アミロペクチン

アミロペクチン

識別子
CAS番号	9037-22-3 はい
ケムスパイダー	なし
ECHA 情報カード	100.029.907
EC番号	232-911-6
ケッグ	C00317
パブケム CID	439207
ユニ	4XO4QFV777 はい
CompTox ダッシュボード ( EPA )	DTXSID1093880
プロパティ
化学式	[C 6 H 10 O 5 ]n
モル質量	変数
外観	白い粉
水への溶解度	不溶性
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。 いいえ 確認する （何ですか  ？） はいいいえ インフォボックス参照

アミロペクチン（英: amylopectin / ˌ æ m ɪ l oʊ ˈ p ɛ k t ɪ n /）は、植物に含まれるα-グルコース単位の非水溶性^{[1] [2]} 多糖類および高度に分岐したポリマーである。これはデンプンの2つの成分のうちの1つであり、もう1つはアミロースである。

植物はアミロプラストと呼ばれる特殊な細胞小器官の中にデンプンを蓄えます。エネルギーを生成するために、植物はデンプンを加水分解し、グルコースサブユニットを放出します。植物性食品を食べる人間や他の動物も、アミロペクチンの分解を助ける酵素であるアミラーゼを使ってデンプンの加水分解を開始します。^[3]

デンプンは重量の約 70～80% がアミロペクチンでできていますが、これは原料によって異なります。たとえば、長粒種米、アミロメイズ、ラ​​セットジャガイモでは含有量が低く、もち米、ワキシーポテトスターチ、ワキシーコーンでは 100% です。アミロペクチンは高度に分岐しており、2,000～200,000 個のグルコース単位で構成されています。その内部鎖は 20～24 個のグルコースサブユニットで構成されています。

溶解したアミロペクチンデンプンは、保存中および冷却中に老化（調理後の部分的な再結晶化、老化プロセスの一部）する傾向が低くなります。この主な理由から、ワキシーデンプンは主に増粘剤または安定剤としてさまざまな用途に使用されます。

アミロペクチンはデンプンの最終構成の結晶化における重要な成分であり、^{[4] [5] [6]}最終質量の70～80%を占めます。^[7] α-グルコースで構成され、この構造指標と連動してエネルギー貯蔵の主要な尺度として植物に形成されます。

アミロペクチンは、直鎖と、さらに分岐する可能性のある多数の側鎖を持っています。グルコース単位は、α(1→4)グリコシド結合で直線的に結合しています。分岐は通常、25残基間隔で発生します。側鎖の起源の場所で発生する分岐は、α(1→6)グリコシド結合を持ち、酵素が付着できる多くの末端点を持つため、迅速に分解できる可溶性分子になります。Wolform と Thompson (1956) も、アミロペクチンの場合に α(1→3)結合を報告しています。アミロペクチンには、200 ～ 1000 個の α-グルコース単位を含むアミロースと比較して、より多くのグルコース単位 (2000 ～ 200,000) が含まれています。対照的に、アミロースには α(1→6) 結合がほとんど含まれないか、まったく含まれていないこともあります。これによりアミロースの加水分解は遅くなりますが、密度と不溶性も高くなります。^[8]

アミロペクチンは、α-グルコースのA鎖とB鎖に分かれています。A鎖は他の鎖を持たず、最終的に末端となる鎖ですが、B鎖は他の鎖を持ち、アミロペクチンポリマーを永続させる鎖です。これらの比率は通常0.8～1.4です。^{[9] [10]}

鎖構造の形成は、ポリマー全体の強度に直接影響を及ぼします。鎖が長いほど、アミロペクチンがデンプンの形態に及ぼす影響は異なります。鎖のパッキング、ブロック間鎖長 (IB-CL) も、デンプン粒の糊化温度に直接的なプラスの影響を与えることが相関しています。同時に、B鎖の長さが長くなると IB-CL も長くなります。つまり、個々のB鎖の長さが長くなると、他の鎖との接続間のブロックも長くなります。最後に、一般的に、結果として得られるアミロペクチン分子がより密に詰まるほど、デンプンゲルの強度は全体として高くなります。^[11]

デンプンは、アミロペクチンの密度と強度の相関関係を利用して、最終的なデンプン構造の基礎となる高密度で強固なレンガを形成します。デンプン中のアミロペクチンはらせん状に形成され、六角形構造を構成します。この六角形構造は、その後、A型（穀物）デンプンとB型（高アミロース、管状）デンプンに分化します。構造的には、A型はよりコンパクトで、B型はより緩いため、アミロースの濃度が高くなります。^[12]

アミロペクチンの分類は、1716年にアントニー・ファン・レーウェンフックがデンプンを初めて観察したことから始まりました。レーウェンフックはデンプンを2つの基本的な構造成分に分類しました。^{[13] [14]}

アミロースとアミロペクチンという用語は、1906年にフランスの研究者マケネとルーがデンプンの研究中に初めて造語された。彼らは、これらの関連物質の混合と麦芽エキスによる糖化の程度の違いによってデンプンの特性が変化すると説明した。 ^{[15] [14]}それ以来、1940年代を通じて、分別沈殿法や酵素法など、さまざまな分離法が研究の焦点となった。^{[14] [16]}これにより、マイヤーによるアミロースの定義が生まれ、「アミロペクチンという名前は、β-アミラーゼによってデキストリン残留段階までしか分解されない分岐分子である炭水化物に限定される」ようになった。^{[14] [17]}マイヤーは、アミロペクチンの樹木のような構造モデルも提案した。^[16]

現在受け入れられている構造モデルは、1972年に二重らせん構造のクラスター組織に基づいて提案されました。^[16]それ以来、2012年にベルトフトBBモデルやビルディングブロックとバックボーンモデルなどの他のモデルが提案されました。このモデルは、短い鎖が構造ビルディングブロックであり、長い鎖がビルディングブロックを運ぶバックボーンであり、異なる長さの鎖は位置と伸長方向によって分離されていると主張しています^{[16] [18]}

アミロペクチンの生成と分解は、生物の代謝プロセスにとって重要です。アミロペクチンはデンプンの2つの主要成分の1つであり、デンプンはエネルギーを貯蔵するのに適した分子です。このため、ほとんどの植物とシアノバクテリアで合成され、分解されます。実際、アミロペクチンは、より多くのグルコース単位を貯蔵できるため、動物のエネルギー貯蔵分子であるグリコーゲンに匹敵するようです。^{[19] [20]}

アミロペクチンの合成は4つの異なる酵素の複合的な働きに依存します。これらの4つの異なる酵素は次のとおりです: ^{[16] [19] [21]}

1. ADPグルコースピロホスホリラーゼ（AGPase）
2. 可溶性デンプン合成酵素（SS）
3. デンプン分岐酵素（BE）
4. デンプン脱分岐酵素（DBE）

アミロペクチンはα(1→4)グリコシド結合によって合成される。アミロペクチンの広範な分岐（α(1→6)グリコシド結合）はBEによって開始され、これがアミロースとアミロペクチンを区別するものである。DBEは、この合成プロセス中にこれらの分岐の分布を制御するためにも必要である。^{[19] [22]}

アミロペクチンの分解は、動物や人間のデンプンの分解と関連して研究されてきました。デンプンは主にアミロペクチンとアミロースで構成されていますが、アミロペクチンの方が分解されやすいことが分かっています。その理由は、アミロペクチンが高度に分岐しており、これらの分岐が消化酵素に利用されやすいためであると考えられます。対照的に、アミロースはらせん構造を形成し、水素結合を含む傾向があります。^[23]

デンプンの分解は、以下の3つの酵素に依存しています。^{[16] [19] [21]}

1. アルファ、ベータアミラーゼ
2. ホスホリラーゼ
3. デンプン脱分岐酵素（DBE）

アミロペクチンの合成と分解に関与する酵素には、タンパク質や他の酵素と異なる関係を示すアイソフォームがあります。たとえば、SS（デンプン合成酵素）には多くのバージョンがあります。3番目のアイソフォーム（SS-III）にも2つの異なるバージョンがあります。SS-IとSS-IIはどちらもアミロペクチンの枝分かれ鎖を伸ばす役割を果たしていると考えられています。^[21] SS-IVはデンプン粒クラスターの葉のような構造にも関与していると考えられています。^[24]

アミロペクチンは人間の食事で最も一般的な炭水化物であり、多くの主食に含まれています。世界中で摂取されるアミロペクチンの主なデンプン源は、米、小麦、トウモロコシなどの穀類と、ジャガイモやキャッサバなどの根菜です。^[25]調理すると、デンプン中のアミロペクチンは、非常に異なる栄養的および機能的特性を持つ、容易に利用できるグルコース鎖に変換されます。^{[26]高温で調理すると、アミロペクチンから放出された糖が}メイラード反応を介してアミノ酸と反応し、終末糖化生成物（AGE）を形成し、食品に香り、風味、食感を与えます。^[27]

アミロース/アミロペクチン比、分子量、分子微細構造は、様々な種類のデンプンの物理化学的特性とエネルギー放出に影響を与え、^[28]人々が食物から摂取するカロリー数に影響を与えます。アミロペクチンは、このカロリー密度と筋肉タンパク質合成との相関関係から、トレーニングサプリメントとして使用されることもあります^{[29] [30]}

工業的には、アミロペクチンはコーンスターチなどの安定剤や増粘剤として使用されています。アミロペクチンは、その豊富さ、コスト効率、優れたフィルム形成能力のため、食用コーティングフィルムの開発にも広く使用されています。アミロペクチンベースのフィルムは、優れた光学特性、官能特性、ガスバリア性を備えていますが、機械的特性は劣っています。これらの制限を克服するために、フィルムの機械的特性と引張特性を改善するためにコバイオポリマーやその他の二次添加剤を添加するなど、多くの試みがなされてきました。アミロペクチンベースのフィルムの特性は、デンプンの種類、フィルム形成中の温度と時間、可塑剤、コバイオポリマー、保管条件など、多くの要因によって影響を受ける可能性があります。^[31]

歴史的に、繊維の糊付けにはデンプンが長年使用されてきました。デンプンの成分であるアミロペクチンはデンプンの老化や結晶の再配列を引き起こし、剛性を高めます。^[32]

この硬化効果は、印刷やプレスなどの繊維産業のいくつかのプロセスで使用され、長期間にわたって布地の形状を維持します。アミロペクチンは糸のサイズ剤としても使用され、織りの際の摩耗や破損から繊維を強化し保護します。^[33]

デンプンとアミロペクチンは接着剤の配合によく使用され^[34]、建設分野でのさらなる利用が検討されています^[35]。

アミロペクチンは、その生理学的要因、入手の容易さ、低コストのため、生物医学的用途での使用が増加しています。具体的には、アミロペクチンは天然多糖類として広く使用されているため、非常に有利な生化学的特性を持っています。これにより、体内の細胞や分子との生体適合性が高まります。また、アミロペクチンは、1,6 グリコシド結合による架橋性が高いため、高度に生分解されます。これらの結合は体内で簡単に分解され、分子量を減らしたり、特定の領域を露出させたり、特定の結合を臨床因子と相互作用させたりすることができます。アミロペクチンのさまざまな物理的、化学的、酵素的修飾方法も研究されています。これらは一般に、実施する研究分野に合わせて選択できる、強化された制御可能な特性を可能にします。臨床上、アミロペクチンの主な役割は、デンプンへの統合です。アミロペクチンの機能と構造は、アミロースや他の結合分子との統合に基づいています。これらの分子を分離し、アミロペクチンを単離することは研究者にとって非常に困難です。^[36]

薬物送達とは、薬物を体内の所定の部位に送達し、薬物を放出および吸収させるために使用される技術を指します。投与経路、代謝、特定の標的部位、および毒性に関する原則は、この分野で最も重要です。経口投与される薬物は、通常、免疫反応および生物学的反応から薬物を保護するために、何らかの構造でカプセル化されています。これらの構造は、薬物を作用部位まで無傷に保ち、特定のマーカーにさらされたときに適切な用量で放出することを目的としています。トウモロコシやジャガイモのデンプンは、60〜80％のアミロペクチンを含むため、この目的によく使用されます。これらは主に、粉末、顆粒、カプセル、および錠剤などの固形製剤に使用されます。天然の多糖類であるため、解剖学的構造や分子と互換性があります。これにより、薬物送達で非常に議論の多いトピックであるあらゆる種類の否定的な免疫反応が防止されます。^[37]デンプンの生分解性により、薬物を作用部位に到達するまで無傷に保つことができます。これにより、薬剤は消化器系などの低pHの状況を回避することができます。^[38]天然デンプンは、物理的、化学的、酵素的な方法で修飾して、機械的または生化学的特性を改善することもできます。薬物送達において、物理的修飾には、機械的な力、熱、または圧力下での処理が含まれます。化学的修飾は、結合の破壊または追加を含む分子構造の変更を試みます。デンプンを酵素で処理すると、水溶性が高まります。

組織工学は、損傷または感染した組織や臓器全体を置き換えたり改善したりできる機能的な構造物を生成することを目的としています。これらの構造物の多くは、移植部位の周囲に感染組織をもたらします。これらの材料をアミロペクチンでコーティングすると、この感染反応を軽減できます。アミロペクチンは主にこれらの構造物の周囲のコーティングとして使用され、免疫反応を防ぎます。アミロペクチンは天然の多糖類から直接得られるため、組織や細胞とよく融合します。ただし、アミロペクチンの機械的特性は、その高レベルの架橋のため最適ではありません。これは、アミロペクチン繊維を形成するか、別のより硬いポリマーとナノ複合材料を形成することで回避できます。

アミロペクチンベースの繊維は、主に天然または改質デンプンをポリマー、可塑剤、架橋剤、またはその他の添加剤と混合することによって製造されてきた。ほとんどのアミロペクチンベースの繊維は電解湿式紡糸によって製造されているが、この方法はアミロペクチン含有量が65%未満のデンプンに適しており、デンプンのアミロペクチン含有量に敏感であることが実証されている。電解紡糸により、アミロペクチンが凝固してフィラメントを形成できる。繊維状のデンプンはより密度の高い材料を誘導し、デンプンの機械的特性を最適化することができる。^[39]生体材料中の繊維は、骨組織の修復と再生に適した環境として骨組織工学に使用することができる。天然の骨は、生きた細胞と生理活性分子を含む石灰化繊維の細胞外マトリックスで構成された複雑な複合材料である。その結果、生体材料ベースの足場における繊維の使用は、骨の機能的性能を再現するさまざまな機会を提供する。^[40]過去10年間で、織り、編み、編み込み、電界紡糸、直接書き込みなどの繊維ベースの技術が、3D組織構造物を作成するための有望なプラットフォームとして登場しました。^[41]

ナノサイエンスとナノテクノロジーは、生物医学用途のさまざまなハイブリッドおよび複合材料の開発技術として登場してきました。生物学における複合材料の開発にナノ材料が使用される場合、それらはバイオナノ複合材料と呼ばれます。バイオナノ複合材料は、組織工学において、人体の細胞、臓器、または部分を置換、サポート、または再生して正常に機能できるようにするために使用されています。

アミロペクチンベースのバイオナノ複合材料は、バイオナノ材料のもう1つの重要なクラスであり、生分解性で、熱可塑性デンプンよりも機械的特性、光学的透明性、熱安定性、バリア性が高くなっています。^[42]セルロースナノ結晶、ナノZnO、ナノクレイ、生分解性合成ポリマーなどの他のナノ材料と組み合わせて、デンプンは、制御された薬物放出、組織工学の足場、骨再生のためのセメントなど、さまざまな生物医学用途のバイオナノ複合材料の製造に最もよく使用される材料の1つです。^[43]アミロペクチンは通常、より高い弾性率と降伏強度を持つ合成ポリマーと組み合わせられます。これにより、デンプンは、骨、心臓、内皮組織に広く見られるより高い流体の流れと機械的力に耐えることができます。^[44]

• グリコーゲン症IV型
• アムフローラ、アミロペクチンを多く含み（アミロースが少ない）、血糖指数が高い遺伝子組み換えジャガイモ
• ワキシーコーンは、胚乳に25%のアミロースを含む通常のトウモロコシとは異なり、ほとんどがアミロペクチンで微量のアミロースを含む中国産トウモロコシです。

• 国際澱粉研究所