プルラナーゼ

プルラナーゼは、デンプンおよびその他の多糖化合物中のα-1,6-グリコシド結合の加水分解を触媒し、アミロースを生成する酵素群である。タンパク質構造の相違およびグリコシド加水分解酵素（Glycoside Hydrolase：GH）ファミリーの分類基準に基づき、一般にプルラナーゼは2つの異なるグリコシド加水分解酵素ファミリー、すなわちGH13ファミリーおよびGH57ファミリーに分類される。プルラナーゼの大部分はGH13ファミリーに属し、GH57ファミリーに属するものは少数である。タンパク質の立体構造の観点では、GH13ファミリーのプルラナーゼは当該ファミリーに典型的な（α/β）8バレル構造を有する。GH57ファミリーのアミロペクチン分解酵素は（α/β）7バレル構造を有する。

図1．プルラナーゼのタンパク質構造。

特性

プルラナーゼは由来により基質に対する作用特異性が異なり、主として各種プルランオリゴ糖を分解する能力として現れる。酵母由来プルラナーゼ、Aerogenes（エロゲネス）由来プルラナーゼ、放線菌由来プルラナーゼなど、タイプにより反応条件も異なる。至適pHはそれぞれ6.2、5.6～7.2、5.0であり、至適温度はそれぞれ20℃、45～50℃、60℃である。金属イオンはプルラナーゼ活性に影響を及ぼし、Ca²⁺はイソアミラーゼのpH安定性および熱安定性を向上させる一方、Hg²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺等は阻害作用を示す。

由来

プルラナーゼは自然界に広く存在し、ほぼあらゆる生物に分布している。プルラナーゼの一部は動物、植物等に由来するが、自然界に存在するプルラナーゼの大部分は微生物に由来する。由来の異なるプルラナーゼは、アミノ酸配列、基質特異性、酵素学的特性、タンパク質の立体構造等の一連の特性において一定の差異が認められる。

用途

プルラナーゼは工業的に広く利用されている。デンプン加水分解工程においてプルラナーゼを添加すると、原料の分解速度を高め、反応時間を短縮し、転換率を向上させるとともに、他の副生成物の生成を抑制・低減できる。高グルコースシロップの製造工程では、グルコアミラーゼがα-1,6-グリコシド結合を分解できないため、製造上期待されるDE値に到達しないことが多い。糖化酵素量を増加させる、またはデンプンスラリー濃度を低下させることで転換率を上げることは可能であるが、製造コストの増加に加え、副生成物であるイソマルトースが生成し、後工程に支障を来す。糖化段階において糖化酵素にプルラナーゼを併用し相乗効果を得ることで、イソマルトースの生成を抑制・低減できるだけでなく、糖化酵素使用量の削減、デンプン利用率の向上、糖化プロセスの迅速化、製造時間の短縮が可能となる。マルトースは甘味を有し、結晶化度および吸湿性が低く、甘味度も低い。マルトースを水素添加して得られるマルチトールは低カロリーであり、糖類の代替として特定の疾患集団を対象とする特別用途食品に使用できる。高マルトースシロップの製造では、従来、α-アミラーゼとエキソ型糖化酵素（すなわちβ-アミラーゼ）を併用して高マルトースシロップを調製する。しかし、これら2種の酵素はα-1,4-グリコシド結合のみを分解するため、製造過程でデキストリンが不可避的に多量生成し、マルトース含量は60%を超えない。従来の高マルトースシロップ製造プロセスにおいて、一定量のプルラナーゼを添加することで、マルトース収率を最大90%まで高めることができる。

参考文献