Un team internazionale di ricercatori guidati dall'assistente professore Yan Ning, che proviene dal Dipartimento di Ingegneria Chimica e Biomolecolare della National University of Singapore (NUS), ha sviluppato un nuovo approccio chimico sostenibile per produrre una serie di amminoacidi da derivati ​​della biomassa legnosa. Il lavoro è una collaborazione con il gruppo di ricerca del professor Wang Ye presso l'Università di Xiamen, insieme a scienziati dell'Università di Kyoto in Giappone, King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita, National Renewable Energy Laboratory negli Stati Uniti e l'Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques in Svizzera.

Gli amminoacidi sono essenziali per la vita. Sono gli elementi costitutivi della biosintesi proteica e hanno un'ampia gamma di applicazioni industriali, compreso l'uso negli alimenti per l'uomo, nell'alimentazione degli animali, e come precursori di plastiche biodegradabili, cosmetici, e prodotti farmaceutici.

Limitazioni nella produzione di massa di aminoacidi

Gli amminoacidi hanno strutture chimiche complesse e sono prodotti principalmente attraverso processi di coltivazione microbica come fermentazione, che costano, richiede tempo e richiede ampi processi di separazione.

Anche lo sviluppo di metodi chimici efficienti per convertire materiale di partenza abbondante e rinnovabile in amminoacidi è stato finora ampiamente infruttuoso. L'attuale approccio chimico convenzionale per la produzione di amminoacidi impiega composti chimici altamente tossici (cianuri) come fonti di azoto e composti organici non rinnovabili (aldeidi).

Svolta nella sintesi chimica degli amminoacidi

Il team di ricerca guidato da NUS ha sviluppato un nuovo approccio chimico in grado di produrre rapidamente aminoacidi da derivati ​​della biomassa legnosa come erba, paglia e trucioli di legno da scarti agricoli.

Questo nuovo metodo prevede la scomposizione del glucosio derivato dalla biomassa vegetale in acido lattico utilizzando una base in un reattore che viene mantenuto a temperatura ambiente. L'acido lattico prodotto viene quindi convertito in un amminoacido a 493 Kelvin (circa 220 gradi Celsius) con l'aiuto di un catalizzatore sintetico creato dal team di Asst Prof Yan. Utilizzando l'innovativo sistema chimico del team di ricerca, circa il 40% del glucosio estratto può essere convertito in amminoacidi in poche ore. La risultante soluzione ricca di amminoacidi viene quindi purificata mediante distillazione su membrana.

Mentre ogni volta può essere prodotto un solo amminoacido, il nuovo sistema è in grado di produrre almeno sei tipi di amminoacidi, compresa la leucina, alanina, acido aspartico e fenilalanina. leucina, ad esempio, è un amminoacido essenziale per la sintesi proteica e varie funzioni metaboliche nel corpo. Però, non può essere prodotto naturalmente dal corpo umano e deve essere ottenuto da alcuni alimenti ricchi di proteine ​​e da fonti dietetiche. Gli integratori di leucina possono stimolare la crescita muscolare e aiutare a prevenire il deterioramento dei muscoli con l'età.

"Il nostro approccio chimico è potenzialmente superiore ai processi di coltivazione microbica. Il robusto sistema è in grado di produrre aminoacidi di alta qualità, paragonabili a quelli prodotti dai processi di coltivazione microbica convenzionali. È importante sottolineare che il nostro sistema ha un ulteriore potenziale per convertire completamente tutto il glucosio nel reattore e raggiungere una resa di aminoacidi fino al 100%. Ciò non è possibile per i processi di coltivazione microbica perché viene consumata una notevole quantità di glucosio per la crescita dei microrganismi o dei batteri, " ha spiegato Asst Prof Yan.

"Prevediamo che gli agricoltori e le industrie che si affidano agli amminoacidi trarranno i maggiori vantaggi dalla nostra svolta. Il nostro nuovo metodo chimico di produzione di amminoacidi è molto più veloce, ed è anche più stabile e sostenibile degli attuali processi di coltivazione microbica. Non abbiamo bisogno di fare affidamento su microrganismi o batteri che richiedono rigide condizioni sterili per la lunga conversione del glucosio in amminoacidi e possiamo utilizzare i rifiuti agricoli come una forma di materia prima di partenza economica e sostenibile. Inoltre, la biomassa legnosa rimanente lasciata dopo l'estrazione del glucosio può essere ulteriormente trasformata in prodotti come pasta di legno e carta, "Asst Prof Yan ha aggiunto.

Prossimi passi:rivoluzionare la produzione di aminoacidi, chimicamente

Asst Prof Yan e il suo team stanno attualmente ottimizzando e testando ulteriormente il sistema per sviluppare ancora più varietà di amminoacidi che sono molto richieste dal settore. Asst Prof Yan sta anche lavorando a un altro progetto che studia la conversione diretta della biomassa vegetale in amminoacidi di alto valore come tirosina e L-DOPA. La tirosina e la L-DOPA sono precursori di neurotrasmettitori come la dopamina e l'adrenalina che svolgono un ruolo importante nel sistema nervoso simpatico del corpo. Possono essere usati per trattare il morbo di Parkinson, tra le altre applicazioni.