酵素のデンプン加工への応用

酵素は、生体細胞によって産生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。これらは有機合成、臨床分析、医薬品、洗剤、食品生産および発酵など多くの分野で応用されています。本記事では、デンプン加工産業において産業的に重要な酵素の現在の理解について簡単に紹介します。産業界では、デンプンはさまざまな化合物の製造に使用されます。その一部は化学的方法で作られますが、他は酵素のみで生産されます。デンプン加工酵素は、その作用に基づいて2つのグループに分類されます。第一のグループは、エンド型およびエキソ型として水によってグリコシド結合を加水分解するヒドロラーゼです。第二のグループは、1つのグリコシドα-1.4結合を切断し、新たなグリコシドα-1.4またはα-1.6結合を作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呼ばれる2つの高分子量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、キャッサバなどを重要な基質として、液体または気体燃料、飼料用タンパク質、化学品などのさまざまな重要な生理活性化合物や製品の生産のための有力な基質として利用できます。デンプンは人間の食事の重要な構成要素であり、化学的および酵素的に処理されて、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、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することができます。

デンプン加工酵素の種類

デンプンポリマーは複雑な構造を持つため、より小さな部分に分解したり、オリゴグリコシド結合を移動させたり、新しい結合を作ったり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やデンプン加工で一般的に使用される重要な酵素はアミラーゼと呼ばれます。ある分類では、デンプン酵素は2つのグループに分けられます。a) 水によってグリコシド結合をエンド型およびエキソ型の2つの方法で加水分解するヒドロラーゼ；b) 1つのα-1.4結合を切断し、新たなα-1.4またはα-1.6結合を作るグルカノトランスフェラーゼ。

食品産業におけるデンプン加工酵素の商業的応用の多くは、表1に示されています。

表1. 商業用デンプン加工酵素（S. Esmaeili, et al. 2017）

用途	酵素
デンプン液化	α-アミラーゼ
デンプン糖化	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
老化防止	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シロップ製造、さまざまなデンプン原料（トウモロコシ、小麦、ジャガイモなど）を用いた工業用エタノール生産、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Weizmann法による生産、加水分解されたトウモロコシデンプンから得られるマルトースやデキストロースによる乳酸生産、糖加工産業における粘性デンプン顆粒の液化および糊化、現代の製パン技術、分子生物学、デンプン加工廃水の処理など、多くの産業プロセスで幅広い応用が期待されています。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。また、アミラーゼは小麦粉のジアスターゼ活性を補助したり、動物飼料成分の消化性を向上させるためにもある程度使用されています。

参考文献

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R.K. Pandey、L. Tewari。デンプン加工産業に関与する微生物酵素。Scholarly Journal of Biological Science。第4巻第1号、pp. 1-3、2015年1月。
S. Esmaeili、Zohreh Noorolahi。デンプン加工酵素の食品技術への応用 ― レビュー。2017年9月、Carpathian Journal of Food Science and Technology。9(3):114-127。