没想到植物废料中生产氨基酸!

氨基酸是生命必不可少的。它们是蛋白质生物合成的基础,并具有广泛的工业应用,包括用于人类食品,动物饲料以及可生物降解的塑料,化妆品和药品的前体。

由新加坡国立大学化学与生物分子工程系副教授严宁领导的国际研究团队开发了一种新的可持续化学方法,可以从木质生物质衍生物中生产一系列氨基酸。

氨基酸批量生产的局限性

氨基酸具有复杂的化学结构,它们主要是通过微生物培养过程(例如发酵)生产的,该过程成本高昂,耗时且需要大量分离过程。

迄今为止,开发有效的化学方法以将丰富且可再生的起始原料转化为氨基酸的方法在很大程度上还没有成功。当前生产氨基酸的常规化学方法采用剧毒的氮化合物(氰化物)和不可再生的有机化合物(醛)。

氨基酸化学合成方面的突破

由NUS领导的研究小组开发了一种新颖的化学方法,可以从农业废弃物中的木质生物质衍生物(例如草,稻草和木片)快速生产氨基酸。

这种新方法需要在反应器容器中将碱从植物基生物质衍生的葡萄糖分解为乳酸,并将其保持在室温下。

然后在由严教授的团队创造的合成催化剂的帮助下,产生的乳酸在493开尔文(约220摄氏度)下转化为氨基酸。

使用研究小组的创新化学系统,可以在几个小时内将大约40%的提取葡萄糖转化为氨基酸。然后使用膜蒸馏纯化所得的富含氨基酸的溶液。

虽然每次只能产生一个氨基酸,但新系统能够产生至少六种类型的氨基酸,包括亮氨酸,丙氨酸,天冬氨酸和苯丙氨酸。

例如,亮氨酸是人体中蛋白质合成和各种代谢功能所必需的氨基酸。但是,它不能由人体自然产生,必须从某些富含蛋白质的食物和饮食中获得。

亮氨酸补充剂可以刺激肌肉生长,并有助于防止肌肉随着年龄的增长而退化。

“我们的化学方法潜在地优于微生物培养过程。坚固的系统能够产生高质量的氨基酸,与传统微生物培养过程产生的氨基酸相当。

重要的是,我们的系统具有进一步转化所有葡萄糖的潜力在反应器中的氨基酸产率高达100%。由于微生物或细菌的生长需要消耗大量的葡萄糖,因此在微生物培养过程中是不可能的。”

“我们设想依靠氨基酸的农民和行业将从我们的突破中获得最大收益。我们新的氨基酸生产化学方法要快得多,并且比当前的微生物培养过程更稳定和可持续。

我们不需要依靠对于需要严格无菌条件才能将葡萄糖长时间转化为氨基酸的微生物或细菌,我们可以将农业废弃物用作廉价且可持续的原材料。

此外,提取葡萄糖后残留的木质生物质可以进一步利用加工成纸浆和纸张等产品。”严教授补充说。

后续步骤:从化学角度革新氨基酸生产

严教授和他的团队目前正在进一步优化和测试该系统,以开发出更多具有很高行业需求的氨基酸。严教授还正在研究另一个项目,该项目研究将基于植物的生物质直接转化为高价值的氨基酸。

例如酪氨酸和L-DOPA。酪氨酸和L-DOPA是多巴胺和肾上腺素等神经递质的前体,它们在人体交感神经系统中起重要作用。它们可用于治疗帕金森氏病等。

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2020-4-17 10:50:40

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