なぜパンは膨らむのか？酵母と発酵の科学
パンが膨らむ身近なフシギ
焼きたてのパンから立ち上る香りは、私たちを幸せな気持ちにさせてくれます。そして、パンといえば、ふっくらと膨らんだその形が特徴的です。しかし、なぜ小麦粉や水、砂糖などを混ぜて作った生地が、加熱するとあんなにも大きく膨らむのでしょうか。これは、生物、化学、そして物理の力が組み合わさって生まれる、身近な自然現象の一つなのです。
酵母の働き：生物の力
パンが膨らむ最も重要な立役者は、「酵母（こうぼ）」と呼ばれる小さな生物です。酵母は真菌の一種で、私たちの目には見えませんが、自然界のいたるところに存在しています。パン作りに使われるパン酵母は、特に糖分をエネルギー源として利用する性質を持っています。
生地を混ぜる際に加える砂糖や、小麦粉に含まれるでんぷんが分解されてできた糖分を、酵母は取り込みます。そして、その糖分を分解してエネルギーを得る過程で、いくつかの物質を作り出します。この一連の過程が「発酵（はっこう）」と呼ばれるものです。
発酵の仕組み：化学の力
酵母が糖分を利用する発酵は、酸素がある状態（好気呼吸）と酸素がない状態（嫌気呼吸）で少し異なります。パン生地の中では、最初は酸素を使いますが、すぐに酸素が少なくなると、主に「アルコール発酵」と呼ばれる嫌気呼吸を行います。
アルコール発酵では、糖分が分解されて「エタノール」（お酒の成分）と「二酸化炭素」が生成されます。このとき発生する二酸化炭素こそが、パンを膨らませる主役となります。
化学反応式で表すと、シンプルな糖（グルコースなど）は概ね以下のように変化します。
C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
これは、1分子の糖分から2分子のエタノールと2分子の二酸化炭素が生成されることを示しています。パン生地の中で、この二酸化炭素ガスが泡となって発生するのです。
生地が膨らむ：物理の力
酵母によって生成された二酸化炭素ガスは、パン生地の中に閉じ込められます。パン生地には、小麦粉に含まれる「グルテン」というたんぱく質が網目状になった構造があります。このグルテンの網が、風船のように二酸化炭素ガスをしっかりと保持する役割を果たします。
生地を発酵させる時間（一次発酵、二次発酵など）は、酵母が活発に働き、十分に二酸化炭素を発生させて生地を膨らませるために必要な時間です。生地が柔らかく、弾力を持ってくるのは、この二酸化炭素ガスによって内側から押し広げられているためです。
そして、いよいよ生地をオーブンに入れて焼きます。オーブンで加熱されると、生地の中の温度が上昇します。ガスの性質として、温度が上がると体積が増える傾向があります。そのため、生地の中に閉じ込められていた二酸化炭素ガスはさらに膨張し、生地を一層大きく押し広げます。
また、加熱によって生地の中の水分も蒸発し、水蒸気となります。この水蒸気もガスの仲間ですから、二酸化炭素と同様に膨張して生地を膨らませる力となります。
同時に、オーブンの熱によって酵母の活動は止まり、生地のグルテン構造やでんぷんが固まります。これにより、膨らんだ生地の形がそのまま保たれるのです。焼いている間に生地の表面に美しい焼き色がつくのは、糖分とアミノ酸が反応する「メイラード反応」などによるものです。
まとめ
このように、パンがふっくらと膨らむ現象は、酵母という小さな生物が糖分を分解して二酸化炭素を生み出す「発酵」（化学）、そしてその二酸化炭素ガスと水蒸気が熱によって膨張し、生地のグルテン構造に保持される「物理」的な仕組みが組み合わさることで実現しています。
パン作りは、まさに生物の働き、化学反応、そして物理法則が見事に連携した、身近で奥深い科学実験と言えるでしょう。普段何気なく食べているパンも、「なぜ膨らむのだろう？」と考えてみると、そこには様々な科学のフシギが隠されていることが分かります。