该研究小组包括大阪大学工程科学研究生院研究生田畑丰（博士生三年级）和米乐m6官方网站生物过程研究部太阳能化学研究中心的 Shuji Nakanishi 教授。通过与环境生物功能开发研究组高级研究员加藤宗一郎和丰田中央研究所高级研究员（兼任太阳能化学研究中心特聘教授）长谷阳子的共同研究，我们在世界上首次成功构建了在中性条件下化学合成“生物可以食用的糖”的催化工艺。
葡萄糖和果糖等糖类作为支持人类粮食生产的关键物质以及作为化学品生物生产技术的底物极其重要。一般来说，糖是水和CO2通过光合作用产生作为原料。然而，通过光合作用或农业大规模生产糖需要大量的水、养分（磷、氮等）和大面积的土地。行星边界※1的角度来看，对其供应的可持续性存在担忧。
这次研究组将研究钨酸钠等金属含氧酸※2我们发现盐在中性条件下充当糖合成催化剂。研究还表明，化学合成糖可以被微生物同化，这意味着它们可以被生物体食用，并可以用作生物生产的原材料。糖的化学合成至少比光合作用快数百倍，并且几乎不需要水或营养物质。因此，在未来，这项技术将2作为原材料，并为进一步扩大环保生物生产技术做出贡献。
该研究成果由英国皇家化学学会发表化学科学在杂志上发表之前，它于 2023 年 10 月 9 日作为已接受的手稿发表。
DOI：https://doiorg/101039/D3SC03377E
图 1 研究概念说明（与传统流程比较）
图2 使用化学合成糖进行微生物培养。 (a) 化学合成糖的 HPLC 色谱图。 A-D 中的主要糖被微生物消耗。 (b) 微生物生长曲线。添加化学合成糖显着促进微生物的生长。 （根据论文数据编辑的图）
葡萄糖等天然糖是支持包括人类在内的许多生物活动的最基本底物。糖是水和CO2通过光合作用产生作为原料。近年来，随着粮食需求的增加和生物质利用技术的扩展，人们越来越关注糖供应的可持续性。另一方面，关于糖的化学合成，人们早就知道，当甲醛（HCHO）水溶液在碱性条件下加热时，会发生以HCHO为起始的羰基化合物的羟醛缩合、逆羟醛裂解和异构化反应的复杂交织，导致形成以糖为主要化学物质的复杂混合物。这个反应是形成反应※3，曾一度作为人工糖合成途径而受到关注。但是，在基本条件下，坎尼扎罗反应※4和所产生的糖的氧化分解同时发生，原则上不能期望糖产量的提高。
在此背景下，中西教授的研究小组以进行类似反应的生物酶系统为模型，寻找能够在中性条件下进行甲糖反应并抑制副反应的催化剂材料（详细信息请参阅论文）。结果，他们发现钨酸钠和钼酸钠等金属含氧酸盐在中性条件下可以作为非天然糖生产的催化剂，并且正如最初预期的那样，它们通过抑制副反应大大提高了糖的生产效率。此外，据透露，通过这种催化过程合成的糖可以被微生物同化（可食用），即使它们在自然界中并不存在。
根据这项研究的结果，我们可以看到“随时随地、高速”获得生物可利用糖的未来社会的到来。未来，预计将在以糖为原料的生物领域带来游戏规则的改变，例如生物化学品、生物燃料和食品的生产，以及新生物产业的创建。
特别说明
该研究成果由英国皇家化学学会发表化学科学在杂志上发表之前，它于 2023 年 10 月 9 日作为已接受的手稿发表。
标题：“在中性介质中构建自催化反应循环，用于合成维持生命的糖”
作者姓名：Hiro Tabata、Genta Chikatani、Hiroaki Nishijima、Takashi Harada、Rika Miyake、Souichiro Kato、Kensuke Igarashi、Yoshiharu Mukouyama、Soichi Shirai、Minoru Waki、Yoko Hase、Shuji Nakanishi
DOI：https://doiorg/101039/D3SC03377E
本研究的部分成果发表在日本科学技术振兴机构未来社会创建项目（JPMJMI22E，研究主任：Shuji Nakanishi）、科学研究挑战研究补助金（Moe）（19K22232，首席研究员：Shuji Nakanishi）和科学研究补助金（22J10537，负责人）调查员：田端浩）。