Những vật liệu phế thải này được cho phép tái tạo để trở thành thuốc và chất bổ sung dinh dưỡng, với sự trợ giúp của quy trình mới do các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) phát triển.

Vỏ của động vật giáp xác và chất thải từ gỗ chẳng hạn như cành cây được cắt tỉa từ cây thường được tập kết ở các bãi rác. Những vật liệu phế thải này được cho phép tái tạo để trở thành thuốc và chất bổ sung dinh dưỡng, với sự trợ giúp của quy trình mới do các nhà nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) phát triển.

Một nhóm nghiên cứu do Phó Giáo sư Yan Ning và Trợ lý Giáo sư Zhou Kang từ Khoa Kỹ thuật Hóa học và Phân tử Sinh học tại Khoa Kỹ thuật NUS đã phát minh ra phương pháp biến vỏ từ tôm và cua thành L-DOPA, một loại thuốc được sử dụng rộng rãi để điều trị bệnh Parkinson. Phương pháp tương tự có thể được sử dụng để chuyển chất thải gỗ thành Proline, chất cần thiết cho sự hình thành khỏe mạnh của sụn và collagen.

Từ chất thải đến các hóa chất hữu ích

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm tạo ra khoảng tám triệu tấn chất thải vỏ giáp xác hàng năm trên toàn cầu. Đồng thời, Singapore đã tạo ra hơn 438.000 tấn chất thải gỗ trong năm 2019, trong số đó bao gồm các cành cây bị cắt tỉa và bụi cưa từ các xưởng sản xuất. Việc tìm ra phương pháp để chuyển hóa các vật liệu phế thải nông nghiệp và thực phẩm này thành các hợp chất hữu ích sẽ giúp thu được lợi ích mà không phải gây gánh nặng cho các bãi chôn lấp.

Đầu tiên, họ áp dụng các quy trình hóa học đối với các chất thải và biến chúng thành một chất có thể được vi sinh "tiêu hóa". Bước thứ hai liên quan đến một quá trình sinh học, tương tự như quá trình lên men nho thành rượu vang, nơi tạo ra các chủng vi khuẩn đặc biệt như Escherichia coli để chuyển hóa chất được tạo ra trong quá trình hóa học thành sản phẩm có giá trị cao hơn như axit amin.

Nhóm nghiên cứu của NUS đã mất bốn năm để tìm ra, hoàn thành phương pháp và áp dụng nó để thu được các hóa chất có giá trị cao từ các nguồn tái tạo một cách bền vững.

Sản xuất hóa chất hữu cơ với chi phí rẻ và nhanh hơn

Thông thường, L-DOPA được sản xuất từ ​​L-tyrosine, một chất hóa học được tạo ra từ đường lên men. Với phương pháp tiếp cận do nhóm NUS phát triển, chất thải của giáp xác lần đầu tiên được xử lý chỉ với một bước hóa học đơn giản, cho phép vi khuẩn sử dụng chúng để sản xuất L-DOPA. Năng suất của phương pháp NUS đạt được tương tự như năng suất đạt được trong phương pháp truyền thống sử dụng đường. Ngoài ra, so với đường glucose, loại đường phổ biến nhất được sử dụng, có giá từ 400 USD đến 600 USD / tấn, thì phế phẩm từ tôm chỉ có giá khoảng 100 USD / tấn. Với chi phí thấp và lượng chất thải từ vỏ dồi dào như vậy, quy trình của nhóm NUS có tiềm năng cung cấp L-DOPA với chi phí thấp hơn.

Mặt khác, Proline được sản xuất thông thường thông qua các quá trình sinh học thuần túy. Phương pháp độc đáo của nhóm NUS hiện đã thay thế hầu hết các phép biến đổi bằng cách sử dụng các quy trình hóa học nhanh hơn nhiều. Do đó, quy trình tích hợp mới có thể đạt được năng suất cao hơn và có tiềm năng giúp giảm đầu tư vốn và chi phí vận hành.

Trợ lý giáo sư Zhou đã giải thích: "Các quá trình hóa học diễn ra nhanh chóng và có thể sử dụng kết hợp dưới nhiều điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ hoặc áp suất cực lớn để phân hủy nhiều loại vật liệu thải vì không có sinh vật sống nào tham gia, nhưng đổi lại chúng chỉ có thể tạo ra các chất đơn giản. Mặt khác, các quá trình sinh học chậm hơn rất nhiều và đòi hỏi những điều kiện rất cụ thể để vi sinh vật phát triển nhưng có thể tạo ra các chất phức tạp có xu hướng có giá trị cao hơn. Bằng cách kết hợp cả các quá trình hóa học và sinh học, chúng ta có thể thu được lợi ích của cả hai để tạo ra các vật liệu có giá trị cao".

Tiềm năng nâng cấp các loại chất thải khác

Trong tương lai, nhóm NUS đang tìm cách điều chỉnh quy trình của họ với các dạng chất thải khác, chẳng hạn như carbon dioxide và giấy vụn. Điều này sẽ làm giảm sự phụ thuộc của xã hội vào các nguồn tài nguyên không thể tái tạo để thu nhận các hóa chất vốn là thành phần quan trọng của nhiều loại thuốc và chất bổ sung dinh dưỡng hiện nay.

"Quy trình làm việc tích hợp sinh-hóa học mới của chúng tôi cung cấp một lộ trình chung để sản xuất nhiều loại hóa chất organonitrogen có giá trị cao. Mặc dù trên giấy tờ nhìn có vẻ đơn giản là chỉ cần kết hợp hai phương pháp lại với nhau, nhưng vấn đề lại nằm ở phần chi tiết. Trong một loạt các dược phẩm, phẩm màu và chất dinh dưỡng có giá trị thương mại, chúng tôi rất vui mừng khi mở rộng nghiên cứu và phát triển các phương pháp mới để sản xuất các hóa chất có giá trị gia tăng từ các chất nền dồi dào khác, sẵn có tại địa phương được tìm thấy ở Singapore", Phó Giáo sư Yan chia sẻ.

Nhóm nghiên cứu cũng đang có kế hoạch mở rộng quy mô các quy trình hiện được phát triển trong các phòng thí nghiệm và hợp tác với các đối tác công nghiệp để thương mại hóa công nghệ này.

Bài gốc: https://phys.org/news/2020-10-nutritional-supplements.html