Công dụng của axit amin đối với cây trồng và sức khỏe con người

AXIT AMIN Công dụng axit amin trồng sức khỏe người 1.1 Công dụng axit amin trồng 1.1.1 Thúc đẩy trình sinh tổng hợp protein Các axit amin (amino acid) hợp phần cấu tạo nên protein enzyme (men sinh học) Chúng yếu tố tất sống có vai trị quan trọng hoạt động trao đổi chất tế bào Cây trồng tự tạo protein số giai đoạn định trình sinh trưởng, theo nhu cầu dinh dưỡng… Chúng sản xuất protein cách hiệu có đủ nguyên liệu cần thiết Quá trình tạo loại axit amin tiêu tốn nhiều lượng việc cung cấp L-amino acid thơng qua rễ đảm bảo trồng có đủ nguyên liệu cần thiết để tạo protein quan trọng 1.1.2 Tăng sức chống chịu trồng với điều kiện bất lợi môi trường Các căng thẳng sinh học nhiệt độ cao thấp, hạn hán, sương giá, công côn trùng, mưa đá hay bão lũ, tác động độc hại từ việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học có tác động tiêu cực lên trình trao đổi chất trồng làm giảm suất chất lượng mùa vụ Áp dụng bổ sung axit amin trước, sau điều kiện stress giúp cho trồng tăng cao hiệu phòng ngừa, chống chọi hồi phục sau Khi trồng bị stress, tự sản xuất axit amin chậm lại quy trình địi hỏi nhiều lượng chất dinh dưỡng Thay vào đó, trồng thủy phân (phá vỡ) protein có để đạt axit amin cần thiết Quá trình địi hỏi lượng tổng hợp từ đầu Nó có nghĩa thực vật “ăn thịt” thân trừ axit amin cung cấp chất bổ sung Cây trồng tăng sản xuất Amino acid thời kỳ stress phi sinh học để giúp làm giảm tác động đẩy nhanh thời gian hồi phục L- Proline chủ yếu ảnh hưởng đến sức mạnh thành tế bào, sức đề kháng điều kiện thời tiết xấu 1.1.3 Tăng hiệu trình quang hợp Quang hợp trình sinh tổng hợp quan trọng trồng Cây trồng tổng hợp loại đường từ carbon dioxide, nước, lượng ánh sáng Các loại đường (carbohydrate) sau sử dụng nguồn lượng cho trình trao đổi chất khác Chức quan trọng điều tiết axit amin L-Glycine L-Glutamic acid chất chuyển hóa quan trọng cho tổng hợp diệp lục hình thành mơ Các amino acid làm tăng hàm lượng diệp lục giúp tăng hiệu trình quang hợp 1.1.4 Là nguồn Nito hữu ổn định Nitrates (NO3-) amonium (NH4+) hai dạng nito phổ biến sử dụng Hầu hết loại phân bón thương mại có chứa hai loại với hàm lượng lớn Trong thời gian dài, người ta cho nitơ vô (ở dạng NH4 + NO3−) nguồn Nito cho trồng Tuy nhiên, hai thập kỷ qua, quan điểm thay đổi; axit amin coi nguồn Nito khác cho số Khả thu nhận axit amin thực vật chứng minh điều kiện phịng thí nghiệm đồng ruộng trồng quan trọng nông nghiệp số rừng Người ta chứng minh tất lồi thực vật nghiên cứu hấp thụ axit amin nguyên vẹn , với khác biệt đáng kể hiệu Nhiều yếu tố, chẳng hạn cạnh tranh với vi sinh vật, nồng độ axit amin đất ảnh hưởng đến mức độ hấp thu axit amin từ đất (Bartosz et al., 2010) Vì phần nitơ đưa vào thực vật sử dụng để tổng hợp protein amino axit, cách cung cấp dạng sẵn sàng để sử dụng, trồng địi hỏi từ nitrates amonium cho hoạt động Nitơ hữu cung cấp L-amino acid có xu hướng dính chặt đất lâu với rửa trơi Vì vậy, phải sử dụng phân bón 1.1.5 Làm tăng hoạt động khí khổng Khí khổng cấu trúc tế bào kiểm soát cân nước trồng Chúng sử dụng q trình (hô hấp lá), hấp thụ vĩ mơ vi chất dinh dưỡng Sự đóng mở khí khổng kiểm sốt yếu tố bên (ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ nồng độ muối) yếu tố bên (các axit amin, kali có sẵn, vv) Khí khổng đóng thời gian ánh sáng độ ẩm thấp nồng độ muối nhiệt độ cao Khi khí khổng đóng, q trình quang hợp giảm hô hấp tăng lên Điều làm giảm cân trao đổi chất thực vật làm chậm ngừng phát triển Axit L-Glutamic hoạt động tác nhân thẩm thấu cho tế bào bảo vệ, làm tăng mở lỗ khí khổng 1.1.6 Tiền chất cho hormon thực vật yếu tố tăng trưởng L-Methionine tiền chất ethylene (quan trọng hoa hoa chín) yếu tố tăng trưởng khác Espermine Espermidine Arginine tiền chất polyamine, quan trọng trình phân chia tế bào Phenylalanine tiền chất cấu tạo nên nignine, tạo chồi gốc khỏe Tryptophan tiền tố indol- acetic acid, chất kích thích sinh trưởng tự nhiên 1.1.7 Thúc đẩy hoa đậu Amino axit sử dụng rộng rãi hoạt động trao đổi chất cao điểm Việc thụ phấn tạo thành trái hai số thời điểm quan trọng thực vật, hoạt động trao đổi chất tăng lên L-Histidine làm chín L-Proline làm tăng khả sinh sản hạt phấn L-Lysine, L-Methionine, L-Glutamic Acid amino acid thiết yếu cho trình thụ phấn, làm tăng nảy mầm hạt phấn chiều dài ống phấn L-Alanine, L-Valine, and L-Leucine làm tăng chất lượng 1.1.8 Tạp phức chelate với nguyên tố khoáng vi lượng Các nguyên tố vi lượng kim loại tồn dạng ion mơi trường nước mà tồn anion phốt phát (từ phân lân), anion sunfua (từ H2S kết phân rã sinh vật nói chung mà thực chất protein tự nhiên) anion cácbonat (từ hòa tan khí CO2 khơng khí vào nước) Các ion anion liên kết với tạo kết tủa hợp chất không tan, lắng đọng lại đất nước nên rễ khơng thể hút Axit amin tạo phức chelate với nguyên tố vi lượng Cu, Fe… giúp cho hấp thụ vận chuyển chúng dễ dàng Tài liệu tham khảo: L-Amino Acids & Their Functions, Linked in https://www.linkedin.com/pulse/lamino-acids-functions-caitlin-blackman [Truy cập lúc 16:20, GMT+7, 31.01.2019] Bartosz Adamczyk, Aino Smolander, Veikko Kitunen Mirosław Godlewski (2010) Proteins as nitrogen source for plants Plant Signal Behav 2010 Jul; 5(7): 817– 819 1.2 Công dụng amino acid với sức khỏe người Các acid amin tham dự vào nhiều q trình chuyển hóa thể tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh, đổi sợi bắp nhu cầu cho thể đáp ứng đủ, thừa thiếu gây nên bất lợi cho thể Việc cung cấp đầy đủ acid amin cần thiết cho thể hàng ngày góp phần cải thiện đáng kể trường hợp suy dinh dưỡng, suy nhược, mệt mỏi, thời kỳ chữa trị bệnh hay sau khỏi cần hồi phục sức nhanh, hay người bệnh bị suy gan, thời kỳ mang thai, cho bú, người già yếu, người lao động nặng, vận động viên Công dụng số loại amino acid tiêu biểu: Acid glutamic: Giữ vai trị quan trọng chuyển hóa tế bào thần kinh vỏ não Do trường hợp suy nhược chức thần kinh, trẻ em chậm phát triển thể trí óc, rối loạn chức gan, hôn mê gan, thường sử dụng lọai acid amin Methionin: Đây acid amin cấu tạo phân tử chứa lưu hùynh có tác dụng bảo vệ đặc hiệu cho tế bào gan Còn yếu tố hướng mỡ (lipotrope), tác nhân methyl hóa sulfur hóa, ngồi cịn có tác dụng chống nhiễm độc Methionin sử dụng yếu tố ngăn ngừa thối hóa mỡ tế bào gan Arginine: acid amin tham gia vào chu trình tạo ure gan (đó chức giải độc ammoniac gan) nên có tác dụng điều hịa nồng độ ammoniac máu bị tăng số người mắc bệnh gan, đồng thời thúc đẩy trình tổng hợp thể, trị rối loạn chức gan Lysin: lysin đóng vai trị quan trọng việc hình thành cơ, giữ xương khỏe, hỗ trợ phục hồi sau chấn thương phẫu thuật, điều hòa hormon, kháng thể enzyme Nó có tác dụng chống virus Histidine: tạo điều kiện cho phát triển, tạo tế bào máu sửa chữa mơ Nó giúp trì lớp bảo vệ đặc biệt tế bào thần kinh, gọi vỏ myelin Cơ thể chuyển hóa histidine thành histamine, quan trọng cho khả miễn dịch, sức khỏe sinh sản tiêu hóa Threonin: Là axit amin cần thiết cho da răng, thành phần lớp men răng, collagen elastin Nó giúp hỗ trợ chuyển hóa chất béo có lợi cho người mắc chứng khó tiêu, lo lắng trầm cảm nhẹ Valine: Valine cần thiết cho tập trung tinh thần, phối hợp bắp bình tĩnh cảm xúc Mọi người sử dụng bổ sung valine để tăng trưởng bắp, sửa chữa mô lượng Thiếu hụt Valine gây thiếu ngủ giảm chức tinh thần Tài liệu tham khảo: Vai trò acid amin với sức khỏe, báo Sức khỏe Đời sống https://suckhoedoisong.vn/vai-tro-cua-acid-amin-voi-suc-khoe-n25931.html What to know about essential amino acids https://www.medicalnewstoday.com/articles/324229.php Axit amin đóng góp vai trị việc ni dưỡng phá hủy hệ sinh thái mặt đất? Hệ sinh thái đất định nghĩa hệ thống hỗ trợ sống phụ thuộc lẫn bao gồm khơng khí, nước, khoáng chất, chất hữu cơ, vi sinh vật , tất hoạt động tương tác chặt chẽ Amino acids đóng vai trị nguồn thức ăn quan trọng cho hàng tỷ vi sinh vật đất Carbon tìm thấy axit amin nguồn lượng cho vi khuẩn đất nhỏ bé này, chúng chuyển hóa carbon để tiếp tục xây dựng quần thể chúng Có hàng ngàn lồi vi khuẩn có lợi khác đóng góp cho sức khỏe đất đời sống thực vật cách xây dựng cấu trúc đất, phân hủy rơm rạ, ngăn chặn bệnh thực vật đất khác nhau, cung cấp lượng carbon dioxide quan trọng mà thực vật sử dụng q trình quang hợp Vì vịng đời vi khuẩn ngắn (trung bình khoảng 20 phút), chúng chết với tốc độ nhanh, giải phóng hợp chất hữu quan trọng trở lại vào đất sử dụng để nuôi dưỡng Mối quan hệ cho nhận tinh tế vi khuẩn, đất đời sống thực vật phụ thuộc vào axit amin để phát triển mạnh, đó, lý đất có lượng axit amin cao cuối cung cấp mức dinh dưỡng cao cho trồng Áp dụng axit amin vào đất làm tăng hoạt động quần thể vi sinh vật, điều chỉnh cân vi khuẩn đất Cân hoạt động vi sinh vật cao đất cải thiện q trình khống hóa chất hữu đất, làm tăng độ phì nhiêu đất Chu trình dinh dưỡng diễn tốt đẹp sẵn có chất dinh dưỡng cho trồng trở nên nhiều Sự cân vi sinh vật đất chìa khóa để cải thiện chất lượng đất Axit amin giúp điều hòa đất, cải thiện cấu trúc đất, tăng khả trao đổi ion đất; tăng cường khả chống căng thẳng cho đất, đặc biệt giảm lượng muối cao đất kiềm; tăng cường hấp thu chất dinh dưỡng tăng hàm lượng mùn đất; ngăn chặn đất khỏi ô nhiễm ion kim loại nặng vấn đề gây hại khác Tài liệu tham khảo: The Importance of Amino Acids, Nature safe https://naturesafeknowledgecenter.com/theimportance-of-amino-acids [Truy cập lúc 8:40, GMT+7, 01.04.2019] Các công nghệ chiết xuất axit amin giới nay? Các nguồn nguyên liệu giàu axit amin ? 3.1 Các công nghệ chiết xuất axit amin Các phương pháp thường dùng để sản xuất amino acids bao gồm: Chiết xuất từ dịch thủy phân protein động, thực vật; phương pháp tổng hợp hóa học phương pháp lên men Trong thủy phân protein cách đơn giản để thu nhận axit amin cách bẻ gãy cầu nối peptide Thủy phân tạo chuỗi axit amin axit amin đơn (đây dạng thực vật sử dụng hiệu nhất) Qúa trình thủy phân tốt q trình thu nhận nhiều axit amin tự chuỗi oligopeptide ngắn chuỗi polypeptide dài Chiết xuất từ dịch thủy phân protein phương pháp có chi phí thấp quy trình sản xuất đơn giản, thích hợp cho sản xuất công nghiệp quy mô lớn số loại amino acids L-Cysteine, L-Leucine and L-Tyrosine Phương pháp khai thác khác biệt tính chất hóa lý (như lực hóa học độ pH) amino acids để phân tách chúng Tùy theo loại axit amin quan tâm mà q trình chiết xuất khác phát triển Phương pháp hóa học (dùng axit kiềm) phương pháp sinh học (enzyme) phương pháp phổ biến thường sử dụng để thủy phân protein Mục đích q trình thủy phân để giải phóng thu axit amin mà khơng làm suy giảm đặc tính chúng Các yếu tố ảnh hưởng đến trình thủy phân protein nhiệt độ, thời gian, chất thủy phân phụ gia Những yếu tố ảnh hưởng chất lượng suất trình thủy phân (Ghaly et al, 2013) 3.1.1 Thủy phân protein axit Thủy phân axit trình sử dụng phổ biến cho thủy phân protein Q trình khó kiểm sốt, phương pháp ưu tiên để thủy phân protein Thủy phân axit thường thực axit clohydric số trường hợp với axit sulfuric Điều kiện thủy phân tùy thuộc loại protein Ví dụ, axit thông thường để thủy phân protein từ cá HCl 6M vòng 20-24 110oC điều kiện chân không Trong điều kiện thủy phân này, Aspargine Glutamine bị thủy phân hoàn toàn tương ứng thành axit aspartic axit glutamic Tryptophan bị phá hủy hồn tồn Cystein khơng thể xác định trực tiếp từ mẫu thủy phân Tyrosine, Serine Threonine bị thủy phân phần Nhược điểm phương pháp gây ô nhiễm môi trường; dùng axit đặc độc hại cho sức khỏe người; số axit amin không bền, bị phá hủy, chuyển dạng môi trường axit 3.1.2 Thủy phân protein kiềm Qúa trình thủy phân protein thực cách sử dụng NaOH, KOH Ba(OH)2, nồng độ 4-8 N, nhiệt độ 100 – 110oC, thời gian 24 đến 36 Xử lý kiềm phương pháp đặc biệt sử dụng để sản xuất Tryptophan Tuy nhiên nhược điểm lớn phương pháp axit amin Serine, Threonine, Arginine Cysteine bị phá hủy trình thủy phân axit amin khác bị racemic hóa Sản phẩm thủy phân hỗn hợp racemic D, L-aminoacid, làm giảm giá trị dinh dưỡng 3.1.3 Thủy phân protein enzyme Có thể thực thủy phân protein enzyme thích hợp alcalase, pronase, collagenase, pepsin, papain, protamex, bromelain, chymotrypsin trypsin Ưu điểm phương pháp thủy phân protein enzyme cho phép định lượng Aspargine Glutamine dư lượng nhạy cảm khác mà thường bị phá hủy cách thủy phân axit kiềm không gây tượng racemic hóa; điều kiện thủy phân đơn giản, không gây ô nhiễm môi trường dùng hóa chất Thủy phân enzyme đảm bảo tất axit amin thu nhận dạng Lamino acid dạng mà trồng sử dụng hiệu Do đó, phương pháp thích hợp để sản xuất axit amin dùng thực phẩm nơng nghiệp Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình thủy phân gồm: tính đặc hiệu enzyme, nhiệt độ, độ pH, thời gian thủy phân… 3.2 Các nguồn nguyên liệu giàu axit amin Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật: Phế phẩm từ nhà máy giết mổ, phế phẩm từ cá, lơng, da động vật… Ngun liệu có nguồn gốc từ thực vật: loại thực vật giàu protein đậu tương, ngô, lúa mỳ … Tài liệu tham khảo: D'Este, Martina; Alvarado-Morales, Merlin; Angelidaki, Irini, 2018 Amino acids production focusing on fermentation technologies Biotechnology Advances Ghaly AE*, Ramakrishnan VV, Brooks MS, Budge SM and Dave D, 2013 Fish Processing Wastes as a Potential Source of Proteins, Amino Acids and Oils: A Critical Review J Microb Biochem Technol 2013, 5:4 Các ứng dụng axit amin giới 4.1 Ứng dụng công nghiệp thực phẩm Axit amin sử dụng kết hợp, chất tăng cường hương vị Bột (Monosodium glutamate) loại thường sử dụng ngành thực phẩm Glycine alanine tăng cường hương vị cho thức ăn Tryptophan, kết hợp với histidine, hoạt động chất chống oxy hóa để bảo quản sữa bột Cysteine sử dụng để bảo quản nước trái Aspartame, dipeptide (aspartyl-phenylalanine methyl ester) sản xuất kết hợp axit aspartic phenylalanine, sucrose khoảng 200 lần Nó sử dụng chất làm nhân tạo có hàm lượng calo thấp ngành công nghiệp nước giải khát 10 Có số axit amin thiết yếu bị thiếu hạn chế protein thực vật, bao gồm Lysine, Methionine, Threonine Tryptophan Việc bổ sung axit amin bị thiếu cải thiện chất lượng dinh dưỡng thực phẩm cho người thức ăn chăn nuôi Vì vậy, bánh mì giàu Lysine, sản phẩm đậu nành bổ sung Methionine có giá trị dinh dưỡng tốt Bột đậu nành bổ sung Methionine thức ăn tốt cho lợn động vật khác 4.2 Ứng dụng công nghiệp dược phẩm Các axit amin sử dụng làm thuốc Các axit amin thiết yếu thành phần dịch truyền, truyền vào để nuôi thể bệnh nhân trường hợp cung cấp protein cho thể đường ăn uống Một số axit amin Arginine, Glycine, Glutamate Histidine dùng làm tá dược Một số amino acid sử dụng giải độc amoniac máu, điều trị suy tim, loét dày vô sinh nam giới Một số axit amin khác sử dụng làm tiền chất trung gian trình sản xuất kháng sinh 4.3 Ứng dụng công nghiệp hóa chất Axit amin đóng vai trị ngun liệu ban đầu để sản xuất số hợp chất Glycine sử dụng làm tiền chất để tổng hợp glyphosate (một loại thuốc diệt cỏ), Threonine nguyên liệu ban đầu để sản xuất azthreonam (một loại thuốc diệt cỏ khác) Poly-methyl glutamate sử dụng để sản xuất da tổng hợp Một số axit amin dạng dẫn xuất Nacyl hữu ích cho việc điều chế mỹ phẩm Các axit amin muối chúng sử dụng rộng rãi thành phần mỹ phẩm, hoạt động chủ yếu chất dưỡng tóc chất dưỡng da 4.4 Ứng dụng nông nghiệp Trong ngành chăn nuôi, axit amin Lysine, Methionine, Threonine, Tryptophan… sử dụng để thiện chất lượng dinh dưỡng cho thức ăn vật nuôi Trong ngành trồng trọt, nhiều loại phân bón axit amin phân bón dạng bột, phân bón dạng lỏng, phân bón lá… áp dụng giúp thúc đẩy phát triển trồng, tăng sức chống chịu với sâu bệnh điều kiện bất lợi, tăng suất chất lượng nông sản 11 Axit amin thành phần thuốc kích thích tăng trưởng sinh học (biostimulant) Chúng có khả nâng cao hiệu sử dụng nitơ thực vật kích thích quang hợp tăng trưởng thực vật Tài liệu tham khảo: Commercial Applications of Amino Acids: Applications, Biology discussion http://www.biologydiscussion.com/amino-acids/commercial-applications-of-aminoacids-3-applications/10334 [Truy cập lúc 10:20, GMT+7, 01.04.2019] Các phương pháp sản xuất acid amin, Khoa dược- trường đại học Y dược Huế http://huepharm-uni.edu.vn/index.php/vi/tin-tuc/thong-tin-y-duoc/310-cac-phuong-phapsan-xuat-acid-amin [Truy cập lúc 11:00, GMT+7, 01.04.2019] Sindhu B Subbarao, I S Aftab Hussain* and Prasad T Ganesh ,2015 Bio Stimulant Activity of Protein Hydrolysate: Influence on Plant Growth and Yield Journal of Plant Science & Research Volume 2, Issue - 2015 12