Een internationaal team van onderzoekers onder leiding van universitair docent Yan Ning, die van het Department of Chemical and Biomolecular Engineering van de National University of Singapore (NUS) is, heeft een nieuwe duurzame chemische benadering ontwikkeld om een ​​reeks aminozuren te produceren uit houtachtige biomassaderivaten. Het werk is een samenwerking met de onderzoeksgroep van professor Wang Ye aan de Universiteit van Xiamen, samen met wetenschappers van de Kyoto University in Japan, King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië, National Renewable Energy Laboratory in de VS en het Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques in Zwitserland.

Aminozuren zijn essentieel voor het leven. Ze zijn de bouwstenen voor de biosynthese van eiwitten en hebben brede industriële toepassingen, inclusief het gebruik in voedsel voor mensen, in diervoeding, en als voorlopers voor biologisch afbreekbare kunststoffen, cosmetica, en farmaceutische producten.

Beperkingen in massaproductie van aminozuren

Aminozuren hebben complexe chemische structuren en worden voornamelijk geproduceerd door microbiële kweekprocessen zoals fermentatie, die duur zijn, tijdrovend en vereisen uitgebreide scheidingsprocessen.

De ontwikkeling van efficiënte chemische methoden om overvloedig en hernieuwbaar uitgangsmateriaal om te zetten in aminozuren is tot op heden ook grotendeels mislukt. De huidige conventionele chemische benadering om aminozuren te produceren maakt gebruik van zeer giftige chemische verbindingen (cyaniden) als stikstofbronnen en niet-hernieuwbare organische verbindingen (aldehyden).

Doorbraak in chemische synthese van aminozuren

Het door de NUS geleide onderzoeksteam heeft een nieuwe chemische benadering ontwikkeld die snel aminozuren kan produceren uit houtachtige biomassaderivaten zoals gras, stro en houtsnippers van landbouwafval.

Deze nieuwe methode houdt in dat glucose afkomstig van de plantaardige biomassa wordt afgebroken tot melkzuur met behulp van een base in een reactorvat dat op kamertemperatuur wordt gehouden. Het geproduceerde melkzuur wordt vervolgens omgezet in een aminozuur bij 493 Kelvin (ongeveer 220 Celsius) met behulp van een synthetische katalysator die is gemaakt door het team van Asst Prof Yan. Met behulp van het innovatieve chemische systeem van het onderzoeksteam, ongeveer 40 procent van de geëxtraheerde glucose kan in een paar uur worden omgezet in aminozuren. De resulterende aminozuurrijke oplossing wordt vervolgens gezuiverd met behulp van membraandestillatie.

Hoewel er slechts één aminozuur per keer kan worden geproduceerd, het nieuwe systeem is in staat om ten minste zes soorten aminozuren te produceren, inclusief leucine, alanine, asparaginezuur en fenylalanine. leucine, bijvoorbeeld, is een essentieel aminozuur voor eiwitsynthese en verschillende metabolische functies in het lichaam. Echter, het kan niet op natuurlijke wijze door het menselijk lichaam worden geproduceerd en moet worden verkregen uit een aantal eiwitrijke voedingsmiddelen en voedingsbronnen. Leucinesupplementen kunnen de spiergroei stimuleren en de verslechtering van spieren met het ouder worden helpen voorkomen.

"Onze chemische benadering is potentieel superieur aan microbiële kweekprocessen. Het robuuste systeem is in staat aminozuren van hoge kwaliteit te produceren, vergelijkbaar met die geproduceerd door conventionele microbiële kweekprocessen. belangrijk, ons systeem heeft verder het potentieel om alle glucose in de reactor volledig om te zetten en een aminozuuropbrengst van wel 100 procent te bereiken. Dit is niet mogelijk voor microbiële kweekprocessen omdat een aanzienlijke hoeveelheid glucose wordt verbruikt voor de groei van de micro-organismen of bacteriën, " legde Asst Prof Yan uit.

"We voorzien dat boeren en industrieën die afhankelijk zijn van aminozuren het meest profiteren van onze doorbraak. Onze nieuwe chemische methode voor de productie van aminozuren is veel sneller, en het is ook stabieler en duurzamer dan de huidige microbiële kweekprocessen. We zijn niet afhankelijk van micro-organismen of bacteriën die strikte steriele voorwaarden vereisen voor de langdurige omzetting van glucose in aminozuren en we kunnen landbouwafval gebruiken als een vorm van goedkope en duurzame uitgangsgrondstof. Bovendien, de resterende houtachtige biomassa die na de glucose-extractie achterblijft, kan verder worden verwerkt tot producten zoals pulp en papier, "Asst Prof Yan toegevoegd.

Volgende stappen:Revolutionaire aminozuurproductie, chemisch

Asst Prof Yan en zijn team zijn momenteel bezig met het verder optimaliseren en testen van het systeem om nog meer variëteiten van aminozuren te ontwikkelen waar veel vraag naar is in de industrie. Asst Prof Yan werkt ook aan een ander project dat onderzoek doet naar de directe omzetting van plantaardige biomassa naar aminozuren van hoge waarde zoals tyrosine en L-DOPA. Tyrosine en L-DOPA zijn voorlopers van neurotransmitters zoals dopamine en adrenaline, die een belangrijke rol spelen in het sympathische zenuwstelsel van het lichaam. Ze kunnen worden gebruikt voor de behandeling van de ziekte van Parkinson, onder andere toepassingen.