Forskerteamets pionerer hurtigere, billigere og grønnere måde at producere aminosyrer fra plantebaseret affald

Et internationalt forskerteam ledet af adjunkt Yan Ning, som er fra Institut for Kemisk og Biomolekylær Teknik ved National University of Singapore (NUS), har udviklet en ny bæredygtig kemisk tilgang til at producere en række aminosyrer fra træagtige biomasserivater. Værket er et samarbejde med professor Wang Yes forskningsgruppe ved Xiamen University, sammen med forskere fra Kyoto University i Japan, King Abdullah University of Science and Technology i Saudi -Arabien, National Renewable Energy Laboratory i USA og Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques i Schweiz.

Aminosyrer er afgørende for livet. De er byggestenene for proteinbiosyntese og har omfattende industrielle anvendelser, herunder at blive brugt i mad til mennesker, i dyrefoder, og som forstadier til bionedbrydeligt plast, kosmetik, og farmaceutiske produkter.

Begrænsninger i masseproduktion af aminosyrer

Aminosyrer har komplekse kemiske strukturer, og de produceres primært gennem mikrobielle dyrkningsprocesser som gæring, som er dyre, tidskrævende og kræver omfattende separationsprocesser.

Udviklingen af ​​effektive kemiske metoder til at omdanne rigeligt og vedvarende udgangsmateriale til aminosyrer har også stort set været uden succes til dato. Den nuværende konventionelle kemiske fremgangsmåde til fremstilling af aminosyrer anvender meget giftige kemiske forbindelser (cyanider) som nitrogenkilder og ikke-fornyelige organiske forbindelser (aldehyder).

Gennembrud i kemisk syntese af aminosyrer

Det NUS-ledede forskerhold har udviklet en ny kemisk tilgang, der hurtigt kan producere aminosyrer fra træagtige biomasserivater som græs, halm og flis fra landbrugsaffald.

Denne nye metode indebærer nedbrydning af glukose fra den plantebaserede biomasse til mælkesyre ved hjælp af en base i en reaktorbeholder, der holdes ved stuetemperatur. Den producerede mælkesyre omdannes derefter til en aminosyre ved 493 Kelvin (ca. 220 Celsius) ved hjælp af en syntetisk katalysator, der er skabt af Asst Prof Yans team. Ved hjælp af forskerholdets innovative kemiske system, omkring 40 procent af den ekstraherede glukose kan omdannes til aminosyrer på få timer. Den resulterende aminosyrerige opløsning oprenses derefter ved hjælp af membrandestillation.

Selvom der kun kan produceres en aminosyre hver gang, det nye system er i stand til at producere mindst seks typer aminosyrer, herunder leucin, alanin, asparaginsyre og phenylalanin. Leucine, for eksempel, er en essentiel aminosyre til proteinsyntese og forskellige metaboliske funktioner i kroppen. Imidlertid, det kan ikke naturligt produceres af menneskekroppen og skal hentes fra nogle proteinrige fødevarer og diætkilder. Leucintilskud kan stimulere muskelvækst og hjælpe med at forhindre forringelse af muskler med alderen.

"Vores kemiske tilgang er potentielt bedre end mikrobielle dyrkningsprocesser. Det robuste system er i stand til at producere aminosyrer af høj kvalitet, sammenlignelig med dem, der produceres ved konventionelle mikrobielle dyrkningsprocesser. Vigtigere, vores system har yderligere potentiale til fuldstændigt at omdanne al glukosen i reaktoren og opnå et aminosyreudbytte så højt som 100 procent. Dette er ikke muligt for mikrobielle dyrkningsprocesser, fordi der forbruges en betydelig mængde glucose til vækst af mikroorganismer eller bakterier, "forklarede prof. Yan.

"Vi forestiller os landmænd og industrier, der er afhængige af, at aminosyrer får størst udbytte af vores gennembrud. Vores nye kemiske metode til produktion af aminosyrer er meget hurtigere, og den er også mere stabil og bæredygtig end de nuværende mikrobielle dyrkningsprocesser. Vi behøver ikke at stole på mikroorganismer eller bakterier, der kræver strenge sterile betingelser for langvarig omdannelse af glukose til aminosyrer, og vi kan bruge landbrugsaffald som en form for billigt og bæredygtigt udgangsråmateriale. I øvrigt, den resterende træagtige biomasse, der efterlades efter glukoseekstraktionen, kan videreforarbejdes til produkter som papirmasse og papir, "Tilføjede prof. Yan.

Næste trin:Revolutionering af aminosyreproduktion, kemisk

Asst prof. Yan og hans team er i øjeblikket ved at optimere og teste systemet for at udvikle endnu flere sorter af aminosyrer, der er meget efterspurgte i industrien. Asst prof. Yan arbejder også på et andet projekt, der undersøger den direkte konvertering af plantebaseret biomasse til aminosyrer af høj værdi, såsom tyrosin og L-DOPA. Tyrosin og L-DOPA er forstadier til neurotransmittere som dopamin og adrenalin, som spiller en vigtig rolle i kroppens sympatiske nervesystem. De kan bruges til behandling af Parkinsons sygdom, blandt andre applikationer.