Une équipe internationale de chercheurs dirigée par le professeur assistant Yan Ning, qui est du Département de génie chimique et biomoléculaire de l'Université nationale de Singapour (NUS), a développé une nouvelle approche chimique durable pour produire une série d'acides aminés à partir de dérivés de la biomasse ligneuse. Le travail est une collaboration avec le groupe de recherche du professeur Wang Ye à l'Université de Xiamen, avec des scientifiques de l'Université de Kyoto au Japon, Université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie saoudite, National Renewable Energy Laboratory aux USA et l'Institut des Sciences et Ingénierie Chimiques en Suisse.

Les acides aminés sont essentiels à la vie. Ils sont les éléments constitutifs de la biosynthèse des protéines et ont de nombreuses applications industrielles, y compris être utilisé dans l'alimentation humaine, en alimentation animale, et comme précurseurs des plastiques biodégradables, produits de beauté, et produits pharmaceutiques.

Limitations de la production de masse d'acides aminés

Les acides aminés ont des structures chimiques complexes et ils sont principalement produits par des processus de culture microbienne tels que la fermentation, qui coûtent cher, beaucoup de temps et nécessitent des processus de séparation étendus.

Le développement de méthodes chimiques efficaces pour convertir des matières premières abondantes et renouvelables en acides aminés a également été largement infructueuse à ce jour. L'approche chimique conventionnelle actuelle pour produire des acides aminés utilise des composés chimiques hautement toxiques (cyanures) comme sources d'azote et des composés organiques non renouvelables (aldéhydes).

Percée dans la synthèse chimique des acides aminés

L'équipe de recherche dirigée par NUS a développé une nouvelle approche chimique qui peut produire rapidement des acides aminés à partir de dérivés de la biomasse ligneuse tels que l'herbe, paille et copeaux de bois provenant de déchets agricoles.

Cette nouvelle méthode consiste à décomposer le glucose issu de la biomasse végétale en acide lactique à l'aide d'une base dans une cuve de réacteur maintenue à température ambiante. L'acide lactique produit est ensuite converti en un acide aminé à 493 Kelvin (environ 220 Celsius) à l'aide d'un catalyseur synthétique créé par l'équipe de l'Asst Prof Yan. Grâce au système chimique innovant de l'équipe de recherche, environ 40 pour cent du glucose extrait peut être converti en acides aminés en quelques heures. La solution riche en acides aminés résultante est ensuite purifiée par distillation sur membrane.

Alors qu'un seul acide aminé peut être produit à chaque fois, le nouveau système est capable de produire au moins six types d'acides aminés, dont la leucine, alanine, acide aspartique et phénylalanine. Leucine, par exemple, est un acide aminé essentiel pour la synthèse des protéines et diverses fonctions métaboliques dans le corps. Cependant, il ne peut pas être produit naturellement par le corps humain et doit être obtenu à partir d'aliments et de sources diététiques riches en protéines. Les suppléments de leucine peuvent stimuler la croissance musculaire et aider à prévenir la détérioration des muscles avec l'âge.

« Notre approche chimique est potentiellement supérieure aux procédés de culture microbienne. Le système robuste est capable de produire des acides aminés de haute qualité, comparables à celles produites par les procédés de culture microbienne conventionnels. Surtout, notre système a en outre le potentiel de convertir complètement tout le glucose dans le réacteur et d'atteindre un rendement en acides aminés pouvant atteindre 100 %. Ceci n'est pas possible pour les procédés de culture microbienne car une quantité substantielle de glucose est consommée pour la croissance des micro-organismes ou des bactéries, " a expliqué le professeur adjoint Yan.

« Nous prévoyons que les agriculteurs et les industries qui dépendent des acides aminés bénéficieront le plus de notre percée. Notre nouvelle méthode chimique de production d'acides aminés est beaucoup plus rapide, et il est également plus stable et durable que les processus de culture microbienne actuels. Nous n'avons pas besoin de compter sur des micro-organismes ou des bactéries qui nécessitent des conditions stériles strictes pour la longue conversion du glucose en acides aminés et nous pouvons utiliser les déchets agricoles comme une forme de matière première de départ bon marché et durable. De plus, la biomasse ligneuse restante après l'extraction du glucose peut être transformée en produits tels que la pâte et le papier, " a ajouté le professeur adjoint Yan.

Prochaines étapes :Révolutionner la production d'acides aminés, chimiquement

Le professeur adjoint Yan et son équipe optimisent et testent actuellement le système afin de développer encore plus de variétés d'acides aminés très demandées par l'industrie. Le professeur adjoint Yan travaille également sur un autre projet qui étudie la conversion directe de la biomasse végétale en acides aminés de grande valeur tels que la tyrosine et la L-DOPA. La tyrosine et la L-DOPA sont des précurseurs de neurotransmetteurs tels que la dopamine et l'adrénaline qui jouent un rôle important dans le système nerveux sympathique du corps. Ils peuvent être utilisés pour traiter la maladie de Parkinson, entre autres applications.