穀物ベースの機能食品と食品成分生産における酵素利用デンプンに基づく機能食品成分デンプンとデンプン修飾酵素デンプン穀物の中でデンプンは最も多くある成分であり、最も重要な必要多糖類である。その大部分の成分は、分子のレベルではグルコースポリマーのアミロースとアミロペクチンである。アミロースは本質的には直線分子であリ約500-6000のα--(1,4)−結合--D-グルコースユニットである。アミロペクチンは対照として非常に大きく、高度に分枝化した多糖類でありそれは300万グルコース単位まであり、直線鎖の10-100α-(1,4)--結合D-グルコースユニットからなり、それはα(1,6)-結合で結ばれている。多モード鎖長分布して、枝は非還元的性質を持つ。クラスターモデル中、短鎖、例えば未分枝外側A鎖と最も枝の短い内側分子鎖(B1)は、二重らせん構造を作り一本のクラスターになり、一方より長い分子鎖(B2-B4)は各々の2−4クラスターに伸びる。アミロース/アミロペクチン比はデンプンの植物起源によって異なり、典型的レベルは各々アミロース20-30%とアミロペクチン70-80%である。欠損(不足)により、いくつかの変異型ゲノタイプ、例えばとうもろこし、大麦、コメにはいずれもアミロース含量増加(例えば70%までアミロースの高アミロースあるいはアミロペクチン)、あるいはアミロペクチン含量増加(例えば99-100%アミロペクチンのワキシデンプン)、及び他のデンプンパラメーター、例えばアミロペクチン鎖長分布が同様に変化したものである。いろいろなサイズ、型が違い、それらは植物起源の違いによるものである。偏光で見ると、天然のデンプン粒はバイアフリンゲント(複屈折)であり、"暗十字"が見える。この現象は、デンプン粒中のオーダーの程度を示し,更にデンプン粒表面への巨大分子の直線的方向生を示す。天然のデンプンは結晶域20-40%の程度で一部結晶化しているが、それは明らかにアミロペクチンの結晶要因によるものである。アミロペクチン側鎖二重らせん構造の異なったパッキングは、異なった結晶タイプを示す。穀物デンプンはAタイプ、一方老化デンプンはBタイプのX線分析パターンを示す。いくつかのデンプン粒組織化が述べられているが、そこにはアモロフォスと半結晶化成長リング、ブロックレット,アモロフォスと半結晶ラメラが含まれる。過剰の水中で、ある温度以上にデンプン懸濁液を加熱すると、デンプンは糊化する。このプロセスの間、粒の分子オーダーは次第に不可逆的に壊れてゆく。いくつかのことがデンプン糊化の間起こり、それは条件、加熱の強さにより;分子オーダー(及びこれはバイアフリンゲンス、複屈折)の消失、粒の膨潤、水分吸収、デンプン結晶の可溶化、(限界ある)ポリマー分子の溶出、分子の溶出、主にはアミロース、急激な粘度増加とある(一部)粒の破壊と可溶化。糊化温度は、デンプンのタイプの特徴であり、デンプンのアモロフォス区分のガラス転移による。全糊化イベントはDSC(示唆操作測定装置)の示す吸熱プロセスである。糊化デンプンの冷却、貯蔵で構造変化が起こり、新しい相互作用がデンプン高分子間で生じる。ある定義ではこちらのプロセスは老化という言葉で集約的に述べる。新しい半結晶化ポリマーシステムができ、アミロース(アミロース結晶化、短期間で)、アミロペクチン(アミロペクチン老化、長期間)は結晶化に寄与する。デンプン修飾酵素いくつかの異なる酵素、その中にはエンド-、エクソ--活性アミラーゼ、枝切り酵素、トランスフェラーゼがあり、それらはデンプンに、あるいはその誘導体に作用する。一般にアミロイド酵素の機能にはいくつかの面があり、例えば天然デンプン粒への作用、それらへの特異性と分解生産物形成である。α--(1,6)−結合の加水分解、例えばα--アミラーゼ、枝切り酵素である。3.2.1.1)は典型的なエンド-酵素で、低分子α--デキストリンを生じ、多少ランダムにデンプンポリマー中のα--(1,4)結合を加水分解する。3.2.1.3)は、CH14yと15にそれぞれ分類される。これらの酵素は典型的に転化するエキソーアミラーゼで、デンプン分子の非還元末端からα--1,4-結合に働くものである。β--アミラーゼはβ--マルトースを生じ、分枝の点に達するまで行う。デンプンのβ--アミラーゼ作用による最終産物はβ--マルトースとβ--リミットデキストリンである。それに対しアミログルコシダーゼはグルコアミラーゼともいい、α--(1,6)結合に限定的に働いてこちらは側鎖を迂回して進む。理想的にはデンプンを完全にβ--グルコースにすることができる。3.2.1.68)である。これらの酵素はα--(1,6)-結合を加水分解し、(直線の)側鎖を引きはなす。トランスフェラーゼはデンプン-変換酵素でドナー分子のα--(1,4)結合を切り、そして新たに生じた還元末端(ドナー)を非還元糖単位(アクセプター)にグルコシド結合で結び付ける。13)は新たにα--(1,4)−結合をグルコース単位間で作る。もち、6-8個のグルコース残基からなるサイクリックオリゴ糖を分子内トランスグルコシレーション反応を介して形成し、一方トランスグルコシレーション反応はアミロマルターゼによって触媒され直線生成物を作る。13)は、α--(1,4)結合を外して、新たなα--(1,6)グルコシド結合を作るトランスフェラーゼである。それらはアミロペクチンとグリコーゲンの生合成に関わる。アミロシュクラーゼはシュクロースからグルコース残基をグルコースポリマーに移動してアミロース様ポリマーの合成を触媒するものである。した消化性デンプン(SDS)、難消化性デンプン(RS)である。vivoでこれらのデンプン区分間のはっきりした違いはない。RDSはすばやくグルコースを引き離し、ここで素早い血糖とインスリンレベル(これはタイプ2の糖尿病に関係する)の増加が起こり、一方RSは食品のグリセミック・インデックスを低下する。この点で、SDSとRS区分の低下したデンプン消化性は、明らかにグリセミック及びインスリン反応の調整に貢献する。RSは一般にデンプンあるいはデンプン分解製品と定義され、健康な人の小腸では吸収されないで、しかし多分(一部は)大腸の微生物によって発酵されるのだろう。これは食物繊維の定義と一致するので、ここでRSは食物繊維成分である。RSの大便重量増加への効果は控え目かもしれないが、RSの発酵は酪酸の高生成を与え、それがホスト(大腸)の健康に価値ある生理的インパクトを持つと知られている。いくつかのタイプがあり、その分解を妨げるメカニズムによって区別される。Iは生理的に分解酵素に受け入れられず、例えばそれは細胞中に含まれているためである。ため酵素の感受性が低いのである。IIIは老化あるいは再構成したデンプンで、分解できない(結晶)区分からなる。タイプIVは化学的にあるいは熱的に修正したデンプンからなり、α-(1,4)、及びα-(1,6)-結合とは違う置換基の存在、あるいは他のグルコシド結合形成によるため分解性が低下する。IIIは多くのデンプン含有食品中にあり、そこでは食品調製(加熱、冷却)に続いてデンプン老化・再構成により形成される。IIIは一般にはα--(1,4)-グルカンの結晶構造に並んだ短鎖切片の関連アミロースであると考えられている。食品中のRSレベルと特徴は、デンプンのタイプ(ワキシー、平常、高アミロース)、加工条件(例えば温度、貯蔵時間)、及び他の成分の存在(たとえば、脂質)に影響される。IIIの高レベルは、デンプンが高濃度の結晶/二重ラセン構造形成(約25グルコース残基)するのに十分な長さのポリマー分子を含み、好ましい結晶化条件(時間--温度、脂質なし)になった時に期待される。この点で高アミロースデンプンはRSの生産に好ましい。IIIの生産は、デンプンの糊化/分散に続く老化/再合成でされる。このプロセスは一部酵素分解に結びつく。RS形成後、α--アミラーゼによる加水分解は非難消化性材料の除去によりRSの比率増加を増やし、そしてRSを分離する。一部デンプン分解が老化/結晶化ステップ前に起こると分子の再結合のためにポリマーの移動が増加する。RSタイプIII生産に枝切り酵素の利用が科学、パテント文献中に良く述べられている。アミロペクチンは、アミロース結晶化やアミロペクチンの枝切りの妨害するので、ここでその除去するとアミロース結晶化の強化が起こる。糊化したワキシデンプンのプルラナーゼによる枝切りとその老化/結晶化は、低DP(DP<40)の直鎖グルコース鎖を有するRSを作る。