客观日本

日本利用基于电能的有机酸和水高效合成氨基酸

2019年11月07日 生物医药

日本九州大学碳中和能源国际研究所的学术研究员福嶋贵与教授山内美穗组成的研究团队,利用可以通过可再生能源获得的电能和水,全球首次高效合成了氨基酸。

日本利用基于电能的有机酸和水高效合成氨基酸

图1:流式氨基酸合成电化学单元的构成

关于生命的起源,目前普遍认可的一种说法是,在原始地球上,雷电产生的氨基酸形成了生命。通过深入探索电力产生氨基酸的过程,可以获得很多提示,有助于解开生命起源的奥秘。

另外,氨基酸不仅是生物的重要组成要素,还是与饲料添加剂、增味剂和药品等各种功能性材料有关的基本物质。

目前利用发酵法生产氨基酸,但存在培养微生物需要大量能源,以及分离和精炼工序比较复杂等问题。另一方面,采用化学合成的现有方法会使用有毒物质,因此无法用于食品和药品用途。

此次的研究以电力为能源,以水为氢源,通过使可以从木质生物质中提取的有机酸α-酮酸和含氮化合物高选择性地发生反应,高效合成了丙氨酸、甘氨酸、天冬酰胺酸、谷氨酰胺酸、亮氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸7种氨基酸。天冬酰胺酸、亮氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸4种氨基酸还是世界首次利用电能合成。另外,该研究团队还全球首次成功制造了能连续合成氨基酸的流式反应器。

日本利用基于电能的有机酸和水高效合成氨基酸

图2:以生物质和水为原料的氨基酸合成流程

以前有过在有毒的铅、汞或者昂贵的铂电极上合成氨基酸的先例,但合成效率非常低。而本研究通过采用更加安全、廉价的氧化钛(TiO2)作为电极催化剂,高选择性地合成了氨基酸。利用这种新合成法能以经济实惠且环保的方式持续制造氨基酸,这一点是其他任何方法都无法比拟的,将来有望成为划时代的合成法。

相关研究成果已于2019年10月31日在英国皇家化学学会的期刊《化学通讯》(Chemical Communications)的在线版上公开。

日本利用基于电能的有机酸和水高效合成氨基酸

图3:表示从电力到氨基酸的转换效率的法拉第效率

<论文信息>
题目:“Electrosynthesis of amino acids from biomass-derivable acids on titanium dioxide”
DOI:10.1039/C9CC07208J

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文:JST客观日本编辑部翻译整理

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