ペクチナーゼ

ペクチナーゼは、ペクチンの分解を触媒する酵素群を指します。ペクチナーゼは高等植物や微生物に広く分布しており、一部の原生動物や昆虫にも見られます。微生物では、細菌、放線菌、酵母、カビがペクチナーゼを合成し、代謝することができます。ペクチナーゼの産業応用による商業的利益は、その研究開発を促進しました。世界中の多くの製造業者がペクチナーゼ製剤を生産しています。技術の進歩に伴い、生産コストは徐々に低下し、ペクチナーゼの応用はより広範囲にわたるようになりました。

出典

多くのカビや少量の細菌、酵母がペクチナーゼを生成することができ、主にAspergillusやBacillusが含まれ、他にはPenicillium（Penicillium expansum、Penicillium griseoroseum、など）、Sclerotium rolfsii、Rhizoctonia solani、Mucor pusilus、Mucor mucedo、Cloctridium thermosaccharolyticum、Rhizopus stolonifer、Aureobasiduim pullulans、Neurospora rassa、Sporotrichum thermophile、などがあります。真菌のAspergillus nigerはGRAS（一般的に安全と見なされる）に属し、その代謝物は安全であるため、現在販売されている食品グレードのペクチナーゼは主にAspergillus nigerから得られ、最適pH値は一般的に酸性範囲にあります。分子生物学技術の継続的な改善により、遺伝子クローニング技術を使用して他の微生物宿主でペクチナーゼの発現を達成することも可能です。

分類

ペクチナーゼは、プロトペクチナーゼ、ポリガラクツロン酸分解酵素、ペクチンリラーゼ（PL）、およびペクチンエステラーゼ（PE）の4種類に分けられます。プロトペクチナーゼはペクチンの溶解を促進します。その触媒メカニズムに応じて、プロトペクチナーゼはタイプAペクチナーゼとタイプBペクチナーゼの2種類に分けられます。前者は主にプロトペクチンの内部ポリガラクツロン酸領域に作用します。後者は主にガラクツロン酸鎖と細胞壁成分の外部多糖鎖に作用します。ポリガラクツロン酸分解酵素は、水環境下でガラクツロン酸鎖の加水分解を促進するペクチナーゼの一種です。加水分解の異なるメカニズムに応じて、2種類に分けられます。一つは真菌外ガラクツロン酸分解酵素で、最終生成物は単量体のガラクツロン酸です。もう一つは細菌外ガラクツロン酸分解酵素で、最終生成物は二量体のガラクツロン酸です。ペクチンリラーゼは、トランス脱離によってペクチンポリマーを切断するペクチナーゼです。ペクチンリラーゼはC-4位置でグリコシド結合を切断し、C-5からH原子を除去することで不飽和生成物を生成します。その触媒メカニズムと異なる基質に応じて、ペクチンリラーゼは内因性ガラクツロン酸分解酵素（EndoPGL）、外因性ガラクツロン酸分解酵素（ExoPGL）、内因性ポリメチルガラクツロン酸分解酵素（EndoPMGL）、および外因性ポリメチルガラクツロン酸分解酵素（ExoPMGL）に分けられます。ペクチンエステラーゼはメトキシ基を除去し、ペクチンの脱メチル化を促進します。

特性

ペクチナーゼの分子量は一般的に20kDから60kDの間であり、ほとんどは単量体酵素として存在します。ペクチナーゼ活性は通常pH 3.0から9.0の範囲にあり、等電点は4.0から9.0です。その中で、加水分解酵素の最適pHは4.0から6.5であり、その作用にはCa²⁺の参加は必要ありません。ペクチンリラーゼの最適pHは8.0から10.0であり、その作用にはCa²⁺の関与が必要です。異なる株から生成されるペクチナーゼは異なる特性を持っています。ペクチナーゼの一般的な精製方法には、硫酸アンモニウム沈殿、アセトン沈殿、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィーが含まれます。

応用

ペクチナーゼは植物細胞の細胞壁を破壊することができ、果物や野菜のジュースの生産、果実ワインの澄明化、天然物の抽出、繊維の生物的脱ガミング、紙業界の生物的パルピングに応用できます。ほとんどの原液や濃縮ジュースは、生産過程でペクチナーゼを使用します。さまざまな果物のペクチン含量はかなり異なり、ペクチンの組成もわずかに異なるため、ペクチナーゼの酵素組成は異なる品種や加工目的に応じて決定する必要があります。ペクチンの存在は、天然物の放出にさまざまな程度で影響を与えたり妨げたりします。適切な条件下では、植物細胞の自己溶解により、ペクチナーゼを含む溶解酵素が生成されることがあります。しかし、このプロセスは分離される製品の構造変化を引き起こす可能性があり、ほとんどの場合、分離に不利な小分子副産物を生成することさえあります。したがって、植物細胞の自己酵素系に依存することは、天然物の抽出を容易にしません。一般的に、細胞内酵素系は、処理のために対応する酵素を選択する前に熱不活化されるべきです。アルカリ性ペクチナーゼを使用して、綿、麻などの繊維を処理することで、比較的穏やかなpHおよび温度条件下でペクチン材料を除去し、処理された繊維を柔らかく感じさせることができます。この高強度プロセスは、大量のエネルギーを消費し、重度の汚染を引き起こす従来の熱アルカリ脱ガミングプロセスに取って代わります。紙業界における生物的パルピングは、繊維の生物的脱ガミングに似ています。ペクチナーゼは、植物繊維原料中のペクチン、ヘミセルロース、リグニンを分解し、紙業界の異なる要求を満たす束状繊維または単繊維に分散させるために使用されます。