D (+)-trehalose dihidratés un disacàrid no reductor estable compost per dues molècules de glucosa en un alfa, compost per enllaços de 1,1-glicòsids. Originalment extret de fongs ERGOT en sègol, es va trobar més tard present en animals, plantes i microorganismes a la natura, especialment en fongs, algues, molses i invertebrats amb nivells elevats. Fórmula molecular C12H22O11 · 2H2O, CAS 6138-23-4, és un cristall blanc i una molècula de D (+)-El dihidrat de trehalosa conté dues molècules d’aigua de cristall. És soluble en aigua, àcid acètic glacial i etanol calent, però insoluble en èter i acetona. Quan s’escalfa fins a 130 graus, la trehalosa perd l’aigua cristal·lina i es torna amorfa. En el gran camp de la bioquímica, els hidrats de carboni tenen un paper crucial com a fonts d’energia essencials i components estructurals per a les activitats de la vida. Entre ells, aquest compost aparentment normal però misteriós, amb les seves propietats i funcions úniques, ha mostrat una àmplia gamma de perspectives d’aplicació en la investigació científica, la indústria alimentària i fins i tot els camps farmacèutics.
|
Fórmula química |
C12H26O13 |
|
Massa exacta |
378.14 |
|
Pes molecular |
378.33 |
|
m/z |
378.14 (100.0%), 379.14 (13.0%), 380.14 (2.7%) |
|
Anàlisi elemental |
C, 38.10; H, 6.93; O, 54.98 |
|
|
|
D (+)-trehalose dihidrat, conegut químicament com a -D -glucopiranosil -(1 → 1) - - D -glucopiranosil dihidrat, és una substància composta per dues molècules de glucosa que passen per un alfa, -1, un disacàrid no reductor format per la connexió d'enllaços 1 -glicosidics. La seva fórmula molecular sol ser C12H22O11 · 2H2O, amb un pes molecular d’aproximadament 342,30 (algunes dades també ho mostren com 378.3, possiblement a causa de diferències en el mètode de càlcul del contingut d’humitat en diferents dades). Té una estructura molecular estable i pot protegir altres biomolècules de l’organisme de danys en condicions extremes com ara alta temperatura, fred, sequedat, alta pressió osmòtica, etc. Aquesta característica la fa coneguda com el “sucre de la vida”.
(1) Membrana cel·lular i protecció de biomolècules: a la naturalesa, molts organismes són capaços de sobreviure en ambients extrems en gran mesura a causa de l'acumulació de D - (+) - trehalosa al cos. Pot protegir eficaçment les macromolècules biològiques com les membranes cel·lulars, les proteïnes i l’ADN dels danys, i és un dels mecanismes importants per als organismes per fer front a l’adversitat. Aquest mecanisme protector fa que D - (+) - trehalosa tingui perspectives d’aplicació àmplies en el camp biomèdic.
(2) Productes sanguinis i protecció contra la vacuna: S'ha utilitzat amb èxit en la medicina com a estabilitzador per a substàncies bioactives com productes sanguinis, vacunes i teixits cel·lulars. Això no només estén el temps d’emmagatzematge a temperatura ambient, sinó que també impedeix la contaminació en sang. Mentrestant, com a protector assecat al congelat, també s’utilitza àmpliament en productes biològics. En comparació amb la sacarosa, pot proporcionar una millor protecció per a les proteïnes.
(3) Substància de reserva energètica: Tot i que la trehalosa no és la principal font d’energia, serveix de substància de reserva d’energia en determinats organismes, com certs fongs i insectes, i es pot desglossar ràpidament en glucosa per al subministrament d’energia durant l’escassetat d’aliments. Aquesta característica té un valor d’aplicació potencial en els camps de l’agricultura i l’horticultura. En polvoritzar o remullar, es pot millorar significativament la resistència a la sequera, la resistència al fred i la resistència a les malalties dels cultius.
(4) Millorar la resistència corporal: estudis recents han demostrat que D - (+) - Trehalosa també té la funció de regular les respostes immunes, millorant la resistència del cos als patògens, promovent la curació de ferides i demostrar un valor potencial en el camp de la medicina. Aquest efecte regulador immune pot estar relacionat amb la seva capacitat per protegir les cèl·lules immunes dels danys.
(1) Sol·licitud i calories: com a edulcorant natural, té dolçor moderada, calories baixes i no causarà fluctuacions fortes en el sucre en sang. És una opció ideal per a pacients amb diabetis i persones que persegueixen una dieta saludable.
(2) productes al forn i dolços: la seva excel·lent hidratant i estabilitatD (+)-trehalose dihidratCada cop s’utilitza àmpliament en productes al forn, caramels, begudes i altres camps.
(3) Gotes dels ulls i preservació de la vacuna: afegir trehalosa a les gotes oculars pot protegir eficaçment les cèl·lules de la còrnia i reduir la irritació del fàrmac; En la preservació de la vacuna, la trehalosa pot millorar significativament l'estabilitat i l'efectivitat de les vacunes.
3. Aplicació a la indústria cosmètica
(1) Funció hidratant: la funció hidratant de la trehalosa la converteix en un ingredient important en cosmètics de gamma alta. Pot bloquejar eficaçment la humitat de la pell, reduir els danys ambientals externs a la pell i afavorir la salut de la pell.
(2) Reparació de barrera antioxidants i de la pell: a més de la funció hidratant, la trehalosa també té funcions de reparació de barrera antioxidants i de la pell. Aquestes característiques fan que el trehalosa tingui perspectives d’aplicació àmplies en cosmètics com la anti-envelliment i la anti-sensibilitat.
4. Aplicacions agrícoles i hortícoles
(1) Resistència a la sequera, resistència al fred i resistència a les malalties: mitjançant el ruixat o el tractament de remull, D - (+) - La trehalosa pot millorar significativament la resistència a la sequera, la resistència al fred i la resistència a les malalties dels cultius. Aquest efecte de millora de la resistència a l’estrès ajuda els cultius a mantenir el creixement i el rendiment en ambients durs.
(2) Preservació de flors: en termes de preservació de flors, D - (+) - Trehalosa també mostra un gran potencial. En polvoritzar o remullar, es pot ampliar el període de visualització de les flors, mantenint la seva brillantor i frescor.
5. Altres aplicacions
(1) Matèries primeres químiques: també s’utilitzen àmpliament en el camp de productes químics fins. Es pot utilitzar com a matèria primera química per sintetitzar altres compostos, proporcionant un suport de matèries primeres per a la producció de productes químics fins.
(2) Preservació d'enzims i membranes cel·lulars: també es pot utilitzar per preservar productes biològics de la investigació, com ara enzims dissenyats genèticament i altres enzims, membranes cel·lulars, anticossos, antígens, orgànuls, etc. Aquests productes biològics tenen un paper important en la investigació científica i la producció industrial i el seu efecte protector ajuda a ampliar la seva vida i mantenir la seva activitat.
Hi ha diversos mètodes de producció per aD (+)-trehalose dihidrat, inclosa principalment l’extracció natural, la síntesi química i la biotransformació.
Font de la matèria primera:
El mètode d’extracció natural extreu principalment plantes (com ara kelp i algues) o microorganismes (com el llevat i el motlle) rics en trehalosa. Aquestes matèries primeres són riques en trehalosa, cosa que els converteix en una font ideal per extreure trehalosa.
Procés d’extracció:
El procés d’extracció sol incloure passos com el processament de matèries primeres, l’extracció, la separació i la purificació. Mitjançant una sèrie de reaccions químiques i operacions físiques, es poden extreure productes d’alta puresa de les matèries primeres.
Avantatges i desavantatges:
El mètode d’extracció natural té els avantatges d’una àmplia gamma de fonts de matèries primeres i un procés d’extracció relativament senzill; L’inconvenient és que la producció és limitada i el cost és elevat, cosa que dificulta satisfer les necessitats de la producció a gran escala.
Principi de síntesi:
El mètode de síntesi química sintetitza directament la substància mitjançant mitjans químics. Aquest mètode utilitza reaccions químiques per convertir substrats com la glucosa en trehalosa.
Procés de síntesi:
El procés de síntesi sol incloure passos com la selecció del substrat, la selecció del catalitzador i l’optimització de les condicions de reacció. Ajustant les condicions de reacció i els tipus de catalitzador, es pot millorar l'eficiència de la síntesi i la puresa del producte.
Avantatges i desavantatges:
Els avantatges del mètode de síntesi química són l’alta eficiència i l’alta puresa del producte; L’inconvenient és que pot introduir substàncies nocives i afectar la seguretat del producte. Per tant, quan s’utilitza síntesi química per produir aquesta substància, cal controlar estrictament les condicions de reacció i la qualitat del producte.
Principi de conversió:
El mètode Biotransformation utilitza microorganismes o enzims per catalitzar la producció de trehalosa a partir de substrats com la glucosa. Aquest mètode utilitza el sistema enzimàtic dins de l’organisme per a reaccions catalítiques i té les característiques de ser respectuosos amb el medi ambient, segur i eficient.
Procés de conversió:
El procés de conversió sol incloure passos com el cultiu microbià, l’extracció d’enzims, la reacció catalítica, etc., optimitzant les condicions de cultiu microbià i les condicions catalítiques enzimàtiques, es pot millorar l’eficiència de conversió i la puresa del producte.
Avantatges i desavantatges:
Els avantatges del mètode Biotransformation són verds, respectuosos amb el medi ambient, segurs i eficients; L’inconvenient és que el cost de producció és relativament elevat, requerint processos complexos de fermentació i extracció. Tot i això, amb el desenvolupament continu de la biotecnologia, Biotransformation s’ha convertit gradualment en el mètode de producció principal i té àmplies perspectives d’aplicació.
Fonts de matèries primeres i pretractament
La producció deD (+)-trehalose dihidrates basa en la liquidació del midó com a matèria primera. S'utilitzen habitualment recursos renovables com el midó de blat de moro i el midó de iuca. El midó ha de patir un tractament de liquidació: a alta temperatura (90-100 graus) i condicions àcides, els grànuls de midó absorbeixen aigua, amplien i es trenquen, formant una solució de dextrina; Posteriorment, la hidròlisi enzimàtica (com ara -amilasa) es realitza per degradar -la encara més en oligosacàrids, proporcionant substrats adequats per a reaccions enzimàtiques posteriors.
Procés de fabricació bàsica: catàlisi sinèrgica multi-enzimàtica
La síntesi de trehalosa s’aconsegueix mitjançant una reacció en cascada multi-enzimàtica. Els enzims clau inclouen:
Trehalosa sintasa basada en maltotriosa (MTSase)
Aquest enzim talla dues unitats de glucosa de l'extrem no reductor de la maltriosa, formant un intermedi trehalosa amb l'oligosacàrid restant.
La trehalosa hidrolasa basada en maltotriosa (mthase)
Hi ha més hidrolitza l’intermèdia per alliberar trehalosa lliure.
Glucosidasa de midó (AMG)
Desglossa l’oligosacàrid restant en glucosa, augmentant la puresa de la trehalosa.
Flux de processos típic:
Solució de midó liquat (de valor de 10-15) → ajusteu el pH a 6,0-6,5 → Afegiu mtsase i mthase (proporció 1: 1) → reaccioneu a 50-60 graus durant 12-24 hores → escalfeu fins a 80 graus per inactivar enzims → afegiu AMG per a una reacció posterior durant 4-6 hores → finalitzeu la reacció i refredeu-la.
Purificació i cristal·lització: del producte brut a cristalls d'alta puresa
Purificació inicial
Decolorització de carboni activat: elimineu els pigments i les impureses orgàniques de la solució de reacció.
Cromatografia d’intercanvi d’ions: mitjançant una sèrie de resines d’intercanvi de cations (com el tipus H⁺) i les resines d’intercanvi d’anions (com el tipus OH⁻), elimineu les sals, les proteïnes i les petites impureses de molècules.
Filtració de membrana: utilitzeu membranes d’ultrafiltració (amb un tall de pes molecular de 10-30 kDa) per concentrar-se més i eliminar les grans impureses de molècules.
Concentració i cristal·lització
Concentració d’evaporació al buit: concentreu la solució purificada a un contingut de sucre d’algues superiors o iguals al 60% (p/v).
Cristal·lització induïda:
Mètode de cristal·lització de refrigeració: refredar lentament la solució concentrada a 10-15 graus, afegiu cristalls de llavors (microcristalls de dihidrat de sucre d’algues) per induir la cristal·lització.
Mètode de cristal·lització d’evaporació: evaporar l’aigua contínuament a 50-60 graus fins que la solució arriba al valor de supersaturació crítica i cristal·litza naturalment.
Control del tipus de cristall: ajusteu la temperatura de cristal·lització, la velocitat de l’agitació i l’addició de cristalls de llavors per assegurar la formació de cristalls rombics uniformes de dihidrat (punt de fusió 97 graus, que conté 2 molècules d’aigua cristal·lina).
Centrifugació i assecat
Separació centrífuga: utilitzeu una centrífuga horitzontal (velocitat de rotació de 3000-4000 rpm) per separar els cristalls del licor mare, amb una taxa de recuperació de fins a un 95%.
Assecat de llit fluiditzat: assecar els cristalls en un aire calent a 40-50 graus, controlant el contingut d’humitat inferior o igual a l’1,5% (evitant la deshidratació per obtenir sucre d’algues anhidres).
Cribratge i envasos: grau mitjançant pantalla vibrant (mida de malla 200-400) i el producte final és la pols cristal·lina blanca amb una puresa superior o igual al 98%.
Control de qualitat i estàndards
Prova de puresa
Cromatografia líquida d’alt rendiment (HPLC): utilitzeu una columna amino com a fase estacionària, aigua acetonitril com a fase mòbil i detecteu la proporció de la zona de sucre d’algues.
Mesurador de rotació òptica: Determineu la rotació específica [] ²⁰ᴰ=+199 grau (solució aquosa del 5%) per confirmar la puresa de la configuació D.
Control de la impuresa
Metalls pesants: utilitzeu espectrometria d’absorció atòmica (AAS) per detectar contingut de plom i arsènic, amb un límit inferior o igual a 1 mg/kg.
Microorganismes: Prova el nombre de bacteris totals (menys o igual a 1000 CFU/G) i els bacteris patògens (no detectables) segons el mètode de farmacopea xinesa.
Prova d’estabilitat
Prova accelerada: Col·loqueu a 40 graus i 75%d’humitat durant 6 mesos, detecteu el canvi de puresa (inferior o igual al 0,5%) i el contingut d’aigua cristal·lina (estabilitzat al 10-11%).
Innovació tecnològica i tendències de la indústria
Tecnologia d’immobilització enzimàtica
Corregiu mtsase i mthase en nanopartícules magnètiques o portadors de resina per aconseguir un ús repetit d’enzims (temps de ciclisme superior o igual a 50 vegades), reduint els costos de producció.
Producció contínua
Desenvolupar bioreactor de membrana (MBR), una reacció catalítica enzimàtica de parella amb separació de membrana per aconseguir síntesi i purificació contínua del sucre d’algues, augmentant l’eficiència de la producció en 3 vegades.
Fabricació verda
Utilitzeu la cristal·lització de doble fase de dissolvent-aigua orgànica per reduir el consum de recursos hídrics; Utilitzeu el mètode de fermentació microbiana per produir preparacions enzimàtiques, substituint els enzims de síntesi química i reduint les emissions de carboni.
Àrees d’aplicació i perspectives de mercat
D (+)-trehalose dihidrats'utilitza àmpliament a:
Indústria alimentària: com a edulcorant baix en calories (amb el 45% de les calories de la sacarosa) i un humectant, s’utilitza en productes al forn, caramels i begudes congelades.
Biomèdica: com a estabilitzador de proteïnes (com ara vacunes, medicaments per a anticossos) i un agent protector que s’asseca per congelar les cèl·lules, augmenta la taxa de supervivència dels productes biològics.
Cosmetics: inhibeix l’evaporació de la humitat de l’estrat corneum de la pell i s’utilitza en productes de cura de la pell de gamma alta i productes de protecció solar.
Segons les institucions de recerca de mercat, la mida global del mercat de trehalosa creixerà a un ritme anual del 6,2% i es preveu que superi els 500 milions de dòlars americans el 2027.
Etiquetes populars: D (+)-Trehalose Dihidrat CAS 6138-23-4, proveïdors, fabricants, fàbrica, a l'engròs, compra, preu, a granel, a la venda