Uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo Professor Assistente Yan Ning, que é do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular da National University of Singapore (NUS), desenvolveu uma nova abordagem química sustentável para produzir uma série de aminoácidos a partir de derivados de biomassa lenhosa. O trabalho é uma colaboração com o grupo de pesquisa do professor Wang Ye na Universidade de Xiamen, junto com cientistas da Universidade de Kyoto no Japão, Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia na Arábia Saudita, Laboratório Nacional de Energia Renovável nos EUA e o Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques na Suíça.

Os aminoácidos são essenciais para a vida. Eles são os blocos de construção para a biossíntese de proteínas e têm uma ampla gama de aplicações industriais, incluindo o uso em alimentos para humanos, na alimentação animal, e como precursores de plásticos biodegradáveis, cosméticos, e produtos farmacêuticos.

Limitações na produção em massa de aminoácidos

Os aminoácidos têm estruturas químicas complexas e são produzidos principalmente por meio de processos de cultivo microbiano, como fermentação, que são caros, consome muito tempo e exige processos de separação extensos.

O desenvolvimento de métodos químicos eficientes para converter matéria-prima abundante e renovável em aminoácidos também não teve muito sucesso até agora. A abordagem química convencional atual para produzir aminoácidos emprega compostos químicos altamente tóxicos (cianetos) como fontes de nitrogênio e compostos orgânicos não renováveis ​​(aldeídos).

Avanço na síntese química de aminoácidos

A equipe de pesquisa liderada pelo NUS desenvolveu uma nova abordagem química que pode produzir rapidamente aminoácidos a partir de derivados de biomassa lenhosa, como grama, palha e aparas de madeira de resíduos agrícolas.

Este novo método envolve a quebra da glicose derivada da biomassa vegetal em ácido lático, usando uma base em um vaso de reator que é mantida à temperatura ambiente. O ácido láctico produzido é então convertido em um aminoácido a 493 Kelvin (cerca de 220 Celsius) com a ajuda de um catalisador sintético que é criado pela equipe Asst Prof Yan. Usando o sistema químico inovador da equipe de pesquisa, cerca de 40% da glicose extraída pode ser convertida em aminoácidos em poucas horas. A solução rica em aminoácidos resultante é então purificada usando destilação por membrana.

Embora apenas um aminoácido possa ser produzido de cada vez, o novo sistema é capaz de produzir pelo menos seis tipos de aminoácidos, incluindo leucina, alanina, ácido aspártico e fenilalanina. Leucina, por exemplo, é um aminoácido essencial para a síntese de proteínas e várias funções metabólicas do corpo. Contudo, não pode ser produzido naturalmente pelo corpo humano e deve ser obtido de alguns alimentos ricos em proteínas e de fontes dietéticas. Os suplementos de leucina podem estimular o crescimento muscular e ajudar a prevenir a deterioração dos músculos com a idade.

"Nossa abordagem química é potencialmente superior aos processos de cultivo microbiano. O sistema robusto é capaz de produzir aminoácidos de alta qualidade, comparáveis ​​aos produzidos por processos convencionais de cultivo microbiano. Mais importante, nosso sistema tem potencial adicional para converter completamente toda a glicose no reator e atingir um rendimento de aminoácidos de até 100 por cento. Isso não é possível para processos de cultivo microbiano porque uma quantidade substancial de glicose é consumida para o crescimento dos microrganismos ou bactérias, "explicou Asst Prof Yan.

"Visamos os agricultores e as indústrias que dependem dos aminoácidos para se beneficiarem ao máximo de nossa descoberta. Nosso novo método químico de produção de aminoácidos é muito mais rápido, e também é mais estável e sustentável do que os atuais processos de cultivo microbiano. Não precisamos depender de microrganismos ou bactérias que requerem condições estritamente estéreis para a conversão demorada de glicose em aminoácidos e podemos usar resíduos agrícolas como uma forma de matéria-prima barata e sustentável. Além disso, a biomassa lenhosa restante deixada para trás após a extração de glicose pode ser posteriormente processada em produtos como celulose e papel, "Asst Prof Yan acrescentou.

Próximas etapas:Revolucionando a produção de aminoácidos, quimicamente

Asst Prof Yan e sua equipe estão atualmente otimizando e testando o sistema para desenvolver ainda mais variedades de aminoácidos de alta demanda da indústria. Asst Prof Yan também está trabalhando em outro projeto que investiga a conversão direta de biomassa vegetal em aminoácidos de alto valor, como tirosina e L-DOPA. A tirosina e a L-DOPA são precursores de neurotransmissores como a dopamina e a adrenalina, que desempenham um papel importante no sistema nervoso simpático do corpo. Eles podem ser usados ​​para tratar a doença de Parkinson, entre outras aplicações.