AIST 的第一项专利出口为生物技术铺平了道路

2008/10/01

用红薯生产天然甜味剂

一种与我们的饮食密切相关的天然甜味剂。糖的种类多种多样，包括蔗糖（糖的主要成分）、麦芽糖（西瓜的主要成分）、果糖（水果和蜂蜜中含量丰富）以及葡萄糖（也用于医疗用途）。现在很多人可能不理解，但曾经有一段时间，糖果被认为是奢侈品。
首先，糖是由甘蔗和甜菜制成的，只能在北海道和冲绳等有限的地区种植，因此国内生产有限。直到 20 世纪 60 年代，日本的大部分消费都依赖进口，导致食糖极其昂贵。另一方面，国家为了缓解战后粮食短缺而大力种植红薯，导致当时红薯大量过剩。利用丰收的红薯是否有可能制造出一种天然甜味剂来替代昂贵的糖？1962年，日本各部委开始竞相研发天然甜味剂。

将葡萄糖转化为果糖的酶

当时，用红薯淀粉生产葡萄糖的技术已经建立。然而，葡萄糖仅比糖甜约 60-70%。另一方面，果糖是所有天然甜味剂中最甜的，其甜度，特别是在低温下，是糖的17倍。挑战是如何将葡萄糖转化为果糖。
在AIST（当时的发酵研究所）从事发酵研究的高崎义行博士领导的小组致力于开发将葡萄糖异构化为果糖（异构化）的方法，并采用了使用微生物酶“葡萄糖异构酶”的方法。
葡萄糖异构酶是一种由称为放线菌的细菌从植物中发现的称为木聚糖的物质产生的酶。通过将这种葡萄糖异构酶添加到温度和pH（氢离子指数）已调整的葡萄糖溶液中并发生化学反应，50%的葡萄糖转化为果糖，从而产生“高果糖（高果糖）液体糖”。

经济制造方法引起世界关注

1965年，发酵研究所获得了一项专利，该专利成为葡萄糖异构酶生产方法的基础。到1970年，我们已获得四项相关专利，并建立了本厂生产异构糖浆的基本方法。这种利用葡萄糖异构酶异构化葡萄糖的方法是一种非常经济的方法。木聚糖是生产葡萄糖异构酶所必需的，在通常被丢弃的原材料中大量存在，例如大米、麦秆和麦麸，放线菌也生活在土壤中。这是因为甘薯也可以大量生产葡萄糖。
美国公司最先注意到这种方法。当时，由于古巴导弹危机，国际糖价飞涨，需要替代甜味剂。 1966 年，AIST（当时的工业科学技术局）与美国一家主要食品制造商签署了一份合同。从这份原通产省第一份专利出口合同开始，我们陆续与世界各地的生产商签订合同，国内酶生产商纷纷效仿，导致使用葡萄糖异构酶的高果糖玉米糖浆产量急剧增长。

异构高果糖，生物科技的先驱

利用葡萄糖异构酶的异构化高果糖生产技术为AIST带来了总计14亿日元的专利使用费，其中在1975年左右的高峰期创下了超过3亿日元的专利使用费。这一记录至今仍位居AIST专利使用费收入榜首。
如今，由于健康意识的普及，低糖甜味剂层出不穷，高果糖玉米糖浆确实不再是天然甜味剂的中流砥柱。然而，即使在今天，高果糖玉米糖浆的产量仍占世界糖产量的 10% 以上，并用于各种食品中，丰富了我们的饮食。
产业技术研究院首创的异构化高果糖生产技术。可以毫不夸张地说，原本在酿造和发酵科学框架内利用的技术演变成酶利用工程，带来了巨大的商机，并成为再生医学和药物发现科学等生物技术发展的基础，这些都是现代的关键技术。