Axit amin: Chúng là gì và chúng có tác dụng gì?

Axit amin là các phân tử nhỏ kết hợp trong một số trình tự xác định trước nhất định thành các chuỗi khác nhau (peptide) để tạo thành các protein chức năng. Các chuỗi protein này sau đó kết hợp và gấp lại thành các cấu hình khác nhau để tạo ra các thành phần chức năng như enzyme.

Do đó, axit amin là một trong những khối xây dựng cơ bản của sự sống. Axit amin là các hợp chất hữu cơ chứa cả nhóm chức axit amin và axit cacboxylic. Các nhóm chức khác nhau có trong bất kỳ axit amin nào xác định các đặc tính hóa học, vật lý và chức năng của nó. Các đặc tính chức năng cũng bị ảnh hưởng bởi cấu hình của nhóm chức liên quan đến nguyên tử cacbon trung tâm. Axit amin được gọi là có cấu hình L (laevus) hoặc D (dextro). Điều này rất quan trọng vì vi khuẩn và nấm được biết là chỉ sử dụng axit amin D, trong khi thực vật và động vật chủ yếu sử dụng axit amin L cho chức năng trao đổi chất.

Peptide là gì?

Peptide có thể được định nghĩa là chuỗi axit amin ngắn. Các axit amin này được kết nối với nhau theo trình tự bằng các liên kết peptit. Khi so sánh với protein, peptide được phân biệt bởi chiều dài ngắn hơn của chúng với chuỗi hai hoặc nhiều axit amin. Mặt khác, protein, đôi khi được gọi là polypeptide, là các phân tử dài được tạo thành từ một số thành phần peptide. Protein có thể được phá vỡ thành các mảnh peptide ngắn bởi các enzyme thực hiện các nhiệm vụ sinh học trong tế bào. Ví dụ, một số peptide hoạt động như hormone, khi được giải phóng từ tế bào, ảnh hưởng đến các vùng khác nhau trong cây. Cho đến nay, nhiều loại peptide khác nhau đã được phát hiện, mỗi loại có vai trò riêng biệt.

Hình 1: Cấu trúc axit amin và peptide của protein.

Chất thủy phân protein được sản xuất như thế nào?

Thủy phân protein đề cập đến quá trình trong đó các liên kết peptide của protein bị phá vỡ và các dư lượng axit amin tự do được giải phóng.

Một số quá trình tồn tại để sản xuất các chất thủy phân protein như thủy phân hóa học, nhiệt hoặc enzym.

 Thủy phân hóa học

Quá trình này bao gồm quá trình thủy phân kiềm hoặc axit, dẫn đến hàm lượng axit amin tự do cao. Trong quá trình thủy phân axit (pH thấp), một axit mạnh được sử dụng, trong đó các peptide được thủy phân hoàn toàn và các axit amin như tryptophan có thể bị phá hủy.Quá trình thủy phân kiềm xảy ra ở độ pH cao và có thể gây ra sự khử các axit amin khác nhau về mặt hóa học để tạo thành dư lượng axit amin bất thường.

Cả hai quá trình này cũng có thể gây ra sự phân biệt chủng tộc, trong đó các axit amin L được chuyển thành axit amin D. Racemisation là một trong những yếu tố chính góp phần vào độc tính thực vật của chất thủy phân protein có nguồn gốc động vật khi áp dụng cho cây trồng.

 Thủy phân nhiệt

Trong quá trình này, nước lỏng ở nhiệt độ cao được sử dụng để phân hủy protein thành các peptide nhỏ hơn và các chất hòa tan. Thủy phân nhiệt có thể tăng tốc độ phân hủy các protein phân tử lớn trong vật liệu hữu cơ đồng thời hạn chế mất dinh dưỡng và biến tính protein ở mức độ tối thiểu. Tuy nhiên, sự mất mát của các peptide chức năng là cao, vì hầu hết các protein sẽ biến tính ở nhiệt độ trên 60 ⁰C. Phương pháp này tạo ra hàm lượng axit amin tự do cao nhưng có xu hướng có ít peptide ổn định hơn.

 Thủy phân enzyme

Quá trình thủy phân protein cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng các enzym phân hủy protein, được gọi là protease. Protease là các enzyme chuyên biệt phân hủy protein tại các vị trí axit amin bên trong (endo-protease) hoặc các vị trí axit amin có ở cuối peptide (exo-protease). Chúng có thể được sử dụng như một enzyme đơn lẻ, hỗn hợp các enzyme hoặc áp dụng trong các bước điều trị tuần tự.

Thủy phân enzyme có thể được thực hiện trong điều kiện rất nhẹ và tránh các môi trường khắc nghiệt theo yêu cầu của các quá trình hóa học hoặc nhiệt. Vì sự phân hủy này được tạo điều kiện thuận lợi bởi một enzyme, điều kiện tối ưu để chiết xuất được xác định bởi các điều kiện tối ưu mà enzyme yêu cầu để hoạt động.

Thủy phân protein có sự hỗ trợ của enzyme tránh các phản ứng phụ bất lợi và racemisation, giữ lại chất kích thích sinh học và giá trị dinh dưỡng của nguồn protein ban đầu. Một ưu điểm khác của việc sử dụng enzyme là chức năng chọn lọc cao của chúng đảm bảo thành phần và chất lượng sản phẩm thu được nhất quán hơn nhiều.

Hình 2: Thành phần của protein thủy phân có nguồn gốc thực vật được xác định bằng phân tích LC-MS/MS, P <= 0,05.

Hình 3: Ảnh hưởng của chất thủy phân protein có nguồn gốc thực vật AT (khi so sánh với chất thủy phân dựa trên cá thông thường đối với (a) sự nảy mầm của lúa mì và ngô, hoặc (b) sự phát triển của cây xà lách và cà chua, p < = 0,05.

Tại sao protein có nguồn gốc thực vật thủy phân?

Hoạt tính cuối cùng của protein thủy phân dựa trên nguyên liệu nguồn cũng như quá trình thủy phân được sử dụng để tạo ra sản phẩm cuối cùng. Tuy nhiên, loại phản ứng thu được từ thực vật cũng phụ thuộc vào nguồn protein.

 Chất thủy phân protein động vật đã được sử dụng trong nông nghiệp trong hơn 50 năm sử dụng chủ yếu các quy trình sản xuất hóa học và nhiệt. Chất thủy phân protein động vật thường chứa hàm lượng axit amin không cân bằng (động vật không tổng hợp tất cả các axit amin và cần có được một số axit amin thông qua chế độ ăn uống của chúng) và hàm lượng peptide thấp. Mặc dù được sử dụng để tăng cường sự trao đổi chất của thực vật và khả năng chống lại các điều kiện căng thẳng từ môi trường, nhưng chúng chỉ có lợi và hiệu quả khi áp dụng với tỷ lệ rất thấp. Tuy nhiên, cần cẩn thận vì việc sử dụng thường xuyên hoặc quá mức có thể dẫn đến các tác động độc hại và tiêu cực đối với cây trồng.

Mặt khác, chất thủy phân protein có nguồn gốc thực vật đang được công nhận là chất thay thế vượt trội cho chất thủy phân protein có nguồn gốc động vật. Chúng có thể được sản xuất thông qua quá trình thủy phân enzyme của sinh khối thực vật và bao gồm chủ yếu là hỗn hợp các axit amin (tất cả 20 axit amin thiết yếu mà thực vật tổng hợp de novo) và các peptide hoạt tính sinh học chuỗi ngắn. Các axit amin và peptide này có khả năng trồng trọt và dễ nhận biết, do nguồn gốc tương tự của chúng. Hơn nữa, không có triệu chứng độc tính thực vật nào được báo cáo bằng cách sử dụng thủy phân protein thực vật, ngay cả với tỷ lệ cao hơn nhiều so với khuyến nghị của các nhà sản xuất.

 Nước thủy phân protein có nguồn gốc thực vật của Agri Technovation

Thông qua nghiên cứu và phát triển chuyên sâu trong nhiều năm, Agri Technovation đã sản xuất các loại protein thủy phân có nguồn gốc thực vật hỗ trợ enzyme của riêng mình.

Lợi ích của sự thay đổi này thể hiện rõ trong phản ứng sinh lý của thực vật mà chúng tôi thấy khi kết hợp các chiết xuất này vào sản phẩm của chúng tôi cũng như việc sử dụng chúng làm chiết xuất protein tinh khiết. Tính linh hoạt của thủy phân protein hỗ trợ enzyme mở ra cánh cửa cho các phương pháp tiếp cận nhắm mục tiêu cụ thể để sản xuất chiết xuất cho các phản ứng sinh lý cụ thể hoặc phản ứng cụ thể của cây trồng. Nó cũng cho phép sử dụng các nguyên liệu nguồn khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc mở rộng quy trình này để phát triển hơn nữa các chất thủy phân thực vật chuyên dụng khác.

Sản xuất protein thủy phân có nguồn gốc thực vật

Chất thủy phân protein có nguồn gốc thực vật của Agri Technovation (AT) đã được thử nghiệm rộng rãi và đặc trưng để đảm bảo chất lượng nhất quán. Quy trình độc quyền liên quan đến một số enzyme chuyên biệt khác nhau và sơ đồ xử lý tổng thể và các biến quy trình đã được tối ưu hóa trên quy mô dự bị, thí điểm và thương mại. Quá trình này tạo ra các chiết xuất có chứa cả axit amin tự do và peptide hoạt tính sinh học được xác định bằng phân tích khối phổ, cho thấy sự pha trộn phong phú của các axit amin bao gồm hàm lượng arginine, tryptophan, phenylalanine và leucine cao (Hình 2; Bảng 1).

Kiểm tra hiệu quả của protein thủy phân có nguồn gốc thực vật

Hoạt tính sinh học cao đã được quan sát bằng cách đánh giá lợi ích của sự nảy mầm của cây trồng và sản xuất sinh khối để đáp ứng với việc sử dụng chất thủy phân có nguồn gốc thực vật.

Sự nảy mầm của hạt được theo dõi hàng ngày trong 7 ngày, trong đó tổng số hạt nảy mầm tích lũy cao hơn với việc sử dụng chất thủy phân có nguồn gốc thực vật của chúng tôi khi so sánh với chất thủy phân protein từ cá thông thường (Hình 3a).

Cây con cũng cho kết quả thuận lợi khi protein thủy phân có nguồn gốc thực vật được pha chế thành các sản phẩm lá AT. Cây giống rau diếp và cà chua tích lũy sinh khối khô hơn khi so sánh với cây con nhận sản phẩm lá AT có công thức với các axit amin từ cá (Hình 3b).

Kết luận

Chất thủy phân protein có nguồn gốc thực vật đang trở nên phổ biến hơn như chất kích thích sinh học thực vật do mức độ hoạt tính sinh học cao, nguy cơ độc tính thực vật thấp, cải thiện phản ứng của thực vật, khả năng tái tạo cũng như tính bền vững. Chúng là hỗn hợp phức tạp của các axit amin tự do, với các peptide nhỏ và lớn đóng một vai trò lớn trong hoạt động cuối cùng của chiết xuất.

Chất thủy phân protein có nguồn gốc thực vật của Agri Technovation có hiệu quả cao trong việc kích thích sự phát triển của thực vật cũng như hỗ trợ nảy mầm khi so sánh với thủy phân làm từ cá truyền thống. Nguồn protein, chiết xuất, cũng như điều kiện chế biến, tất cả đều đảm bảo chất lượng nhất quán của các chất chiết xuất được sản xuất, đồng thời công thức thủy phân protein có nguồn gốc thực vật vào các sản phẩm hiện có của chúng tôi giúp nâng cao hơn nữa hiệu suất và chất lượng của chúng.

Tài liệu tham khảo:

1, Hubbarao, SB., Aftab Hussain, IS., Ganesh, PT. 2015. Hoạt động kích thích sinh học của protein thủy phân: ảnh hưởng đến sự phát triển và năng suất của cây trồng. J Khoa học thực vật Res. 2015; 2(2): 125.

2. Colla, G., Hoagland, L., Ruzzi, M., Cardarelli, M., Bonini, P., Canaguier, R., Rouphael, Y. 2017. Hoạt động kích thích sinh học của protein thủy phân: Làm sáng tỏ tác động của chúng đối với sinh lý thực vật và hệ vi sinh vật. Biên giới trong khoa học thực vật 8.

3. Malécange, M., Sergheraert, R., Teulat, B., Mounier, E., Lothier, J., Sakr, S. 2023. Đặc tính chất kích thích sinh học của protein thủy phân: Những tiến bộ gần đây và những thách thức trong tương lai. Tạp chí Khoa học Phân tử Quốc tế 24 (11): 9714.

4. Czelej, M., Garbacz, K., Czernecki, T., Wawrzykowski, J., Waśko, A. 2022. Chất thủy phân protein có nguồn gốc từ động vật và thực vật-Đánh giá về phương pháp sản xuất và hoạt động chống oxy hóa. Thực phẩm 11 (13): 1953.

5. Olantoni, A., Recchia, L., Bernabei, G., Cardarelli, M., Rouphael, Y., Colla, G. 2017. Phân tích tác động môi trường của Protein thủy phân được sản xuất bằng hóa học từ chất thải da so với Protein thủy phân được sản xuất bằng enzym từ hạt đậu. Nông nghiệp 7.

6. Colla, G. 2014. Hoạt động kích thích sinh học của nước thủy phân protein có nguồn gốc thực vật được sản xuất thông qua thủy phân enzym. Biên giới trong Khoa học Thực vật, 2014.

7. Colla, G., Cardarelli, M., Bonini, P., Rouphael, Y. 2017. Bón lá của protein thủy phân, chiết xuất thực vật và rong biển làm tăng năng suất nhưng điều chỉnh khác nhau chất lượng quả của cà chua nhà kính. Khoa học Hort 52 (9): 1214.

8. Colla, Giuseppe, và cộng sự. 2015. Protein thủy phân làm chất kích thích sinh học trong làm vườn. Scientia Horticulturae 196: 28.