Postpartum Stage and Lactic Acid Bacteria Strain Determine Fermentation Kinetics and Refrigerated Stability of Local Gorontalo Goat Colostrum

牛乳は単なる白い液体ではありません。それは、互いに絶えず相互作用し続ける微細な粒子の、生きて呼吸している懸濁液なのです。新鮮な牛乳では、タンパク質、脂肪、ミネラルが繊細なバランスの中で浮遊しており、それらが凝集するのを防ぐ電気的な電荷によって互いに離れた状態に保たれています。このバランスが、牛乳の滑らかな質感と安定性を生み出しています。しかし、牛乳をヨーグルトやその他の発酵食品に変えるために細菌が導入されると、細菌は糖を食べて酸を作り出します。この酸がタンパク質粒子の電気的な電荷を変化させ、反発力を失わせ、それらを結合させてゲルを形成させます。この変容こそが発酵の核心ですが、そのプロセスは初期条件に対して非常に敏感です。もし牛乳に含まれる特定の栄養素が多すぎたり、あるいは細菌が攻撃的すぎたりすると、形成されるゲルは弱く、水っぽくなったり、時間の経過とともに崩れやすくなったりします。これらの微視的な変化が正確にどのように起こるかを理解することは、ゴート（ヤギ）が産直直後に分泌する初乳のような、ユニークな供給源から高品質な新しい乳製品を作りたいと考えている食品科学者にとって極めて重要です。

初乳は、母ヤギが最初に作るミルクであり、その後に続く通常の乳とは生物学的に異なります。それは、新生児の生存を助けるために設計されたタンパク質や免疫保護化合物が豊富に含まれています。その豊かな組成ゆえに、付加価値の高い発酵製品を作るための有望な候補ですが、通常の牛乳よりも加工がはるかに困難です。高いタンパク質含有量と、出産後の最初の数日間における化学組成の変化により、今日採取されたバッチは明日採取されたものとは全く異なる挙動を示す可能性があります。インドネシアのゴロンタロの研究者たちは、この変化する環境が異なる種類の細菌とどのように相互作用するかを理解し、地元のヤギの初乳を安定した発酵食品へと確実に変えられるかどうかを判断するために調査を行いました。彼らは、3つの具体的な問いに焦に絞りました。すなわち、搾乳のタイミングが発酵速度にどのように影響するか、異なる細菌株が牛乳の構造をどのように変化させるか、そして最終製品が冷蔵庫で数週間安定して保持できるかどうか、という点です。

研究チームは、ゴロンタロの地元のヤギから、出産後1日目、2日目、3日目の初乳を採取しました。彼らは不要な細菌を取り除くために牛乳をパストリゼーション（低温殺菌）し、その後、3種類の一般的なスターターカルチャー（種菌）、すなわち Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus、Lactobacillus acidophilus、または Lactococcus lactis subsp. cremoris を別々のバッチに接種しました。これらの細菌を、制御された温度下で丸一日間、初乳の発酵に用いました。発酵後、研究員たちはそこで手を止めませんでした。彼らは製品を4℃の冷蔵庫で保存し、28日間モニタリングしました。この期間中、彼らは酸性度の変化、タンパク質粒子のサイズの推移、粒子の電気的電荷の進化、および質感がどのように維持されるかを測定しました。また、製品が安全かつ活性を保っていることを確認するために生菌数を追跡し、牛乳内部の分子に何が起きているのかを見るために、高度なイメージング技術と光スペクトル分析を用いました。

結果は、初乳が採取された日と使用された特定の細菌の種類が、最終製品を決定する上で極めて重要な要因であることを示しました。3種類の細菌株すべてが、初乳の酸性度を下げることに成功し、中性のpH約6.4から、酸っぱいpH4.6から5.0の間へと変化させました。しかし、この酸性化の速度と最終的な限界値は、細菌株に大きく依存していました。Lactococcus lactis subsp. cremoris 株が最も攻撃的で、酸性度を最低値まで押し下げた一方で、他の2つの株はわずかに高いレベルで止まりました。採取日も重要であり、出産後2日目に採取された初乳は、1日目や3日目のサンプルよりも低い最終酸性に達する傾向がありました。これは、出産後の最初の数日間におけるヤギの乳房内の化学的環境の変化が、細菌の働きに影響を与えるユニークな基質を作り出していることを示唆しています。

製品を冷蔵庫で保管している間、研究者たちは牛乳の物理的構造における緩やかで着実な変容を観察しました。タンパク質粒子を離しておく役割を持つ電気的な電荷は、4週間で約15パーセント減少しました。同時に、粒子は大きくなり、サイズは8パーセントから20パーセントの間で増大しました。これは、タンパク質がゆっくりと集まり、より大きなグループを形成する「凝集」と呼ばれるプロセスを示しています。この構造的な再編成にもかかわらず、牛乳に含まれる実際のタンパク質や脂肪の量は驚くほど安定していました。タンパク質含有量はわずかに減少しただけで、脂肪分には有意な変化は見られませんでした。この発見は重要です。なぜなら、質感の変化は、細菌が栄養素を食べてしまったり、脂肪が分解したりしたことによって引き起こされたのではないことを証明しているからです。むしろ、牛乳が既存の構成要素を、わずかに緩やかな新しい構造へと再配置したに過ぎないのです。

生きた細菌も、使用された菌株によって異なる挙動を示しました。Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus 株は、4週間の保存中に実際に菌数が増加し、約0.5ログユニット（これは大幅な人口増加を意味します）増加しました。対照的に、Lactococcus lactis subsp. cremoris と Lactobacillus acidophilus は、菌数が緩やかに減少しましたが、健康的で活性のある製品に必要なレベルを十分に上回っていました。28日経過した後でも、すべてのサンプルにはミリリットルあたり数百万の生菌が含まれており、発酵された初乳が生存可能なプロバイオティクス食品であることを保証していました。

研究者が赤外分光法を用いて分子レベルで観察したところ、牛乳の基本的な化学的構成要素は破壊されていないことが分かりました。タンパク質、脂肪、糖は依然として存在していましたが、それらの内部配置が変化していました。分子がどのように水を保持し、互いにどのように結合しているかが変化しており、これは発酵と保存のプロセスが、食品を分解することなく分子環境を変化させたことを裏付けています。この分子レベルの再編成は、製品の質感にも反映されていました。発酵された初乳は、最初は固く弾力のあるゲルとして始まりましたが、4週間のうちに、わずかに柔らかく流動的になりました。ゲルの硬さは低下し、製品は少し流れやすくなりましたが、決して液体になることはありませんでした。この弱体化は、特定の細菌を用いた特定の日のサンプルで最も顕著に見られ、初期条件が、最終的な製品が時間の経過とともにどのように形状を維持できるかを決定づけていることを示しました。

顕微鏡画像は、これらの変化を視覚的に裏付けました。サンプルには、小さなタンパク質クラスターと大きな脂肪滴の混合物が示されました。あるバッチでは、細菌が緻密で均一なネットワークを作り出していた一方で、別のバッチでは、より大きな塊が形成されるなど、構造が不均一でした。これらの視覚的な違いは、粒子サイズや質感の測定結果と完全に一致しており、牛乳の微視的な世界が食品のマクロ的な特性を直接的に支配していることを証明しました。研究は、発果されたヤギの初乳製品作りの成功は、初乳が採取された日と、発酵に使用される細菌との間の精密な一致にかかっていると結論付けました。これらの相互作用を理解することで、生産者は、適切な原材料とスターターカルチャーの組み合わせを選択し、このユニークな地元の資源から、安定した栄養価の高い高品質な発酵乳製品を作り出すことができるのです。