炭水化物分解酵素

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序論

糖類は自然界において最も豊富な有機化合物群であり、生物によるその分解および利用は極めて重要な反応の一つである。糖質加水分解酵素（carbohydrases）は、グリコシド結合の分解、修飾および生成を担う大規模な酵素群である。高分子糖は溶解性が低いため、グリコシド結合に酵素が到達しにくく、結果として酵素反応効率は相対的に低下する。糖質結合ドメインは多糖基質に特異的に結合し、糖質基質に対する酵素反応効率を高める上で重要な役割を果たす。

糖質加水分解酵素と家禽の成長成績

家禽用飼料における糖質加水分解酵素の商業的利用は1980年代後半から1990年代初頭に開始され、高繊維飼料に起因する敷料の含水率上昇、消化障害および見かけの代謝エネルギー（AME）低下といった問題の改善に寄与してきた。これらの酵素は、非デンプン性多糖（NSP）が家禽の腸管健康および生産性に及ぼす有害影響を緩和する目的で用いられている。先行研究では、小麦、大麦、ライ麦またはオーツ麦を主原料とする飼料において、真菌および細菌由来の酵素がβ-グルカンおよびアラビノキシランの分解に有効であることが示されている。

表1．各種飼料原料における異なる糖質加水分解酵素の有効性

キシラナーゼ

キシラナーゼは、家禽用飼料中のアラビノキシランやβ-グルカンなどの非デンプン性多糖を分解する目的で一般的に使用される。研究により、小麦主体飼料または大麦主体飼料にキシラナーゼを添加すると、家禽腸管内の内容物粘度がそれぞれ30～50%および300%低下することが示されている。腸内容物粘度の低下は、タンパク質消化率、見かけの代謝エネルギー消化率、採食量、増体量および飼料要求率の改善につながる。

新世代の糖質加水分解酵素

「次世代飼料用酵素（糖質加水分解酵素）」という用語は、Cozannetらにより初めて用いられた。これらの酵素は、特有の耐熱性、高い活性および広いpH適用範囲を有し、幅広い栄養素の消化率を改善し得る。キシラナーゼおよびアラビノフラノシダーゼを強化した新世代糖質加水分解酵素の使用は、ブロイラーにおける飼料の総消化率を改善し得る。実際、キシランエンドヌクレアーゼはキシラン主鎖を加水分解することでアラビノキシラン鎖を分解する。しかし、アラビノース置換が多い場合、特にトウモロコシおよび関連副産物において、キシラナーゼの作用効率が低下する。

デンプン改質のための糖質加水分解酵素

各種糖質関連酵素で処理した改質デンプンの機能特性は、食品科学・食品技術分野で大きな注目を集めている。酵素はデンプンを改質し、その構造特性を変化させることで、食品をはじめとする各種産業用途への適用を可能にする。シクロデキストリン分解酵素など、直鎖デンプンを加水分解する酵素は、多様な直鎖デンプンの製造に利用できる。脱分岐酵素がデンプンに作用すると、分岐デンプンの側鎖が変化し、得られる改質デンプンは凍結融解に対して安定となるため、食品産業において有望である。得られた改質デンプンは凍結融解工程で安定であり、食品産業への応用可能性が高い。