酵素には、最も効率的に機能する最適なpH範囲があります。アミラーゼの場合、最適pH値(酵素活性が最も高い範囲)はpH 5.4~5.8です。pH値がこれより低くなると、その活性は低下します。

pH値は、pH電極を用いて簡単に測定することができます。生地分析には、スピアヘッド電極のようなサンプルに突き刺すことができる電極が、最良のセンサーとなります。pH値は温度に依存するため、このセンサーは温度も測定します。

Pt1000付きスピアヘッド電極

pH値とは何ですか?

pH値は、ヒドロニウムイオン濃度の負の対数です。したがって、pH値が小さいほど、ヒドロニウムイオン濃度は高くなります。

純水自体にも少量の遊離ヒドロニウムイオンが含まれており、そのためpH値は7です。

酸は溶液中でヒドロニウムイオンを放出する(電離)ため、酸性溶液のpH値は0~7の範囲になります。

これとは反対に、アルカリ性の溶液や製品は、純水よりもさらに少ないヒドロニウムイオンしか持ちません。これらのpH値は7~14の範囲です。アルカリ性溶液の一例は苛性ソーダ液であり、これはプレッツェルパン(ラウゲンブロートヒェン)の製造に使用されます。

pH測定について詳しくは、他のブログ記事もご覧ください。

pH測定における最も一般的な誤りを避ける

FAQ:pH校正のすべて

図 4. 総滴定酸度の決定に適した、堅牢かつコンパクトな滴定装置

総滴定酸度が味の評価に役立つ

アミラーゼ活性を制御するためにpH値の測定・管理だけで十分であるなら、なぜ総滴定酸度(TTA)を決定する必要があるのでしょうか?これは、pH値が生地中に存在する乳酸と酢酸の比率について何の情報も与えないためです。アミラーゼ活性はこの2つの比率には依存しませんが、その組成は味にとって重要です。最適なサワードウの風味を得るには、乳酸対酢酸の比率が3:1~4:1の間にあるべきです。この比率が酢酸をより多く含む方向にシフトすると、通常、味は酸っぱすぎるようになります。

乳酸や酢酸のような弱酸は完全には電離しません。つまり、存在するすべての酸分子が水素イオンを放出するわけではありません。乳酸は酢酸に比べてより強い酸であるため、より多くの乳酸が電離し、pH値により大きく寄与します。

TTAを決定することで、生地中の酸の総量を把握することが可能になります。 TTAの決定にあたっては、生地を水と均質化して懸濁液を得ます。その後、0.1モルの水酸化ナトリウム溶液を用いて、pH値8.5まで滴定します。自動滴定装置を使用することで、人の手を介さない信頼性の高い結果が得られます(図4)。

滴定を開始する前に、懸濁液のpH値を簡単に決定することができるため、二度手間をかけることなく両方のパラメータ(pH値およびTTA)を得ることができます。分析の実施方法について詳しくは、無料のアプリケーションノートをご覧ください。

小麦粉、生地、パン中のpH値とTTA―AOAC 943.02、981.12、およびAACC 02-31.01に準拠したpH値および総滴定酸度の決定

手動での滴定よりも自動滴定装置を使用することが好まれる理由について知りたい方は、以下のブログ記事をお読みください。

実験室での滴定誤差を避ける方法

完璧なサワードウ品質のためのpH値とTTA

pH値とTTAに関する情報を組み合わせることで、サワードウの品質を評価することが可能になり、特に製造プロセスに遅延が生じた場合でも、最終製品の品質を一定に保つことができます。

また、保管条件を維持できなかった場合に生じうるサワードウスターターの変化を検出することも可能になり、新しいスターターを準備すべき時期についての重要な情報を提供します。

表1.さまざまな種類のパンにおける一般的なpHおよびTTA値[1]。

パンの種類	pH値	TTA
小麦パン	5.4–6.0	4–6
小麦混合パン	5.0–5.3	6–8
ライ麦混合パン	4.5–4.8	7–9
ライ麦パン	4.3–4.7	8–10
ライ麦パン（粗挽き）	4.2–4.6	9–14