食卓砂糖やショ糖に代わる、健康的で手頃な価格の代替品を見つける際の最大のハードルの 1 つは、それを作ることができるかどうかです。そのような代替品の 1 つがアルロースです。アルロースはスクロースの約 70% の甘さがありますが、カロリーはわずか 10% であり、血糖値を改善し、2 型糖尿病患者の体重減少を助けることが示されています。しかし、現在の製造方法は収量が低く、品質が低いことで知られており、その開発が妨げられてきました。
今回、カリフォルニア大学デービス校 (UCDavis) の科学者らは、高品質の収量を実現し、実行可能で拡張性のある方法を使用して、アルロースを実行可能でより健康的な砂糖の代替品とすることで、アルロースの生産における「大きな進歩」を達成しました。この方法は、セルロースの現在の調達方法を書き換え、セルロースの商業生産を迅速に促進することもできます。
カリフォルニア大学デービス校の渥美翔太教授（化学）は「セルロースは砂糖の優れた代替品だが、費用対効果の高い製造方法がまだない」と語る。 「私たちの新しい方法は効率的で費用対効果が高く、商業生産に向けてスケールアップすることができます。」
アルロース (D-玄米糖としても知られる) は、小麦、イチジク、レーズンなど、ごく少数の植物性食品に微量のみ天然に含まれるため、希少糖とみなされます。抽出すると、スクロースの食感と味が得られ、スクロースは 1 グラムあたり 4 カロリーですが、1 グラムあたりわずか 0.4 カロリーです。それは単糖類、つまり単一の糖分子であるため、人体内では非常に異なるプロセスを経ます。約70％は小腸で吸収され、24時間以内に尿中に排泄されます。残りは大腸の経路を通って約48時間で排泄されます。したがって、アルロースは血糖値やインスリンレベルに影響を与えません。
現在、酵素 D-タガトース-3-エピメラーゼ (DTEase) (DTEase) および D-プシコース-3-エピメラーゼ (DPEase) は、プシコースを抽出し、フルクトースからの変換を触媒するために使用されていますが、このプロセスの限界により、収率は最大でも 50% にしか達せず、純度は非常に低くなります。
カリフォルニア大学デービス校の科学者らは、これらの酵素の生産量を増やそうとする代わりに、糖を完全に生産する別の方法を見つけることに目を向けた。彼らは、一般的な腸内細菌である大腸菌（E. coli）でこの方法を発見しました。
研究チームは火星高等研究所と協力し、細胞にグルコースが与えられるとそれがプシコースに変換されるように微生物の代謝プロセスを編集した。その結果、収率はすぐに 62% に達しました (そして重要なことに、純度は 95% を超えました)。
「磁束の方向が変更されると、細胞には必要なものがすべて揃っていることがわかります。必要なのはスイッチをオンにするだけで、不要な経路はオフになります」と渥美氏は語った。
基本的に、大腸菌はグルコースからオーリンノースを生成する適切な経路を自然に備えており、科学者たちは特定の代謝結果にスイッチを入れるために設計を微調整しました。この新しい方法はプシコースを生産するだけでなく、持続可能でコスト効率が高く、既存のインフラストラクチャーと生化学技術を使用して生産をスケールアップすることができます。
「全細胞触媒の技術とインフラはすでに産業的に確立されており、商業的な食品生産と競合しない原料をモデル生物である大腸菌に提供できる」と研究者らは論文で述べている。 「希少糖のバッチ生産能力は、超加工食品に代わる低カロリーの砂糖を提供し、それによって世界中で増加する肥満率への対処に役立ちます。また、希少糖の生産量の増加は、農業産業に持続可能な農薬を提供し、製薬産業に薬効のある単糖を提供します。」
また、改変された大腸菌は、供給されたグルコースをすべて食い尽くすため、純度を向上させるために下流での作業はほとんど必要なく、これにより、現在の製造方法における別の問題が解決されます。
この研究は雑誌『Nature's Science of Food』に掲載された。