Mapa Conceptual_Aminoácidos

Aminoácidos

Métodos de producción

¿Qué son?

Métodos de recuperación

Organismos

Mercado

Clasificación

Productores

Fermentación microbiana

internacional

Síntesis química

Evaluación económica

Industrias

Se dividen en 3

nacional

Métodos enzimáticos

Aplicaciones comerciales

Fermentación

Empresas

¿Qué son?

Un aminoácido es una molécula orgánica con un grupo amino (-NH2) y un grupo carboxilo (-COOH) en un extremo.​ Son la base de las proteínas. Los aminoácidos son importantes en la industria debido a su versatilidad y su capacidad para contribuir a una variedad de procesos y productos en sectores como la alimentación animal, la agricultura, la alimentación, la salud humana y la química industrial. Su uso en estas áreas ayuda a mejorar la calidad, la eficiencia y la sostenibilidad de numerosos productos y procesos.

Clasificación de aminoácidos

Aminoácidos esenciales: Los aminoácidos esenciales no los puede producir el cuerpo. En consecuencia, deben provenir de los alimentos. Aminoácidos no esenciales: No esencial significa que el cuerpo puede producir el aminoácido, aun cuando no lo obtengamos de los alimentos que consumimos. Aminoácidos condicionales: Los aminoácidos condicionales por lo regular no son esenciales, excepto en momentos de enfermedad y estrés.

Industria farmaceutica

• El triptófano se usa para trastornos del sueño, depresión, ADHD, fenilcetonuria, narcolepsia y síndrome de fatiga crónica.
• La arginina se emplea comúnmente en productos dentales para aliviar la sensibilidad dental, ya que actúa de manera similar al esmalte dental.

Industria alimentaria

Los aminoácidos se emplean como potenciadores del sabor y antioxidantes en la industria alimentaria.

• El glutamato monosódico es el más común, seguido de la glicina, la alanina y el triptófano.
• El aspartamo, 200 veces más dulce que la sacarosa, se utiliza como edulcorante artificial en bebidas bajas en calorías.

Industria química

Los aminoácidos sirven como materias primas para producir varios compuestos tales como pesticidas y herbicidas.

• La treonina es el material de partida para la producción de azthreonam, otro herbicida).
• El polimetilglutamato se utiliza para fabricar cuero sintético.
• Varios aminoácidos como la leucina, valina, prolina, alanina, cisteína, e isoleucina, se utilizan en los suplementos para el incremento y el culturismo del músculo.

Mercado internacional

El mercado mundial de los Aminoácidos está influido principalmente por los sectores de la alimentación animal y humana, que representan actualmente las aplicaciones más valiosas. El mercado global está segmentado por tipo, aplicación y por geografía (Norteamérica, Europa, Asia-Pacífico, Sudamérica y Medio Oriente y África). Se venden como: 1- Suplementos Dietéticos 2- Alimentos 3-Bebidas Fortificadas 4- Nutrición Infantil

En 2023, el intercambio comercial total de Aminoácidos fue de US$92.4M. En el contexto global, los principales países exportadores de aminoácidos en 2022 fueron China (US$1,852M), Singapur (US$1,357M) y India (US$363M). En el mismo año, los principales países importadores fueron Alemania (US$912M), Bélgica (US$869M) y Estados Unidos (US$600M).

Evaluación económica

En octubre de 2021, Arla Foods Ingredients lanzó un ingrediente de beta-lactoglobulina (BLG) pura, Lacprodan BLG-100. El ingrediente contiene un 45% más de leucina, el principal aminoácido para el desarrollo muscular, que los aislados de proteína de suero disponibles para uso comercial. El tamaño del mercado de aminoácidos para piensos se estima en 8 mil millones de dólares en 2024 y se espera que alcance los 10,20 mil millones de dólares en 2029, creciendo a una tasa compuesta anual del 4,98% durante el período previsto (2024-2029).

El mercado de los Aminoácidos se estima en 27 220 millones de USD en 2023. Seguirá ganando popularidad en los próximos 7 años con una tasa de crecimiento prevista del 8,5% CAGR. En julio de 2021, Ajinomoto introdujo un suplemento de aminoácidos respaldado por un estudio clínico y un ECA para reducir el riesgo de deterioro cognitivo en personas sanas de mediana edad y mayores que experimentan pérdida de memoria.

Mercado nacional

En 2023, las entidades federativas con mayores ventas internacionales fueron Nuevo León (US$1.36M), Ciudad de México (US$556k), Estado de México (US$322k), Jalisco (US$189k) y Guanajuato (US$40.9k). Durante el mismo año, los países con más ventas internacionales a México fueron Estados Unidos (US$1.47M), Guatemala (US$343k), Colombia (US$279k), Ecuador (US$113k) y Puerto Rico (US$89.3k).

En 2023, las entidades federativas con mayores compras internacionales en aminoácidos fueron Jalisco (US$36.9M), Ciudad de México (US$23.3M), Estado de México (US$16.2M), Sinaloa (US$3.3M) y Querétaro (US$2.15M). Los países con más compras internacionales a México en 2023 fueron China (US$29.4M), Estados Unidos (US$17.4M), India (US$8.2M), España (US$8.02M) y Países Bajos (US$6.22M).

Principales empresas en México que producen y comercializan aminoácidos:

• Productos Farmacéuticos Collins

• Laboratorios PiSA

• Grupo Grifols

• Novartis.

Industria alimentaria

Escherichia coli: Lisina y GlutaminaCorynebacterium glutamicum: Glutamate monosódicoBacillus subtilis: Lisina

Cosmética

Saccharomyces cerevisae: Treonina Streptomyces spp: Cisteína Pseudomonas spp: Fenilalanina y Tirosina

Farmaceutica

Brevibacterium flavum: Metionina y ValinaBacillus licheniformis: Arginina y Histidina Aspergillus spp: lisina

Agrícola

Klebsiella pneumoniae: Treonina Lactobacillus spp: Prolina Streptococcus thermophilus: Lisina

Actualmente, los aminoácidos se producen a través de tres rutas diferentes: extracción a partir de síntesis química y procesos microbianos (síntesis enzimática y fermentación).

SÍNTESIS QUÍMICA

En este método, los aminoácidos se producen a través de reacciones químicas controladas utilizando precursores químicos. Sin embargo, la síntesis química de aminoácidos puede ser costosa y menos eficiente que la fermentación microbiana. El proceso químico industrial más común para la fabricación de aminoácidos racémicos es el llamado método de Bucherer-Bergs, donde, las cetonas o aldehídos reaccionan con carbonato de amonio y cianuro de sodio para producir hidantoína, seguido de la hidrólisis de la mezcla de aminoácidos racémicos en un medio básico.

Fermentación microbiana

La mayoría de los procesos industriales actuales para la producción de aminoácidos se basan en la ruta de fermentación. Este método implica el uso de microorganismos como bacterias o levaduras para producir aminoácidos. Los microorganismos se cultivan en condiciones controladas donde se suministran nutrientes adecuados, como azúcares y sales minerales, para estimular la producción de aminoácidos.

Métodos enzimáticos

a) Producción de Aminoácidos por Transaminación: La transaminación es una reacción enzimática que puede utilizarse para producir varios aminoácidos. Por ejemplo, la enzima transaminasa puede catalizar la conversión de cetoácidos en aminoácidos correspondientes. b) Producción de Aminoácidos por Hidrólisis Enzimática de Proteínas: Las proteínas pueden ser hidrolizadas por enzimas proteolíticas para liberar aminoácidos individuales. Este método se utiliza en la producción de aminoácidos a partir de materias primas proteicas como la soya, el trigo o la caseína.

Estos métodos se basan en el empleo de enzimas para catalizar reacciones específicas que conducen a la síntesis de aminoácidos. Este enfoque puede ser una alternativa más sostenible y eficiente en términos de energía que la síntesis química tradicional.

Fermentación microbiana

Para la aireación y agitación el medio se utiliza un motor con una potencia de 100 KW y que trabaja a 16 rpm, dos impulsores o rodetes tipo “Turbina Rushton”. Esterilización

• Calor húmedo a 121 º C y 1 atm.

Filtración

• La etapa de filtración se divide en tres etapas: Filtración, lavado y descarga de la torta filtrada.

Las bacterias más utilizadas para la producción de aminoácidos mediante fermentación son Corynebacterium glutamicum y Escherichia coli. Fermentadores principales

• Dos tanques de 30 m^3 trabajarán en semicontinuo para garantizando un caudal de producto bruto de 50 t/año.
• pH constante de 7.0 mediante disoluciones de KOH y HCl.

ULTRAFILTRACIÓN

La Ultrafiltración (UF) es un proceso de separación por membranas, que permite la separación mecánica de sólidos suspendidos o disueltos mediante un tamiz, utilizando la presión hidrostática para forzar el agua a través de una membrana semipermeable. Normalmente usada en industria lactea debido que se encuentra Lisina,Treonina,Triptófano,Histidina

Cromatografía de intercambio iónico

La cromatografía de intercambio iónico (Ion Exchange Chromatography, IEC) separa las moléculas en base a su carga ionica neta. La separación se lleva a cabo por la competencia entre proteínas con diferente carga superficial por grupos cargados opuestamente sobre un adsorbente o una matriz de intercambio icónico. En procesos industriales, asociados a diversos sectores: En la industria agroalimentaria En la industria química y farmacéutica En la industria energética, electrónica y nuclear Para la potabilización del agua (eliminación de perclorato y uranio, entre otros)

Método convencional

En el método convencional por concentración solo se elimina la biomasa, filtra, se ajusta los pH necesarios para ser filtrado y se lo cristaliza.

Método cromatográfico

2.Se cambia el pH del sobrenadante mediante ácido sulfúrico (98%)., esto es necesario para la filtración mediante cromatografía de intercambio iónico, a tráves de resinas cationicas. 3. La resina más lisina son separadas con soluciones amoniacales y NaOH. 4. El eluato de la reacción que contiene lisina es enviado hacia un evaporador de calentamiento por placas al vacío. 5. La concentración de salida es de 50 – 55 % y nuevamente es acidificada con ácido clorhídrico (35 %). 6. Se obtiene clorhidrato de lisina, el cual se cristaliza mediante agitación y enfriamiento en cristalizadores verticales (15 – 25 °C) produciendo Lisina – HCL. Los cristales se secan y se elimina la humedad residual obteniendo un producto purificado al 98%, con un rendimiento final del todo proceso de aislamiento del aminoácido 90 %.

Se usa resinas de intercambio iónico que separan a los aminoácidos para ser filtrados, concentrados y neutralizados con HCL, finalmente cristalizados. Esto proporciona mayor calidad, pero genera mayor licor residual lo que genera mayor pérdida económica. Al terminar la fase de fermentación, el siguiente paso es el aislamiento del metabolito de interés (L – lisina, L-treonina, L- triptofano, L-Isoleucina, L- valina, L-arginina ). 1.Se separa por centrifugación para separar la biomasa del licor fermentado.