NMRによるアルコール発酵のリアルタイムモニタリング

当社で導入しているリアルタイムモニタリングNMRのシステムを紹介します。
反応溶液を、反応容器と核磁気共鳴分析装置（NMR）の間で循環させることにより、反応過程をNMRにてリアルタイムモニタリングすることが出来ます（図1）。また本法は、NMRを用いていることから、他の分析装置を用いたリアルタイムモニタリングと比較し、下記の特長があります。

図1：リアルタイムモニタリングNMRの装置構成（Bruker Japan製 InsightMRを使用）

事例として、イースト菌によるグルコースのアルコール発酵の過程をモニタリングした結果を紹介します。反応液の¹H-NMRスペクトルから、時間経過とともに原料のグルコースのシグナルが減少し、エタノール由来のエチル基のシグナルが発生していることが分かります（図2）。

（図2及び図3にて、各色のシグナルに着目）

図2：アルコール発酵のリアルタイムモニタリングNMR結果（¹H-NMRスペクトル積み重ね）

α-グルコース（CH）及びエタノール（CH₃、CH₂）のシグナルの積分値をプロットした結果を下記に示します。この結果から、このアルコール発酵の終点は、40時間付近であることが分かりました。また、積分値から各成分のモル比に換算*1した結果、今回の反応条件下においては、初期のグルコース（原料）に対し、約1モル当量のエタノール（生成物）が生成したということが分かりました。

*1：初期のグルコース量を1とした。α-グルコース／β-グルコース＝38／62と仮定。

図3：アルコール発酵のリアルタイムモニタリングNMR結果（積分値、モル比）

以上のように、リアルタイムモニタリングNMRは、反応の進行具合、生成物の構造確認、原料と生成物のモル比等を確認する手法として、非常に有効です。本システムは、今後、幅広い分野（医薬品、食品、化粧品、水質、天然物、等）で、様々な評価（溶解、発酵、劣化、浄化、等）に適用できると考えております。