روش ساخت و مراحل تولید آمینو اسید ها

آیا تابحال به این فکر کرده‌اید که انواع آمینو اسید در فرم های مختلف بی سی ای ای٬ EAA و…از چه چیزی تولید و ساخته می شوند؟ اسیدهای آمینه از ترکیبات گیاهی و بعضا حیوانی و لبنی تهیه می شوند. محصولات تخمیر شده نظیر میسو و سویا از تخمیر سویا یا گندم به دست می آیند (میسو miso یا خمیر سویا یک نوع ماده غذایی است که از تخمیر غلات به دست می‌آید). فرآیند تخمیر باعث تجزیه پروتئین و تبدیل آن به اسیدهای آمینه می شود. میسو و سویا نمونه‌هایی هستند که نشان می‌دهند اسیدهای آمینه چطور از دیرباز بخشی از رژیم غذایی ژاپنی‌ها بوده و اینکه آنها در تهیه ایجاد غذاهای خوشمزه تلاش می کردند. آمینو اسیدهای مورد استفاده در محصولات اسید آمینه عمدتاً از تخمیر مواد مشتق شده از گیاه به همان روشی که میسو و سس سویا ساخته می شوند، تولید می گردند.

تخمیر یک فرآیند طبیعی است؛ در تخمیر اسید آمینه، اسیدهای آمینه از تخمیر مواد با میکروارگانیسم ها (نظیر باکتری های پروبیوتیک) ساخته می شوند. میکروارگانیسم های مذکور مواد تشکیل دهنده را به غذا و سایر مواد مورد نیاز میکروارگانیسم ها تبدیل می کنند. در طی این فرآیند موادی مانند ملاس (Molasses) به محیط کشت میکروارگانیسم ها اضافه می شود (ملاس عصاره ای غلیظ، تیره و چسبناک، و یک محصول جانبی در روند تهیه شکر از چغندر قند یا نیشکر می باشد.). این ماده به تکثیر میکروارگانیسم ها و ساخت اسیدهای آمینه کمک می کند. میکروارگانیسم‌ها حاوی آنزیم‌هایی هستند که سرعت واکنش‌ها را برای تجزیه و سنتز مواد جدید افزایش می دهند.

شناسایی سویه های برتر میکروارگانیسم ها

برای تهیه اسیدهای آمینه از میکروارگانیسم‌ها، در ابتدا باید میکروارگانیسم‌هایی را پیدا کنیم که پتانسیل بالایی برای ساخت اسیدهای آمینه دارند. یک گرم خاک طبیعی حاوی حدود 100 میلیون میکروارگانیسم است. به عبارتی، ما باید تشخیص دهیم که کدام یک از میکروارگانیسم ها کارایی بالاتری دارند. زمانی که میکروارگانیسم مناسب یافت شد، باید سویه هایی از آن ایجاد شود تا پتانسیل بهتری را برای تهیه اسیدهای آمینه داشته باشند. میزان آمینو اسیدهای ساخته شده به کمیت و کیفیت آنزیم ها بستگی دارد. در صورتی که آنزیم های تولید آمینو اسیدها در شرایط ایده آلی نگهداری شوند، می توان ترکیبات بیشتری را تهیه نمود. با این حال، اگر این شرایط وجود نداشته باشد، نمی توان انتظار زیادی داشت.
فرض کنید که یک میکروارگانیسم دارای مسیر متابولیکی A→(a)→B→(b)→C→(c)→D بوده و (a)، (b) و (c) آنزیم هستند. برای ساخت مقادیر زیادی اسید آمینه C، آنزیم های a و b باید فعال و آنزیم c غیر فعال باشد. این ترکیب را می توان با توسعه سویه های بهبود یافته از طریق تکنیک های مختلف انجام داد.
برای ساخت اسیدهای آمینه، مخازن تخمیر را با ملاس و مواد قندی مانند نیشکر، ذرت و کاساوا (cassava) پر می کنند. شرایط ایده آل نیز با هم زدن، تامین اکسیژن، درجه حرارت و سطوح pH حاصل می شود. در نهایت، آمینو اسیدهای مورد نظر از این ماده تخمیر شده جدا می گردند.

روش های دیگر برای تولید اسیدهای آمینه

علاوه بر تخمیر، راه های دیگری نیز برای تولید اسیدهای آمینه وجود دارد، مانند واکنش آنزیمی، استخراج و سنتز. در فرآیند واکنش آنزیمی، از یک یا دو نوع آنزیم برای تبدیل یک پیش ساز اسید آمینه به اسید آمینه مناسب استفاده می شود. در این روش نه دیگر نیازی به تکثیر میکروارگانیسم‌ها با تبدیل اسید آمینه خاص هست و نه فرآیند طولانی شروع کار از گلوکز. البته این روند در صورتی ایده آل است که ماده پیش ساز، هزینه پایینی داشته باشد. اسیدهای آمینه را می توان با تجزیه پروتئین ها نیز تولید کرد. روش که تحت عنوان ” استخراج ” شناخته می شود. با این حال، مقدار آمینو اسیدها در پروتئینِ منبع، میزان آمینو اسیدهای تولید شده را محدود می سازد. به طور کلی، این روش برای ساخت میزان انبوه اسیدهای آمینه خاص ایده آل نیست.
در روش سوم یعنی سنتز، واکنش‌های شیمیایی برای ساخت اسیدهای آمینه دخیل هستند و به طور گسترده ای در توسعه اولیه روش‌های ساخت اسیدهای آمینه استفاده می‌شود. مشکل سنتز این است که واکنش های شیمیایی مقادیر مساوی از اسیدهای آمینه L و D را ایجاد می کند. در نتیجه، اسیدهای آمینه D ساخته شده باید به اسیدهای آمینه L تبدیل شوند. بنابراین این روش پرهزینه تر بوده و به مراحل و تجهیزات اضافی پردازش نیاز دارد و برای همین به تدریج از خط تولید خارج شد. با این حال، هنوز هم برای ساخت گلیسین استفاده می شود، چرا که در فرم های D- و L- وجود ندارد.
یکی از بزرگترین مزیت های تخمیر این است که می توان مقادیر انبوه اسیدهای آمینه را با هزینه کم و با امکانات نسبتاً کوچک تولید کنیم. در حقیقت، این روش به رشد بازار آمینو اسیدها کمک کرده است. در دهه 1960، تولید گلوتامات از استخراج به تخمیر و ساخت اسیدهای آمینه دیگر به صورت متوالی تغییر یافت.