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グルコースオキシダーゼ（GOD）は、食品産業における重要な工業用酵素である。グルコースオキシダーゼの系統名はβ-D-グルコース酸化還元酵素（EC 1.1.3.4）であり、ワイン、ビール、果汁、粉乳の脱酸素化のほか、小麦粉改良、褐変防止、食品の迅速検出およびバイオセンサーに広く用いられている。グルコースオキシダーゼは動物、植物および微生物に広く分布する。微生物は増殖が速く供給源も多様であることから、グルコースオキシダーゼ生産の主要な供給源となっている。主な生産菌株はAspergillus nigerおよびPenicilliumである。 構造 グルコースオキシダーゼは、フラビンアデニンジヌクレオチド（FAD）の結合部位を2つ有するホモ二量体分子である。各モノマーは2つの明確に異なる領域から構成される。1つはFADの一部に非共有結合であるが強固に結合し、主としてβシートからなる領域である。もう1つは基質であるβ-D-グルコースに結合する領域で、逆平行βシートを伴う4本のαヘリックスにより支持されている。 性質 高純度のグルコースオキシダーゼは淡黄色の結晶であり、水に可溶で、エーテル、クロロホルム、ブタノール、ピリジン、グリセロール、エチレングリコールなどの有機溶媒には不溶である。グルコースオキシダーゼの相対分子質量は約1.5×10^5である。pH範囲は3.5～6.5で、至適pHは約5.0である。温度範囲は一般に30～60℃で、至適温度は50～55℃である。グルコースオキシダーゼはβ-D-グルコピラノースに対して高い特異性を示す。グルコースのC1位のヒドロキシル基は酵素触媒に必須であり、β位のヒドロキシル基に対する活性はα位に対する活性の約160倍高い。基質のC1、C2、C3、C4、C5、C6位の分子構造に変化が生じると、グルコースオキシダーゼ活性は大きく低下する。L-グルコースおよび2-O-メチル-D-グルコースに対しては完全に不活性である。 触媒機構 グルコースオキシダーゼは分子状酸素または原子状酸素を消費してグルコースを酸化し、食品中の酸化されやすい成分を保護する。反応条件により、グルコースオキシダーゼの触媒反応には2つの形態がある。 （1）カタラーゼ非存在下：グルコースオキシダーゼはβ-D-グルコースをD-グルコノ-δ-ラクトンへ酸化し、同時に過酸化水素を放出する。 （2）カタラーゼ存在下：まず、グルコースオキシダーゼがβ-D-グルコースをD-グルコノ-δ-ラクトンおよび過酸化水素へ酸化する。次いでカタラーゼが過酸化水素を分解して水と酸素を生成する。最後に、水がD-グルコノ-δ-ラクトンと反応してグルコン酸を生成する。 （3）カタラーゼおよびエタノール存在下：まず、グルコースオキシダーゼがβ-D-グルコースをD-グルコノ-δ-ラクトンおよび過酸化水素へ酸化する。次いでカタラーゼが過酸化水素とエタノールを反応させ、水とアセトアルデヒドを生成する。最後に、水がD-グルコノ-δ-ラクトンと反応してグルコン酸を生成する。 生産 現在、グルコースオキシダーゼの工業生産は微生物発酵により行われている。グルコースオキシダーゼを生産可能な微生物は主として細菌およびカビである。グルコースオキシダーゼ産業では、生産菌株に対する紫外線変異誘発および化学変異誘発が一般的に用いられている。単一の変異誘発法、または複数法の組合せにより有用変異株をスクリーニングし、酵素生産能の向上を図ることができる。工業生産では、Aspergillus nigerまたはPenicilliumの発酵によりグルコースオキシダーゼを得る方法が一般的である。しかし、Aspergillus nigerおよびPenicilliumの発酵過程では、カタラーゼなどの他の混在タンパク質が通常同時に産生されるため、グルコースオキシダーゼの分離・精製が困難となる。このため、遺伝子工学を用いてより優れた菌株を構築することが、各国の研究者により長年注目されてきた。グルコースオキシダーゼ遺伝子の発現を誘導することで、多量のグルコースオキシダーゼタンパク質を得ることができる。遺伝子組換え体では内因性タンパク質の分泌量が少なく、培地中には主として外来タンパク質が分泌されるため、後工程のタンパク質精製操作を簡素化できる。 用途 食品産業において、グルコースオキシダーゼは主として以下の5分野で用いられる：脱酸素化、小麦粉改良、グルコース（処理）、グルコース含量（測定・管理）、および殺菌。さらに、グルコースオキシダーゼは新規の酵素系飼料添加物として、動物の腸内環境の改善、飼料消化の調節および成長促進に寄与する。グルコースオキシダーゼ、乳酸ペルオキシダーゼおよびラクトフェリンを含有する混合飼料添加物は、家畜の消化管感染症および下痢の予防に使用できる。グルコースオキシダーゼは腸管内のグルコースからグルコン酸および過酸化水素の生成を触媒するため、過酸化水素が一定濃度まで蓄積すると、大腸菌、サルモネラ、パスツレラ、ブドウ球菌およびビブリオの増殖・繁殖を直接阻害できる。 グルコースオキシダーゼとラクトペルオキシダーゼ（LPO）、アミログルコシダーゼ、グルカナーゼ、リゾチーム等を組み合わせた酵素製剤は、歯垢、歯石およびう蝕形成を除去または軽減し得る。グルコースオキシダーゼ含有製剤は、他の製剤と比べて安定性が3倍高かった。グルコースオキシダーゼ、ラクトペルオキシダーゼおよびヨウ素化合物を含有する製剤は、口腔衛生目的で使用でき、口臭の抑制に有用である。グルコースオキシダーゼとラクトペルオキシダーゼを含む二酵素チューインガムは、咀嚼時に96～99%の抗菌効果を示す。グルコースオキシダーゼは、過酸化水素感受性リンパ腫の標的治療に利用できる。酵素電極は、血清（パルプ）、尿および脳脊髄液中のグルコースのin vitro定量分析に使用できる。