Amino acid thường được gọi là “the building blocks of life”, nó có một vai trò quan trọng trong dinh dưỡng của con người, động vật và duy trì sức khoẻ. Chúng được sử dụng làm chất phụ gia trong thức ăn của gia súc (lysine, methionine, threonine); chất tăng cường hương vị (axit aspartic, muối mononatri glutamate, serine); thành phần trong mỹ phẩm, dược phẩm. Đặc biệt, amino acid được truyền vào để nuôi cơ thể bệnh nhân trong những trường hợp không thể cung cấp protein cho cơ thể bằng con đường ăn uống. Một số amino acid được sử dụng giải độc amoniac trong máu, điều trị suy tim, loét dạ dày và vô sinh ở nam giới. Một số axit amin khác được sử dụng làm tiền chất trung gian trong quá trình sản xuất kháng sinh.
| Amino acid | Quy trình sản xuất | Sản phẩm vi sinh vật | Sử dụng liên quan đến dược phẩm |
| Glycine | Hóa học | Chất đệm trong thuốc giảm đau, mỹ phẩm | |
| L-Alanine | Hóa học, enzym | Pseudomonas dacunhae | Thành phần bổ sung để cung cấp dinh dưỡng cho cơ thể. |
| L-Arginine | Lên men | C. glutamicum;
Brevibacterium flavum; E. coli |
Thảnh phần trong các sản phẩm nha khoa như kem đánh răng. |
| L-Aspartic acid | Enzym | E.coli | Thành phần trong thực phẩm bổ sung, chất ngọt aspartame. |
| L-Cysteine | Chiết xuất, enzym | E. coli; Pseudomonas
thiazolinophilum |
Tiền chất, thành phần trong bổ sung thực phẩm |
| L-Glutamine | Lên men | C. glutamicum | Thành phần trong thực phẩm bổ sung, sử dụng điều trị một số bệnh thần kinh |
| L-Histidine | Lên men | Brevibacterium flavum | Thành phần bổ sung thực phẩm cho cơn đau tiền kinh, chống co thắt, chống viêm |
| L-Isoleucine | Lên men | C. glutamicum; E. coli | Thành phần bổ sung trong thực phẩm |
| L-Leucine | Lên men, chiết xuất | Brevibacterium flavum; E.coli | Thành phần bổ sung trong thực phẩm |
| L-Lysine | Lên men | C. glutamicum | Thành phần bổ sung trong thực phẩm để tăng hấp thu canxi và hình thành collagen cho xương, sụn, mô liên kết. Điều trị cảm lạnh. |
| L-Proline | Thủy phân protein, lên men. | Brevibacterium flavum; E. coli | Thành phần bổ sung trong thực phẩm, đặc biệt dành cho vận động viên. |
| L-Serine | Thủy phân protein, lên men | Methylobacterium sp. | Thành phần bổ sung trong thực phẩm để điều trị hội chứng mệt mỏi mãn tính, tăng cường và cải thiện sức khoẻ. Thành phần trong thuốc (dịch truyền amino acid) |
| L-Tryptophan | Lên men, enzym | E. coli,
C.glutamicum; Bacillussp. |
Thành phần bổ sung trong thực phẩm để hỗ trợ giấc ngủ, trầm cảm… |
| L-Tyrosine | Thủy phân protein,
Lên men |
E. coli | Được sử dụng trong các chất bổ sung protein để điều trị chứng phenylketon niệu, chứng rối loạn nhịp tim (ADHD). Tiền chất của melanin. Được sử dụng để sản xuất L-DOPA. |
| l-Valine | Lên men, enzym | E. coli;
C. glutamicum; Brevibacterium flavum |
Thành phần bổ sung trong thực phẩm dành cho người nghiện rượu hoặc ma túy. |
Bảng 1: Acid amin dùng trong ngành dược phẩm và sản xuất thực phẩm.
Hằng năm, nhu cầu sử dụng amino acid tăng lên 7%. Với thị trường đang phát triển nên công nghệ sản xuất amino axit có nhiều bước tiến lớn trong nửa sau thế kỉ 20, đặc biệt trong lĩnh vực sản xuất amino acid bằng công nghệ sinh học đã có nhiều thành công. Các phương pháp sản xuất amino acid:
- Sản xuất amino acid bằng thủy phân protein: đây là phương pháp đầu tiên để sản xuất amino acid. Trước năm 1950, hền hết amino axit đều được sản xuất bằng việc thủy phân (xúc tác axit) các protein như tóc, keratin, lông vũ…Cysteine được chiết xuất từ sản phẩm thủy phân của keratin có trong lông vũ; prolin và hydroxyproline là sản phẩm thủy phân của gelatin.
- Sản xuất amino acid bằng tổng hợp hóa học: Glycine and L-Alanine là các sản phẩm được tổng hợp đầu tiên. Mặt dù, các nhà khoa học đã tìm ra nhiều xúc tác bất đối xứng để tổng hợp các đồng phân quang học như mong muốn, nhưng do chi phí cao nên hiện nay chỉ một lượng nhỏ amino acid như alanine, glycine, methionine, phenylalanine, threonine, tryptophan và valine được sản xuất bằng con đường hóa học.
Hình 1: Tổng hợp L-Valine bằng phương pháp Strecker
- Sản xuất amino acid bằng công nghệ sinh học: Các quy trình để sản xuất amino acid theo công nghệ sinh học đã được ứng dụng trong khoảng 50 năm qua. Có ba phương pháp sinh học để sản xuất amino acid: phương pháp enzym (sử dụng các enzyme vi khuẩn hoặc các tế bào bất động); bán lên men và lên men.
– Phương pháp enzym: tiền chất của amino acid được chuyển thành amino acid bằng cách dử dụng một hoặc hai enzym. Hiện nay, người ta dùng phương pháp enzym để sản xuất chủ yếu alanine, axit aspartic, cysteine, cystine, methionine,phenylalanine, serine, tryptophan và valine.
– Phương pháp bán lên men: một chất trung gian chuyển hóa trong sinh tổng hợp acid amin hoặc tiền thân của nó được chuyển thành acid amin trong quá trình lên men.
– Phương pháp lên men: được sử dụng để sản xuất hầu hết các L-acid amin. Phương pháp này sử dụng hiện tượng vi sinh vật chuyển hóa chất dinh dưỡng thành nhiều thành phần khác nhau. Với phương pháp lên men, các nguyên vật liệu như xi rô được thêm vào môi trường vi sinh vật, các vi sinh vật sinh sôi nảy nở để sản xuất axit amin. Enzyme đóng một vai trò quan trọng trong sản xuất axit amin bằng quá trình lên men.
| Phương pháp sản xuất | Điểm yếu | Điểm mạnh |
| Thủy phân Protein | Giới hạn nguyên liệuKhông phù hợp trên quy mô lớn | Sinh khối giàu protein không sử dụng còn lại từ các quá trình khác nhau có thể được sử dụng như nguyên vật liệu. |
| Hóa học | Chi phí cao | Có thể sản xuất trên quy mô lớn |
| Lên men | Không sản xuất được tất cả các acid amin, ví dụ L-methionine. | Đơn giản, tiết kiệm. |
| Enzym | Chất nền đặc biệt dùng làm vật liệu ban đầu | Sản xuất tinh khiết amino acid, tiết kiệm và thân thiện với môi trường. |
Bảng 2: So sánh các phương pháp sản xuất acid amin
Tài liệu tham khảo
Kalin Ivanov, Assena Stoimenova, Danka Obreshkova, Luciano Saso. Biotechnology in the Production of Pharmaceutical Industry Ingredients: Amino Acids, Biotechnology & Biotechnological Equipment;
