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生体変換とは、単一の化学化合物または化学化合物の混合物の生化学的修飾のことです。生体変換は、全細胞、その溶解物、または精製酵素を用いて行うことができます。[ 1 ] [ 2 ] 近年、生体変換は精製酵素を用いて行われることが増えています。主要な産業や救命技術は、生体変換に依存しています。[ 3 ] [ 4 ]
従来の化学物質製造と比較して、バイオ変換は選択性が高く、望ましくない副産物の同時生成を抑制できるため、魅力的な場合が多い。一般的に水溶液中で穏やかな温度と圧力で行われるため、多くのバイオ変換は「グリーン」である。触媒、すなわち酵素は、遺伝子操作によって改良することができる。[ 5 ]
バイオテクノロジーは通常、基質範囲によって制約を受ける。例えば、石油化学製品は、特に燃料などの用途に必要な規模では、バイオ変換に適さないことが多い。バイオ変換は時間がかかる場合があり、反応速度を上げるために従来の化学合成で用いられる高温とは相性が悪いことが多い。酵素は一般的に100℃未満でしか安定せず、通常はそれよりもはるかに低い温度でしか安定しない。酵素は他の触媒と同様に毒性がある。場合によっては、固定化酵素 を使用することで、性能やリサイクル性を向上させることができる。
ワインやビールの製造は、古代から行われてきた生物変換の例です。酢は古くから発酵によって製造されており、エタノールを酢酸に酸化させる過程を経て作られます。 チーズ製造は伝統的に、乳製品の原料を微生物によって変換する技術です。 ヨーグルトは、加熱処理した牛乳にストレプトコッカス・サーモフィルスやラクトバチルス・ブルガリクスなどの微生物を接種して作られます。
ペニシリンやセファロスポリンなどのβ-ラクタム系抗生物質は、数十億ドル規模の産業で生物変換によって生産されています。プロセスは最大60,000ガロンの容量の容器で行われます。糖類、メチオニン、アンモニウム塩がC、S、N源として使用されます。遺伝子組み換えペニシリウム・クリソゲナムがペニシリン生産に利用されています。[ 6 ]
高果糖コーンシロップは、コーンスターチの生物変換によって生成され、コーンスターチはグルコースとフルクトースの混合物に変換されます。グルコアミラーゼは、このプロセスで使用される酵素の1つです。[ 7 ]
シクロデキストリンはトランスフェラーゼによって生成される。
アミノ酸は、トランスアミナーゼを用いて工業的に生産される場合がある。また、ペプチダーゼを用いたペプチドの生体内変換によって得られる場合もある。
アクリロニトリルと水を基質として、ニトリルヒドラターゼ酵素を用いて、貴重なモノマーであるアクリルアミドを製造する。