ứng dụng của chất xúc tác sinh học trong việc sản xuất hóa chất có độ tinh khiết cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA SINH-CÔNG NGHỆ SINH HỌC

CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG CỦA CHẤT XÚC
TÁC SINH HỌC TRONG VIỆC SẢN XUẤT
HÓA CHẤT CÓ ĐỘ TINH KHIẾT CAO


Mục lục:
I.

Giới thiệu

Xúc tác sinh học có ảnh hưởng sâu rộng đến công nghiệp và đời sống hằng ngày của con
người. Chúng được sản xuất quy mô lớn trong nông nghiệp, công nghiệp sản xuất thức ăn
và đồ uống. Mặt khác, xúc tác sinh học còn có vai trò quan trọng trong hóa phân tích nhờ
vào độ đặc hiệu và độ nhạy cao. Nhờ vào enzyme, việc phân tích trở nên hữu ích, tiện lợi
và an toàn hơn. Enzyme cũng đóng vai trò quan trọng trong điều trị và chuẩn đoán bệnh
hay trong sự phân hủy các chất ô nhiễm.
Enzyme còn đóng vai trò quan trọng trong sản xuất quy mô lớn hóa chất hữu cơ. Những
quan tâm gần đây về hóa chất hữu cơ tăng lên từ mức độ chuyên biệt và chọn lọc cao của
xúc tác enzyme. Xúc tác sinh học các hợp chất hữu cơ đáp ứng được những giới hạn môi
trường ngày càng nghiêm ngặt và có nhu cầu rất lớn trong công nghiệp hóa chất và dược
phẩm. Hơn nữa, sản xuất xúc tác mới là quan trọng để sản xuất lớp mới của thành phần
hữu cơ và chúng đang là mục tiêu sắp tới của các nghiên cứu phân tử và y sinh.
II.

Lên men

Trong vài năm, sự tổng hợp của acid ascorbic (vitamin C) và D-ephedrine đã giữ các mẫu

được phân lập của việc sử dụng đươc kiểm soát của xúc tác sinh học bên ngoài các quá
trình lên men chủng hoang dã (“wild-type” fermentation). Nó không chỉ là các quá trình
công nghiệp quan trọng cho việc sản xuất hóa chất thương phẩm mà nó còn là một phần
của concept phân biệt sự chuyển đổi lên men của rượu thành acid acetic trong sản xuất
giấm hay việc sản xuất ethanol từ glucose, sự chuyển đổi D-glucitol thành L-sorbose
trong việc sản xuất acid ascorbic. Trong sự chuyển đổi lên men chủng hoang dã với
Gluconobacter sp. Để sản xuất acid acetic hoặc với Saccharosemyces cerevisiae để sản
xuất ethanol, các chủng được phép sinh trưởng trong cơ chất trước khi chuyển ssang các
quá trình chuyển đổi thích hợp. Tương tự như vậy, trong ví dụ sau, Acetobactor
suboxydans được phép tăng trưởng trong D-glucitol trước khi chuyển sang quá trình oxi
hoá của nó, trong đó L-sorbitol là là sản phẩm.

2


Ascorbic acid

D-ephedrin

D-glucitol

L-sorbose

1.

Dung môi hữu cơ

Mặc dù hiệu quả của việc sản xuất ethanol từ nguồn nguyên liệu hóa dầu, nhiều việc sản
xuất trên thế giới dựa trên quy trình lên men. Trong 75 năm qua ở nước Mỹ, nơi mà tổng
sản suất hằng năm hiện tại đứng ở mức dưới 4 triệu tấn. Nguồn nguyên liệu hóa học cơ

bản biến động từ lên men sang hóa dầu và quay trở ngược lại. (Bảng 1). Nguồn Cacbon
cho lên men là từ glucose lấy từ tinh bột. Một lượng lớn hơn, khoảng 9.5 triệu tấn được
sản xuất mỗi năm ở Brazil từ mía đường. Ngày nay, nguồn tiêu thụ chủ yếu là động cơ ô
tô.
Bảng 1. Tỷ lệ của ethanol được sản xuât bằng lên men ở Mỹ
Năm sản xuất

1920

193 195 1963 197 198 1911
5
4
7
2
% từ lên men
100
90
30
9
6.5
55
94
Ở thế kỷ XIX, với một số quốc gia, việc bán thức uống có cồn phải chịu một mức thuế
lớn. Vì thế để tránh khỏi việc chịu mức thuế này ở ethanol dùng làm nhiên liệu, ethanol
phải được biến tính “denatured” hoặc phải được thêm hóa chất để chúng trở nên không ăn
được. Ethanol sẽ được methyl hóa bằng cách bổ sung một lượng nhỏ methanol đủ để làm
chúng trở nên độc và không thể uống được. Việc sử dụng methanol là vì chúng có điểm
sôi gần như ethanol nên rất khó để chưng cất hoặc loại bỏ. Thêm vào đó, nếu được ăn
phải, methanol sẽ chuyển thành chất độc, chất không được bài tiết ra bên ngoài một cách
dễ dàng nên rất nguy hiểm cho sự tiêu thụ của con người. Vào thế kỷ XX, sức ép về chính

trị và xã hội đã cho phép lên men để cạnh tranh hiệu quả với hóa dầu như là một quá trình
sản xuất. Các thành tựu kỹ thuật trong hóa học, sinh học, và kỹ thuật đã làm thuận tiện
hơn cho việc chuyển đổi giữa cacbohydrate và dầu như là một nguyên liệu cho quy trình.
Việc sản xuất acetone cho thấy những tác động khác nhau. Nguồn nguyên liệu của nó
trong thế kỷ XIX là cây gỗ. Sự chưng cất phá hủy cấu trúc gỗ đã sản xuất ra cả acetone và
methanol (Sơ đồ 1). Trong đó, gỗ nên được để khô trong không khí 12 – 18 tháng trước
3


khi chưng cất. Sau đó gỗ sẽ được cung cấp nhiệt để thành pyroligneous acid (hay còn gọi
là dấm gỗ) là một dung dịch màu sậm khi gỗ được nung nóng ở điều kiện kỵ khí để hình
thành than gỗ. Dấm gỗ chứa 80 – 90% nước của cây cùng với 200 hợp chất hữu cơ. Dấm
gỗ sau đó được thêm chanh và tiếp nhiệt để thu các dung môi dễ bay hơi là acetone và

methanol.
gỗ

Nhiệt
pyroligneous acid

chất dễ bay hơi (acetone,

chất rắn

methanol)

calcium acetate

Nhiệt
add lime

chất dễ bay hơi
(acetone)

Nhiệt

chất rắn
(calcium carbonate)

Ở vương quốc Anh, gỗ được nhập khẩu từ Úc, và sự cung cấp này đã bị cắt trong thể
chiến
I. Chưng
Sau đó,cất
Weizmann
đã phát
Sơ thứ
đồ 1.
phá hủy cấu
trúc triển
gỗ quy trình lên men dựa trên sự phát triển của
Clostridium acetobutilicum (sau đó gọi là Baciillus macerans) tên tinh bột và không có
oxy. Sản phẩm là một hỗn hợp acetone, butan-1-ol, và ethanol tỷ lệ 6:3:1 về khối lượng,
ba dung môi này có điểm sôi khác nhau nên cho phép phân tách hiệu quả chúng bằng
chưng cất. Sự phát triển tiếp theo dẫn đến một loạt các quy trình, với các dòng Clostridia
sản xuất acetone, butan-1-ol và propan-2-ol cũng như là việc phân tách sản phẩm. Các
quy trình này làm cho việc sử dụng hiệu quả cacbohydrate đầu vào ít hơn cho lên men
ethanol, sản lượng của dung môi là khoảng 60% là tối đa (theo lý thuyết) so với khoảng
80% cho ethanol.

4

Hình 1. Con đường lên men acetone – butanol – ethanol (ABE) bởi Clostridia
Quy trình này có liên quan đến quy trình lên men ở nấm men để sản xuất rượu, bia nhưng
sự lên men ABE được thực hiện trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt.
Phương pháp vi sinh đã sớm tự tìm thấy trong sự cạnh tranh với sự phát triển của công
nghiệp hóa dầu, và ở UK, việc sử dụng lên men để sản xuất acetone đã được dừng lại vào
năm 1957. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn được sử dụng ở một số nơi trên thế giới, đặc
biệt là Trung Quốc nơi mà dầu cung cấp ít. Căn cứ vào ưu thế vượt trội hiện tại của lên
men trong thị trường ethanol ở US, sẽ không ngạc nhiên để thấy vài nhu cầu hiện tại của
họ cho việc sản xuất acteton, butan-1-ol và propan-2-ol.
2.

Acid carboxylic

Các quá trình lên men là nguồn tạo ra nhiều acid carboxylic, trong đó sản phẩm kích
thước lớn nhất là acid citric (5) và các amino acid L-glutamate (6) và L-lysine (7). Sự sản
xuất acid citric hằng năm của thế giới hiện nay trên 0.5 triệu tấn. Thật vậy, con số này rất
có thể thấp hơn ước tính sản phẩm đầu ra ở Far East (các nước Đông và Đông Nam Á).
Đặc biệt ở một số nước như Trung Quốc, nơi được ước tính sản xuất ở mức cao 0.9 triệu
tấn, thể hiện cho sự phát triển hằng năm được duy trì trên 8.5% trong vòng 60 năm qua.
5


Citric acid

L-glutamate

L-lysine

Mặc dù acid citric là một phân tử đối xứng (achiral) đơn giản tương đối gồm 6 nguyên tử
cacbon, việc sản xuất chúng là không hiệu quả khi tổng hợp hóa học nhưng có thể thực
hiện ở quy mô lớn với lên men. Thậm chí quy mô của tự lên men là lớn với thùng dung
tích 500 m3 hiện nay được sử dụng. Mức độ sử dụng rộng rãi của acid citric (các quy trình
đa dạng như điều chỉnh độ acid trong thực phẩm, làm sạch bề mặt kim loại, thay thế gốc
phosphate trong chất tẩy hoặc là nhân tố để điều khiển đô sệt của bùn đã được sử dụng
trong việc khoan dầu) rất có thể là bởi vì quy trình lên men hiệu quả.
Một số amino acid được sản xuất với số lượng lớn (Bảng 2). Chúng được sử dụng hầu hết
như là nguyên liệu thực phẩm, ví dụ để cung cấp thức ăn chăn nuôi. Bởi vì D-enatiomers
được chuyển thành dạng có hoạt tính L-enatiomer trong cơ thể động vật, racemate được
sản xuất hóa học có thể thường xuyên thay thế đồng phân tự nhiên có nguồn gốc từ quy
trình lên men. Sự lựa chọn con đường có thể thực hiện chủ yếu dựa trên cơ sở kinh tế.
Ngược lại, việc cung cấp các nguyên liệu ban đầu cho các hợp chất khác như là chất làm
ngọt có hàm lượng calo thấp Aspartame (8) hoặc imipenem kháng sinh β-lactam
(thienamycin) (9), cần đầu vào bất đối xứng (chiral input). Sự tổng hợp hóa học được sử
dụng để sản xuất DL-methionine (10) và glycerin, nhưng rất nhiều amino acid giá trị khác
là sản phẩm của sự lên men hay là sản xuất phụ thuộc vào việc sử dụng enzyme.
Bảng 2. Một số amino acid được sản xuất với số lượng lớn
Amino acid

Phương pháp sản xuất

L-glutamic acid
DL-methionine
L-lysine
Glycine
L-aspartic acid
L-phenylalanine
DL-alanine
L-cysteine

L-arginine
L-glutamine

Vi sinh vật
Hóa học
Vi sinh vật
Hóa học
Enzyme
Vi sinh vật
Hóa học
Ly trích hoặc enzyme
Vi sinh vật
Vi sinh vật

Sản lượng hằng năm (tấn)
(1987)
340.000
250.000
70.000
6.000
4.000
3.000
1.500
1.000
1.000
850

6

Aspartame
3.

Imipenem

Kháng sinh

Sau khi khám phá ra penicillin, ngành công nghiệp kháng sinh đã có ảnh hưởng chủ yếu
đến việc phát triển của quy trình lên men. Hơn một trăm hợp chất đã được lên men dựa
trên cơ sở thương mại, hầu hết được sử dụng trong con người, thú y và trong nông nghiệp,
nhưng yêu cầu cho những nguyên liệu này là không lớn như acid citric và amino acid.
Nhiều nguyên liệu được chuẩn bị như sản phẩm kích thước thô, đặc biệt là kanamycin
(11) hoặc blasticidin (12), được sử dụng trong nông nghiệp. Nói chung giá trị của chúng
như là các thực thể hóa học, đặc biệt là cho ngành công nghiệp dược phẩm, không nằm ở
sản phẩm tự lên men nhưng nằm ở các hợp chất được tạo ra bởi chúng. Từ vi khuẩn,
25.000 tấn penicillin được sản xuất mỗi năm đặc biệt có giá tri. Trong bối cảnh đó, giá trị
của chúng như là sản phẩm lên men chỉ được cạnh tranh bởi các protein tái tổ hợp.

Kanamycin

Blasticidine S

Sự khảo sát các sản phẩm lên men nên minh họa là: (a) quy mô sản xuất, để có thể cạnh
tranh với công nghiệp hóa chất số lượng lớn, (b) phạm vi của các đơn vị hóa học, từ
ethanol cho tới kháng sinh và (c) giá trị của ngành công nghiệp đặc biệt là cung cấp
nguyên liệu ban đầu cho tổng hợp hóa học.
III.

Steroids

Steroids là hormone động vật. Tuy nhiên, tiềm năng về sản xuất dược phẩm không thể
được khai thác do sản xuất phụ thuộc vào phương thức tách chiết estrone (13) từ urine của
thai ngựa cái. Cholesterol và mật acid là nguồn tốt hơn nhưng một trong những bước khởi
đầu cần thiết cho chuyển hóa có liên quan đến sự oxi hóa Crom III, quá trình chuyển hóa
7


này không hiệu quả, Cho đến khi vào đầu năm 1940 Marker nhận ra rằng progesterone
(15) và testosterone (16) có thể được tổng hợp từ diosgenin (17), là steroid thu được từ họ
khoai tây (Dioscorea mexicana ) phát triển ở Mexico, dùng trong phát triển hóa chất tổng
hợp.

estrone(13)

diosgenin (17)

progesterone (15)

testosterone (16)

hecogenin (19)

Diosgenin là steroid sapogenin, đây là nguồn nguyên liệu quan trọng để chế tạo các thuốc
steroid bao gồm thuốc chống viêm (corticosteroids), progesterone, testosterone,… Bên
cạnh đó còn có hecogenin (19) cũng thuộc nhóm steroid sapogenin chất này có trong cây
Xidan ở châu Phi. Đây là nguồn sản phẩm tự nhiên bao gồm 1 nguyên tố oxy tại C-12 và
có chức năng cho sự chuyển hóa nguyên tử cacbon kế cận là C-11. Tuy nhiên cần 6 bước
hóa học để chuyển oxy từ C-12 thành -orientation tại C-11, nhằm thay đổi thành cấu trúc
của thuốc kháng viêm, ví dụ như beclomethasone (20).

beclomethasone (20)

hydrocortisone (21)

8


mestranol (22)

Quy trình trên được đơn giản hóa vào năm 1952 khi Petersen và Murray mô tả sự hydro
hóa tại C-11 được xúc tác bởi nấm Rhizopus arrhizus. Mặc dù sự oxy hóa tạo ra 11hydroxysteroid nhưng sự nghịch đảo cấu hình của nhóm hydroxyl tương đối đơn giản.
Quy trình có thể trở nên hợp lý với sự hoạt hóa lại trong ứng dụng của xúc tác sinh học và
nó có ảnh hưởng đáng kể đến sự sản xuất steroid trong tương lai.
Mặc dù phản ứng 11-hydroxylation có thể ứng dụng trong quy trình thương mại nhưng nó
không được hiệu quả. Quy trình có tính chọn lọc cao nhưng cường độ xúc tác chậm. Nấm
sẽ phát triển đầu tiên trong điều kiện lên men bình thường. Steroid được thêm vào nhằm
phân tán nồng độ cuối giữa 0.1 % và 1% nhưng kém hòa tan trong môi trường lên men
lỏng. Xúc tác cho phản ứng trên là cytochrome P-450 mono-oxygenase gắn với màng nội
bào. Đây là enzyme phức tạp đòi hỏi co-factor NADPH để khử 1 nguyên tử của phân tử
oxygen thành nước trong khi nguyên tử oxy khác kết hợp vào steroid.
Sự phân hủy của chất nền được chuyển vào tế bào và chuyển sản phẩm ra khỏi sự xúc tác
chậm, quy trình có thể diễn ra trong vài ngày. NADP+ bị khử thành NADPH bên ngoài tế
bào. Một vị trí khác trên steroid bị khử, đặc biệt là vị trí 6x nếu steroid quá dài trong tiếp
xúc với tế bào.
Sự xử lý steroid nhờ vi sinh vật Curvularia iunata được giới thiệu là nhóm 11-hydroxyl,
đây là quy trình xúc tác thương mại phổ biến từ vi sinh vật thông qua biến đổi 17acetoxyl-11-deoxycortisol thành cortisol (hydrocortisone) (21). Phản ứng cần chú ý trong
điều khiển sự khử 11-hydroxylation vì nguyên tố cacbon khác trong steroid có thể bị oxy
hóa đặc biệt là dẫn xuất 9-OH và 14-OH. Vi sinh vật có khả năng hydro hóa hầu hết các vị
trí trên steroid nhưng chỉ có sự oxy hóa tại vị trí C-16 là được sử dụng trong quy trình sản
xuất, ví dụ 9-fluoro-16-hydroxycortisol trong phản ứng xúc tác bởi Streptomyces

roseochromogenes.
∆-dehydrogenation được xúc tác bởi Arthrobacter simplex. Phản ứng này được sử dụng
trong sản xuất hương liệu A-ring trong 19-norsteroids như là estrone (13) hay mestranol
(22), và một số ít nhóm 19-methyl. Đây là phản ứng thích hợp với sự hiện diện của các
9


chất hữu cơ không tan. Nó cung cấp pha lỏng thứ cấp trong sự tan của steroid. Trong
trường hợp tế bào của A. simplex cho phép sự hiện diện của toluene với số lượng thích
hợp được thêm vào phản ứng.
Hai lợi ích khác từ sự chuyển hóa từ vi sinh vật minh họa làm thế nào các yếu tố bên
ngoài ảnh hưởng đến quy trình sản xuất hóa chất công nghiệp. Đến năm 1970, chính phủ
Mexico bắt đầu kiểm soát các củ hoang dã có khả năng chiết xuất diosgenin, và cho đến
năm 1976 giá của nó tăng hơn 20-fold tới 5600 $ 1 tấn. Điều này dẫn tới các nghiên cứu
nhằm tìm ra các nguồn cung cấp khác. Stigmasterol (23) thu từ đậu nành được xem như 1
phương pháp thay thế và mạch 17b của sterol được biến đổi từ đơn vị cacbon của
progesterone (15). Tuy nhiên, stigmasterol trong tự nhiên có sự pha trộn nhiều b-sitosterol
(24), không thể sử dụng đối với mạch no và b-sitosterol tích lỹ các sản phẩm không mong
muốn trong sản xuất stigmasterol thay thế diosgenin.

Stigmasterol (23)

androstenedione (25)

b-sitosterol (24)

nor-gestrol (26)

Nghiên cứu các vi sinh vật bắt buộc sử dụng steroid, như -sitosterol, đối với khuôn
cacbon cho thấy chúng thường bắt đầu oxi hóa mạch thẳng của nhân steroid, tạo thành sản

phẩm 17-keto steroid. Sự hydro hóa tại tại C-9 và ∆-dehydrogenation tại C-1. Những quá
trình trên có thể bị ức chế bằng việc bổ sung kim loại nặng vào môi trường chuyển hóa
hoặc kiềm hãm sự phân hủy sắt với -dipyridyl. Một vài dòng vi sinh vật chứa 2 enzyme
có hại được phân lập.Quá trình chuyển hóa với sự oxi hóa b-sitosterol từ androstenedione
(25) là vật liệu có ích để tổng hợp thuốc tránh thai. Kết quả là các chất thải được tích lũy
10


từ sử dụng stigmasterol trở thành nguồn tài nguyên có giá trị và được gọi là “sitosterol
mine”.
Giá trị của diosgenin tăng cao làm kích thích những nghiên cứu về tổng hợp hóa học của
sterois. Chiến lược đạt được nhiều thuận lợi, một trong số đó là việc có sẵn những thành
phần dựa vào 18-methyl-19-norsteroid cũng như nor-gestrol (26), không có từ tự nhiên.
Một phần của quy trình tổng hợp prochiral cyclopenta-1,3-diones được làm làm giảm bởi
Rhizopus arrhizus hoặc Sacchromyces uvarum. Đây là chiến lược nhằm đóng vòng C của
steroid với đúng hóa học lập thể tại C-17.
IV.

Sản xuất các amino acid

Có nhiều con đường tổng hợp amino acid bất đối xứng (chiral amino acids). Hầu hết được
giải quyết thông qua việc chuẩn bị hỗn hợp racemic, nhưng cũng có những cách tổng hợp
trực tiếp từ những tiền thân đối xứng (achiral). Hỗn hợp racemic (racemic mixture) là hỗn
hợp không có tính chất quang học với 50% đồng phân quay phải và 50% đồng phân quay
trái (tỉ lệ đồng phân D (R) và L (S) là 50:50). Sự biến đổi một dạng đối quang tinh khiết
của một chất quang hoạt thành hỗn hợp racemic tương ứng gọi là sự racemic hóa
(racemisation) xảy ra dưới ảnh hưởng của nhiệt, ánh sáng hoặc hóa chất. Trong quy mô
lớn, cả hai phương pháp đều được mô tả, mặc dù một số quy trình phức tạp có thể chỉ là
sự minh họa ở một số nhà máy hơn là được áp dụng rộng rãi trong sản xuất.
1.

L- methionine

Phương pháp sử dụng enzyme để xử lý DL-methionine được giới thiệu từ những năm
1950. Bắt đầu với hỗn hợp đồng phân DL-methionine, thực hiện phản ứng N-acetyl hóa
gắn gốc acetyl (CH3CO) vào phân tử methionine tại vị trí của N, thu được hỗn hợp Nacyl-DL-methionine. Sau đó thực hiện phản ứng deacetyl hóa với enzyme aminoacylase.
Tế bào nấm mốc Aspergillus oryzae sản sinh enzyme acylase được sử dụng để thủy phân
N-acyl-DL-methionine. Mặc dù hầu hết nấm mốc đều có thể sản xuất acylase nhiều hay
ít, nhưng hoạt tính cao nhất là ở Aspergillus và Penicillium, trong đó Aspergillus oryzae
No. 9 là dòng thích hợp nhất. Enzyme acylase đặc hiệu cho sự tạo thành đồng phân L, sản
phẩm sau quá trình thủy phân gồm L-methionine và N-acyl-D-methionine. Sau khi loại bỏ
tế bào nấm mốc, pH của dịch lọc sẽ được điều chỉnh để làm kết tủa L-methionine tại điểm
đẳng điện của nó (pI khoảng 5.74), trong dung dịch còn lại N-acyl amino acid. Dung dịch
được xử lý hóa học tạo hỗn hợp racemic và được đưa trở lại vào phản ứng thủy phân.
Phản ứng thủy phân và racemic hóa là những chiến lược cơ bản trong tổng hợp amino
acids.

11

Sơ đồ 2. Sản xuất L-methionine


Việc sử dụng cả tế bào của A. oryzae để làm nguồn enzyme xúc tác là không tiện lợi và
việc sử dụng chúng cũng gặp một số bất lợi như khó tinh chế sản phẩm, sản lượng thu
được thấp, và khó có thể sử dụng lại nguồn tế bào. Tế bào nấm mốc được nuôi cấy và thu
nhận sau đó cho vào hỗn hợp cần chuyển đổi. Những tế bào này không chỉ có enzyme xúc
tác cho quá trình thủy phân mà còn chứa nhiều enzyme khác, một số trong đó có thể oxy
hóa phân tử methionine mới được tạo thành, hoặc xúc tác sự giải phóng những chất tan
khác trong tế bào. Tất cả những tạp chất này có thể làm nhiễm hỗn hợp phản ứng và khó
thu nhận sản phẩm. Sau khi sử dụng, tế bào nấm mốc có thể được thu nhận lại và sử dụng

cho lần tiếp theo, nhưng hoạt tính xúc tác của chúng giảm rất nhanh chóng bởi vì tế bào
đã bắt đầu bị ly giải và phân hủy.

12


Xử lý methionine bằng phương pháp enzyme cố định có thể là một trong những quá trình
sản xuất đầu tiên giải quyết những vấn đề nêu trên. Enzyme được tách chiết từ tế bào nấm
mốc và cố định trên cột trao đổi ion. Phương pháp cố định này dựa trên lực tương tác ion
giữa enzyme mang điện tích (-) và các hạt resin mang điện tích (+). Ưu điểm của phương
pháp này là đơn giản, dễ thực hiện, ít ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme. Nhược điểm
chủ yếu là enzyme dễ hòa tan trở lại trong quá trình sử dụng lặp lại nhiều lần, độ liên kết
lỏng lẻo do phụ thuộc nhiều vào pH và lực ion. Enzyme vẫn giữ được hoạt tính khi bám
vào các hạt nhựa resin, nơi quá trình xúc tác diễn ra như là ở trong pha rắn. Hỗn hợp phản
ứng sẽ được đổ vào và chảy qua cột. Khi phản ứng thủy phân diễn ra, sẽ sinh ra acid
carboxylic làm pH của dung dịch giảm và cần phải được điều chỉnh để ngăn ngừa
methinonine kết tủa. Nếu nó thể kiểm soát được pH, sự phân giải sẽ được chuyển qua
những bước tiếp theo. Đây là một quy trình tiện lợi và vệ sinh hơn so với quy trình cũ là
sử dụng toàn bộ sinh khối tế bào A. oryaze. Tuy nhiên, đây không phải là quy trình sản
xuất với quy mô lớn, với chỉ 150 tấn L-methionine được sản xuất mỗi năm.

Hình 2. Hệ thống sản xuất L-methionine
2.

4-hydroxy-L-phenylglycine

Những hệ thống tương tự như đã mô tả ở phần 6.4.1 được sử dụng để xử lí hỗn hợp
racemic của những dẫn xuất amino acid khác. Sản xuất L-amino acids để tổng hợp kháng
sinh là một ví dụ. Phenylglycine (có đồng phân L là một moiety trong ampicillin bán tổng
hợp và cephalexin) được tổng hợp theo cách cổ điển như là một muối diastereomic, trong

khi dẫn xuất của nó, 4-hydroxyphenylglycine (tiền thân của amoxicillin) được thu nhận từ
quy trình xử lý bằng enzyme. Có nhiều cách tổng hợp đã được công bố, một trong số đó
là cách phân giải hydantoin tương ứng. Hydantoin hay glycolylurea là một hợp chất hữu
13


cơ vòng 6C với công thức phân tử là CH 2C(O)NHC(O)NH, là một chất rắn không màu
tạo ra từ phản ứng của glycolic acid và urea. Các dẫn xuất chứa hydantoin trong phân tử
được dùng như những chất trung gian trong sản xuất amino acid tương ứng. Ở quy trình
này, phân giải dẫn xuất hydantoin tương ứng tạo ra N-carbamoyl-4-hydroxyphenylglycine. Dẫn xuất của hydantoin được chuyển thành hỗn hợp racemic ở pH kiềm
trong khi dẫn xuất N-carbamoyl thì không. Vì thế sẽ chuyển đổi được một lượng đáng kể
từ hỗn hợp racemic ban đầu và sản phẩm dễ dàng được chuyển đổi thành amino acid
tương ứng khi sử dụng nitrous acid.
Hydantoinases là những enzyme đặc biệt hữu ích vì hydantoins là những chất trung gian
trong quá trình tổng hợp của nhiều amino acid. Những enzyme có thể đặc hiệu cho cả
đồng phân D và L. Enzyme từ Pseudomonas striata có hoạt tính cao nhất chống lại
dihydrouracil. Những chất hoạt động nhất trong hydantoins được tạo thành từ amino acids
béo trung tính, nhưng nhiều chất tương tự phenylglycine cũng vẫn bị phân giải.

Hình 3. Hoat động trong embrane reactor
Có những cách sản xuất 4-hydroxyphenylglycine khác đã được công cố, một trong số đó
liên đến quá trình phân giải ethyl ester nhờ enzyme xúc tác. Vì chất này đã bị khóa hoàn
14


toàn ở chức năng của nhóm amino và nhóm carboxylate nên nó rất khó tan trong nước và
chỉ tan trong dung môi hữu cơ. Quá trình thủy phân đặc biệt của ester được xúc tác bởi
enzyme nằm giữa pha nước và pha dung môi, sinh ra acid carboxylic tan trong nước và sẽ
được chuyển vào pha nước. Điều kiện của phản ứng vì thế sẽ ảnh hưởng đến quá trình
thủy giải ester và khả năng dễ dàng tách sản phẩm. Trong thực tế, enzyme được cố định

trên một màng ưa nước nằm ở giữa hai pha nước và dung môi hữu cơ. Membrane reactor
gồm có một bó lớn những sợi ống rỗng, mỗi sợi có đường kính bên ngoài khoảng 300m
mà bề dày khoảng 50m. Pha nước chảy qua trong lõi sợi, trong khi pha hữu cơ chảy ngoài
bề mặt sợi. Hai đầu của mỗi sợi là các hạt resin giúp cho nước không trộn lẫn với dung
môi hữu ở vị trí hai đầu. Sự thủy phân xảy ra khi hỗn hợp racemic ester được đưa vào
trong pha dung môi. Khi ester thấm tới tấm màng chứa enzyme, chúng sẽ bị enzyme phân
giải, tạo thành L-acid tan trong nước và chảy vào pha nước ở lõi và được đưa ra ngoài. Deter còn lại không tan trong nước nên vẫn nằm trong pha dung môi và cũng được đưa ra
ngoài, thực hiện phản ứng racemic hóa tạo hỗn hợp racemic để lại đưa vào phải ứng. Quá
trình này, được phát triển bởi Sepracor Inc., có thể không phải là quá trình hoàn toàn
mang tính thương mại, nhưng nó đại diện cho sự sáng tạo trong việc sử dụng enzyme
trong phản ứng mà cơ chất khó tan trong nước. Mặt khác, công ty Kanegafuchi đã sử
dụng enzyme hydantoinase để sản xuất 1200 tấn amino acid cần thiết cho sản xuất ra
2800 tấn amoxicillin mỗi năm.
3.

L-cysteine

Phần lớn cysteine trên Thế giới được tách chiết từ keratin, một protein chủ yếu được thu
nhận từ tóc. Quá trình sản xuất dựa trên phản ứng thủy phân trong môi trường acid của
protein, tạo ra mùi hôi và sản phẩm thải ra rất khó xử lí. Hiện tại nó đã được thay thế bằng
việc tổng hợp enzyme mà một lần nữa lại có sự kết hợp của phân giải đồng phân lập thể
và phản ứng racemic hóa. Methyl-2-chloroacrylate được chuyển đổi thành DL-aminodelta-2-thiazoline-4-carboxylate, và cả hai đồng phân của quá trình trung gian này sau đó
đều được thủy phân bởi enzyme từ Pseudomonas thiazolinophilum hay Sarcina lutea một
cách trực tiếp thành L-cysteine. Quá trình racemisation cần thiết xảy ra một cách tự nhiên
trong suốt phản ứng.

15


Sơ đồ 3. Sản xuất L-cysteine

4.

L-aspartate

Nhu cầu về L-phenylalanine và L-aspartate ngày càng tăng vì chúng là những nguyên liệu
đầu vào cho sự tổng hợp chất làm ngọt có hàm lượng calo thấp Aspartame. Những amino
acids trước đó là sản phẩm của lên men, trong khi sau này được sản xuất bằng quá trình
xúc tác enzyme từ fumaric acid và ammonia. Một phản ứng ngược được phát hiện đầu
tiên vào năm 1926, trong đó những tế bào chưa hoạt hóa của E. coli thực hiện phản ứng
khử amin L-aspartate thành fumarate. Vào những năm 1950, người ta đã phát hiện rằng
những tế bào đang phát triển của E. coli sẽ tích trữ L-aspartate khi bổ sung thêm fumarate
và ion ammonium vào môi trường nuôi cấy. Enzyme chị trách nhiệm cho phản ứng thuận
nghịch này là L-aspartate ammonia lyase, thường đường gọi là fumarase.
Tổng hợp chọn lọc những đồng phân yêu cầu từ những tiền thân đối xứng đơn giản như
alkene là con đường được ưa thích cho mọi sản phẩm bất đối xứng. Thậm chí nếu việc tạo
hỗn hợp racemic, như khi tổng hợp của L-methionine và L-cysteine, là cần thiết, thì vẫn
có ít bước hơn với quy trình tổng hợp từ những hợp chất đối xứng đã được lựa chọn cẩn
thận. Việc sản xuất trong trường hợp này đạt hiệu quả cao. Nó được xúc tác bởi toàn bộ tế
bào E. coli hoặc bởi enzyme tách chiết ra từ tế bào. Trong cả hai trường hợp, chất xúc tác
đều được cố định, ví dụ như cố định tế bào trong những hạt poly-acrylamide gel gắn lên
cột. Chất phản ứng được đổ vào cột như quá trình đã được mô tả trong sản xuất Lmethionine ở trên. L-aspartic tạo thành được thu lại từ dòng chảy khi làm acid hóa ở pH
2.8. Hiệu suất của sản phẩm đạt 90%.
16


V.

Beta-lactam antibiotics

Beta-latam antibiotics là một họ kháng sinh gồm nhiều loại kháng sinh phổ biến hiện nay

như penicillins, cephalosporins, carbapenems và monobactams, với cấu trúc lõi có chứa
vòng beta-lactam.

Hình 4. Vòng beta-lactam
Vòng beta-lactam cần thiết cho hoạt tính kháng khuẩn của kháng sinh. Trong các phân tử
kháng sinh, beta-lactam nằm trong lõi, kết hợp với các nhóm khác sẽ loại bỏ sự bền vững
của liên kết cộng hóa trị trong vòng, làm cho vòng hoạt động hơn. Hầu hết beta-lactam
antibiotics hoạt động dựa trên sự ức chế tổng hợp vách tế bào của vi khuẩn làm cho vi
khuẩn không thể nhân lên. Vòng beta-lactam ức chế những enzyme liên quan đến lắp ráp
vách tế bào ở bước cuối như transpeptidase và carboxypeptidase. Tuy nhiên trong tự
nhiên có những vi khuẩn kháng lại beta-lactam antibiotics. Chúng biểu hiện gen mã hóa
cho beta-lactamase là một loại enzyme có thể phân giải vòng beta-lactam. Vì thế, đối với
những loại vi khuẩn có enzyme này, việc điều trị bằng beta-lactam antibiotics sẽ không
hiệu quả.

Hình 5. Beta-lactamase phá hủy vòng beta-lactam
17


Mặc dù penicillins tự nhiên, như benzyl penicillin (G) và phenoxyl methyl penicillin (V),
là những kháng sinh hữu hiệu, sự phát triển của chúng để trở thành dược phẩm thiết yếu
bị giới hạn cho đến khi tìm ra được một phương pháp thuận tiện để biến đổi 6-amido ở
chuỗi bên. Chuỗi bên mới tăng cường hoạt tính kháng sinh của vòng beta-lactam và cải
thiện khả năng kháng lại enzyme beta-lactamases của vi khuẩn. Đặc điểm cải thiện này
tạo nên đặc tính thương mại đáng giá cho sản phẩm.
Vùng nhân của beta-lactam không ổn định khi pH nhỏ hơn 2 hoặc lớn hơn 9, cho phép
quá trình thủy phân đơn giản với xúc tác acid hoặc base để giải phóng lõi beta-lactam 6APA (6-aminopenicillanic acid). Mặc dù hợp chất này chỉ là một thành phần nhỏ trong lên
men Penicillium acremonium thương mại để sản xuất penicillins tự nhiên thì đây vẫn
không phải là phương pháp thích hợp để sản xuất sản phẩm. Một bước đột phá lớn trong
những năm 1960 khi nhiều nhóm nghiên cứu cho thấy rằng có nhiều vi sinh vật có thể

phân giải những liên kết exo-cyclic amide một cách đặc hiệu, mà không phá hủy vòng
beta-lactam.

Sơ đồ 4. Enzyme phân giải penicillin thành 6-aminopenicillanic acid (6-APA)
En
zyme có nguồn gốc từ E. coli sẽ phân giải penicillin G thành 6-APA, và phản ứng này
nhanh chóng được đưa vào quy trình sản xuất. Vài chục năm sau, một quá trình tương tự
cho thủy phân penicillin V được phát triển, dựa vào enzyme từ một loại nấm lớn
(basidiomycete), Pleurotus oestratus. Phản ứng thường được thực hiện ở pH 8, và hiệu
suất thu được 6-APA vào khoảng 90%.
Một quy trình hóa học được phát triển ngay sau đó với việc sử dụng PCl 5 để phá vỡ liên
kết amide. Một phần vì bản quyền sáng chế, một phần bởi vì quy trình này thuộc về hóa
học nhiều hơn là enzyme học, con đường hóa học này trở nên cạnh tranh với phương pháp
xúc tác enzyme trong vài năm. Nó chỉ đúng cho phân giải peninillin V, ở những nơi mà
đôi khi những enzyme thích hợp không có sẵn. Tuy nhiên, hầu như tất cả 16 000 tấn
penicillin mà hiện nay được chuyển đổi thành 6-APA là dựa vào enzyme xúc tác.
Mặc dù ở nồng độ cao (khoảng trên 50g.l -1) cân bằng của phản ứng xúc tác bởi enzyme ở
pH 8 thay đổi đáng kể so với lúc thủy phân hoàn toàn, và ở pH 5 sẽ chuyển về phía tổng
hợp amide, sự thay đổi này vẫn không phải là một phương pháp hiệu quả để tổng hợp lại
18


amide. Giá trị thương mại của 6-APA là khoảng $75/1 kg, và một số những phân tử đã
thay đổi chuỗi bên khác cũng có giá trị như thế. Nếu việc tổng hợp amide không đạt được
sản lượng cao, quá trình sản xuất penicillin mới dường như không khả thi. Những sản
lượng từ con đường xúc tác enzyme này đã không được ghi nhận lại, và cho đến khi
chúng được chú ý tới, phương pháp hóa học vẫn được duy trì như là phương pháp chuẩn
trong xử lí với chuỗi bên mới.
Cephalosporin C là một dạng quan trọng khác của beta-lactam antibiotics tự nhiên, được
tách chiết từ quá trình lên men Acremonium chrysogenum. Chúng liên quan tới penicillin

G, và sự tổng hợp của chúng cũng bắt nguồn từ cùng một chất chuyển hóa trung gian,
isopenicillin N. Không giống như penicillins, dạng tự nhiên của cephalosorin không được
sử dụng trong điều trị, và việc sản xuất của tất cả cephalosporins hữu ích đều cần bỏ đi
chuỗi bên 7-aminoadipyl để tạo nên 7-ACA (7-aminocephalosporanic acid). Đây vẫn là
một quá trình hóa học trong đó NOCl hoặc PCl5 được dùng để phá vỡ liên kết exo-cyclic
amide. Quy trình hóa học kết hợp với enzyme sản xuất 7-ACA gồm hai bước phức tạp
được thực hiện ở -400 đến -600C trong thời gian dài. Hơn nữa, quá trình sử dụng những
hóa chất nguy hiểm như phosphorous pentachloride, nitrosyl chloride và pyridine. Sự loại
bỏ tạp chất khi tinh chế sản phẩm gặp khó khăn.

Sơ đồ 5. Quy trình hóa học kết hợp với enzyme sản xuất 7-ACA
19


Một sự thật đáng hiếu kì là không có enzyme đơn nào thể hiện nhiều hơn một hoạt tính
thấp trong việc thủy phân liên kết amide đặc biệt này ở cephalosporin C. Tuy nhiên, việc
tạo ra 7-ACA bằng enzyme là khả thi về mặt kỹ thuật, một quy trình hiệu quả cũng cần
hai bước. Ban đầu nhóm chức 7-aminoadipyl bị oxi hóa thành 7-glutaryl moiety, phản
ứng được xúc tác bởi D-amino acid oxidase ở Fusarium solani, và sau đó được enzyme
của Pseudomonas diminuta thủy phân liên kết amide này để tạo ra 7-ACA. Phản ứng sẽ
giải phóng ra glutaric acid làm giảm pH của môi trường, ức chế enzyme xúc tác cho phản
ứng, cần có thiết bị kiểm soát pH của môi trường

Sơ đồ 6. Quy trình sử dụng enzyme để sản xuất 7-ACA
Mặc dù enzyme không có giá trị thương mại nhiều trong việc loại bỏ chuỗi bên của
cephalosporin C, chúng vẫn hữu ích trong việc phân giải nhóm 3-acetoxymethyl như đã
được đề cập ở chương 3. Phản ứng này sử dụng enzyme esterase từ Rhodosporidium

20

toruloides. Nó cho phép việc tổng hợp một loạt các cephalosporins đã biến đổi, như là
cefuroxime.

VI.

Isoglucose

Isoglucose hay còn gọi là HFCS (high-fructose corn syrup) lần đầu tiên được giới thiệu
cho ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát trong cuối những năm 1960 (HFCS42 năm 1967) và 1970 (HFCS-55 năm 1977) để cải thiện sự ổn định và chức năng khác
nhau của thực phẩm và đồ uống. Chất làm ngọt cacbohydrate được sử dụng vì chúng tăng
cường hương vị của các loại thực phẩm khác nhau. Chúng chủ yếu bao gồm
monosaccharides như glucose, fructose, galactose và disaccharides như sucrose, lactose
và maltose. Người ta tìm kiếm chất ngọt thay thế succrose và không nhiều calo để đảm
bảo sức khỏe cho bệnh nhân tiểu đường đồng thời kiểm soát cân nặng. Đường fructose là
ngọt nhất trong các loại đường và chi phí sản xuất HFCS tương đối ít đã làm cho nó trở
thành một giải pháp thay thế hữu hiệu cho sucrose và các đường tự nhiên khác.
HFCS tương đối rẻ, ngọt hơn sucrose, hòa tan trong dung dịch tốt. HFCS là chất lỏng nên
dễ dàng vận chuyển và sử dụng trong các đồ uống nhẹ. Nó cũng có tính axit, có khả năng
bảo quản nên làm giảm việc sử dụng các chất bảo quản khác.
Hiện chủ yếu người ta sản xuất hỗn hợp glucose (52%) và fructose (42%) từ tinh bột bắp
với sản lượng hằng năm khoảng 10 triệu tấn siro fructose HFCS. Marshall và Kooi (1957)
đã phát triển quy trình sản xuất HFCS. Ba loại HFCS được sử dụng phổ biến là HFCS-90
(90% fructose và 10% glucose) được sử dụng trong các ứng dụng chuyên biệt, HFCS-42
(42$ fructose và 58% glucose) sử dụng trong nước sốt, súp, gia vị, thực phẩm nướng và
HFCS-55 (55% fructose và 45% glucose) sử dụng trong kẹo mềm, nước trái cây, đồ uống
có ga. Tinh bột gồm nhiều phân tử đường dài là amylose (Hình 6) và amylopectin (Hình
7).

21

Hình 6

Hình 7

Quy trình sản xuất HFCS từ tinh bột bắp: đầu tiên thủy phân tinh bột thành dạng gel sệt
nhờ enzyme amylase bền nhiệt ở 140°C trong 30s bằng thiết bị jet-cooker, enzyme
amylase sẽ xúc tác thủy phân liên kết 1-4α của tinh bột tạo thành lớp keo mỏng . Sau đó
thêm enzyme amylase vào và giảm nhiệt độ xuống 100°C, thủy phân tinh bột từ từ thành
chuỗi đường ngắn hơn là oligosaccharides, sau 30 phút lúc này tinh bột đã ở dạng lỏng.
Hai enzyme khác là amyloglucosidase và pullulanase được thêm vào để xúc tác thủy phân
liên kết 1-4α và 1-6α, nhiệt độ giảm xuống 55°C và chuỗi đường sẽ bị phá vỡ để tạo thành
đường đơn glucose (Sơ đồ 7).

Sơ đồ 7.

22


Tiếp theo là enzyme glucose isomerase (hình 8) được thu nhận từ vi khuẩn có thể xúc tác
đường phân hóa thuận nghịch D-glucose thành D-fructose (hình 9). Đồng phân hóa
glucose và fructose có tầm quan trọng trong sản xuất HFCS.

Hình 8

Hình 9

Sản phẩm cuối cùng của quá trình thủy phân tinh bột chứa 93% glucose và 7%
oligosaccharides (Refined Glucose Syrup). Lúc này cho vào enzyme glucose isomerase

trong điều kiện 61°C và pH 8. Trong môi trường kiềm loãng, glucose bị epimer hóa (Hình
9) và tạo thành HFCS (42% fructose, 51% glucose và 7% oligosaccharides). Tiếp theo
HFCS được đưa qua sắc kí lỏng để fructose được làm giàu đến gần 90% tạo thành HFCS90 (90% fructose và 10% glucose) (Hình 10). Nếu muốn chuyển thành HFCS-42 hoặc
HFCS-55 thì chỉ cần pha HFCS-90 với glucose syrup với tỉ lệ phù hợp.

Hình 9

23


VII.
sạch

Hình 10
Tổng hợp (S)-2-chloropropionate và acrylamise: tầm ảnh hưởng của hóa chất

Sử dụng hóa chất trong các quy trình sản xuất đã thải ra nhiều chất độc hại và mang lại
nhiều tác động xấu đến môi trường. Sử dụng enzyme làm xúc tác sinh học được coi là
một công nghệ sạch, đơn giản và có thể giảm thiểu nhiều tác hại xấu. Sự chuyển hóa 2chloropropionate và sự thủy phân acrylonitrile là hai ví dụ về việc sử dụng công nghệ
sạch để thiết lập quy trình sản xuất cysteine mới.
1.

(S)-2-chloropropionate

2-aryloxypropionate có trong thuốc diệt cỏ được tổng hợp từ 2-chloropropionate. 2chloropropionate có 2 đồng phân đối quang là (R)-2-chloropropionate và (S)-2chloropropionate, tuy nhiên chỉ có đồng phân (R) là hoạt động. Vì thế để giảm bớt thải ra
hóa chất không dùng được cũng như giảm bớt chi phí tổng hợp đồng phân bất hoạt thì
việc sản xuất ra sản phẩm chỉ chứa đồng phân hoạt động là rất cần thiết. Nhân thơm của
phân tử là phức hợp khi ở fluazifop (Hình 11).

Hình 11

Thuốc diệt cỏ hoạt động về phương diện quang học được tổng hợp từ (S)-2chloropropionate bởi vì tâm chiral sẽ bị đảo ngược khi nhân thơm được thêm vào, tạo nên
đồng phân (R) như mong muốn. Phân lập các vi sinh vật có khả năng phát triển
Chloropropionate, trong đó vài loài Pseudomonas có chứa các enzyme có khả năng thủy
phân cả đồng phân đối hình (R) và (S) của acid chloro. Sản phẩm của thủy phân là acid
lactic với hình ảnh đối xứng qua gương. Khi (S)-2-chloropropionate là đối hình bắt buộc,
đầu tiên một mạch của vi sinh vật sẽ được kiểm soát di truyền để chuyển enzyme có khả
năng thủy phân đối hình kia, sau đó tăng sản lượng enzyme. Ngày nay loại enzyme này có
thể phân giải khoảng 2000 tấn (R, S)-chloropropionate hằng năm.
24


2.

Acrylamide

Nhiều vi sinh vật có chứa các enzyme có khả năng thủy phân nitrile hữu cơ, các enzyme
này được phân loại khác nhau bởi khả năng phá giản chất béo và hợp chất thơm, enzyme
thủy phân nitrile tách chiết từ Rhodococcus rhodochrous có thể thủy phân acrylonitrile
thành acrylamide. Quy trình thủy phân hóa học liên quan đến đồng xúc tác ở 100°C , rất
khó để chuẩn bị và khôi phục chất xúc tác cũng như tách chiết và tinh chế acrylamide.
Quy trình sử dụng enzyme được tiến hành ở 10°C , điều này giúp tiết kiệm năng lượng
cũng như giảm khả năng acrylonitrile hoặc acrylamide tự trùng phân trong quá trình phản
ứng, sản phẩm thu hồi được cũng tinh khiết hơn so với quy trình hóa học.
Acrylamide tinh khiết cũng có khả năng trùng hợp cao hơn so với sản phẩm được tạo ra
từ con đường hóa học. Phần lớn polyacrylamide được dùng làm flocculant và có khối
lượng phân tử nhỏ hơn polyme được tổng hợp từ enzyme acrylamide, mà điều này lại rất
cần thiết trong quy trình kết tủa nên flocculant được ưa chuộng hơn. Một vài quy trình
trong công nghiệp xử lý nước đã hạn chế sử dụng thuốc thử tinh khiết. Điều này có nghĩa
là quy trình sản xuất acrylamide bằng enzyme có thể tăng từ 30.000 tấn một năm như hiện

nay lên 200.000 tấn một năm.
VIII. The chiral switch
Ngày nay vẫn còn một vài sự phản đối sử dụng enzyme trong sản xuất quy mô lớn, tuy
nhiên đã có rất nhiều quy trình công nghiệp được tiến hành đã cho thấy nhiều lợi ích từ
công nghệ này mà trong đó có lợi nhuận thương mại. Có hai thành phần dẫn đến ngày
càng sử dụng các chất xúc tác được trích lọc từ enzyme hoặc từ các phản ứng hóa học hữu
cơ nơi mà hóa học lập thể được chuyển từ chiral này sang chiral khác. Yếu tố đầu tiên là
giảm chất thải và các sản phẩm phụ. Thứ hai là sự có mặt của đồng phân đối hình không
mong muốn và dược phẩm không tinh khiết, nếu dược phẩm bất hoạt thì không sao,
nhưng nếu hoạt động thì sẽ tác động rất khác so với sản phẩm tinh khiết, ví dụ như
thalicomide.
Chính quyền cũng đã nêu rõ rằng nếu sản phẩm là chiral thì phải phân loại và kiểm tra
nghiêm ngặt đồng phân của chúng. Hơn thế nữa, họ cũng nghĩ rằng một loại thuốc chiral
hoạt động thì nên được bán kèm với đồng phân đối hình không hoạt động. Cuộc tranh
luận đã ảnh hưởng đến chương trình tổng hợp hóa học trong ngành công nghiệp dược
phẩm khi một nhóm người cho rằng chỉ nên tổng hợp thuốc từ những thành phần là
achiral. Những người khác thì quan tâm đến phương pháp tổng hợp chỉ tạo ra một đồng
phân đối hình. Chiral tinh khiết đã nhấn mạnh sự cần thiết của phương pháp tổng hợp bất
đối xứng, và lúc này được biết đến là "chiral switch".

25