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Apr 30, 2023

アントシアニンの生成と特性評価

Rapporti scientifici Volume 13,

Scientific Reports volume 13、記事番号: 5863 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

ビールは世界で 3 番目に人気のある発酵飲料です。 通常、大麦麦芽から作られます。 熱帯諸国は醸造のために温帯諸国から大麦を輸入する必要があり、これは高価なプロセスです。 したがって、栄養価の高いビールに対する需要の高まりに応えるためには、ビール製造に使用可能な代替基質を調査することが重要です。 現在の研究では、果実廃棄物から分離された酵母、Saccharomyces cerevisiae CMS12の助けを借りて、アントシアニンが豊富な黒小麦から発酵飲料を作成することが含まれています。 次に、特性評価 (UV、HPLC、NMR、FTIR、ICPMS) を実行し、白 (琥珀色) 小麦ビールとの比較研究も行いました。 さらに、プロセスパラメータの最適化には、初期の糖濃度、接種材料のサイズ、pH が含まれます。 黒小麦麦汁には、568 mg GAE/L の総フェノール含有量、4.67 mg/L のアントシアニン濃度、6.8% (v/v) のアルコール含有量、および 4.04 の pH が含まれていました。 官能分析の結果、黒小麦ビールの方が白小麦ビールよりも受け入れられることが明らかになりました。 開発された発酵飲料は、大きな商品化の可能性を秘めています。

世界中で、発酵食品や発酵飲料には数多くの選択肢があり、「発酵」プロセスは、あらゆる素材の栄養価と消化率を潜在的に改善するための基礎となる科学的手法です1。 微生物が生成する風味は、発酵食品の感覚受容性を向上させます2。 ビールは水、お茶に次いで 3 番目に人気のある飲料で、世界の年間消費量は約 2,000 億リットルです。 醸造プロセスで使用される原料と方法に基づいて、ビールには 70 種類以上の異なる種類があります3。 ビールのアルコール含有量は 0.5% ～ 15% の範囲です4。 ビールは低密度脂質とホモシステインの濃度を下げることで心停止のリスクを低下させ、腎臓の健康を促進します5。 ビールには、ビタミン B、タンパク質、ミネラル、食物繊維、フェノール類 (抗酸化物質)、エタノール、プレバイオティクス化合物が豊富な穀物とホップの栄養素がすべて含まれています6。 製造されるビールの外観は、発酵中に使用される酵母菌株によって影響されます。 酵母は泡の安定性、泡持ち、曇りの形成、ビールの色に影響を与えます7。 さらに、酵母は麦汁からの栄養素を利用して増殖し、麦汁中の副産物を放出するため、麦汁組成の変化はビールの風味に直接影響します8。 ビールの濁りは、タンパク質、多糖類、ポリフェノールの存在によるものです7。 酵母の細胞壁に由来するマンノプロテインは、曇りの形成を最小限に抑え、泡を安定させるのに役立ちます。 プロテアーゼ酵素は、不利な条件下で酵母によって分泌され、ビールの泡の形成と安定化に関与するタンパク質を分解します。 さらに、β-グルカンを加水分解するβ-グルカナーゼが自己消化酵母によって放出される可能性があり、その結果、粘度が低下し、泡から液体が排出されます9。 ただし、醸造用の新しい酵母を実験する前に適切な評価を行う必要があります。これは、すべての微生物が独自であり、さまざまな物質や条件との相互作用により変異が生じ、さまざまな健康上の懸念につながる可能性があるためです10。 Saccharomyces cerevisiae は、醸造業界で一般的な酵母です11。 エタノールと二酸化炭素が結合すると、有機酸、ケトン、エステルなどの多くの化学物質が生成され、ビールの官能特性に大きな影響を与えます12。 今日のビール醸造者は、ビール製造に代わる、より有益な原料を探しています。 米、サフラン、小麦、大麦、ライ麦、トウモロコシ、ソルガム、ジャガイモ加水分解物、および低度から中度の糖蜜がビール製造の基質として研究されました13,14。 抗酸化物質を多く含む食品は健康上の利点と関連付けられており、アントシアニンが豊富な小麦 (黒小麦) は、抗肥満、血糖値低下、プレバイオティクス特性でも知られています。 したがって、このような種類の原材料からのビール製造は、消費者にさらなる利点を提供することができます15、16。 小麦麦芽から製造されたビールの人気はここ数年変化がありましたが、最近では、新しい醸造方法（クラフトビールや自家醸造）の導入や、さまざまな地域で大麦が入手できないことにより、小麦ビールの需要が高まっています17。 しかし、小麦には糖の生成に関与する活性酵素がありません。 したがって、これらの酵素を活性化し、発酵に適切なレベルの糖が存在することを保証するために、小麦の麦芽が行われます。 麦芽製造は醸造プロセスの主要なステップです。 麦芽製造の目的は、穀粒内の 11 種類の加水分解酵素の生成を促進することです3。 数多くの小麦品種の中でも、黒小麦は紫小麦と青小麦を交配して作られた雑種作物で、ビール生産の基質となる可能性があります。 アントシアニン含有量、たんぱく質、食物繊維などの栄養素が非常に豊富な小麦です18。 現在の研究では、新たに単離された株サッカロミセス・セレビシエCMS12からアントシアニンが豊富なビールを製造するための基質として、バイオテクノロジーで開発された黒小麦を使用した。 この作品ではビール製造にホップを使用していないため、抗酸化物質の含有量と色は黒小麦そのものに由来しています。 黒小麦麦芽で醸造されたビールを白小麦麦芽で醸造されたビールと比較しました。 さらに、ビールは、UV、HPLC、NMR、FTIR、ICPMS、および色値を使用して特性評価されました。 既存の文献に関する我々の知る限りでは、黒小麦からのアントシアニン豊富なビール製造に関する先行研究は報告されていない。 この研究では、ビール製造の基質としての黒小麦の物理化学的特性と官能プロファイルが評価されます。

ビールの調製には、2022年4月にインドのモハリにある国立農業食品バイオテクノロジー研究所の圃場で栽培された白小麦（cv C306）と黒小麦（NABIMG-11; Ref.19）の2種類が使用されました。 最初に、相対湿度 60% の両方の小麦品種を次亜塩素酸ナトリウムで表面滅菌し、その後使用するまで室温で保管しました。

微生物培地成分は、インド、ムンバイの HiMedia Laboratories から調達しました。 対照酵母として、Saccharomyces cerevisiaeをフランス、LesaffreのFermentis Companyから購入した。 分析グレードの試薬、指示薬、溶媒、酵素、および化学薬品は、Merck (Sigma Aldrich, USA) に注文しました。 すべての実験では、ホウケイ酸ガラス器具と再蒸留水を使用しました。

果物副産物サンプル (リンゴ、ブドウ、バナナ) を滅菌容器に収集し、エタノール生成酵母の単離に使用するまで 4 °C で冷蔵しました。 単離は、スプレッドプレート法およびグルコース酵母抽出物（GYE）寒天プレートを使用し、30℃で48時間、最大10-6までの段階希釈によって達成されました。 エタノール生成能に基づいて目的の分離株を分析し、HPLC を使用して選択しました。 コロニーを、50 mL の GYE ブロスを含む 250 mL のフラスコに導入し、エタノール生産のために 150 rpm で 28 °C に維持しました 20。 サンプルは 6 時間かけて収集され、RID 検出器を 55 °C に設定し、Agilent HiPlex H カラム (300 mm × 7.7 mm) を使用して高速液体クロマトグラフィー (HPLC) (Agilent、HiPlex、米国カリフォルニア州) を使用して分析しました。 、8 m) を 60 °C に設定します。 移動相 (5 mM H2SO4) の流速は 0.7 ml/分でした。 HPLC の前に、移動相を脱気し、0.22 μm ナイロン膜フィルター (Millipore、MA) を通して濾過しました。 中温条件下で最も高いエタノール収量を有する酵母が選択された。 倒立光学顕微鏡 (40 倍) を使用して有望な菌株 (Nikon Eclipse TS2、米国) の形態を検査し、培養物はチャンディーガルの微生物技術研究所の施設で同定されました。

基質 (グルコース) 濃度 (40 ～ 80 g/L)、接種材料サイズ (2 ～ 12%)、pH (4.5 ～ 7) などの発酵パラメーターは、1 因子アット ア タイム (OFAT) を使用してスクリーニングされました。果物廃棄物から分離された酵母菌株によるエタノール生産を最大化する技術。 すべての試験は、150 rpm で振盪しながら微好気条件下、28 °C で実施されました21。 遠心分離（６０００ｒｐｍ、１０分間）後、培養液を回収し、ＨＰＬＣを用いて残留糖類とエタノールを測定した。

麦芽は、小麦粒を浸し、発芽させ、窯で焼くことによって作られました22。 要約すると、小麦 250 g を 1000 mL の水に 16 °C で 6 時間浸漬して、水分含量を 12 から 40% に増加させました。 ２日間、穀粒を発芽紙で覆い、室温で放置した。 発芽した穀物を焼成してグリストを作り、それをマッシュします。 グリストを 3:1 の脱イオン水 (水:グリスト) でマッシュし、150 rpm の速度で混合した後、45 °C で 1 時間加熱しました。 150 rpm で一定に混合しながら、温度を 15 分間で 52 °C、45 分間で 65 °C、そして 15 分間で 75 °C に上昇させました。 マッシュした後、濾液を 10,000 rpm で 20 分間遠心分離し、100 °C で 30 分間煮沸しました23。 冷却した沈殿を濾紙で濾過し、濾液（麦汁）を発酵させた。

28℃で、酵母をGYE寒天プレート上で24時間培養した。 発酵前に、250 mL フラスコ内の 50 mL の培地 (GYE ブロス) にコロニーループを導入しました。 150 rpm のシェーカー (Innova42、New Brunswick Scientific、コネチカット州、米国) で 28 °C で 24 時間インキュベートします22。

発酵実験は、250 ml フラスコに 50 ml の麦汁を入れて実施しました。 発酵培地に 24 時間経過した酵母接種材料を接種し、28 ℃、150 rpm で 120 時間維持しました。 発酵プロセスが完了した後、6000 rpm で 15 分間遠心分離してブロス細胞を分離しました21。 糖 (グルコース、マルトース) の消費とエタノール生成は、6 時間ごとに定期的にサンプルを採取することによってモニターされ、HPLC を使用して分析されました。

非線形回帰モデルと「LABFIT」ツール (V 7.2.50、カンピナ グランデ、ブラジル) を使用して、調製された黒小麦ビールの動態を調査します。 95% 信頼区間は、ロジスティック モデルの予測と実験生産率 (CI) を比較するために使用されました。 黒小麦ビールを製造するための動力学因子 a、b、c も計算されました。

ビールは 2L バッチで調製され、その物理化学的特性と官能特性が調査されました。 同じ条件下で、小麦（黒小麦と白小麦）1 kgを使用して麦芽を製造しました。 HPLC を使用して、発酵中の糖とエタノールのレベルを測定しました。 ビールを63℃で30分間低温殺菌した後、冷却した。 インドの革新的応用生物処理センターであるモハリのある程度訓練を受けた専門家（n = 9）は、外観、味、色、香り、および全体的な受容性について、9 段階の快楽スケールでビールの感覚パラメータを評価しました 24,25。 一方、9は非常に好き、8は非常に好き、7は中程度に好き、6は少し好き、5はどちらとも好きではない、4は少し嫌い、3は中程度嫌い、2は非常に嫌い、1は非常に好きです。

調製したビールサンプルの pH (pH メーター、メトラー トレド、インド、ムンバイ)、総可溶性固形分 (TSS)、および滴定酸度を測定しました 26。 HPLCを使用してエタノールと糖の量を測定しました。 誘導結合プラズマ質量分析法 (ICP-MS) を使用して鉱物を検査しました (7800 ICP MS、Agilent Technologies、米国)。 総フェノール含有量は、Kumari et al.27 の方法論を使用し、分光光度計 (UV3000 +、Lab India、デリー、インド) を使用して 650 nm で測定しました。 総モノマー アントシアニン (TMA) 含有量は、520 および 700 nm の 2 つの異なる波長を使用して測定されました28。 色は、430 nm で EBC (ヨーロッパ醸造会議) 単位を使用して測定されました29。

サンプルは、5 mm の完全に乾燥した NMR チューブ内の重水素化ジクロロメタンに溶解しました。 NMR 分光法では、分析前にサンプルを超音波処理器で 10 分間脱気しました。 テトラメチルシランを内部標準として利用しました30。 有機分子の特性評価のために、磁場強度 400 MHz で動作する Bruker Advance 300 分光計で緩和遅延 6 秒の測定が実行されました28。

化学構造の変化を定量化するために、4000 ～ 600 cm-1 スケールおよび 4 cm-1 の変動で ATR 分析と組み合わせた FTIR (Agilent モデル: Cary 660 シリーズ) を使用してサンプルを分析しました。 ブランク ATR セルを使用してサンプルのバックグラウンドを測定しました。 黒小麦ビールと白小麦ビールを比較するために、各スペクトルの吸光度を観察しました。

製造プロセス中に得られる単糖類およびエタノールの定量測定には、高速液体クロマトグラフィー (HPLC) (Agilent, HiPlex, Santa Clara, California, USA) を使用しました。 測定には、55 °C で屈折率検出器 (RID) を使用しました。 移動相は、60 °C で動作する Agilent HiPlex H 分析カラム (300 mm × 7.7 mm、8 m) 内で、流速 0.7 ml/分の 5 mM H2SO4 でした。

各サンプルを 3 回ずつ実施しました。 関連する結果を表すために、データ値の平均値と標準偏差が使用されます。 データは、統計的有意性 (P < 0.05) を伴う ANOVA による分散分析に供され、最小有意差 (LSD) 検定を使用して比較されました。 結果を反映するために、p 値 < 0.05 の有意水準が使用されます。 すべての統計分析は、ソフトウェア (IBM-SPSS、バージョン 28、アーモンク、ニューヨーク (ニューヨーク州)、米国) を使用して実行されました。

植物の収集と使用は、モハリの国立農業食品バイオテクノロジー研究所 (NABI) のすべての関連ガイドラインに従って行われました。

スクリーニングされた 25 の分離株のうち、C1 および C2 と呼ばれる 2 つの潜在的な酵母が、望ましいエタノール収量を与える能力に基づいて選択されました。 寒天プレート上では、両方の分離株 (C1 および C2) が、盛り上がった円形の小さなクリーム白色のコロニー (約 5 mm) を生成しました。 40倍の顕微鏡で観察された細胞は、補足図Bに示すように卵形の形状であり、出芽の兆候を示しました。GenBankデータベースで分析された26S rRNAおよび5.8S-ITS rDNAのD1 / D2ドメインの配列により、他のドメインとの進化的関係が明らかになりました。密接に関連した出芽酵母株であり、検査で共通の祖先を共有する出芽酵母 NRRLY-12632NT (AY046146) と 100% 相同性があります。 したがって、分類学的同定後、C2株は、科学的命名と実験室コードによりSaccharomyces cerevisiae CMS12と命名されました（図1）。 同様に、C1 株は Saccharomyces cerevisiae CMS 11 として同定されました。単離された酵母の形態学的特徴は、サトウキビ糖蜜から単離された Saccharomyces cerevisiae で観察されたものと同じでした 31。 この研究では、参照しやすいように、特定された両方の株を C1 および C2 と呼びます。

ITS および D1/D2 遺伝子配列の比較に基づく系統樹。S. cerevisiae CMS12 および Saccharomyces 属の他の関連種の位置を示します。

スクリーニングおよび分離された酵母株（C1およびC2）は、補足図Aに概略的に示されているように、合成培地でエタノールを生産するように最適化されました。図2aは、糖濃度が上昇するにつれてエタノール生産が減少することを示しています。これは浸透圧の増加と酸化の抑制によるものです。通路。 一方、基質濃度が低いと酵母菌が枯渇し、生産量が低下しました 14,32。

対照株およびこの研究で分離された株（C1、C2）を使用した発酵プロセスパラメータの最適化（a）グルコース濃度（b）温度（c）接種材料のサイズ（d）pH。 C1: サッカロミセス・セレビシエ CMS11; C2: サッカロミセス・セレビシエ CMS12; 対照：サッカロミセス・セレビシエの商業培養物。

C1 については 10% v/v、C2 については 8% の接種材料サイズでは、基質からのエタノール変換効率がそれぞれ 50% および 47% でした。 12%または10%v/vの接種材料サイズを有する対照酵母と比較した場合、エタノール変換効率に有意差は観察されなかった(図2b)。 したがって、さらなる研究のために 10% の接種材料サイズが決定されました。 Wilkins ら 33 は、Saccharomyces cerevisiae を 10% v/v の接種材料で 72 時間の発酵で使用し、最適化されたエタノールを生成しました。 以前に報告されているように、接種材料のサイズを増やしても基質の枯渇につながるため、発酵は改善されませんでした 34。

単離された酵母株は、pH 5.5 で最適なエタノール生産をもたらしました。 pHが増加するにつれて（6.5）、生産量は減少しました（図2c）。 したがって、以前に報告されたように、pH 5.5 がエタノール生産のための C1 および C2 株にとって最適であると決定されました 35。

温度は酵母の増殖と揮発性有機レベルに影響を与えます。 28 °C では、酵母の増殖とアルコールの生成が、それより低い温度よりも速くなります。 C1 と C2 は両方とも同様の観察を示しました (図 2d)。 したがって、28 °C が最適であると判断されました。 以前の観察も同様でした36。

黒小麦麦汁の発酵では、グルコースの消費はマルトースの消費よりも大幅に速かった。 発酵の最初の8時間の間に、C2酵母株はグルコースを完全に消化し、標準酵母よりも高いエタノールの最大生産量（71.98 g/L）を示しました（図3a〜c）。 48 時間の発酵後、マルトース濃度は完全になくなるまで徐々に減少しました。

異なる酵母株による発酵後の黒麦汁のマルトース、グルコース、およびエタノール濃度の経時的変化 (a) 対照としての標準酵母 (Saccharomyces cerevisiae) (b) C1 株および (c) C2 株 (d) 菌株の動態モデリング潜在的なひずみ C2。

このアプリケーションでは、ビール生産のロジスティック モデル 37 と潜在的な菌株としての C2 が使用されます。 曲線は 95% の信頼区間で投影されたバンドに厳密に適合します。 R2 = 0.99 (図 3d)。

以下の方程式から反応速度パラメータを外挿しました。

P = a/{1 + b exp (c*x)}。ここで、P = エタノール生産量 (g/L)、a = 最大エタノール濃度 = 71.95 ± 02 g/L、b = 発酵時間 = 42.2 ± 0.2 時間、 c = 変換率 = 1.67 ± 0.1 g/Lh。

統計的に有意な値は、一元配置分散分析検定によって p 値 < 0.05 で特定されました。

対照として取られた酵母S.セレビシエの市販株から調製された黒小麦ビールは、両方の単離株よりも高いpH(4.7)を示した。 C1 株は、酸性度 (0.12) と pH (4.0) が最も低いビールを生産しました。 C2 株は、酸性度 (0.28) と低い pH (4.0) のビールを生産しました。 しかし、C2株からの黒小麦ビールは、他のビールよりも高いアルコールを生成しました。 C1 株には 6.52% (v/v) のアルコールが含まれていましたが、C2 株と対照株にはそれぞれ 7% と 6.41% のアルコールが含まれていました (表 1)。 出版された文献によると、さまざまなモルトから作られたビールのアルコール度数は 3.50 ～ 12%、pH は 4.0 ～ 5.0、酸度は 0.1 ～ 0.3 です 38,39。 観察されたデータは出版された文献と一致しています。 しかし、3 つの菌株から製造されたビールは同様の色を示しました。 C1、C2、および対照酵母を使用して醸造された黒小麦ビールの色分析では、それぞれ 22.95、21.45、および 22.72 の EBC が明らかになりました。 EBC40が約25.8の果物で報告されているように、色はアントシアニンによるものです(図4I)。 一方、対照と比較して分離株ではフェノール含量の増加が観察され、C2 株が最も高くなっています。 C1、C2、および対照ビールでは、それぞれ 609.37、613.12、および 568.00 mg GAE/L でした。 エールビールには 563 mg の GAE/L41 が含まれています。 高フェノールのビールは、低フェノールのビールよりも賞味期限が長く、味と香りが優れています42。

(I) (a) 白小麦ビールおよび (b) 黒小麦ビールの FTIR、(II) C1、C2 および対照酵母株を使用した黒小麦ビール製造におけるアントシアニンを示す UV スペクトル。

煮沸前後の麦汁モノマーアントシアニン総含有量（TMA）は、それぞれ 10.52 mg/L と 7.85 mg/L でした。 この低下は、アントシアニンの熱感受性によるものである可能性があります43。 分離株の黒小麦ビールの TMA は対照よりも高く、C2 株で最も高かった。 C1、C2、および対照酵母の TMA は、それぞれ 5.67、6.43、および 4.67 mg/L でした。 発酵中の酵母のアントシアニン吸収が結果に影響を与える可能性があります。 同様の観察が黒米麦汁についても以前に報告されています44。 株 C2 によって生産されたビールは最高のアルコール生産量、フェノールおよびアントシアニン含有量を示したため、さらなる実験のために選択されました。 私たちの研究で得られた最終的なアントシアニン収量とアルコール含有量は、Saccharomyces cerevisiaeによるサツマイモを使用したビール製造の研究よりも高かった。この研究では、pH 3.5、アントシアニン5.10 mg/100 mL、アルコール含有量3.77%のビールが製造された39。 Piraineらによる別の研究45では、pH 4.30、アルコール含有量3.57%で製造されたS. cerevisiae WLP001ビールを使用しました。 また、株 C2 の pH が低いことも、サワービールの製造に適用できることを示しました。 別の研究では、Lubelski を使用して発酵させた S. cerevisiae ビールのエタノール含有量は 5.37% (v/v)、Marynka ホップを使用したビールのエタノール含有量は 5.22% (v/v) であると報告されています 46。 ただし、発酵プロセス中に適切な条件を提供し、発酵培地を最適化することで、アルコール含有量を 9.6 ～ 10.46% まで高めることに成功した研究もあります 47。 これは、株の潜在力とは別に、アルコール含有量が使用されるホップの種類にも依存することを意味します。 しかし、醸造業界で菌株を使用するという観点からは、生産されるエタノールの割合とは対照的に、高濃度のエタノールに対する耐性は主な基準ではありません。

黒小麦ビールと白小麦ビールを 2 L スケールで製造しました。 アルコール含有量、EBC、酸性度など、白小麦ビールと比較して黒小麦ビールの方が優れた物理化学的特性が観察されました（表2）。 ビールの物理化学的特性は消費者の受け入れに影響を与えます。 表 3 に示すデータは、外観/色、味、風味、および全体的な許容性を含む平均官能スコアを表します。 黒小麦ビールの全体的な受容性は、白小麦ビールよりもわずかに高かった。 ビールの色の変化は顕著でした。 黒小麦ビールはオレンジがかった赤色をしていますが、白小麦ビールは淡い金色をしています。 ミネラル含有量（補足表A）では、カリウムとマグネシウムは、黒小麦ビールの1661.17 ppm、486.50 ppmで、それぞれ対照の白小麦ビールの526.13 ppm、126.80 ppmよりも高かった。 さらに、カルシウムと亜鉛も、白小麦ビールの 8.33 ppm、0.22 ppm よりも黒小麦ビールの方が 20.97 ppm、1.62 ppm と高かった48。

1500 cm-1 未満のスペクトル部分は、各分子がスペクトルのこの領域で明確な吸収パターンを作成するため、ビールのような複雑な混合物中の特定の分子振動に関連付けることが困難です。 ただし、黒小麦ビールのデキストリンが 1007 cm-1、白小麦ビールのデキストリンが 1014 cm-1 であるため、C-O 伸縮が観察されました。 1500 cm-1 以下にある一連のスペクトル バンドは、炭水化物とエタノールの C-C 基とヒドロキシル基の振動に対応します。 白小麦ビールと黒小麦ビールの両方で、エタノールは約 2919 cm-1 で吸収されます。 この波長はメチル基の非対称伸縮バンドに似ています。 一方、水とエタノール分子は互いに水素結合を形成できるため、両方のビールのバンド 3200 cm-1 ～ 3300 cm-1 の範囲で O-H 伸縮が観察されました。 1600 cm-1 から 1900 cm-1 のバンド範囲は伸縮 C = O49 でラベル付けされており、ビタミンや可溶性溶質など、ビールに含まれる無数の異なる化学成分に関連付けられています50。

UV-Vis 分光法は、アントシアニンの同定に広く使用されています。 注意深く分析すると、スペクトルからアントシアニンがどのように結合するかについて有益な情報が得られます。 主に、UV-Vis データは、アントシアニンの一般的な構造を確認し、アントシアニン構造のさまざまな部分にある不飽和基や官能基を説明するのに今でも役立ちます。 一般に、アントシアニンは、図 4II に示すように、UV-Vis スペクトルで典型的な吸収パターンを示します。 ほとんどの場合、可視範囲の吸収極大 (λmax) は 510 ～ 520 nm の間にあり、その後に 400 ～ 450 nm の間に曲線が続きます。 C1、C2、およびコントロールの UV-Vis スペクトルにアントシアニンが含まれていることが簡単にわかります。 可視範囲 500 ～ 600 nm のパターンに続いて、400 ～ 450 nm の間にこぶも見られます。 このこぶの大きさは、アントシアニジン部分に結合している糖分子の数によって決まります。 一般に、アントシアニンの構造は完全に非局在化された共役系を持ち、安定しています。 以前の研究では、アントシアニンが同様のパターンに従うことが示されています51。

黒小麦ビールと白小麦ビールの 1H NMR スペクトルを図 5 に示します。全体として、黒小麦ビールと白小麦ビールの両方で同様のピーク パターンが観察されました。 一方、約 3.5 ppm 付近の高応答領域は、両方のサンプル中のクエン酸、コハク酸、ピルビン酸、酢酸などの有機酸を表しています52。 さらに、デキストリンと糖がスペクトル内で 5 ppm で観察されました 53。 全体として、報告された文献と同様のピークパターンが黒小麦ビールと白小麦ビールの両方で観察されました 30,52。

(a) 白小麦ビールと (b) 黒小麦ビールの NMR。

ビールの需要が高まり続ける中、ビール醸造業者は自社の製品をより収益性の高いものにする方法を模索している。 この研究結果は、アントシアニンとミネラルを多く含む黒小麦を使って新しいビールを作ることが可能であることを示唆しています。 分離された株 C2 (Saccharomyces cerevisiae CMS12) は、より高いレベルのアルコール (7% v/v) とアントシアニン成分 (6.43 mg/L) を含む黒小麦ビールを生産しました。 官能評価によると、黒小麦ビールは白小麦ビールよりも受容性が高かった。 ただし、開発された黒小麦ビールは、本質的に栄養素が豊富であることに加えて、アントシアニンの豊富な供給源でもあり、いくつかの直接的および間接的な健康上の利点をもたらす可能性があります。 ただし、あらゆるものを過剰に摂取するのはよくないため、適量かつ責任を持って摂取する必要があります。 発酵飲料として、新しく開発された黒小麦ベースのビールには大きな市場性の可能性があります。

現在の研究中に使用および/または分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

Dabija, A.、Ciocan, ME、Chetrariu, A. & Codină、GG 醸造用原料としてのトウモロコシとソルガムのレビュー。 応用科学。 11、3139。 https://doi.org/10.3390/app11073139 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

N'Guessan、FK、Denis、YN、Camara、F. & Dje、MK Saccharomyces cerevisiae、および Candida Tropicalis を、伝統的なモロコシビールであるチャパロのアルコール発酵のスターターカルチャーとして使用します。 World J. Microbiol. バイオテクノロジー。 26、693–699。 https://doi.org/10.1007/s11274-009-0224-y (2010)。

記事 CAS Google Scholar

Salantă, LC et al. ノンアルコールビールとクラフトビールの製造と挑戦。 プロセス 8、1382。https://doi.org/10.3390/pr8111382 (2020)。

記事 Google Scholar

食品基準、2023 年リンク: アルコール飲料のラベル表示 (foodstandards.gov.au)。

ブイアッティ、S. ビールの組成。 概要。 ビールの健康障害前へ https://doi.org/10.1016/B978-0-12-373891-2.00020-1 (2009)。

記事 Google Scholar

Sohrabvandi, S.、Mortazavian, AM & Rezaei, K. ビールの健康関連の側面: レビュー。 内部。 J. 食品提案 15(2)、350–373。 https://doi.org/10.1080/10942912.2010.487627 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Steiner, E.、Becker, T. & Gastl, M. ビールの濁りと曇りの形成 - 洞察と概要。 J.Inst. 醸造。 116(4)、360–368。 https://doi.org/10.1002/j.2050-0416.2010.tb00787.x (2010)。

記事 CAS Google Scholar

彼、Y.ら。 麦汁の組成と、ビールの風味活性高級アルコールおよびエステル形成に対するその影響 - レビュー。 J.Inst. 醸造。 120(3)、157–163。 https://doi.org/10.1002/jib.145 (2014)。

記事 CAS Google Scholar

ウー、MJ、ロジャース、PJ、クラーク、FM 125 周年記念レビュー: ビールの酸化還元安定性におけるタンパク質の役割。 J.Inst. 醸造。 118(1)、1-11。 https://doi.org/10.1002/jib.17 (2012)。

記事 CAS Google Scholar

Budroni, M.、Zara, G.、Ciani, M. & Comitini、F. サッカロミセスおよび非サッカロミセススターター酵母。 ブリューテクノロジー。 https://doi.org/10.5772/intechopen.68792 (2017)。

記事 Google Scholar

Rainieri, S. ビール酵母ゲノム: その起源から現在の知識まで。 健康と疾病予防におけるビール (Preedy、VR 編) 89–101 (Academic Press、2009)。

Google Scholar の章

Pferdmenges、LE et al. ドイツの栄養素データベースのためのドイツのビール スタイルの栄養素組成の特徴付け。 J. 食品組成物。 アナル。 105、104181。https://doi.org/10.1016/j.jfca.2021.104181 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Garg, M. et al. 健康食品に対する需要の高まり - アントシアニン生物強化着色小麦は、新しい研究トレンドです。 フロント。 ニュートル。 9、878221。 https://doi.org/10.3389/fnut.2022.878221 (2022)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

発酵飲料の製造におけるウォーカー、GM およびスチュワート、GG Saccharomyces cerevisiae。 飲料 2、30。https://doi.org/10.3390/beverages2040030 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Kapoor、P. et al. アントシアニン生物強化着色小麦は、マウスの腸内細菌叢を変化させます。 J. Cereal Sci. 104、103433。https://doi.org/10.1016/j.jcs.2022.103433 (2022)。

記事 Google Scholar

Sharma, S. et al. アントシアニン生物強化着色小麦はマウスの高脂肪食誘発性変化を防ぐ：ニュートリゲノミクス研究。 モル。 ニュートル。 食品研究所 64、e1900999。 https://doi.org/10.1002/mnfr.201900999 (2020)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

エブリンガー、HM 醸造ハンドブック: プロセス、テクノロジー、市場 (Wile-VCH Verlag GmbH & Co、2009)。

Google Scholar を予約する

Dhua, S.、Kumar, K.、Kumar, Y.、Singh, L. & Sharanagat, VS 黒小麦の組成、特性、および健康上の有望な見通し: レビュー。 トレンド食品科学テクノロジー。 112、780–794。 https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.04.037 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Garg, M. NABIMG-11-Black (BW/2* PBW621) (IC0620916; INGR17003)、黒色の粒色を持つコムギ (Triticum aestivum) 生殖質。 (紫果皮+青いアリューロン)。 インドの J. Plant Genet。 リソース。 31、334–335 (2018)。

Google スカラー

ハシェム、M.ら。 酵母の共培養によるでんぷん質の生物廃棄物からのバイオエタノール収量を高めるための発酵条件の最適化について。 「持続可能性」13、1890年。https://doi.org/10.3390/su13041890 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

スチュワート、ビールの製造における GG サッカロミセス種。 飲料 2、34。https://doi.org/10.3390/beverages2040034 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

マーカス、アンドリュー、フォックス、グレン。 新規穀物ケルンザ (Thinopyrum intermedium) の麦芽製造と麦汁生産の可能性。 混雑する。 社会醸造。 化学。 https://doi.org/10.1080/03610470.2022.2026662 (2022)。

記事 Google Scholar

Song, Z.、Li, M.、Du, J.、Zhang, K. 小麦ビール中の可溶性食物繊維の組成に対する麦汁調製パラメータの影響。 内部。 食品研究所 J. 28, 1245–1256。 https://doi.org/10.47836/ifrj.28.6.16 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Amerine, MA、Pangborn, RM & Roessler, EB 食品の官能評価の原則。 Food Science and Technology Monographs 338–339 (Academic Press、1965) に記載。

Google スカラー

Singla, G.、Singh, U.、Sangwan, RS、Panesar, PS、Krishania, M. キノー搾りかすおよびキノー果肉残渣から苦味を除去するために使用されるさまざまなプロセスの比較研究。 食品化学。 335、1-9。 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.127643 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

AOAC。 公式の分析方法。 第 16 版 5th Rev.、International、Gaithersburg、MD、method、942、15 (1999)。

クマリ、A.ら。 着色小麦から開発された春雨のファイトケミカルと品質特性に対する加工の影響。 J. Cereal Sci. 108、103560。https://doi.org/10.1016/j.jcs.2022.103560 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Kaur, G.、Kaur, D.、Kansal, SK、Garg, M. & Krishania, M. マンゴー種子核由来の潜在的なココアバター代替品。 食品化学。 372、131244。https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2021.131244 (2022)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Jasmina, L.、Kristina, M.、Krešimir, M.、Gjore, N. & Marko, J. ビール品質評価におけるコンピューター ビジョン手法 - レビュー。 飲料 5、38。https://doi.org/10.3390/beverages5020038 (2019)。

記事 Google Scholar

アルメイダ、C. et al. 1H NMR 分光法によるビールの組成: 醸造場所と製造日の影響。 Ｊ．アグリック． 食品化学。 54(3)、700–706。 https://doi.org/10.1021/jf0526947 (2006)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

浜田、HI et al. サトウキビおよびビート糖蜜からの発酵微生物分離株の分離およびバイオエタノールの生産強化の評価。 エナジーサワー。 A 38、2170–2180。 https://doi.org/10.1080/15567036.2015.1030050 (2016)。

記事 CAS Google Scholar

Krishania, M.、Bakal, SB & Chaurasia, SP リグノセルロース材料からのバイオエタノール生産: 前処理、糖化、発酵。 J. バイオ燃料 1、236–244。 https://doi.org/10.5958/J.0976-3015.1.2.029 (2010)。

記事 Google Scholar

Wilkins, MR、Suryawati, L.、Maness, NO & Chrz, D. オレンジ皮油の存在下での Saccharomyces cerevisiae および Kluyveromyces marxianus によるエタノール生産。 World J. Microbiol. バイオテクノロジー。 23、1161–1168。 https://doi.org/10.1007/s11274-007-9346-2 (2007)。

記事 CAS Google Scholar

奥田 直、二宮 和、片倉 裕、塩谷 S. エタノール生産性大腸菌による廃屋木材加水分解物からのバイオエタノール生産における追加培地のコストを削減する戦略: 接種材料サイズの増加と出芽酵母との共培養。 Ｊ．Ｂｉｏｓｃｉ． バイオエンジ。 105、90-96。 https://doi.org/10.1263/jbb.105.90 (2008)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Rossi, S.、Turchetti, B.、Sileoni, V.、Marconi, O. & Perretti, G. ビール生産における非醸造環境から分離されたサッカロミセス・セレビシエ株の評価。 J.Inst. 醸造。 124、381–388。 https://doi.org/10.1002/jib.503 (2018)。

記事 CAS Google Scholar

マッシモ、I.ら。 ブドウ園環境から分離されたサッカロミセス・セレビシエ株からのラガービール生産の可能性。 プロセス 9、1628。https://doi.org/10.3390/pr9091628 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

Aysun, S.、Ahmet, C. & Unal, MU ワイン酵母種の増殖動態に対する発酵温度の影響。 トルコの J. 農業。 のために。 31(5)、349–354 (2007)。

Google スカラー

Hailu, Z. & Assefa, B. コドメソルガムからのビールの製造と特性評価。 内部。 J. 食品生物科学。 1、19–24 (2018)。

Google スカラー

パンダ、SK、パンダ、SH、スウェイン、MR、レイ、RC & カイテシ、E. サツマイモ ビール。 J. 食品プロセス。 保存します。 39、3040–3049。 https://doi.org/10.1111/jfpp.12569 (2015)。

記事 CAS Google Scholar

Wu, X.、Yu, X. & Jing, H. ランダム重心最適化法を使用した Wuweizi (Schisandra chinensis) パルプからのフェノール系酸化防止剤抽出の最適化。 内部。 Ｊ．Ｍｏｌ． 科学。 12、6255–6266。 https://doi.org/10.3390/ijms12096255 (2011)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Piazzon, A.、Forte, M.、Nardini, M. さまざまな種類のビールのフェノール含有量と抗酸化活性の特性評価。 Ｊ．アグリック． 食品化学。 58、10677–10683。 https://doi.org/10.1021/jf101975q (2010)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

Zhao、HF、Chen、WF、Lu、J. & Zhao、MM 市販ビールのフェノールプロファイルと抗酸化活性。 食品化学。 119、1150–1158。 https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.08.028 (2010)。

記事 CAS Google Scholar

リー、B.ら。 アントシアニン 141 ～ 164 に対する食品加工の影響 (Springer、2022)。

Google スカラー

Moirangthem , K. 、 Jenkins , D. 、 Ramakrishna , P. 、 Rajkumari , R. & Cook , D. インド黒米：新規機能性を有する醸造原料。 J.Inst. 醸造。 126 、 35–45 。 https://doi.org/10.1002/jib.584 (2019)。

記事 CAS Google Scholar

Piraine、REA、Nickens、DG、Sun、DJ、Leite、FPL & Bochman、ML オリンピック国立公園からの野生酵母およびビール発酵のための Moniliella megachiliensis ONP131 の生理学的特性の分離。 食品微生物。 104、103974。https://doi.org/10.1016/j.fm.2021.103974 (2022)。

記事 CAS Google Scholar

Zdaniewicz, M.、Satora, P.、Pater, A. & Bogacz, S. ビール生産の新しいスターターとしてのラカンセア サーモトレランスの低乳酸生産株。 生体分子 10、256。https://doi.org/10.3390/biom10020256 (2020)。

論文 CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

ゴビ、M.ら。 ラチャンセア サーモトレランスとサッカロミセス セレビシエの同時および逐次共発酵: 酸味を強化し、ワイン全体の品質を向上させる戦略。 食品微生物。 33、271–281 (2013)。

論文 CAS PubMed Google Scholar

PRP のデ・レオン、アラバマ州メディナ、マサチューセッツ州ビエイラおよびアスファルト州リベイロ F AAS/AES による単元素測定および MIP OES による多元素測定のための還流システムを使用したビールサンプルの分解。 ブラズ。 Ｊ．フードテクノロジー． https://doi.org/10.1590/1981-6723.6217 (2018)。

記事 Google Scholar

Kaur, D.、Singla, G.、Singh, U.、Krishania, M. トウモロコシ繊維からのヘミセルロース抽出とその特性評価のための効率的なプロセスエンジニアリング。 炭水化物。 ポリム。 テクノロジー。 応用 1、100011。https://doi.org/10.1016/j.carpta.2020.100011 (2020)。

記事 Google Scholar

フロリダ州ブラガおよびサウスカロライナ州ブラガ。 麦芽ビールと生ビールの高速パターン認識: FTIR、UV-VIS、蛍光分光法、化学測定法を使用した調査。 科学。 Agropecuaria 12、039。https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2021.039 (2021)。

記事 Google Scholar

Saha, S. et al. UV-Vis分光法と液体クロマトグラフィー質量分析を使用したアントシアニンプロファイリング。 J.AOAC国際 103、23–39。 https://doi.org/10.5740/jaoacint.19-0201 (2020)。

論文 PubMed Google Scholar

Johnson, SR、Soprano, SE、Wickham, LM、Fitzgerald, N. & Edwards, JC ビールサンプル分析の補完的な方法としての核磁気共鳴およびヘッドスペース固相微量抽出ガスクロマトグラフィー。 飲料 3、21。https://doi.org/10.3390/beverages3020021 (2017)。

記事 CAS Google Scholar

Morgan, V.、Fenfen, T. & Emmanuel, H. エールとラガーのアメリカン クラフト ビールのプロファイリングと分類のための NMR とケモメトリクスの応用。 Foods 10(4)、807。https://doi.org/10.3390/foods10040807 (2021)。

記事 CAS Google Scholar

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著者らは、この研究研究全体を通じて支援と動機を与えてくれたバイオテクノロジー部門（DBT）の革新応用バイオプロセッシングセンター（DBT-CIAB）に感謝の意を表したいと思います。 著者らはまた、研究を通じて支援と協力をしていただいたCIABの研究者およびスタッフ全員に感謝したいと思います。

Center of Innovative and Applied Bioprocessing (CIAB)、Sector-81、Mohali、140306、インド

アーシュプリート・シン、サウミャ・シン、ミーナ・クリシャニア

SS バットナガル大学化学工学技術研究所、パンジャブ大学、チャンディガル、インド

アシュプリート・シン & スシル・K・カンサル

国立農業食品バイオテクノロジー研究所 (NABI)、Sector-81、モハリ、140306、インド

モニカ・ガーグ

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Credit Authors Statement AS: 方法論、検証、原案作成 SS: データキュレーション、検証、原案作成 SKK: 監督、形式分析、可視化、調査 MG: 監督、調査、データキュレーション、検証、可視化、MK: 概念化、調査、プロジェクト管理、監督、可視化、執筆レビューと編集。

ミーナ・クリシャニアへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

シュプリンガー ネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

シン、A.、シン、S.、カンサル、SK 他。 効率的な分離菌Saccharomyces cerevisiae CMS12による黒小麦からのアントシアニン豊富なビールの製造と特性評価。 Sci Rep 13、5863 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-32687-1

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受信日: 2023 年 2 月 7 日

受理日: 2023 年 3 月 31 日

公開日: 2023 年 4 月 11 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32687-1

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