D (+) - Trehalose Dihydrateest un disaccharide non réducteur stable composé de deux molécules de glucose dans un alpha, composé de liaisons 1,1 -} glycosides. Extrait à l'origine des champignons Ergot dans le seigle, il s'est avéré plus tard très présent chez les animaux, les plantes et les micro-organismes dans la nature, en particulier dans les champignons, les algues, les mousses et les invertébrés avec des niveaux élevés. Formule moléculaire C12H22O11 · 2H2O, CAS 6138-23-4, c'est un cristal blanc, et une molécule de D (+) - le dihydrate de tréhalose contient deux molécules d'eau cristalline. Il est soluble dans l'eau, l'acide acétique glaciaire et l'éthanol chaud, mais insoluble dans l'éther et l'acétone. Lorsqu'elle est chauffée à 130 degrés, le tréhalose perd son eau cristalline et devient amorphe. Dans le vaste domaine de la biochimie, les glucides jouent un rôle crucial en tant que sources d'énergie essentielles et composants structurels pour les activités de vie. Parmi eux, ce composé apparemment ordinaire mais mystérieux, avec ses propriétés et fonctions uniques, a montré un large éventail de perspectives d'application dans la recherche scientifique, l'industrie alimentaire et même les domaines pharmaceutiques.
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Formule chimique |
C12H26O13 |
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Masse exacte |
378.14 |
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Poids moléculaire |
378.33 |
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m/z |
378.14 (100.0%), 379.14 (13.0%), 380.14 (2.7%) |
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Analyse élémentaire |
C, 38.10; H, 6.93; O, 54.98 |
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D (+) - Trehalose Dihydrate, chimiquement connu sous le nom de - d - glucopyranosyl - (1 → 1) - - d - glucopyranosyl dihydrate, est une substance composée de deux molécules de glucose qui passent par un alpha, -1, a une non-réduction de la glucose qui a formé par un alpha, -1, a une non-réduction de la glucose qui a formé un alpha, -1, a une non-réduction de la glucose qui a formé par un alpha, -1, a- 1 liaisons-glycosidiques. Sa formule moléculaire est généralement C12H22O11 · 2H2O, avec un poids moléculaire d'environ 342,30 (certaines données le montrent également comme 378.3, peut-être en raison de différences dans la méthode de calcul de la teneur en humidité dans différentes données). Il a une structure moléculaire stable et peut protéger d'autres biomolécules de l'organisme contre les dommages dans des conditions extrêmes telles que la température élevée, le froid, la sécheresse, la pression osmotique élevée, etc. Cette caractéristique la fait connaître sous le nom de "sucre de vie".
(1) Membrane cellulaire et protection des biomolécules: dans la nature, de nombreux organismes sont capables de survivre dans des environnements extrêmes en grande partie en raison de l'accumulation de D - (+) - Tréhalose dans le corps. Il peut protéger efficacement les macromolécules biologiques telles que les membranes cellulaires, les protéines et l'ADN des dommages, et est l'un des mécanismes importants pour les organismes pour faire face à l'adversité. Ce mécanisme de protection fait d - (+) - Trehalose ont de larges prospects d'application dans le champ biomédical.
(2) Protection des produits sanguins et des vaccins: il a été utilisé avec succès en médecine comme stabilisateur pour les substances bioactives telles que les produits sanguins, les vaccins et les tissus cellulaires. Cela prolonge non seulement le temps de stockage à température ambiante, mais empêche également la contamination du sang. Pendant ce temps, en tant que congette - Protectant, il est également largement utilisé dans les produits biologiques. Par rapport au saccharose, il peut offrir une meilleure protection aux protéines.
(3) Substance de réserve d'énergie: Bien que le tréhalose ne soit pas la principale source d'énergie, elle sert de substance de réserve d'énergie dans certains organismes, tels que certains champignons et insectes, et peut être rapidement décomposé en glucose pour l'approvisionnement en énergie pendant les pénuries alimentaires. Cette caractéristique a une valeur d'application potentielle dans les domaines de l'agriculture et de l'horticulture. En pulvérisant ou en trempage, la résistance à la sécheresse, la résistance au froid et la résistance aux maladies des cultures peuvent être considérablement améliorées.
(4) Amélioration de la résistance corporelle: des études récentes ont montré que D -} (+) - Trehalose a également la fonction de réguler les réponses immunitaires, d'améliorer la résistance du corps aux agents pathogènes, de promouvoir la guérison des plaies et de démontrer une valeur potentielle dans le domaine de la médecine. Cet effet régulateur immunitaire peut être lié à sa capacité à protéger les cellules immunitaires contre les dommages.
(1) Sweetness and Calories: En tant qu'édulcorant naturel, il a une douceur modérée, de faibles calories et ne provoquera pas de fluctuations de glycémie. C'est un choix idéal pour les patients diabétiques et les personnes suivant une alimentation saine.
(2) Goods et bonbons: son excellent hydratation et sa stabilitéD (+) - Trehalose DihydrateDe plus en plus largement utilisé dans les produits de boulangerie, les bonbons, les boissons et d'autres champs.
(3) les gouttes oculaires et la conservation des vaccins: l'ajout de tréhalose aux gouttes oculaires peut protéger efficacement les cellules cornéennes et réduire l'irritation des médicaments; Dans la préservation des vaccins, le tréhalose peut améliorer considérablement la stabilité et l'efficacité des vaccins.
3. Application dans l'industrie des cosmétiques
(1) Fonction hydratante: La fonction hydratante du tréhalose en fait un ingrédient important dans les cosmétiques élevés -. Il peut se verrouiller efficacement l'humidité de la peau, réduire les dommages environnementaux externes à la peau et favoriser la santé de la peau.
(2) Réparation de la barrière antioxydante et cutanée: En plus de la fonction hydratante, le tréhalose a également des fonctions de réparation antioxydantes et de barrière cutanée. Ces caractéristiques font que le tréhalose a de larges perspectives d'application dans les cosmétiques tels que anti - et anti-sensibilité.
4. Applications agricoles et horticoles
(1) Résistance à la sécheresse, résistance au froid et résistance aux maladies: par pulvérisation ou un traitement de trempage, D - (+) - Le tréhalose peut améliorer considérablement la résistance à la sécheresse, la résistance au froid et la résistance à la maladie des cultures. Cet effet d'amélioration de la résistance aux contraintes aide les cultures à maintenir la croissance et le rendement dans des environnements sévères.
(2) Préservation des fleurs: En termes de préservation des fleurs, D - (+) - Trehalose montre également un grand potentiel. En pulvérisant ou en trempant, la période de vision des fleurs peut être prolongée, en maintenant leur luminosité et leur fraîcheur.
5. Autres applications
(1) matières premières chimiques: ils sont également largement utilisés dans le domaine des produits chimiques fins. Il peut être utilisé comme matière première chimique pour synthétiser d'autres composés, fournissant un support de matières premières pour la production de produits chimiques fins.
(2) Préservation des enzymes et des membranes cellulaires: il peut également être utilisé pour préserver les produits biologiques de recherche, tels que les enzymes génétiquement modifiées et autres enzymes, les membranes cellulaires, les anticorps, les antigènes, les organites, etc.
Il existe différentes méthodes de production pourD (+) - Trehalose Dihydrate, incluant principalement l'extraction naturelle, la synthèse chimique et la biotransformation.
Source de la matière première:
Méthode d'extraction naturelle extrait principalement des plantes (comme le varech et des algues) ou des micro-organismes (comme la levure et la moisissure) riches en tréhalose. Ces matières premières sont riches en tréhalose, ce qui en fait une source idéale pour extraire le tréhalose.
Processus d'extraction:
Le processus d'extraction comprend généralement des étapes telles que le traitement des matières premières, l'extraction, la séparation et la purification. Grâce à une série de réactions chimiques et d'opérations physiques, les produits de pureté élevés - peuvent être extraits des matières premières.
Avantages et inconvénients:
La méthode d'extraction naturelle présente les avantages d'un large éventail de sources de matières premières et d'un processus d'extraction relativement simple; L'inconvénient est que la production est limitée et que le coût est élevé, ce qui rend difficile la satisfaction des besoins d'une grande production -.
Principe de synthèse:
La méthode de synthèse chimique synthétise directement la substance par des moyennes chimiques. Cette méthode utilise des réactions chimiques pour convertir des substrats tels que le glucose en tréhalose.
Processus de synthèse:
Le processus de synthèse comprend généralement des étapes telles que la sélection du substrat, la sélection des catalyseurs et l'optimisation des conditions de réaction. En ajustant les conditions de réaction et les types de catalyseurs, l'efficacité de la synthèse et la pureté du produit peuvent être améliorées.
Avantages et inconvénients:
Les avantages de la méthode de synthèse chimique sont une grande efficacité et une pureté élevée du produit; L'inconvénient est qu'il peut introduire des substances nocives et affecter la sécurité des produits. Par conséquent, lorsque vous utilisez une synthèse chimique pour produire cette substance, il est nécessaire de contrôler strictement les conditions de réaction et la qualité du produit.
Principe de conversion:
La méthode de biotransformation utilise des micro-organismes ou des enzymes pour catalyser la production de tréhalose à partir de substrats tels que le glucose. Cette méthode utilise le système enzymatique au sein de l'organisme pour les réactions catalytiques et a les caractéristiques d'être respectueux de l'environnement, sûr et efficace.
Processus de conversion:
Le processus de conversion comprend généralement des étapes telles que la culture microbienne, l'extraction enzymatique, la réaction catalytique, etc.
Avantages et inconvénients:
Les avantages de la méthode de la biotransformation sont verts, respectueux de l'environnement, sûrs et efficaces; L'inconvénient est que le coût de production est relativement élevé, nécessitant des processus de fermentation et d'extraction complexes. Cependant, avec le développement continu de la biotechnologie, la biotement est devenue progressivement la méthode de production traditionnelle et possède de larges perspectives d'application.
Sources de matières premières et traitement pré -
La production deD (+) - Trehalose Dihydrateest basé sur la liquéfaction de l'amidon comme matière première de base. Les ressources renouvelables sont couramment utilisées telles que l'amidon de maïs et l'amidon de manioc. L'amidon doit subir un traitement de liquéfaction: sous des conditions à haute température (90 - 100 degrés) et acides, les granules d'amidon absorbent l'eau, se dilatent et rupturent, formant une solution de dextrine; Par la suite, l'hydrolyse enzymatique (telle que -amylase) est réalisée pour la dégrader davantage en oligosaccharides, fournissant des substrats appropriés pour les réactions enzymatiques ultérieures.
Processus de fabrication de base: Multi - enzyme Synergistic Catalyse
La synthèse du tréhalose est réalisée grâce à une réaction en cascade d'enzyme multi-. Les enzymes clés comprennent:
Maltotriose - Trehalose synthase basé sur
Cette enzyme coupe deux unités de glucose de l'extrémité réduisante non- de maltotriose, formant un intermédiaire de tréhalose avec l'oligosaccharide restant.
Maltotriose - Trehalose Hydrolase basé sur
Hydrolyse davantage l'intermédiaire pour libérer du tréhalose libre.
Glucosidase d'amidon (AMG)
Décompose l'oligosaccharide restant en glucose, augmentant la pureté du tréhalose.
Flux de processus typique:
Solution d'amidon liquéfy (Valeur 10-15) → Ajustez le pH à 6,0-6,5 → ajouter mTSase et Mthase (rapport 1: 1) → réagir à 50-60 degrés pendant 12-24 heures → chauffer jusqu'à 80 degrés pour inactiver les enzymes → Ajouter AMG pour une réaction supplémentaire pendant 4-6 heures → Terminer la réaction et le refroidissement.
Purification et cristallisation: du produit brut à des cristaux de pureté élevés -
Purification initiale
Décolorisation du carbone activé: retirer les pigments et les impuretés organiques de la solution de réaction.
Chromatographie d'échange d'ions: à travers une série de résines d'échange de cations (comme le type H⁺) et des résines d'échange d'anions (comme le type OH⁻), éliminez les sels, les protéines et les impuretés de petites molécules.
Filtration de la membrane: utilisez des membranes ultrafiltration (avec une coupe de poids moléculaire - hors de 10-30 kDa) pour concentrer davantage et éliminer les grandes impuretés molécules.
Concentration et cristallisation
Concentration d'évaporation sous vide: concentrez la solution purifiée à une teneur en sucre d'algues supérieure ou égale à 60% (p / v).
Cristallisation induite:
Méthode de cristallisation de refroidissement: refroidir lentement la solution concentrée à 10 à 15 degrés, ajouter des cristaux de graines (microcristaux dihydratés de sucre d'algues) pour induire une cristallisation.
Méthode de cristallisation de l'évaporation: évaporer l'eau en continu à 50-60 degrés jusqu'à ce que la solution atteigne la valeur de sursaturation critique et se cristallise naturellement.
Contrôle de type cristal: ajustez la température de cristallisation, la vitesse d'agitation et la quantité d'addition de cristal de graines pour assurer la formation de cristaux de dihydrate rhombique uniforme (point de fusion à 97 degrés, contenant 2 molécules d'eau cristalline).
Centrifugation et séchage
Séparation centrifuge: Utilisez une centrifugeuse horizontale (vitesse de rotation 3000-4000 tr / min) pour séparer les cristaux de la liqueur mère, avec un taux de récupération allant jusqu'à 95%.
Séchage à lit fluidisé: sécher les cristaux dans un air chaud à 40 à 50 degrés, en contrôlant la teneur en humidité inférieure ou égale à 1,5% (évitant la déshydratation pour obtenir du sucre d'algues anhydre).
CRISTION ET EMBALAGE: Grade par écran vibrant (taille du maillage 200-400) et le produit final est la poudre cristalline blanche avec une pureté de plus ou égale à 98%.
Contrôle de la qualité et normes
Tests de pureté
Chromatographie liquide haute performance (HPLC): utilisez une colonne amino comme phase stationnaire, acétonitrile - comme la phase mobile et détecter la proportion de la zone de pointe de sucre d'algues.
METTATION DE ROTATION OPTIQUE: Déterminez le degré de rotation spécifique [] ²⁰ᴰ=+199 (solution aqueuse de 5%) pour confirmer la pureté de la configuration D -.
Contrôle des impuretés
Métaux lourds: utilisez la spectrométrie d'absorption atomique (AAS) pour détecter le contenu en plomb et en arsenic, avec une limite inférieure à ou égale à 1 mg / kg.
Micro-organismes: tester le nombre bactérienne total (inférieur ou égal à 1000 CFU / g) et les bactéries pathogènes (non détectables) selon la méthode de la pharmacopée chinoise.
Test de stabilité
Test accéléré: placer à 40 degrés et 75% d'humidité pendant 6 mois, détecter le changement de pureté (inférieur ou égal à 0,5%) et la teneur en eau cristalline (stabilisée à 10-11%).
Innovation technologique et tendances de l'industrie
Technologie d'immobilisation enzymatique
Fixez la mTSase et la MTHase sur les nanoparticules magnétiques ou les porteurs de résine pour obtenir une utilisation répétée d'enzymes (temps de cycle supérieur ou égal à 50 fois), ce qui réduit les coûts de production.
Production continue
Développer le bioréacteur membranaire (MBR), la réaction catalytique enzymatique du couple avec séparation membranaire pour atteindre une synthèse continue et une purification du sucre d'algues, augmentant l'efficacité de la production de 3 fois.
Fabrication verte
Utilisez un solvant organique - Water Dual - Crystallisation de phase pour réduire la consommation de ressources en eau; Utilisez une méthode de fermentation microbienne pour produire des préparations enzymatiques, en remplacement des enzymes de synthèse chimique et en réduisant les émissions de carbone.
Domaines d'application et perspectives du marché
D (+) - Trehalose Dihydrateest largement utilisé dans:
Industrie alimentaire: En tant que faible édulcorant calorique - (avec 45% des calories du saccharose) et un humectant, il est utilisé dans les produits de boulangerie, les bonbons et les boissons congelées.
Biomédical: En tant que stabilisateur de protéines (comme les vaccins, les médicaments d'anticorps) et un agent de protection de séchage des cellules -, il augmente le taux de survie des produits biologiques.
Cosmétiques: il inhibe l'évaporation de l'humidité de la couche cornée de la peau et est utilisé dans les produits de soins de la peau- élevés de la peau et les produits de crème solaire.
Selon les institutions d'études de marché, la taille mondiale du marché du tréhalose augmentera à un taux annuel de 6,2% et devrait dépasser 500 millions de dollars américains d'ici 2027.
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