はじめに
麺，天ぷら，パンそのほかのさまざまな小麦粉加工食 品の多くは，小麦粉からまずドウやバッターを調製し，
これを加熱して得られる．この小麦粉加工食品の物性は ドウやバッターの特性とかかわっている．ドウの粘弾性 が，麺の硬さや歯ごたえと関連し，バッターの流動性が クレープや天ぷらの食感にかかわる．さらに，このドウ やバッターの物性には，小麦粉の成分であるタンパク質 や糖質類が影響している．
小麦粉に含まれる水に不溶なタンパク質はグリアジ ン，グルテニンと呼ばれる2つのタンパク質画分に分け られる．これらのタンパク質がドウやバッターを調製す る過程でグルテンを形成し，ドウやバッターの物性に影 響をもたらすことがよく知られている．グリアジンはア ルコールに可溶のタンパク質であり，分子内にジスル フィド結合（SS結合）をもつ
α
,β
（後にアミノ酸配列を 考慮してα
と統合される），γ
-グリアジンと，SS結合を もたないω
-グリアジンがある．グルテニンは，アルコー ル不溶であり，還元剤処理のSDS電気泳動で高分子量 グルテニンサブユニット（HMWグルテニンサブユニッ ト）と低分子量グルテニンサブユニット（LMWグルテ ニンサブユニット）に分けられる（1）．グリアジン，グルテニンのサブユニットは，グルタミ ン残基とプロリン残基を多く含み，このアミノ酸残基か
らなる大きな繰り返し配列をサブユニット分子内部にも つ．グルテニンサブユニットは，グルテン形成時にN末 端やC末端のSH基でサブユニット分子間で結合し，グ ルテニンサブユニットポリマーを形成し，グルテンの粘 弾性をもたらしている（2）（図1）．HMWグルテニンサブ ユニットを多く含む小麦品種ほど優れた製パン性をもつ ことが報告されている（3）．
小麦は登熟過程で各種タンパク質が合成される．した がって，成熟に至る前の登熟過程の小麦ではそのタンパ ク質組成は通常のものと異なるため，それで調製した小
セミナー室
食品加工の科学と工学―小麦粉製品を例として-3ドウとバッターの構造と特性
小麦粉の非グルテン系成分のドウ，バッターの特性に与える影響
片桐実菜 *1，北畠直文 *
2
*1和歌山県工業技術センター，*2ノートルダム清心女子大学
図1■グルテンネットワークの構造（模式図）
HMW（高分子量）グルテニンサブユニットとLMW（低分子量）
グルテニンサブユニットがサブユニット分子間のジスルフィド結 合により三次元的に絡み合い，ここにグリアジンが介在する．
麦粉は異なった物性をもつドウを形成すると考えられ る．HMWグルテニン，LMWグルテニン，
α
-グリアジ ン，γ
-グリアジンのmRNAの推移を測定してみると（4）， 小麦の出穂・開花からmRNAレベルは増加し，小麦の 出穂・開花から2ないし3週間後にグルテニン，グリア ジンのmRNAレベルは最も高くなる．収穫に至るには さらに2ないし3週間を要し，この間にタンパク質合成 が盛んに行われる．mRNAの推移は，各々のタンパク 質によって異なる．すなわち蓄積されてくる各タンパク 質の割合は当然日に日に異なる．出穂・開花から2ない し3週間後の小麦と4から6週間後の成熟小麦をSDS電 気泳動で分析すると，両者にはいくつかのバンドについ て差異が認められた（4）．それぞれから小麦粉を調製し，この小麦粉のドウの伸長抵抗（Force）と伸長距離を示 したのが図2である．未成熟小麦由来の小麦粉は，伸長 抵抗の大きいドウを形成し，成熟小麦由来の小麦粉は軟 らかく，よく伸長するドウとなった．わずかなタンパク 質組成の違いであるにもかかわらず，ドウの物性には大 きい差異が見いだされた．未成熟小麦と成熟小麦ではタ ンパク質組成が異なり，それぞれのドウの物性に違いが 認められることから，各タンパク質成分がドウの物性に どのような影響をもたらしているかを考察できる可能性 がある．さらに，このような未成熟小麦由来の小麦粉 が，ドウ物性の調整剤となりうる可能性もある．
ドウの物性にとって，小麦タンパク質が重要な役割を 果たしていることは確かであるが，小麦粉にはタンパク 質のほかにデンプンやデンプン以外の多糖，さらにアル
ブミンや種々の酵素が含まれている．多糖の中の主要成 分は，ふすま由来のヘミセルロースである．このヘミセ ルロースの主成分がアラビノキシランであるとされてお り，キシロースが
β
-1,4結合でつながった主鎖を形成し，その側鎖にアラビノースが結合している（図3），これ らのドウやバッターの物性への影響も当然少なからずあ るものと思われる．また，小麦粉には，デンプン分解酵 素や多糖分解酵素などの加水分解酵素が含まれている．
本稿では，特に，ドウやバッターの物性に対するデンプ ン以外の多糖の役割，ならびに小麦に含まれる多糖分解 酵素の意義について述べる．
ドウの構造緩和
小麦粉のドウには，「構造緩和」と呼ばれる現象があ る．この現象は，混捏直後の抗張力の強いドウを静置す ると，時間の経過に伴ってドウの伸展性が増加する現象 である（5）．小麦粉のドウを成型し，経時的に引張試験を 行うと，伸長性が増加していく様子がわかる（図4A）． この「構造緩和」の性質を巧みに活かして製造される 加工食品の一つに，手延べ素麺がある．手延べ素麺は，
小麦粉と食塩水から調製した麺生地を，熟成（ねかし）
と延ばしの工程を幾度も繰り返しながら，段階的に少し ずつ延ばし，2日間を要して製造する，約2ミリの細さ の麺である（6）．この手延べの製法が，薄く平たく延ばし た麺生地を細く切り出してつくる麺とは異なる，手延べ 麺特有の歯切れや歯応えをつくりだす．
このように，小麦粉ドウの構造緩和は，手延べ素麺を はじめさまざまな小麦粉加工食品の製造に際して利用さ れる小麦粉の極めて重要な性質であるが，この性質の実 態は，あまりよくわかっていない．Hlynkaら（7）は，酸 化剤を加えたドウでは，構造緩和が抑えられることを示 し，このことは，グルテン分子のSH基が酸化され，分 子鎖間のSH基とSS結合の交換反応を妨げた結果である とし，構造緩和とグルテン分子鎖間のSS結合との関連 を示唆した．また，SH基の封鎖剤である -エチルマレ イミド（NEM）や -クロロ水銀安息香酸（PCMB）の
0 10 20
0.6 0.4 0.2
0.0
( )
( )
図2■未熟な小麦と成熟した小麦より調製したドウの引張試験 未熟な小麦と成熟した小麦では，タンパク質組成が異なる．タン パク質組成の違いがドウの物性に影響を与える（文献4より改変
して引用）． 図3■アラビノキシランの構造
添加によっても，酸化剤と同様の傾向が見られることか ら（8），これまで一般的に，構造緩和はSS基とSS結合の 交換反応の結果，ドウがエネルギー的により安定な状態 に落ち着く現象であると理解されてきた．
筆者らは，これらを踏まえたうえで，小麦粉のドウ と，グルテンのドウを調製し，構造緩和の性質を比較し たところ，グルテンのドウでは，小麦粉のドウに見られ るような，経時的な伸展性の増加を伴う構造緩和の特性 が見られなかった．このことから，小麦粉の構造緩和 が，従来より言われる上記の仮説のみならず，小麦粉中 のほかの成分の関与があると考えて，さらに詳細に検証 した．
ドウの構造緩和の過程で何が起こっているか 小麦粉には，組成の大部分を占めるデンプンとグルテ ン以外にも，微量ながら小麦粉の性質を左右する種々の 成分があることは，すでに述べたとおりである．筆者ら は，小麦粉に内在するキシラナーゼとアミラーゼに着目 し，構造緩和へのこれらの酵素の関与を検証した．
通常の小麦粉には，キシラナーゼとアミラーゼの活性 が認められる．小麦粉を粉末の状態で加熱（70℃）する と，アミラーゼの活性は速やかに低下し，数時間後には ほぼすべての活性が失われた．一方，キシラナーゼは加 熱しても比較的安定であり，小麦粉中のキシラナーゼが ほとんど失活するのに，70℃では約1日要した．この熱 処理した小麦粉でドウを調製し，経時的に伸長試験を実 施したところ，小麦粉の加熱時間が長くなるほど，すな わちこれらの酵素が失活した小麦粉ほど，構造緩和の特 性は失われた（図4B）．さらに，この熱処理小麦粉に，
市販の微生物由来のキシラナーゼとアミラーゼを添加す ると，微量の添加では，顕著な変化は見られなかった が，一定量以上添加すると，ドウの伸長抵抗が減少し，
伸展性が増加する，構造緩和の特性が回復する傾向が見 られた．特にキシラナーゼでは，伸展性の増加におい て，明確な添加効果が認められた．
構造緩和の過程でこれらの酵素が作用するとすれば，
キシラナーゼがアラビノキシランを分解し，アミラーゼ がデンプンを分解した結果，可溶性糖類の分子量分布や 糖組成が経時的に変化するはずである．そこで，通常の 小麦粉のドウと，上記の熱処理小麦粉のドウを混捏終了 後より一定時間ごとにサンプリングし，このドウの可溶 性画分をゲルろ過カラムクロマトグラフィーに供して，
分子量分布を比較した．クロマトグラムには高分子量，
中程度の分子量，低分子量の大きく分けて3つのピーク が認められ，通常の小麦粉では，このうち低分子量の ピークが経時的に増加することがわかった．一方，構造 緩和をほぼ示さない熱処理小麦粉では，混捏終了後から 一定時間経過した後のドウでも，可溶性画分の分子量分 布にほとんど変化が見られなかった．さらに，混捏翌日 の（構造緩和した）ドウの高分子量，中程度の分子量，
低分子量のピーク画分をそれぞれ回収し，硫酸加水分解 した後，順相液体クロマトグラフィーにより単糖の組成 を検証した．通常の小麦粉と熱処理小麦粉を比較したと ころ，通常の小麦粉では，アラビノキシランの構成糖で あるアラビノースとキシロース，デンプンの構成糖であ るグルコースが，高分子量のピークで減少し，より低分 子側のピークで増加する傾向が見られた．このことは，
小麦粉のドウが構造緩和する過程で，内在するキシラ ナーゼとアミラーゼが作用したことを示唆する．
ドウの特性における非グルテン系成分の役割 ドウ混捏後の構造緩和は，グルテン分子鎖間のSH基 とSS結合の交換反応によるエネルギー的に安定な状態 へ落ち着く現象，という従来の理解だけでは不十分なよ うである．小麦粉にはキシラナーゼやアミラーゼの活性 があり，これらの酵素は，直接的にはグルテンに作用し ないが，上記の結果を総合すれば，これらの酵素の活性 が，部分的に小麦粉ドウの構造緩和を支配する要因とな ることが考えられる．
小麦粉を水と混捏されたドウの状態で一定時間静置す ると，多糖類を中心とするドウの可溶性画分の分子量分 布は，低分子側へシフトする．これは，小麦粉に内在す るキシラナーゼとアミラーゼがそれぞれアラビノキシラ
A B
図4■ドウの引張試験における小麦粉ドウ（A）と加熱小麦粉 ドウ（B）の混捏後の物性変化（模式図）
ドウの伸長距離に対する伸長抵抗を連続的に記録したもの（エク ステンシグラフ）．小麦粉のドウには，経時的に（I→II→III）伸 長抵抗が減少し，伸長距離は増加する，いわゆる「構造緩和」の 特性が現れる（A）．一方，加熱小麦粉のドウは，混捏後，時間が 経過してもドウの物性はほとんど変わらない（B）．
ンとデンプンを分解し，低分子化した結果であり，この ことが，ドウが徐々に伸展性を獲得する，グルテンに関 する従来の仮説以外のもう一つの実体である可能性があ る．アラビノキシランやデンプンは，高分子の状態で，
グルテンとともにドウの形態保持の役割を担うと考えら れ，これが低分子化することで，より柔軟なドウとなっ た可能性がある．
今回，筆者らはキシラナーゼとアミラーゼに着目した が，小麦粉には，これらの酵素以外にも種々の酵素や，
脂質，アラビノキシランをはじめとする非デンプン性の 多糖類など多くの成分が含まれる．これまで，ドウの物 性と言えば，グルテンの性質そのものであるかのように 説明されることが多かったが，グルテン以外の成分も，
微量であっても，その物性への影響は決して少なくな い．
バッター
ドウは小麦粉に水を加え，練って調製する．それに対 して，バッターは小麦粉に，より多くの水を加え，撹拌 して調製する．実際の調理においては，水以外に牛乳や 卵などを加えることが多い．ホットケーキやクレープ，
さらにはお好み焼きやフライ料理，天ぷらに用いられる バッターは，通常，調製後直ちに使用し，ドウのように 長く放置してから使うことはまれである．しかし，小売 店舗などの業務用バッターや給食などにおいては，大量 のバッターを調製し，時間をかけて使用する場合も多 い．さらに，家庭においても調製後，時間を経てから使 用する場合もある．このとき，バッターの場合もドウと 同じように，放置に伴いグルテンが形成され，それが バッター内部で凝集体を形成して，沈殿し，バッターが 液状の部分と塊の部分に分かれる．この不均一な状態は 最終食品の特性に強い影響を与える．たとえば，ホット ケーキやクレープにおいては食感の不具合，天ぷらにお いては，衣が不均一になり，天ぷらのサクサクした食感 が短時間に失われる．しかし，この現象は小麦粉にあら かじめ弱い湿熱処理を施すことによって抑制される（9）． バッターを調製した後，その粘度を経時的に測定する と，図5に示すようにバッターの粘度は時間とともに低 下する．これは，バッターの場合，ドウとは異なり，均 一にグルテンの網目構造が生成するのではなく，水分を 多く含み，液状であるためバッター内部でグルテン凝集 体を形成して，塊が生じて，静置すると沈殿する．した がって，その粘度をB型の回転粘度計で測定すると，不 均一さゆえ，グルテン生成にもかかわらず見掛けの粘度
が低下することになる．一方，あらかじめ湿熱処理を施 した小麦粉の場合，この粘度の低下は見られず，むしろ 上昇することさえある．この原因として，湿熱処理に よって，小麦粉のグルテニン，グリアジンに何らかの変 化が生じ，それがグルテンの生成を抑制したと考えるの が一般的である．
しかしながら，ドウの物性にキシラナーゼやアミラー ゼが関与している可能性を先に述べた．筆者らは，バッ ターの物性にもこれらの酵素の関与があるか検証した．
市販のキシラナーゼと生デンプンに作用するアミラーゼ をバッターに添加して，その粘度の変化を調べたとこ ろ，キシラナーゼ，アミラーゼともに粘度の低下が認め られた．キシラナーゼはバッター中のヘミセルロースを 分解する．したがって，ヘミセルロース，すなわち主成 分であるアラビノキシランがバッターの粘度保持に一定 の役割を演じていることは明らかである．
バッターの安定性とバッターの特性における非グル テン系成分（特に内在酵素）の役割
すでに述べたとおり，小麦粉中にもアラビノキシラン を分解するキシラナーゼが存在する．したがって，バッ ターを放置している間にこの酵素が反応して，アラビノ キシランを分解している可能性がある．筆者らは，小麦 粉に熱処理，硫酸アンモニウム処理，pH処理などを 行った実験で，バッターの粘度低下をもたらす因子がタ ンパク質性であることを明らかにした．この因子は，小 麦粉の内因性キシラナーゼそのものである可能性が高
0 20 40 60 80 100 120
0 2 4 6
図5■バッター粘度の経時的変化
通常，小麦粉バッターの粘度は，経時的に減少するが，湿熱処理 した小麦粉では，バッターの粘度は低下しない．
く，この酵素が熱によって失活すると，バッター中のア ラビノキシランの分解は抑制される．
通常の小麦粉では，バッター中に存在するキシラナー ゼがアラビノキシランを加水分解するために，多糖であ るアラビノキシランによる影響を受けずに，グルテンは バッター中で形成が進み，巨大な塊が生じる．さらに，
グルテンはデンプン粒と相互作用をして不溶性の塊とな る．これがバッター放置に伴う不均一性の原因であり，
粘度の低下を生む．それに対して，バッター中のキシラ ナーゼが失活していると，アラビノキシランがグルテン の形成を物理的に抑制し，さらにデンプン粒子とグルテ ンの相互作用も阻害するために，粘度の低下が抑制され ることになる．湿熱処理による弱い加熱が小麦に与える 影響は，グリアジン，グルテニンそのものに与える影響 とともに，可溶性の小麦粉酵素であるキシラナーゼの失 活に伴う効果である可能性が強い．
おわりに
ドウにおいては，小麦粉を水でこねた早い段階でグル テンが形成され，それを静置することにより，時間とと もにドウの中のアラビノキシランの分解が起こり，それ がドウの物性に影響する．それに対して，バッターにお いては，水を多く加え，液状であるためドウに比べてタ ンパク質濃度が低い．そのためにグルテンはバッター調 製後しばらく時間を経て形成される．並行してアラビノ キシランは分解されるために，時間とともにグルテンの 塊が生じ，不均一なバッターとなると考えられる．ドウ とバッターは同じ素材で，同じようないくつもの反応が 生じているのであるが，水分量の違いによって，それら の順番が異なり，形態や物性の違いをもたらす．単純で ありながら，極めて複雑である．
小麦粉から調製するドウやバッターは，世界中の人々
の毎日の食に直接かかわる．しかし，その実態について はいまだに不明な点が多い．卑近なところに，美しい科 学が隠れているのであり，それを解くのも農芸化学の醍 醐味の一つであろう．加えて，その科学は必ず工学的ア プローチを可能とし，食品加工の進展を促し，より豊か な食を人々に供給し，幸せをもたらすことにつながるの である．
文献
1） P. R. Shewry, A. S. Tatham & A. J. Bailey : Elastomeric Proteins : Structures, Biochemical Properties, and Biologi- cal Roles, Cambridge University Press, 2003, p. 279.
2） P. R. Shewry, N. G. Halford, P. S. Belton & A. S.
Tatham : , 357, 133 （2002）.
3） H. D. Belitz, W. Grosch & P. Schieberle : Food Chemis- try, Springer, 2004, p. 673.
4） M. Katagiri, T. Masuda, F. Tani & N. Kitabatake : , 17, 111 （2011）.
5） 長尾精一： 小麦の科学 ，朝倉書店，1995．
6） M. Katagiri & N. Kitabatake : , 75, 51 （2010）.
7） I. Hlynka & R. R. Matsuo : 36, 312 （1959）.
8） E. Villegas, Y. Pomeranz & J. A. Shellenberger : , 40, 694 （1963）.
9） H. Abe, H. Miyamura & K. Endo : Japanese Patent Laid- Open, No. 8-84568, 1996.
プロフィル
片桐 実菜（Mina KATAGIRI）
＜略歴＞2006年東北大学農学部応用生物化学科卒業／2008年京都 大学大学院農学研究科博士前期課程修了／2010年和歌山県工業技 術センター採用，現在に至る＜研究テーマ＞地域特産物を活かし た食品加工技術の開発に取り組んでいます
北畠 直文（Naofumi KITABATAKE）
＜略歴＞1974年京都大学農学部食品工学科卒業／1979年同大学大 学院農学研究科博士後期課程単位取得退学／1980 〜2001年同大学 食糧科学研究所（助手，助教授，教授）／2001年同大学大学院農 学研究科食品生物科学専攻教授／2007年同大学大学院地球環境学 堂教授／2011年ノートルダム清心女子大学教授（京都大学名誉教 授），現在に至る＜研究テーマ＞食品科学工学に関する課題に取り 組んでいます
