デンプン処理における酵素の応用

酵素は、生細胞によって生成される生体触媒であり、特定の生化学反応を引き起こします。これには、有機合成、臨床分析、製薬、洗剤、食品生産、発酵など多くの分野での応用があります。本記事では、デンプン処理産業における産業的重要な酵素の現在の理解を簡単に紹介します。産業において、デンプンはさまざまな化合物の生産に使用されます。その中には化学的方法で作られるものもあれば、酵素だけで生産されるものもあります。デンプン処理酵素は、その作用に基づいて2つのグループに分類されます。最初のグループは、内因性および外因性の水によってグリコシド結合を加水分解する加水分解酵素（ハイドロラーゼ）です。2番目のグループは、1つのグリコシドα-1.4結合を破壊し、新しいグリコシドα-1.4またはα-1.6結合を作成するグルカノヒドロラーゼです。

デンプンの重要性

デンプンは高等植物の主要な貯蔵炭水化物であり、水に不溶性の顆粒の形で存在します。これは、アミロースとアミロペクチンという2つの高分子量の成分からなる不均一な多糖類です。これら2つのポリマーは異なる構造と物理的特性を持っています。デンプンを含む農業バイオマスは、トウモロコシ、小麦、オート麦、米、ジャガイモ、キャッサバを重要な基質として、さまざまな重要な生理活性化合物や製品（液体または気体の燃料、飼料タンパク質、化学物質など）の生産に使用できます。デンプンは人間の食事の重要な成分として、化学的および酵素的に処理され、デンプン加水分解物、グルコースシロップ、フルクトース、マルトデキストリン誘導体またはシクロデキストリンなど、食品産業で使用されるさまざまな製品に加工されることもあります。

デンプン処理酵素の種類

デンプンポリマーは複雑な構造を持っているため、それを小さな部分に分解したり、オリゴグリコシド結合を転送したり、新しい結合を作成するためには酵素の組み合わせが必要です。バイオテクノロジー分野およびデンプン処理に通常使用される重要な酵素はアミラーゼと呼ばれます。1つのカテゴリでは、デンプン酵素は2つのグループに分類されます：a) 水によってグリコシド結合を加水分解する加水分解酵素（ハイドロラーゼ）で、内因性および外因性の2つの方法がある；b) 1つのα-1.4結合を破壊し、新しいα-1.4またはα-1.6結合を作成するグルカノトランスフェラーゼです。

食品産業におけるデンプン処理酵素の商業的応用のほとんどは、表1に示されています。

表1. 商業的デンプン処理酵素。（S. Esmaeili, et al. 2017）

応用	酵素
デンプンの液化	α-アミラーゼ
デンプンの糖化	α-アミラーゼ、グルコアミラーゼ、プルラナーゼ、イソアミラーゼ、マルトジェニックアミラーゼ
製パン業界	α-アミラーゼ
抗老化	α-アミラーゼ、β-アミラーゼ、プルラナーゼ、脱分岐酵素、分岐酵素、マルトジェニックアミラーゼ、グルコアミラーゼ、シクロデキストリン・グルカノトランスフェラーゼ
シクロアミロースの生産	α-グルカノトランスフェラーゼ

アミラーゼの応用

アミラーゼは、グルコースやフルクトースの生産、シロップ製造、さまざまなデンプン質材料（トウモロコシ、小麦、ジャガイモなど）を使用した工業用エタノールの生産、アミロリティックおよびサッカロリティック活性によるアセトンおよびブタノールの生産のためのワイズマンプロセス、加水分解されたトウモロコシデンプンから生成されるマルトースおよびデキストロースによる乳酸の生産、砂糖処理産業における粘性デンプン顆粒の液化およびゼラチン化、現代の製パン技術、分子生物学、デンプン処理廃水の処理など、さまざまな産業プロセスにおいて多くの潜在的な応用があります。アミラーゼ、特にアルカリ性アミラーゼは洗剤に使用されます。ある程度、アミラーゼは小麦粉のジアスタティック活性を補完し、一部の動物飼料成分の消化性を改善するためにも使用されます。

参考文献

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R.K. Pandey, L. Tewari. Microbial Enzymes involved in starch Processing industries. Scholarly Journal of Biological Science. Vol. 4(1), pp. 1-3, January 2015.
S. Esmaeili, Zohreh Noorolahi. APPLICATION OF STARCH PROCESSING ENZYMES IN FOOD TECHNOLOGY-A REVIEW. September 2017, Carpathian Journal of Food Science and Technology. 9(3):114-127.