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カフェインレスコーヒーを求めて

Nature ダイジェスト Vol. 9 No. 6 | doi : 10.1038/ndigest.2012.120610

原文:Nature (2012-03-15) | doi: 10.1038/483264a | Make it a decaf

Brendan Borrell

風味がよく、商業的に成り立つ、カフェインを含まないコーヒーを作るために、1世紀以上にわたってチャレンジが続いている。

その日もカンピナス大学(ブラジル)の植物生理学者Paulo Mazzaferaは、コーヒーノキの緑色のつやつやした葉をリーフパンチで打ち抜いて豆粒大の葉を採取すると、クロロホルムとメタノールの混合物と一緒に小びんに入れた。葉に含まれる成分を抽出するためだ。そうして得られた96種類のサンプルは高速液体クロマトグラフにかけられ、成分を分離される。翌朝、研究室に出勤してきたMazzaferaは、ノートパソコンの前に座り、分析結果の確認を始めた。クロマトグラムを1つずつスクロールしてカフェインのピークを調べていくのだ。突然、あるサンプルで、そこにあるべきピークが見当たらないことに気づいた。

Mazzaferaは、このサンプルをさらに2回クロマトグラフにかけ、確信した。すでに、時計の針は正午に差しかかろうとしていた。彼は、近くの農業試験場に所属する共同研究者のBernadete Silvarollaに電話をかけた。Silvarollaは耳を疑った。「確かなの?」「間違いない」とMazzafera。実際、彼は興奮のあまり身震いしていた。カフェインを含まない天然のコーヒーノキを見つけようとする彼のプロジェクトが、20年にわたる数千種類のサンプルのスクリーニングを経て、ついに実を結ぼうとしていたのだ。それは、2003年の末のことだった。

コーヒーには約2000種類の化学物質が含まれており、豊かな香りと風味を与えている。カフェインもその1つだ。カフェインは、興奮剤であるだけでなく、天然の殺虫剤でもある。コーヒーからカフェインだけを除去して、それ以外の成分をすべて残すことは、非常に難しい。これまで多くのコーヒー製造会社が、化学的手法でカフェイン除去に挑んできた。1905年、ドイツ・ブレーメンのLudwig Roseliusは、最初の工業的脱カフェイン法の特許を取得した。しかし、Kaffee HAGとして市販されたそのコーヒーは、抽出過程でベンゼンを使用していた。このため後に、ベンゼンに代わり、より毒性の弱い溶剤が用いられるようになった。今日では、緑色の生豆を高圧の液体二酸化炭素に漬けたり、熱湯に数時間浸したりしてカフェインを除去してから焙煎する方法も用いられている。コーヒー愛好家たちは、こうした手法はどれも風味を台無しにすると言うが、それでもカフェインレスコーヒー市場は年間20億ドル(約1600億円)規模にもなる。

研究者たちは長年にわたって、カフェインを含まないコーヒーノキから直接収穫できる、おいしいコーヒー豆を探し求めてきた。最初からカフェインを含んでいない豆なら、コーヒーの複雑な風味を損なう処理をしないですみ、栽培農家は「高級カフェインレスコーヒー」という新しい市場を開拓できることになる。しかし、カフェインを含まないコーヒー豆の開発は、伝統的な品種改良法はもちろん、遺伝子組換え技術をもってしても、非常に困難であることが明らかになった(上図参照)。実際、ここまで難しいとは、誰も予想していなかった。コーヒーノキは、実をつけるようになるまで何年もかかり、実をつけるようになってからも、収穫量は年によってまちまちなのだ。そのうえ、コーヒー栽培を商業的に成り立たせるには、コーヒーノキが多くの実をつけ、その実はいっせいに熟して、手や機械で容易に収穫できるような大きさと形状をしていなければならない。これらの形質のどれか1つが欠けているだけで、コーヒーノキは全く役に立たないものになってしまう。カフェインレスコーヒー豆を見つけたとか作製したというような注目すべき論文が何本も発表されているが、そうした豆から入れたコーヒーはまだ1滴も市場に出ていない。

引退した植物細胞生物学者のRod Sharpは、基礎研究を工業的農業に応用していくのは難しいことが多いと語る。Sharpは1980年代に、DNAプラントテクノロジー社(米国ニュージャージー州シナミンソン)でカフェインを含まないコーヒーノキの開発に取り組んでいた。「研究室で基礎研究に従事する人間は、いつだって少々単純です。我々は大きな発見があるたびに小躍りしますが、商品を生産できるようになることは、これとは全く別の問題なのです」。それでもSharpは、コーヒーノキの秘密は、いつか必ず明らかになると確信している。「長い時間がかかるかもしれません。でもその日は必ず来ます」。確かに、Mazzaferaのコーヒーノキには、長く待たされている。発見からすでに8年以上が経過しているが、彼の同僚はまだ、これを作物化するのに苦戦している。

ブラジル、コロンビア、ベトナムなどによるコーヒーの輸出額は年間150億~200億ドル(約1兆2000億〜1兆6000億円)にもなる。お茶やワインに比べるとコーヒーの歴史は浅いが、それでも15世紀頃までさかのぼることができる。その頃のイエメンの神秘主義者の記録に、エチオピアでは豆を煎って煮出すことにより強壮剤を作っていると記されているのだ。現在、アラビアコーヒーノキ(アラビカ種)Coffea arabicaとロブスタコーヒーノキ(ロブスタ種)Coffea canephoraの2種類のコーヒーノキが、コーヒー市場の大部分を占めている。アラビカ種は涼しい気候で育ち、味がよい。一方、ロブスタ種は、主にインスタントコーヒーや低品質のブレンドに使われている。市販のアラビカ種は1.2%、ロブスタ種は2~3%のカフェインを含んでおり、世界中の人々をコーヒー中毒にしている。

しかし、多くの人々が愛してやまないこの興奮成分は、その作用に敏感すぎる人々や、宗教上の理由により摂取を禁じられている人々、眠れなくなるのが嫌な人々にとっては、敬遠すべき存在である。パスツール研究所(フランス・パリ)のGabriel Bertrandは、1901年に、マダガスカルの近くのグランデコモル島で、カフェインを含まない種類のコーヒーノキを発見した。実のところ、Coffea属の植物は100種前後知られているが、その多くが、カフェインを全く含んでいないか、含有量が低いのだ。すでに、カフェインの含有量があまり多くない(0.6~1%)種類の天然コーヒーが、イタリアのコーヒー製造メーカーのイリー社などにより商品化されている。だが残念なことに、カフェインの含有量が特に少ない種類のコーヒーノキの大半は、ほとんど実をつけないか、苦味のある化合物の含有量が多すぎるという欠点を持つ。それでも、このような変種が自然界に存在しているのだから、勤勉な育種家が、いつかきっと商業的に成り立つカフェインレスコーヒーノキの品種を作出する可能性はあるのだ。

夢のコーヒー

Mazzaferaがカンピナス農業研究所(IAC)でこの研究を始めたのは1983年のことだった。IACは、サンパウロ(ブラジル)の北西に広がる丘陵地帯に位置する、100年の歴史を持つ農業試験場である。彼は、Alcides Carvalhoの下で、カフェイン生合成の遺伝学と生理学の研究に取りかかった。Carvalhoは先駆的な植物育種家で、彼が基礎を築いたIACのコーヒーノキのコレクションは、現在、7万点にも上り、世界中から1000種類以上の野生系統、種内交配種、種間交配種、突然変異体および栽培変種が集められている。

ブラジル・サンパウロ郊外にあるカンピナス農業研究所(IAC)では、害虫に強い、あるいはさまざまな気候に耐えうるコーヒーノキの品種改良を行っている。だが、それだけではない。カフェインを含まない品種を作るという重要な目的もある。

B. Borre ll

Mazzaferaは当初、昔ながらの分光光度計を使って、サンプルのカフェイン含有量をひとつひとつ測定していた。1987年にカンピナス大学に職を得ると、自分の研究室に高速液体クロマトグラフを設置し、効率よくサンプルを分析できるようになった。当時すでに、研究者たちは、アラビカ種のコーヒーノキがカフェインを合成する4段階の基本的な経路の概要をつかんでいた。Mazzaferaは7種のコーヒーノキについて、カフェインの産生と分解の経路を詳細に調べた。この経路に欠陥があり、カフェインの含有量が低下しているものを見つけられるのではないかと期待したのである。それと並行して、Carvalhoとともに、アラビカ種の栽培変種と、アラビカ種以外のカフェイン含有量の少ない野生系統との交配も進めた(Carvalhoは1993年に死去)。しかし、アラビカ種の好ましい性質を維持しながらカフェインを除去するのは不可能であることがわかった。「時間の浪費以外の何物でもありませんでした」とMazzaferaは振り返る。

2000年に、MazzaferaはIACのコーヒー育種家であるSilvarollaとチームを組んだ。彼らが新たに目をつけたのは、1964年に国連が行ったエリトリアとエチオピアの遠征調査で収集された、アラビカ種に由来する系統だ。調査で得られた種子のサンプルは全部で620個あり、コスタリカを含む数か国に分配され、栽培された。後に、コスタリカでこのうちの308系統が集められ、ブラジルに送られた。Mazzaferaは、種間交配をするより、エチオピア産のアラビカ種から出発したほうが、市場に出せるカフェインレスコーヒーを作出するのははるかに容易かもしれないと考えたのだ。

Mazzaferaが2003年に有望そうな系統を発見し、さらにもっと有望そうな系統も2つ発見したのは、このコレクションからだった。Mazzaferaはまず、この植物が葉だけでなく豆にもカフェインを含んでいないことを確認した。続いて、これらの種では、テオブロミン(穏やかな興奮剤で、利尿作用もある)をカフェインに変換する経路の最終段階に欠陥があることを突き止めた1。ブラジル政府は、この貴重な植物のありかを秘密にするように命じるとともに、研究グループに120万ドル(約9800万円)の研究資金を提供した。Mazzaferaは、ほかの人々に先を越されでもしないかぎり、5年後には、コーヒー栽培者が自分たちの新しい変種を植えているだろうと確信していた。

遺伝子組換えコーヒー

遺伝子工学の時代になると、多くの研究者が、正常な遺伝子をスプライシングによって改変して通常のコーヒー豆に導入して、カフェインを含まないコーヒーノキを作り出そうとした。しかし、コーヒーはこの種の操作に抵抗性を持つことがわかった。1992年には、ハワイ大学(米国ホノルル)の遺伝学者John Stilesが、アンチセンス法を利用してカフェインレスコーヒーノキを作出しようと試みた。アンチセンス法は、標的タンパク質のmRNAと相補的な塩基配列を持つオリゴヌクレオチドを細胞に導入して標的タンパク質の産生を減らす技術で、人間の食用として最初に承認された遺伝子組換え生物として知られる「フレーバーセーバー」トマトの作出にも用いられた。Stilesは、カフェイン産生経路のタンパク質を、この操作の標的にしようと考えたのだ。

けれどもすぐに問題が発生した。遺伝子組換え植物を作るには、栄養分に富む寒天培地上で植物細胞の小塊を培養し、目的の遺伝物質をこの細胞に導入して、これを植物体へと育てていかなければならない。ところが、アラビカ種のコーヒーノキでは、このプロセスが不思議なほどうまくいかなかったのだ。

それからの7年間、Stilesは2人のポスドクKabi Neupane、Stefan Moisyadiとともに、この生物学的障害を乗り超えるための努力を続けた。そしてついにカフェイン含有量が少ないと考えられるコーヒーノキを作出し、Stilesは高らかに宣言した。1999年8月には、The Wall Street Journalに対して、同月中にハワイで野外試験を始め、その後メキシコでも試験を開始し、3年後には市販に向けた栽培に着手したいと語っている。

だが、Stilesの期待に反して、彼らが作出した植物は、成長するにつれてカフェイン含有量が上がっていった。MoisyadiとNeupaneは大学に職を得て研究室を去り、Stiles自身は2000年に大学を辞め、ハワイ・オアフ島のワイアルアに民間の研究所を設立した。しかし、その会社も、2008年、遺伝子組換えコーヒーの野外試験を行う権利をめぐって地元住民や州議会と衝突し、つぶれてしまった。Stilesは現在、自分がカフェインレスコーヒーノキを作出することができたのかどうか、100%の確信を持てたことは一度もなかったと言う。多くのコーヒー研究者も、Stilesは成功していなかったと考えている。「我々は常に、わずかな資金で研究を続けてきました」とStilesは言う。「モンサント社の研究者とは違うのです」。(モンサント社は、米国ミズーリ州クレーブクールに本社のある、農業ビジネスの巨大多国籍企業。)

奈良先端科学技術大学院大学(奈良県生駒市)の佐野浩の研究室のポスドクだった荻田信二郎も、同じような状況だった。2001年に、彼はお茶で同定されたばかりのカフェイン生合成経路のある酵素を標的とする研究プログラムを開始した。荻田らの研究チームは、RNA干渉という効率のよい遺伝子サイレンシング技術を用いた。また、アラビカ種よりロブスタ種のほうが容易に細胞培養できるかもしれないと考えて、こちらを用いることにした。しかし、期待どおりにはいかなかった。荻田らが改変したDNAを取り込んだ細胞はほとんどなかった。それでもなんとか、トランスジェニックコーヒーの苗木を35本作製できた。

荻田がそのいくつかの葉を調べたところ、カフェイン含有量が対照群より70%も少ないことがわかった。「ちょっと信じられませんでした」と荻田は言う。彼は、自分の論文がNatureに受理された日2、ドンペリニョンを開けて祝ったと話してくれた。荻田はそれ以来、同様の手法でアラビカ種の改変に取り組んでいる。だが、まだ豆を得るには至っていない。現在、富山県立大学(富山県射水市)で約40種類のトランスジェニックコーヒーを育てているが、彼によると、毎年、花が咲いてめしべが成熟するものの、おしべの花粉ができる1週間前にだめになってしまうという。

たとえ荻田がこの繁殖の問題を解決できたとしても、カフェインを含まない遺伝子組換えコーヒーが近いうちにスーパーマーケットの棚に陳列されるとは想像しがたい。根本的な問題の1つは、カフェイン生合成経路にはいくつかの「脇道」があり、そこでカフェインが作られてしまうので、トランスジェニックコーヒーが完全にカフェインを含まなくなることはないことだ、とグラスゴー大学(英国)の生化学者Alan Crozierは言う。遺伝子組換えコーヒーが社会に受け入れられるかどうかも問題だろう。また、モンサント社をはじめとする巨大農業企業は、基本的に、病害虫抵抗性や除草剤抵抗性など、栽培農家にとって魅力的な性質を持つ商品を開発してきた。つまりこうした企業は、カフェイン含有量が少ないとか、抗酸化物質を多く含むといった、消費者に対して訴求力のある商品の開発は考えてこなかったのだ。そのため、カフェインレスコーヒーの研究が農業関連企業から資金援助を受けることは難しい可能性がある。

昔ながらの交配法への期待

B. Borrell

遺伝子組換え食品に対する社会の抵抗感は根強く、カフェインを含まないエチオピア産の天然のコーヒーノキに対して期待が高まった。しかし、コーヒーの形質を残しつつ、商売として成り立つ栽培変種を作出する作業は、MazzaferaやSilvarollaが考えていたよりも時間を要している。開花期には、Silvarollaは一日中野外で過ごし、花粉を作るおしべを花から摘みとり、めしべに袋をかける作業に追われる。後で、手で受粉させるためだ。こうしてSilvarollaは、毎年、800本の新しいコーヒーノキを作り出している。

IACにはコーヒーのテイスティングをする委員会があり、その評価では、Silvarollaが作出したコーヒー豆の味はよいという。しかし、このコーヒーノキは成長するとやぶのようにぼさぼさになり、開花時期にはばらつきがある。研究チームは現在、カフェインの含有量は低いが、生産性は低くない種の作出に取り組んでいる。このプロジェクトに従事するIACの遺伝学者Miriam Malufは、「我々は当初、そんなことは簡単だろうと思っていました」と言う。しかし、カフェインを含む植物からカフェインを取り除くことは、非常に難しい可能性がある。カフェインの存在には、理由があるからだ。カフェインは、天然の殺虫剤なのだ。カフェインを含まない野生のコーヒーノキが、ほかの苦味のある化合物を含んでいることが多いのは、そのためだ。コーヒーノキは、病害虫から我が身を守ろうとしているのである。

Mazzaferaは、こうした問題に取り組む研究者たちに、ほとんど手を貸すことができない。エチオピア産のカフェインレスコーヒーノキの発見が2004年に発表されると間もなく、IACがこのプログラムの管理を強化するようになり、大学に籍を置くMazzaferaは限られた関与しかできなくなってしまったからである。「非常に残念です」と彼は言う。

これだけ長い間うまくいっていないにもかかわらず、カフェインを含まないコーヒーの研究が下火になる気配は一向にない。フランス農業研究開発センター(モンペリエ)の植物遺伝学者Benoit Bertrandは、同センターのコーヒーノキのコレクションの中からカフェインを含まないものを探し出そうとしている。また、ハワイ農業研究センター(米国オアフ島ワイパフ)の長井千文は、日本のコーヒー製造会社UCC上島珈琲(株)とマダガスカルで共同研究を行っており、3種の交配から、味がよく、そこそこの収穫量があり、カフェインを0.37%しか含んでいない変種を作出することに成功した3。だが、これが商業的にうまくいくかどうかはわからない。マダガスカルは、ごく普通のアラビカ種を栽培し、収穫するだけでも、物流管理が非常に困難であるからだ。

しかし、現在51歳のMazzaferaでさえ、全くあきらめていない。2011年11月のある曇った日、彼はカンピナス大学生物学部の裏にある2棟のネットハウスを歩き、数百本のコーヒーノキを見せてくれた。木は、腰ほどの高さまで成長していた。すでに、緑色の実を枝にびっしりつけているものもあった。彼によると、カフェインをほとんど含まないものも多いという。

エチオピア産のコーヒーノキを使った研究を続けられなくなったことに憤慨したMazzaferaは、2006年に新しい計画に着手した。彼は、収穫量の多いアラビカ種の種をピックアップし、突然変異を引き起こす化学物質に浸して発芽させ、2万8000本の苗のカフェイン含有量を測定した。「完全に当てずっぽうでした」とMazzaferaは言うが、一般的なコーヒーノキの2%しかカフェインを含まない苗を7本得ることができた4。彼はすでに、この苗の名前「Decaffito」を商標登録している。

解決すべき問題はまだ残っている。この系統は他家受粉しやすいため、カフェインを含むコーヒー豆ができてしまうことがあるのだ。それでも、商業的に成り立つカフェインレスコーヒーを作出しようというMazzaferaの決心は固い。研究への資金援助について、ある企業と話し合いもしている。しかし、研究にはまだ大きなハードルがあることは百も承知しており、以前ほどの資金は望んでいない。「自分で農場を持っていれば、自分でこのコーヒーを育てたいところなのですが」とMazzaferaは語った。

(翻訳:三枝小夜子)

Brendan Borrellは、米国ニューヨーク在住のフリーランスジャーナリスト。

参考文献

  1. Silvarolla, M. B., Mazzafera, P. & Fazuoli, L. C. Nature 429, 826 (2004).
  2. Ogita, S., Uefuji, H., Yamaguchi, Y., Koizumi, N. & Sano, H. Nature 423, 823 (2003).
  3. Nagai, C., Rakotomalala, J. J. & Katahira, R. Euphytica 164, 133-142 (2008).
  4. Mazzafera, P., Baumann, T. W., Shimizu, M. M. & Silvarolla, M. B. Trop.Plant Biol. 2, 63-76 (2009).

キーワード

Nature ダイジェスト Online edition: ISSN 2424-0702 Print edition: ISSN 2189-7778

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