パン作りでの水の役割は？pHや硬度はイーストや生地にどう影響する？
パン作りの材料として当たり前のように入れている水。
水はグルテンの形成や酵母の生育だけでなく、生地の引き締めなどにも影響がある材料です。
選ぶ水のpHや硬度によっても、パンの仕上がりが変わります。
ここでは、パン作りでの水の役割について詳しく解説していきたいと思います。
小麦粉への吸水
まず、パン作りに水が欠かせない第一の理由は、小麦粉への吸水のためです。
小麦粉へ吸水させることは、グルテンの形成やパンの食感、老化にも影響があります。
それぞれ見ていきましょう。
グルテンの形成に水が必要
グルテンは、小麦粉に含まれているグリアジンとグルテニンというタンパク質が複雑に絡み合って形成されます。
グルテンが形成されることで生地の骨格ができ、発酵によって発生した炭酸ガスを閉じ込めます。
しっかり骨格があることで、炭酸ガスが逃げずに生地が膨らむのです。
そのため、パン作りにはグルテンの形成が欠かせないものとなっています。
では、水を加えることと、グルテンの形成にはどのような関係があるのでしょうか？
グルテンのもととなるグリアジンとグルテニンは、水を加えて捏ねることでそれぞれの分子が結合し、グルテンタンパク質が形成されます。
グルテンは捏ねるうちに段々できるものと思いがちですが、実は水を加えただけでも形成されるのです。
これはオートリーズという製法にも応用されているのですが、小麦粉に水を加え吸水させると、小麦粉に含まれる酵素が活性化し、グリアジンとグルテニンを分解します。
分解されたグリアジンとグルテニンは自然と絡み合い、短い鎖状分子のグルテンが形成されるのです。
つまり、グルテンそのものは捏ねなくても小麦粉へ吸水させることで形成されるということです。
ミキシングすることによってさらに絡み合い、長い鎖状分子のグルテンが形成され、粘性と弾力性のあるパン生地として成立します。
グリアジンとグルテニンというタンパク質が絡み合うには、第一条件として水の存在が必要不可欠なのです。
水の割合によって食感に違いがでる
水は、入れる割合が多いほどモチモチとした食感になります。
食感に違いがあるのは、単に割合だけではありません。
吸水時間が長いほど、粉のなかに含まれるデンプン粒がたっぷり水を蓄え、加熱すると何倍にも膨らみ粘化します。
その結果、モチモチした食感に仕上がります。
また、卵や油脂などの副材料が入ることでもパンの食感は変わります。
特にバターなどの油脂にはショートニング性という性質があるため、もろくサクサクした食感になるのです。
副材料が生地の食感に影響するため、水分量の多いパンは副材料の入らないリーンなパンに多くみられます。
なかでも加水率100％の高加水パンは、とてもしっとりとし、モチモチとした食感が特徴です。
水の割合によってパンの老化速度に違いがでる
パンは時間が経つと水分が抜け、パサパサになってしまいます。
これをパンの老化と呼びますが、水の割合を多くし、水分が抜けにくくなるほど老化を遅らせることができます。
食品に含まれる水分には自由水と結合水があり、自由水は分子が自由に移動できるため、蒸発しやすい水です。
一方、結合水はタンパク質や炭水化物と結合しているため、分子が自由に移動できず蒸発しにくい水のことです。
つまり、結合水が多いことで水分の蒸発を防ぐことができます。
より多くの水を粉に吸水させ、結合水を増やすことで、水分をたっぷり含んだ老化しにくいパンを作ることができます。
水分をたっぷり含んだ高加水パンでは老化が遅くなるのもこのためです。
また、卵や油脂などの副材料が入ると、生地のなかで被膜となって水分の蒸発を防ぎます。
老化の速度にはこういった複合的な要因も絡んでいます。
水は何パーセントが適量？
生地作りに必要な水の割合は、作るパンの種類によって変わります。
一般的なパンの水は粉に対して60～65％必要です。
ハード系のパンであれば、70～80％の加水率となり、ベーグルでは55％となります。
水の割合の許容範囲は20～80％とされていますが、高加水パンでは加水率100％で作ることもできます。
ただし、とてもべたつき捏ねるのが非常に難しいのが難点です。
酵母の生育に水が必要
酵母は微生物の一種ですが、微生物の生育には、栄養素、温度、そして水が必要です。
酵母の生育に必要な栄養素は炭素源、窒素源、ミネラル、ビタミンなどですが、このような栄養素は、水のなかに溶けだすことで吸収することができます。
生地の水分活性とは
酵母が生育しやすい環境には、水分活性が深くかかわっています。
水分活性(Aw)とは、自由水がどれだけ含まれているのかを表す指標のことです。0～1.00の範囲で表します。
自由水の割合が多いほど数値は1に近くなり、割合が少ないほど0に近くなります。
自由水については、前述の「水の割合によってパンの老化速度に違いがでる」でも少し説明しましたが、酵母への影響も含めてさらに説明していきましょう。
自由水と結合水
食品に含まれている水分には、自由水と結合水があります。
自由水は分子が自由に動き回ることができる水で、0℃で凍結し、100℃で気化するのが特徴です。
一方、結合水はタンパク質や炭水化物と結合している水のことで、分子が自由に動き回ることができないため、0℃で凍結せず100℃で気化しにくい性質があります。
上記のことを言い換えるならば、酵母などの微生物が利用することができる水が自由水、利用することができない水が結合水となるわけです。
水分活性が高いと酵母が繁殖しやすい
水分活性が高いというのは、生地中の水分のうち自由水の割合が多いということです。
自由水は分子が自由に動き回ることができる水、すなわち酵母が利用できる水なので、水分活性が高いほど酵母は繁殖しやすくなります。
結合水はタンパク質や炭水化物と結合している水で、分子が自由に動くことができないため、酵母は繁殖することができないのです。
水分活性が高い生地としては、液種があります。
液種は材料の粉の一部をあらかじめ発酵させて、それが発酵種となるもので、粉と同じ量の水、酵母、塩を合わせて作ります。
水分活性の高い液種は、酵母が非常に繁殖しやすく、液種を本生地に加えたときに発酵が早くスタートするのです。
水のpHは酵母の繁殖に影響する
また、水のpHも酵母の繁殖に影響します。
pH(ペーハー)とは
pHとは水素イオン指数のことです。水は温度が一定の場合、水素イオン[H⁺]と水酸化物イオン[OH⁻]が同じ量で存在しています。
水素イオン[H⁺]濃度が高くなるとpHは酸性になり、水酸化物イオン[OH⁻]濃度が高くなるとアルカリ性になるのです。
溶液が、酸性かアルカリ性かの液性を表す指数とも言えます。
pHは1～14の値で表し、pH7で中性、それよりも低い値だと酸性、高い値だとアルカリ性となります。
酵母には弱酸性が最適
弱酸性とはpH3.0～6.0の範囲を表します。
酵母の至適pHは、pH4.0～6.0なので、弱酸性の環境は酵母にとって最適な環境であると言えるでしょう。
しかし、酵母は通常pH4.0～6.0が最適であると言われているものの、レーズンから起こしたある自家製酵母を調べたところ、通常の酵母と比べて至適pHが低いという実験結果がでたのです。
この酵母は、同定したところ通常パン酵母として知られているサッカロミセス・シルヴィシエでした。
そのため、なぜこのレーズン酵母に含まれている酵母の至適pHが低くなるのかはわかっていません。
この理由については今後も研究が続けられるようです。興味のある方はこちらの論文をご覧ください。
東京聖英大学 レーズンから分離した天然酵母のパン酵母としての特性（PDF）
このようにまだわかっていない部分はありますが、一般的には、酵母の生育にはpH4.0～6.0の弱酸性が最適であると覚えておいて良いでしょう。
pHが低いと酵母はどうなる？
pHが低い酸性の場合は、弱酸性を好む酵母が極限まで炭酸ガスを発生させ、グルテンが切れて生地がダレやすくなってしまいます。
この状態ではうまく膨らまないため、窯伸びをしないパンに仕上がります。
pHが高いと酵母はどうなる？
酵母の至適pHよりも高い場合、酵母の活性が落ち、発酵が不十分になります。
そのため、炭酸ガスが少なく生地がうまく膨らみません。pHが低い場合と同じく、ボリュームのないパンに仕上がるのです。
日本の水道水のpHは？
日本の水道水のpHの基準値は、厚生労働省の定める水質基準に関する省令によって、水道法第4条に定められています。
水道施設の腐食防止の面から、中性付近に設定してあるのが望ましいとされていますが、水道水の水質基準値はpH5.8～8.6と非常に幅があります。
ちなみに東京の水道水は、多少変動しますが平均でpH7.6となっています。
市販のミネラルウォーターのpHは？
市販のミネラルウォーターは、pH5.0～9.0と、水道水と同じでこちらも幅があります。
自然水はpH5.0～9.0であるためこのような値となっています。
水道水とミネラルウォーターのpHに違いがあるというよりも、採水地の違いによるものの方が大きいと考えられます。
使用する場所の水道水のpHが、パン作りに最適な弱酸性から大きくはずれている場合は、ミネラルウォーターを使うというのも一つの方法でしょう。
後述する「pHを下げる時の調整方法」や「pHを上げる時の調整方法」で説明しますが、ミネラルウォーターを使う以外にも、pHを調整する方法はあります。
パン屋はpHの調整までするの？
大手メーカーではpH調整剤を添加して生地のpHを調整していることが多いです。
大量生産してライン化し、手間やコストを抑えている大手メーカーとは反対に、個人店では手間やコストがかかるため、pHを測定したり調整しているところは多くありません。
ミネラルウォーターは硬度にも影響があるため、多種多様なすべてのパンに使うには現実的ではないのです。
こだわりのあるパン屋さんでは、一部の商品にのみミネラルウォーターを使用し、ほかの商品と差別化を図ったり、そもそも種類を絞って製造している場合などに使われていることがあります。
・大手メーカーはpH調整剤を使う
・個人店は基本的にpHを調整しない
・一部の個人店はミネラルウォーターを使うことも
pHの調べ方は？
pHの調べ方にはいくつか方法があります。
検査が簡単で手軽にでき、色の変化を見ておおまかに調べることができるものに、リトマス試験紙やpH試験紙があります。
また、検査するのに少し手間がかかり、馴れが必要であるものの、pHを細かい数値として調べることができるものにpHメーターがあります。
リトマス試験紙
pHの調べ方としてもっとも一般的に知られているのは、リトマス試験紙ではないでしょうか？
小学校の理科の授業で使った覚えのある方も多いと思います。
リトマス試験紙は、指示薬の染み込んだ紙を使って、溶液のpHが酸性かアルカリ性かを簡単に調べることができます。
酸性であれば紙が赤色に、アルカリ性であれば青色に変化します。
pH試験紙
リトマス試験紙よりもさらに細かく判定できるのがpH試験紙です。
pH試験紙はpHの指標となる水素イオン濃度をpH1～14まで、1単位で調べることができます。
溶液を浸した後の色の変化を、付属の色見本と見比べて判定します。
リトマス試験紙と比べると、より細かくpHを調べることができるでしょう。
pHメーター
pHメーターは、pHを数値として測定できるデジタル器機です。
パンの生地の測定用にも、専用のpHメーカーが販売されています。
pHメーカーは、測定の前に付属のpH標準液を用いて、器械にpH測定の基準を覚えさせる「校正」という作業が必要です。
基本的には3点校正といって、pH4.01(フタル酸塩pH標準液)、pH6.86(中性リン酸塩pH標準液)、pH9.18(ホウ酸塩pH標準液)の3つのpHを指定された順番に覚えさせます。
pHメーターのメーカーによって使い方に違いはありますが、電源を入れると液晶画面に覚えさせる標準液が順番に表示されるので、それに従って標準液を浸し「CAL(キャリブレーション=校正)」を押します。
標準液を変えるときは、前の標準液の影響を受けないようにその都度純水で洗い流して校正をおこない、3点すべての校正が完了したら続けて測定したい試料の測定をおこないます。
校正は、試料の測定前に毎回必ずおこなう必要があるため手間がかかりますが、pHメーターを使うことで正確なpHを調べることができます。
pHを下げる時の調整方法
pHを下げたい場合には、クエン酸や乳酸などの酸性pH調整剤を使う方法があります。
これらのpH調整剤は、衛生管理の厳しいスーパーやコンビニなどでもおにぎりやサンドイッチによく使われている食品添加物です。
スーパーやコンビニでは、食品を酸性側に保つことで菌の繁殖を抑制し、食品の腐敗を防ぐ目的で使われています。
そのほかにも、酢酸を添加することでpHを下げることができます。
pHを上げる時の調整方法
pHを上げたい場合には、仕込み水をイオン交換樹脂を用いた純水器に通すことで、酸を取り除くことができます。
一部の仕込み水のみ酸を取り除き、純水器を通していない水と合わせることで目的のpHに調整することができます。
水の硬度は生地の引き締めに影響する
水の性質の一つに、硬度があります。硬度は生地の引き締めなどに影響するため、パン作りでは使う水の硬度を気にする必要があります。
硬度とは
硬度とは、水に含まれるカルシウムとマグネシウムの無機塩類を炭酸カルシウムの量に換算したものです。
単位はmg/lまたはppmで表わします。
水のなかにはさまざまな無機塩類が溶解していますが、そのなかでも硬度に関係するのは重炭酸塩であるカルシウム塩とマグネシウム塩なのです。
そのため、カルシウムの量とマグネシウムの量から硬度を計算することができます。
硬度を導き出す計算式は、以下の通りです。
硬度[mg/lまたはppm] ＝ (カルシウム量[mg/l] × 2.5) + (マグネシウム量[mg/l] × 4.1)
水は、硬度によって硬水か軟水かに分類されます。
硬水や軟水の分類方法は統一されていません。
国によってさまざまな基準があるため、ここではWHOのガイドラインに基づいた分類方法を紹介したいと思います。
また、日本で水の硬度はppmで表記されていることが多いのですが、WHOの表記にならい、ここからの説明もmg/lで記載していきたいと思います。
WHOのガイドラインに基づく硬度別の水の分類は、以下の通りです。
| 硬度 | 分類 |
|---|---|
| 0～60mg/l未満 | 軟水 |
| 60～120mg/l未満 | 中程度の硬水 |
| 120～180mg/l未満 | 硬水 |
| 180mg/l以上 | 非常な硬水 |
生地に適切な硬度はいくつ？
生地に適切な硬度は50～100mg/lです。
中程度の硬水が向いているとされています。
硬水にはマグネシウムが多く含まれており、マグネシウムのタンパク質を結合させる性質によってグルタミンと結合し、グルテンがしっかり形成され生地が引き締まるのです。
このとき、硬度が高すぎると生地が引き締まりすぎて切れやすくなります。
中程度の硬水を使うことで適度に生地が引き締まり、作業性が良くなって発酵もスムーズに進むのです。
硬度が低いと生地はどうなる？
硬度が低い水を使うと、べとついた生地となり作業性が悪くなります。
粘性は高いのですが弾力のない生地になります。
そのためミキシングに時間がかかってしまうのです。
また、発酵がはやくなるため、窯伸びの悪い生地になります。
焼成後の仕上がりは水っぽく、粘り気があるのが特徴です。
硬度が20mg/l以下になると、パンを作るのは非常に難しくなります。
硬度が高いと生地はどうなる？
硬度が高い水を使うと、今度は生地がしまりすぎて発酵に時間がかかります。
焼成後のパンも、もろく乾燥したパンに仕上がります。
120mg/l以上の硬度にはならないように気を付けた方が良いでしょう。
日本の水道水の硬度は？
日本の水道水は、一般的に軟水だと言われています。
ただし、日本の水道水は全国的に見て非常に幅があります。
沖縄県では84mg/lであり、愛知県では26mg/lと大きな差があるのです。
関東や九州ではやや硬水傾向にあるものの、そのほかの県は基本的に軟水傾向にあります。
以下は、クリタック株式会社のクリタ分析センターで分析した結果です。
全国の水道水の硬度を大まかに知ることができます。
市販のミネラルウォーターの硬度は？
市販のミネラルウォーターの硬度は、商品によって大きく差があります。
一番硬度が低いミネラルウォーターの場合は、０mg/lです。
硬度が0mg/lのミネラルウォーターは、カルシウムやマグネシウムを含んでいない水であるということです。
なかには無機質をほとんど含んでいないものもあり、ミネラルウォーターという名称に疑問が湧きますが、分類上はミネラルウォーターになっています。
もっとも高い硬度のミネラルウォーターは、硬度が5169mg/l。
ドナウォーターというスロベニアのミネラルウォーターです。
一般的に輸入品のミネラルウォーターは硬水、日本のミネラルウォーターは軟水であることが多いのが特徴です。
ハードなパンに適した硬度は？
ハードなパンには、200～300mg/lほどの硬度の高い水が向いています。
フランスパンなどのハードなパンは、強力粉ではなく準強力粉を使います。
準強力粉は強力粉と比べてグルテンの量が少ないうえに、ハード系のパンに使用する水分量も多いため、生地がまとまりにくいのです。
硬度の高い水を使うことで生地が引き締められ、噛み応えのある食感になります。
ソフトなパンに適した硬度は？
ソフトなパンには、60mg/l前後の硬度の低い軟水が向いています。
ソフトなパンとは、食パンや菓子パンなどのことですが、これらのパンは強力粉で作ります。
強力粉を使った場合グルテンの量も十分にあるため、生地が適度に引き締まります。
硬度の高い水を使ってしまうと、さらに引き締められて生地が硬くなり、膨らみが悪くなってしまうのです。
日本の水道水の硬度に適したパンは？
全国的に差がありますが、日本の水道水は平均値で表すと50mg/l前後です。
基本的にどんなパンも作ることができますが、ソフトなパンが適しています。
他の国と比べて日本の水道水の硬度は低めなので、ソフトな食感のパンを好む日本人には非常に向いているのです。
本場の味に近づけるための硬度は？
パンの本場フランスでは、バゲットやバタールなどのハードなパンが主流です。
日本では総称してフランスパンと呼んでいますが、一般的に、フランスパンは200～300mg/lの硬度の水を使って作られています。
これは、本場フランスの水道水の硬度が200～300mg/lであることが大きな理由の一つです。
日本で本場の味に近づけるためには、ミネラルウォーターを使って調整するのが良いでしょう。
日本でも、輸入品のさまざまな種類のミネラルウォーターを購入することができます。
パン屋は硬度の調整までするの？
フランスパンなどのハード系のパンを仕込む場合は、硬度の調整をおこなうパン屋さんは多いです。
この場合、水道水と市販のミネラルウォーターをブレンドし、硬度を調整します。
大手メーカーでは、イーストフードのようなカルシウムなどのミネラルを含む添加物を利用して、硬度の調整をおこなっています。
・個人店はミネラルウォーターで硬度を調整する
・大手メーカーは添加物で硬度調整する
硬度の調べ方は？
水道水の硬度は、使用する自治体のホームページなどで調べることができます。
さらに、ミネラルウォーターの場合は、ボトルのパッケージに硬度が表記されているので、簡単に調べることができます。
自分で測定したい場合は、硬度チェッカーという試薬を利用した測定器で調べる方法もありますよ。
硬度を下げる時の調整方法
硬度を下げる時の調整方法として、軟水器を使って硬度を下げることができます。
しかし、軟水器は維持管理が大変であるため、個人店で導入するにはなかなかハードルが高いものです。
酵母や水の量を増やしたり、発酵温度を上げ、生地の温度を上げることで、硬度が低い場合の生地の難点を補うこともできます。
硬度を上げる時の調整方法
硬度を上げる時の方法としては、食塩の量を増やしたり、イーストフード(硫酸カルシウムや炭酸カルシウムなど)を添加することでミネラルを補い、硬度を上げることができます。
また、加水率を下げたり酵母の量を減らすことで、硬度が高い場合の生地の難点を補うことができます。
まとめ
今回は、パン作りでの水の役割について解説しました。
水は小麦粉への吸水の目的だけでなく、酵母の生育などさまざまな役割があります。
さらに使う水の性質によって、生地に与える影響が変わり、仕上がるパンに違いが表れるのです。
日本の水道水は軟水で、日本人好みのソフトなパンには向いていますが、より本場に近い本格的なパンを作るには、水の性質にもこだわる必要があります。
自宅で作るパンの場合には、ミネラルウォーターを使うのが手軽で良いでしょう。
好みのパンを目指してぜひ挑戦してみて下さい。
