プレスリリース
(研究成果) 日本の伝統食品"麹"を応用したタンパク質増産技術の開発

世界人口の急速な増加や新興国における著しい経済成長によって、畜産物の需要が劇的に増加することが予想されています(図1左)。畜産飼料を支えているのは穀物であり、穀物の需要増加も見込まれます(図1右)。しかし、穀物は既に膨大な土地を利用して生産されており、それらを短期間で増やすことは容易ではありません。このため、タンパク質の供給が世界的に不足する「タンパク質危機(global protein crisis)」の発生が懸念されています。このような背景から、タンパク質供給力の維持・強化に向けて、既存の食料システムと調和した低コストで高効率な新しいタンパク質生産プロセスが求められています。

麹は、米などの穀物をAspergillus oryzae等の麹菌¹⁾で発酵させた、我が国伝統の発酵食品です。麹には、麹菌が分泌した酵素が豊富に含まれており、味噌や醤油、日本酒の醸造等に広く用いられてきました。麹菌は、日本独自の食文化を支える微生物であることから、日本醸造学会によって国の菌、"国菌"として認定されています。農研機構では、我が国の強みである麹菌を活用したタンパク質生産プロセスの開発に取り組みました。

一般的な麹づくりの工程では、麹菌は穀物に含まれるタンパク質を分解して細胞内に取り込み、それを栄養源(窒素源)として増殖します。ところが、麹菌菌体にはタンパク質が30～40%含まれるのに対して、穀物にはタンパク質が5～10%しか含まれません。つまり、麹菌にとって穀物は窒素源が不足したバランスの悪い栄養源と考えられます。一方、麹菌は、自然環境中にあるアンモニア等の無機窒素源からタンパク質を合成する「窒素同化²⁾」と呼ばれる機能をもっています。そこで、米やトウモロコシ等の主要な穀物に、タンパク質の合成に必要な窒素化合物を添加して麹菌の増殖を促進する"窒素同化固体発酵"というタンパク質生産技術の開発を試みました(図2)。

麹菌は、穀物に含まれるデンプンを分解し、生体物質の合成やエネルギー生産に利用しています(図2)。窒素同化固体発酵では、アンモニアや尿素等の窒素化合物が麹菌の細胞内に取り込まれ、窒素同化反応によってアミノ酸が合成されます。そのアミノ酸から、麹菌の細胞骨格や酵素等として働くタンパク質が合成されるため、タンパク質総量が増加すると考えられます。

米およびトウモロコシ(デント種³⁾)にアンモニアや尿素等の安価な窒素化合物、その他の無機塩類、麹菌の胞子を混合して30°Cで静置し、4日後に培養物(図3①)に含まれるタンパク質の量を評価しました。その結果、発酵前の米およびトウモロコシに比べ、タンパク質がそれぞれ最大で2.3倍、1.6倍に増加し、麹菌によるタンパク質の生産が確認されました(図3②)。タンパク質含量は、最大で米で12.3%、トウモロコシで13.2%(乾燥重)となりました。

生物のもつ大多数のタンパク質は20種類のアミノ酸から構成されています。このうち、動物が体内で合成できないものを必須アミノ酸と呼びます。人の場合はトリプトファン、ロイシン、リジン、バリン、スレオニン、フェニルアラニン、メチオニン、イソロイシンが必須アミノ酸であり、食品から摂取する必要があります。摂取したタンパク質が栄養素として体内で利用される量は、必須アミノ酸のうち、最も充足率の低いものに制限されることが知られており、これを制限アミノ酸⁴⁾と呼びます。穀物の場合は、リジンが制限アミノ酸であり、リジンの比率がタンパク質の質を評価する上で極めて重要です。本研究において、麹菌の発酵によってリジンの比率が米で1.4倍、トウモロコシで1.6倍にまで増加することが確認されました(図3③)。このように、窒素同化固体発酵がタンパク質の質的な面での改善につながることも明らかとなりました。

以上の成果は、Springer Natureが刊行する学術誌npj Science of Food誌にて2025年7月31日に論文として公表されました(DOI:10.1038/s41538-025-00463-2)。本研究は、公益財団法人東洋食品研究所の研究助成により実施されたものです。

窒素同化固体発酵により得られる麹は、新たな高タンパク質食材としての活用が期待されます(図4)。一方、牛ばら肉、鶏もも肉(皮つき)のタンパク質含量が18%、53%(いずれも乾燥重(日本食品標準成分表 八訂))であるのに対し、今回の研究で得られた麹の現時点におけるタンパク質含量は最大、米で12.3%、トウモロコシで13.2%(いずれも乾燥重)です。培養条件等の更なる検討により、タンパク質含量の向上を目指します。

令和6年6月3日に内閣府によって公表されたバイオエコノミー戦略では、人口増加に対応した食料供給の手段として麹菌の活用が挙げられています。今回の成果をもとに、農研機構では、サステナブルな高タンパク質食品素材として麹を利用できるよう、引き続き、研究を継続する予定です。

穀物は、国内外を問わず家畜の飼料として広く利用されていますが、飼料に含まれるタンパク質の大部分は糞や尿として排出されてしまいます。過去の文献をもとに試算すると、牛肉の場合、1 kg(乾燥重)のトウモロコシから生成するタンパク質は5.1 g(乾燥重)です。一方、今回の研究で得られた結果をもとに試算すると、窒素同化固体発酵では、わずか4日間で1 kg(乾燥重)のトウモロコシから124 g(乾燥重)のタンパク質が生成されます(図5)。窒素同化固体発酵で生産した麹をタンパク質食品素材として利用することができれば、高タンパク質な新しい食品素材の提供につながるだけでなく、今後予想される世界的なタンパク質需要の増加への対応に貢献することが期待されます。