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» 2023年11月27日 11時00分 公開

新触媒プロセスにより、生物が食べられる糖の高速化学合成に成功研究開発の最前線

産業技術総合研究所は、生物が食べられる糖を中性条件下で高速化学合成する触媒プロセスの開発に成功した。地球環境に優しいバイオ生産技術の発展が期待される。

[MONOist]

 産業技術総合研究所は2023年11月8日、大阪大学および同大学付属太陽エネルギー化学研究センター、豊田中央研究所と共同で、生物が食べられる糖を中性条件下で高速化学合成する触媒プロセスの開発に成功したと発表した。

 糖の化学合成については、塩基性条件下においてホルムアルデヒド(HCHO)水溶液を加熱すると、ホルモース反応により、糖を主とする複雑な混合物ができることが確認されている。しかし、塩基性条件下では、カニッツァロ反応という副反応や生成した糖の酸化分解が起こるため、糖の収率向上に限界があった。

 共同研究グループは、副反応を抑えられる中性条件下において、ホルモース反応が進む触媒材料を調査した。その結果、タングステン酸ナトリウムやモリブデン酸ナトリウムなどの金属オキソ酸塩が中性条件下で触媒として機能し、副反応を抑制することで糖の生成効率が大幅に上昇することが分かった。加えて、この触媒プロセスで生成された糖は、自然界には存在しないが、微生物によって資化される(生物が食べられる)こと、バイオ生産における原料として使えることが確認できた。

キャプション 研究構想の説明図(従来プロセスとの比較)[クリックで拡大] 出所:産業技術総合研究所
キャプション 化学合成糖による微生物培養。(a)化学合成糖のHPLCクロマトグラム。A〜Dの主要な糖が微生物により消費された。(b)微生物の増殖曲線。化学合成糖を添加することで微生物の生育が大幅に促進された[クリックで拡大] 出所:産業技術総合研究所

 人類の食料生産に欠かせない基幹物質であり、また化学品のバイオ生産技術における重要な基質である糖は、一般的に水とCO2を原料として光合成によりつくられる。しかし、農業による光合成で大量の糖を生産するには、多くの水と栄養塩(リン、窒素など)、そして広大な土地が必要で、供給の持続性にも懸念がある。

 一方、糖の化学合成は、光合成と比べて数百倍と高速で、水や栄養塩をほとんど必要としない。そのため同技術は、CO2を原料として生物が食べられる糖を高速かつ現地で生産可能にし、環境に優しいバイオ生産技術のさらなる発展に貢献できる可能性がある。将来的に、バイオ化成品やバイオ燃料、食料の生産など、原料に糖を必要とするバイオ領域で新しい産業が展開されることが期待される。

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