イヌリナーゼ

イヌリン分解酵素は、β-2、l-d-フルクトースグルコシド結合を加水分解することができる加水分解酵素の一種です。イヌリン分解酵素を分泌する微生物は自然界に広く分布しており、さまざまな微生物が分泌されることができます。イヌリン分解酵素は、特定の温度条件下でイヌリンフルクトースまたはフルクトオリゴ糖を加水分解することができます。

図1. イヌリン分解酵素のタンパク質構造。

出典

イヌリンは、キク科から分離された後に最初に名付けられました。イヌリン（inulin）は、β-2,1グリコシド結合によって脱水および重合されたフラン構造を持つd-フルクトースであり、フルクトース残基（f）の末端に接続されたグルコース残基（g）の直鎖構造を持つ構造多糖類で、フルクタンの最も単純なクラスであり、gfnと略されます。さらに、イヌリンには末端にgを持たないフルクタンであるイヌロノースが少量含まれていることが報告されています。イヌリンは、アーティチョークやチコリなどの植物に由来する機能性フルクタンであり、最も水溶性の食物繊維です。純粋な天然機能成分として、イヌリンは世界20カ国以上で栄養補助食品として承認されており、乳製品、飲料、低脂肪および低カロリー食品、焼き菓子、健康食品に広く使用されています。

分類

イヌリン分解酵素には異なる分類方法があります。

• イヌリン分解酵素は、主に微生物の細胞、細胞壁、細胞外に分布しており、細胞内酵素、細胞壁結合酵素、細胞外酵素と呼ばれ、その割合は主に株、炭素源、温度、pHによって影響を受けます。
• 基質の作用の異なる方法に応じて、エンドヌクレアーゼとエクソヌクレアーゼに分けることができるか、またはイヌリン分解酵素がフルクタン鎖を切断する方法に応じて分けることができます。i/sの大きさは通常、エンドイヌリン分解酵素とエクソイヌリン分解酵素を区別するために使用され、iはイヌリンを基質として使用したときの酵素活性、sはショ糖を基質として使用したときの酵素活性です。一般的に、エクソイヌリン分解酵素のi/s値はエンドイヌリン分解酵素のそれよりも低いと考えられています。エンドイヌリン分解酵素はイヌリンを加水分解して高純度のフルクトオリゴ糖を得ることができ、これはしばしば真菌によって分離されます。エクソイヌリン酵素は細胞、細胞壁、細胞外に分布しており、イヌリンを加水分解することで高純度のフルクトースを得ることができます。
• 出所に応じて、イヌリン分解酵素は微生物イヌリン分解酵素と植物イヌリン分解酵素に分けることができます。

機能

研究によると、イヌリン分解酵素はイヌリンだけでなく、ショ糖やラフィノースにも作用し、より高い活力と加水分解能力を示します。アーティチョーク抽出物やイヌリンを炭素源として使用することで、イヌリン分解酵素の生産を誘導できますが、アーティチョーク抽出物は基質としてより良いです。これは、抽出物がイヌリンに加えてより多くの短鎖ポリフルクトースを含んでおり、細菌の成長や酵素による加水分解により有利であるためかもしれません。つまり、特定の基質がイヌリン分解酵素の生産を誘導することができますが、異なる炭素源を基質として使用することは酵素の活性に大きな影響を与えます。研究では、特定の濃度のイヌリン、マルトース、低濃度のフルクトースがイヌリン分解酵素の生産を誘導できることがわかりました。でんぷんはイヌリン分解酵素にほとんど影響を与えませんが、グルコースはイヌリン分解酵素の活性を著しく抑制することができます。これは、イヌリン分解酵素が基質特異性を持っていることを示しています。

応用

イヌリン分解酵素による高フルクトースシロップの生産 高フルクトースシロップは安価で甘く、さわやかで、浸透圧が高く、保存効果が良く、低カロリーで、虫歯を引き起こしにくく、糖尿病患者にも使用できるため、アメリカ、日本などの先進国で食品および製薬産業に広く使用されています。1970年代以降、各国はイヌリンを原料として酸および酵素加水分解を利用してフルクトースの製造に注目し始めました。酸法は高い出力を持っていますが、多くの副産物、重い色素があり、分離および精製が困難です。1980年代には、アメリカ、フランス、ブリストル・マイヤーズ、カナダなどの国の研究者がイヌリン分解酵素を使用してフルクトースを製造する研究を始めました。そのプロセスは簡単で、転換率が高く、製品は純粋で、フルクトースの出力が高いです。超高フルクトースシロップ（uhfgs）を直接生産でき、フルクトース含量は90％以上です。このため、アメリカ、イギリス、デンマーク、フランス、カナダなどの先進国が研究を行っています。これは、イヌリン分解酵素がフルクトースおよびフルクトースシロップの生産において大きな発展と応用の可能性を持っていることを示しています。エクソイヌリン分解酵素の分解産物は主にフルクトースであり、フルクトースの割合が高いです。国内外でイヌリン分解酵素による高フルクトースシロップの生産に関する研究が多く行われており、中国の研究はまだ初期段階にあります。