微生物はカーボネーション下でATPを消耗しH^+自殺する

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 15380065
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 下田 満哉 九州大学, 農学研究院, 教授 (70149871)
• 研究分担者: 井倉 則之 九州大学, 農学研究院, 助教授 (30260722)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• キーワード: 二酸化炭素 / 加圧カーボネーション / 非加熱殺菌 / 非加熱酵素失活

研究概要

本研究では、主として、加圧カーボネーション(HPC)下における殺菌メカニズムの解明を行った。供試菌S.cerevisiae(JCM 7255)を用いてHPC処理中の細胞内pH(pHin)を測定した。30℃、6.5MPaのHPC処理によりpHinは1分間経過後3.6に、その後3.2まで低下した。pHinに及ぼすpHexの影響は認められなかった。このとき、細胞府ATPは95%以下まで減少し、H+-ATPaseの活性が消失することが判明した。H+-ATPaseの阻害剤であるDCCDを微生物縣濁液に添加してHPC処理を行ったところ、DCCD添加量に比例してATPの減少量は低下したが、微生物の死滅速度はDCCD添加量に依存して大きくなった。このことはHPC処理下での死滅速度はH^+-ATPaseの活性に大きく依存することが判明した。
さらに、HPC処理により解糖系の鍵酵素であるfructose-1,6-bisphosphataseがほぼ完全に失活したことから、HPC処理が解糖系を著しく損傷させることが明らかと成った。
以上の結果からHPC処理の殺菌メカニズムを以下のように考えた。
(1)細胞膜を透過したCO2分子が細胞内で炭酸を生成し、次いで炭酸の電離により放出されるH+によりpHinが低下する。
(2)pHinの低下に伴ってH+-ATPaseが活性化し、ATPの加水分解と共役して細胞内H+の排出を行う。
(3)解糖系の著しい損傷のためにATPの生産が停止状態にあるなか、H+排出によりATPが消費されるために細胞内ATPは枯渇状態に陥る。
(4)ATPの枯渇は、細胞内のH+排出を困難にするために細胞内pHの低下が進行する。生理機能の崩壊を招き、ついには細胞死に至る。
上記のような死滅メカニズムを想定し、現在風味が重要な品質因子となっている各種食品に対して加圧カーボネーション殺菌を適用しつつある。

研究成果

• [雑誌論文] Inactivation of Enzymes in Fresh Sake Using a Continuous Flow System for High-Pressure Carbonation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Shota Tanimoto, Hideyuki Matsumoto, Kazuyuki Fujii, Ritsushi Ohdoi, Koji Sakamoto, Shinya Izuwa, Yuichi Yamane, Masaki Miyake, Mitsuya Shimoda, Yutaka Osajima
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 69巻 11号 ページ: 2094-2100
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inactivation of Enzymes in Fresh Sake Using a Continuous Flow System for High-Pressure Carbonation (2005)
  • 著者名/発表者名: Shota Tanimoto, Hideyuki Matsumoto, Kazuyuki Fujii, Ritsushi Ohdoi, Koji Sakamoto, Shinya Izuwa, Yuichi Yamane, Masaki Miyake, Mitsuya Shimoda, Yutaka Osajima
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Vol.69,No.11 ページ: 2094-2100
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Thermal inactivation behavior of enzymes in fresh sake during pasteurization (2004)
  • 著者名/発表者名: Shota Tanimoto, Hideyuki Matsumoto, Kazuyuki Fujii, Ritsushi Ohdoi, Koji Sakamoto, Shinya Izuwa, Yuichi Yamane, Mitsuya Shimoda, Yutaka Osajima
  • 雑誌名: Journal of Brewers Society of Japan 99巻 3号 ページ: 208-214
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Thermal inactivation behavior of enzymes in fresh sake during pasteurization (2004)
  • 著者名/発表者名: Shota Tanimoto, Hideyuki Matsumoto, kazuyuki Fujii, Ritsushi Ohdoi, Koji Sakamoto, Shinya Izuwa, yuichi Yamane, Mitsuya Shimoda, Yutaka Osajima
  • 雑誌名: Journal of Brewers Society of Japan Vol.99,No.3 ページ: 208-214
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より