กรดกลูตามิค (Glutamic acid) จัดเป็นกรดอะมิโนชนิดหนึ่งที่พบได้ในสิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นสารปฐมภูมิของกระบวนการเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน และคาร์โบไฮเดรตในสิ่งมีชีวิต
คุณสมบัติทางกายภาพ และเคมี
1. สถานะ : ของแข็ง
2. ชื่อทางเคมี : (S)-2-Aminopentaedioxic acid
3. สูตรโมเลกุล : C5H9NO4
4. ธาตุประกอบ : C, H, N และ O
5. น้ำหนักโมเลกุล : 147.13 กรัม/โมล
6. ความหนาแน่นที่ 20 ºC : 1.538 กรัม/ลูกบาศก์เซนติเมตร
7. จุดหลอมเหลว : 247-249 °C
ที่มา : [1]
กรดกลูตามิค สามารถผลิตขึ้นได้จากจุลินทรีย์ทั่วไป แต่จุลินทรีย์ทั่วไปไม่สามารถผลิตได้อย่างมากพอสำหรับการใช้ในเชิงอุตสาหกรรม
ปี ค.ศ. 1908 ชาวญี่ปุ่นได้ค้นพบว่า กรดกลูตามิคสามารถเพิ่มรสชาติในอาหารได้ ซึ่งขณะนั้นมีกระบวนการผลิต 2 วิธี คือ
1. สังเคราะห์โดยใช้เอนไซม์
2. การหมักกรดแอลฟา-คีโตกลูตาริค หรือกรดซิตริกด้วยจุลินทรีย์
แต่การผลิตด้วย 2 วิธีข้างต้น ไม่สามารถผลิตกรดกลูตามิคได้ให้เพียงพอในระดับอุตสาหกรรม จึงพัฒนาเลือกใช้จุลินทรีย์ที่มีศักยภาพผลิตกรดกลูตามิคได้โดยตรง เริ่มจาก คิตะ (Kita) ใช้วัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรเป็นวัตถุดิบหมัก ได้กรดกลูตามิค 3.5 กรัม/ลิตร ต่อมา ทาดะ (Tada) และนากะยามะ (Nakayama) สามารถผลิตได้เพิ่มเป็น 14.5 กรัม/ลิตร
ต่อมาในปี ค.ศ. 1957 คิโนะชิตะ (Kinoshita) และคนอื่นๆ ได้ศึกษาใช้จุลินทรีย์หลายชนิด อาทิ แบคทีเรีย สเตรปโตมัยสีส ยีสต์ และรา หมักผลิตกรดกลูตามิคโดยใช้อาหารเลี้ยงเชื้อที่มีคาร์โบไฮเดรต และแอมโมเนียเป็นแหล่งอาหาร ผลการศึกษา พบว่า แบคทีเรียในกลุ่ม corynebacterium สามารถสร้างกรดกลูตามิคได้สูงสุด
แบคทีเรียในกลุ่ม corynebacterium เป็นแบคทีเรียแกรมบวกที่ไม่มีการสร้างสปอร์ ไม่มีการเคลื่อนที่ มีรูปร่างไม่แน่นอน อาจมีรูปกลมรีหรือเป็นท่อน และต้องการไบโอตินในการเติบโต และสร้างกรดกลูตามิค [2]
ประโยชน์กรดกลูตามิค
1. อาหาร และเครื่องดื่ม
– เป็นส่วนผสมในอาหารเสริม
– ช่วยเพิ่มรสเปรี้ยวให้อาหาร ช่วยให้อาหาร และเครื่องดื่มมีรสชาติดีขึ้น
– ช่วยป้องกันการเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลของอาหาร และเครื่องดื่ม โดยเฉพาะอาหารจำพวกผัก และผลไม้
– ช่วยยับยั้งการเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ในอาหาร และเครื่องดื่ม ช่วยให้อาหารเก็บรักษาได้
– ช่วยปรับสมดุลความเป็นกรด-ด่าง ในอาหาร และเครื่องดื่ม
– ช่วยรักษาสภาพหรือทำให้สารสำคัญในอาหารและเครื่องดื่มคงสภาพได้นาน เช่น สารแอนโธไซยานิน
– ต้านการเกิด auto-oxidation ในอาหาร และเครื่องดื่ม ป้องกันการเกิดกลิ่นไม่พึงประสงค์
– ใช้เติมในอาหารประเภทเนื้อเพื่อปรับปรุงให้เนื้อมีรสสัมผัสที่นุ่มมากขึ้น
2. ระบบร่างกายมนุษย์
สารกลูตามิค ดีไฮโดรจิเนส ซิสเต็ม (glutamic dehydrogenase system) ทำหน้าที่ส่งเสริมให้เกิดกระบวนการเมแทบอลิซึมของกรดอะมิโน และคาร์โบไฮเดรต ช่วยให้ร่างกายเผาผลาญสารอาหารไปใช้เป็นพลังงาน และใช้ในการเจริญเติบโต
3. ความสวยความงาม
– ช่วยบำรุงเส้นผม ป้องกันผมร่วง
– ช่วยป้องกันริ้วรอย
4. เกษตร และปศุสัตว์
– ใช้เป็นส่วนผสมในอาหารสัตว์ เป็นแหล่งโปรตีนในอาหารสัตว์
แหล่งของกรดกลูตามิค
1. จากแหล่งทำธรรมชาติ ได้แก่ พืช สัตว์ และจุลินทรีย์ ทำได้ คือ
– การสกัดจากสิ่งมีชีวิต
– การหมักด้วยจุลินทรีย์ ด้วยการเปลี่ยนกรดแอลฟา-คีโตกลูตาริค (ketoglutaric acid) หรือกรดซิตริก (citric acid)
2. กระบวนการสังเคราะห์ ได้แก่
– สังเคราะห์โดยใช้เอนไซม์เปลี่ยน D-L-form เป็น L-form [2]
การผลิตกรดกลูตามิคจากจุลินทรีย์
กรดกลูตามิคสามารถผลิตได้จากกระบวนการหมักของเชื้อจุลินทรีย์โดยใช้ น้ำตาลกลูโคสเป็นสารตั้งต้นในกระบวนการหมัก เชื้อจุลินทรีย์ที่ใช้หมักผลิตกรดกลูตามิค ได้แก่ [1]
1. Corynebacterium glutamicum นิยมใช้ในขั้นการผลิตระดับอุตสาหกรรม
2. Brevibacterium sp.
3. Arthrobacter paraffineus
วิธีผลิตกรดกลูตามิคด้วยจุลินทรีย์
1. โซลิดสเตท เฟอร์เมนเตชัน (Solid state fermentation)
เป็นการหมักโดยใช้อาหารแข็งที่มีการเติมน้ำเล็กน้อย เชื้อจุลินทรีย์ที่ใช้ คือ Brevibacterium sp. ส่วนอาหารแข็งที่ใช้ คือ ชานอ้อยที่ผสมกลูโคสเข้มข้น 10% ผสมกับยูเรีย แร่ธาตุ และวิตามินในปริมาณที่เพียงพอกับความต้องการของจุลินทรีย์ ผลิตกรดกลูตามิคได้ประมาณ 80 มิลลิกรัม/กรัมชานอ้อยแห้ง
2. ซับเมอร์จ เฟอร์เมนเตชัน (Submerged fermentation)
เชื้อจุลินทรีย์ที่ใช้ คือ Brevibacterium sp. ส่วนอาหารที่ใช้ คือ กากน้ำตาลที่ผ่านการไฮโดรไลท์ ผลิตกรดกลูตามิคได้ประมาณ 10% หรือ 1 กรัม/ 100 มิลลิลิตร [2]
กลไก และการควบคุมการสังเคราะห์กรดกลูตามิค
กลไกการสังเคราะห์กรดกลูตามิคด้วยจุลินทรีย์ เกิดขึ้นจาก 2 กระบวนการ คือ EMP pathway และ HMS pathway ทำให้เกิดการเปลี่ยนกลูโคสเป็นไพรูเวท (pyruvate) และเข้าสู่วัฎจักรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (TCA cycle) ทำให้ได้เป็นกรดแอลฟา-คีโตกลูตาริค (α-ketoglutaric acid) และสุดท้ายเปลี่ยนเป็นกรดกลูตามิค ในที่สุด โดยใช้เอนไซม์ glutamate dehydrogenase ทำปฏิกิริยา reductive amination ดังภาพด้านล่าง [1]
เอกสารอ้างอิง
[1] สุรวดี กิจการ, 2550, การแยกคัดเลือกและศึกษาคุณสมบัติของแบคทีเรีย-
Corynebacterium กลุ่มที่ผลิตกรดกลูตามิคสายพันธุ์-
ทนอุณหภูมิสูงที่แยกได้ในประเทศไทย.
[2] จุรีย์ ปานกำเหนิด, 2540, การแยกและคัดเลือกแบคทีเรีย-
ที่ผลิตกรดกลูตามิคจากผลไม้เน่า-
และอาหารหมักดอง.