プルラナーゼ

プルラナーゼは、デンプンや他の多糖化合物におけるα-1,6-グリコシド結合の加水分解を触媒することができる酵素のクラスです。タンパク質構造の違いやグリコシダーゼ加水分解酵素ファミリー（GH）の分類基準に基づいて、一般的にプルラナーゼは2つの異なるグリコシダーゼ加水分解酵素タンパク質ファミリーに分類されます：GH13ファミリーとGH57ファミリーです。ほとんどのプルラナーゼはGH13ファミリーに属し、ごく少数のプルラナーゼがGH57ファミリーに属します。タンパク質の空間構造に関しては、GH13ファミリーのプルラナーゼはこのファミリーの典型的な（α/β）8バレル構造を持っています。GH57ファミリーのアミロペクチンは（α/β）7バレル構造を持っています。

図1. プルラナーゼのタンパク質構造。

特性

プルラナーゼの異なる供給源は、基質の作用に対して異なる特異性を持ち、主にさまざまなプルランオリゴ糖を分解する能力に現れます。異なるタイプのプルラナーゼは、酵母プルラナーゼ、エアロバクター・エロゲネスプルラナーゼ、放線菌プルラナーゼなど、異なる反応条件を持っています。最適pHはそれぞれ6.2、5.6-7.2、5.0であり、最適温度はそれぞれ20℃、45-50℃、60℃です。金属イオンはプルラナーゼの活性に影響を与え、Ca²⁺はイソアミラーゼのpH安定性と熱安定性を向上させることができる一方で、Hg²⁺、Cu²⁺、Fe³⁺、Al³⁺などは抑制的な活性を持っています。

供給源

プルラナーゼは自然界に広く存在し、ほぼすべての種類の生物に分布しています。動物、植物、その他の生物からのプルラナーゼの一部を除いて、自然界のほとんどのプルラナーゼは微生物に存在します。アミノ酸配列、基質特異性、酵素特性、タンパク質の空間構造などにおいて、異なる供給源からのプルラナーゼの一連の特性には一定の違いがあります。

応用

プルラナーゼは産業で広く使用されています。デンプンの加水分解プロセスにおいて、プルラナーゼを添加することで原材料の分解速度を増加させ、反応時間を短縮し、転換率を向上させ、他の副産物の生成を抑制・減少させることができます。高グルコースシロップの製造プロセスでは、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、しばしば生産の期待されるDE値を達成できません。糖化酵素の量を増やすか、デンプンスラリーの濃度を下げることで転換率を上げることができますが、これは生産コストを増加させるだけでなく、副産物のイソマルトースを生成し、後続のプロセスに問題を引き起こすことになります。糖化段階で糖化酵素にプルラナーゼを添加して相乗効果を得ることで、イソマルトースの生成を抑制・減少させるだけでなく、糖化酵素の量を減少させ、デンプンの利用率を向上させ、糖化プロセスを加速し、生産時間を節約することができます。マルトースは甘味があり、結晶性が低く、吸湿性があり、甘さが低いです。マルトースの水素化反応後に生成されるマルチトールはカロリーが低く、特定の疾患群を対象とした特別な食品に砂糖の代わりに使用できます。高マルトシロップの製造では、従来、α-アミラーゼと外部糖化酵素（すなわちβ-アミラーゼ）を組み合わせて高マルトシロップを製造します。しかし、これら2つの酵素はα-1,4-グリコシド結合しか分解できないため、製造プロセス中に大量のデキストリンが不可避的に生成され、マルトースの含有量が60%を超えることはありません。従来の高マルトシロップ製造プロセスでは、一定量のプルラナーゼを添加することで、マルトースの収率を90%にまで高めることができます。

参考文献