トレハロースの工業化

トレハロースα, α, 1, 1-グリコシド結合を持つ 2 つのグルコース分子からなる安定な非還元二糖類です。トレハロースはもともとライ麦の麦角菌から抽出され、その後、自然の動植物および微生物、特に菌類、藻類、コケおよび無脊椎動物に広く存在することが判明しました。トレハロースは白色の結晶で、トレハロースの分子には、水、氷酢酸、熱エタノールに可溶、エーテル、アセトンに不溶の 2 つの結晶水分子が含まれています。トレハロースは130℃に加熱すると結晶水を失い無水状態になります。
トレハロースは生物に対して魔法のような保護効果を持っています。高温、低温、高浸透圧、乾燥水分損失などの過酷な条件下で細胞表面に独特の保護膜を形成し、細胞、タンパク質分子、その他の不変の不活化を効果的に保護します。スクロースやグルコースなどの自然界の他の糖にはこの機能がないため、トレハロースは科学界では「生命の糖」としても知られています。
トレハロースは、下等なシダ、藻類、細菌、菌類、酵母、昆虫、無脊椎動物に広く存在し、特に酵母、カビ、その他の菌類では、その含有量が生物の乾燥重量の 20% にも達することがあります。それを抽出して利用する方法、さらには大規模な工業生産を実現する方法について、人々は多くの研究を行ってきました。

現在、トレハロースの調製方法には、化学合成、微生物抽出、微生物発酵、酵素合成、遺伝子工学などが含まれる。

微生物抽出法
トレハロースを含む酵母、乳酸菌、カビなどの微生物を抽出源とし、微生物の生育条件を変えることで、微生物の体内により多くのトレハロースを蓄積させ、適切な方法でトレハロースを抽出します。微生物抽出によるトレハロースは生産サイクルが長く、抽出率が低く、コストが高く、大規模な工業生産が困難である。

微生物発酵法
トレハロースは微生物発酵によって生成され、発酵ブロスから抽出および精製されます。重要なのは、突然変異誘発、細胞融合、遺伝子組換えによってトレハロース収量の高い株を選抜することです。日本の味の素株式会社では、アミノ酸生産菌の体外培養によりトレハロースを大量に生産し、工業生産を実現していますが、この方法では変換率が低く、副生成物も多く発生します。

酵素合成
グルコース、マルトース、デンプンを基質とする3つの方法があるが、エネルギー消費、ホスホリラーゼの不安定性などの問題があり、工業生産は困難である。

遺伝子工学
トレハロース合成酵素遺伝子を植物や微生物に導入することにより、微生物やトランスジェニック植物を操作してトレハロースを生産することができます。

化学合成
エチレンオキシド付加は、2,3,4,6-テトラアセチルグルコースと3,4,6-トリアセチル-1,2-デ水和物-d-グルコースとの間で形成される。このトレハロース調製方法の欠点は、収率が低いことと分離が難しいことであり、まだ研究段階にあります。