D (+) - Trehalose di -hidratoé um dissacarídeo não reduzido estável composto por duas moléculas de glicose em um alfa, composto por 1,1 - ligações de glicosídeo. Originalmente extraído do fungo Ergot em centeio, posteriormente foi amplamente presente em animais, plantas e microorganismos na natureza, especialmente em fungos, algas, musgos e invertebrados com altos níveis. Fórmula molecular C12H22O11 · 2H2O, CAS 6138-23-4, é um cristal branco e uma molécula de D (+)-di-hidrato de trehalose contém duas moléculas de água cristalina. É solúvel em água, ácido acético glacial e etanol quente, mas insolúvel em éter e acetona. Quando aquecido a 130 graus, a trealose perde sua água cristalina e se torna amorfa. No vasto campo da bioquímica, os carboidratos desempenham um papel crucial como fontes de energia essenciais e componentes estruturais para as atividades da vida. Entre eles, esse composto aparentemente comum e misterioso, com suas propriedades e funções únicas, mostrou uma ampla gama de perspectivas de aplicação em pesquisas científicas, indústria de alimentos e até campos farmacêuticos.
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Fórmula química |
C12H26O13 |
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Massa exata |
378.14 |
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Peso molecular |
378.33 |
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m/z |
378.14 (100.0%), 379.14 (13.0%), 380.14 (2.7%) |
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Análise elementar |
C, 38.10; H, 6.93; O, 54.98 |
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D (+) - Trehalose di -hidrato, chemically known as - D-glucopyranosyl - (1 → 1) - - D-glucopyranosyl dihydrate, is a substance composed of two glucose molecules that pass through an alpha, -1, A non reducing disaccharide formed by the connection de ligações 1-glicosídicas. Sua fórmula molecular é geralmente C12H22O11 · 2H2O, com um peso molecular de aproximadamente 342,30 (alguns dados também o mostram como 378,3, possivelmente devido a diferenças no método de cálculo do conteúdo de umidade em diferentes dados). Possui uma estrutura molecular estável e pode proteger outras biomoléculas no organismo contra danos sob condições extremas, como alta temperatura, frio, secura, alta pressão osmótica, etc. Essa característica o torna conhecido como o "açúcar da vida".
(1) Membrana celular e proteção de biomoléculas: Na natureza, muitos organismos são capazes de sobreviver em ambientes extremos em grande parte devido ao acúmulo de d - (+) - trehalose no corpo. Pode efetivamente proteger macromoléculas biológicas, como membranas celulares, proteínas e DNA, e é um dos mecanismos importantes para os organismos lidar com a adversidade. Este mecanismo de proteção produz d - (+) - trehalose têm amplas perspectivas de aplicação no campo biomédico.
(2) Produtos sanguíneos e proteção da vacina: ele foi usado com sucesso na medicina como estabilizador para substâncias bioativas, como produtos sanguíneos, vacinas e tecidos celulares. Isso não apenas estende o tempo de armazenamento à temperatura ambiente, mas também evita a contaminação do sangue. Enquanto isso, como um congelamento - secando protetor, também é amplamente utilizado em produtos biológicos. Comparado com a sacarose, ele pode fornecer melhor proteção para proteínas.
(3) Substância de reserva de energia: embora a trealose não seja a principal fonte de energia, ela serve como substância de reserva de energia em certos organismos, como certos fungos e insetos, e pode ser rapidamente dividida em glicose para suprimento de energia durante a escassez de alimentos. Essa característica tem um valor potencial de aplicação nos campos da agricultura e horticultura. Ao pulverizar ou imersão, a resistência à seca, a resistência ao frio e a resistência a doenças das culturas podem ser significativamente melhoradas.
(4) Melhorando a resistência corporal: estudos recentes mostraram que d - (+) - Trehalose também tem a função de regular as respostas imunes, melhorando a resistência do corpo a patógenos, promovendo a cicatrização da ferida e demonstrando valor potencial no campo da medicina. Esse efeito regulatório imune pode estar relacionado à sua capacidade de proteger as células imunes contra danos.
(1) Feenega e calorias: como adoçante natural, possui doçura moderada, baixas calorias e não causará flutuações acentuadas no açúcar no sangue. É uma escolha ideal para pacientes com diabetes e pessoas que buscam dieta saudável.
(2) assados e doces: sua excelente hidratação e estabilidade fazemD (+) - Trehalose di -hidratocada vez mais amplamente utilizado em assados, doces, bebidas e outros campos.
(3) colírios e preservação da vacina: Adicionar trehalose às colírios pode efetivamente proteger as células da córnea e reduzir a irritação do medicamento; Na preservação da vacina, a trealose pode aumentar significativamente a estabilidade e a eficácia das vacinas.
3. Aplicação na indústria de cosméticos
(1) Função hidratante: a função hidratante da trehalose o torna um ingrediente importante em altos cosméticos - final. Ele pode efetivamente travar a umidade da pele, reduzir os danos ambientais externos à pele e promover a saúde da pele.
(2) Reparo antioxidante e de barreira da pele: Além da função hidratante, a trealose também possui funções de reparo de barreira antioxidante e de pele. Essas características produzem trehalose têm amplas perspectivas de aplicação em cosméticos como anti -- envelhecimento e anti -sensibilidade.
4. Aplicações agrícolas e hortícolas
(1) Resistência à seca, resistência ao frio e resistência a doenças: através do tratamento de pulverização ou imersão, d - (+) - trehalose pode melhorar significativamente a resistência à seca, resistência ao frio e resistência à doença das culturas. Esse efeito de aprimoramento da resistência ao estresse ajuda as culturas a manter o crescimento e o rendimento em ambientes agressivos.
(2) Preservação de flores: em termos de preservação de flores, d - (+) - trehalose também mostra um grande potencial. Ao pulverizar ou imersão, o período de exibição das flores pode ser estendido, mantendo seu brilho e frescura.
5. Outras aplicações
(1) Matérias -primas químicas: elas também são amplamente utilizadas no campo de produtos químicos finos. Pode ser usado como matéria -prima química para sintetizar outros compostos, fornecendo suporte à matéria -prima para a produção de produtos químicos finos.
(2) Preservação de enzimas e membranas celulares: também pode ser usada para preservar produtos biológicos de pesquisa, como enzimas geneticamente modificadas e outras enzimas, membranas celulares, anticorpos, antígenos, organelas, etc. Esses produtos biológicos desempenham um papel importante na pesquisa científica e na produção industrial e seu efeito protetor para estender a manutenção para estender a manutenção para estender a manutenção de prolongamentos, e seu efeito protetor, e seu efeito protetor, ajudam a estender a manutenção de seus produtos biológicos.
Existem vários métodos de produção paraD (+) - Trehalose di -hidrato, incluindo extração natural, síntese química e biotransformação.
Fonte da matéria -prima:
O método de extração natural extrai principalmente de plantas (como algas e algas marinhas) ou microorganismos (como leveduras e mofo) ricos em trehalose. Essas matérias -primas são ricas em trealose, tornando -as uma fonte ideal para extrair a trealose.
Processo de extração:
O processo de extração geralmente inclui etapas como processamento de matéria -prima, extração, separação e purificação. Através de uma série de reações químicas e operações físicas, os produtos de pureza -- podem ser extraídos das matérias -primas.
Vantagens e desvantagens:
O método de extração natural tem as vantagens de uma ampla gama de fontes de matéria -prima e um processo de extração relativamente simples; A desvantagem é que a saída é limitada e o custo é alto, dificultando a atendimento às necessidades de produção de escala - grande.
Princípio da síntese:
O método de síntese química sintetiza diretamente a substância por meios químicos. Este método utiliza reações químicas para converter substratos como glicose em trealose.
Processo de síntese:
O processo de síntese geralmente inclui etapas como seleção de substrato, seleção do catalisador e otimização das condições de reação. Ao ajustar as condições de reação e os tipos de catalisador, a eficiência da síntese e a pureza do produto podem ser melhorados.
Vantagens e desvantagens:
As vantagens do método de síntese química são alta eficiência e alta pureza do produto; A desvantagem é que ela pode introduzir substâncias nocivas e afetar a segurança do produto. Portanto, ao usar a síntese química para produzir essa substância, é necessário controlar estritamente as condições de reação e a qualidade do produto.
Princípio de conversão:
O método de biotransformação utiliza microorganismos ou enzimas para catalisar a produção de trealose a partir de substratos como a glicose. Este método utiliza o sistema enzimático dentro do organismo para reações catalíticas e possui as características de serem ambientalmente amigáveis, seguras e eficientes.
Processo de conversão:
O processo de conversão geralmente inclui etapas como cultivo microbiano, extração enzimática, reação catalítica, etc., otimizando as condições de cultura microbiana e as condições catalíticas da enzima, a eficiência da conversão e a pureza do produto podem ser melhoradas.
Vantagens e desvantagens:
As vantagens do método de biotransformação são verdes, ecológicas, seguras e eficientes; A desvantagem é que o custo de produção é relativamente alto, exigindo processos complexos de fermentação e extração. No entanto, com o desenvolvimento contínuo da biotecnologia, a biotransformação se tornou gradualmente o método de produção convencional e possui amplas perspectivas de aplicação.
Fontes de matéria -prima e pré -- Tratamento
A produção deD (+) - Trehalose di -hidratoé baseado na liquefação do amido como a matéria -prima central. Comumente usados são recursos renováveis, como amido de milho e amido de mandioca. O amido precisa sofrer tratamento de liquefação: sob alta temperatura (90 - 100 graus) e condições ácidas, os grânulos de amido absorvem água, expandem e rupram, formando uma solução de dextrina; Posteriormente, a hidrólise enzimática (como -amilase) é realizada para degradá -la ainda mais em oligossacarídeos, fornecendo substratos adequados para reações enzimáticas subsequentes.
Processo de fabricação do núcleo: multi - catálise sinérgica enzimática
A síntese de trehalose é alcançada através de uma reação de cascata de enzima multi -. As principais enzimas incluem:
Maltotriose - Trehalose sintase baseada em base (mtsase)
Esta enzima corta duas unidades de glicose das não - reduzindo a extremidade da maltotriose, formando um intermediário de trehalose com o restante oligossacarídeo.
Maltotriose - Trehalose hidrolase baseada em base (mthase)
Hidrolisa ainda mais o intermediário para liberar trehalose livre.
Glucosidase de amido (AMG)
Quebra o oligossacarídeo restante em glicose, aumentando a pureza da trealose.
Fluxo de processo típico:
Liquefazer Solução de amido (valor DE 10-15) → Ajustar o pH para 6,0-6,5 → Adicione mtsase e mthase (proporção 1: 1) → reaja a 50-60 graus por 12-24 horas → aquecimento de até 80 graus para inativar as enzimas → Adicione AMG para reação adicional para 4-6 horas → Terminar a reação.
Purificação e cristalização: do produto bruto para os cristais de pureza -
Purificação inicial
Descoloração de carbono ativada: Remova os pigmentos e as impurezas orgânicas da solução de reação.
Cromatografia em troca iônica: Através de uma série de resinas de troca catiônica (como o tipo H⁺) e resinas de troca de ânions (como o tipo OH⁻), remova sais, proteínas e impurezas de pequenas moléculas.
Filtração da membrana: Use membranas de ultrafiltração (com um corte de peso molecular - fora de 10-30 kDa) para concentrar ainda mais e remover grandes impurezas da molécula.
Concentração e cristalização
Concentração de evaporação a vácuo: concentre a solução purificada em um teor de açúcar de algas marinhas maior ou igual a 60% (p/v).
Cristalização induzida:
Método de cristalização de resfriamento: resfrie lentamente a solução concentrada em 10 a 15 graus, adicione cristais de sementes (microcristais de di-hidratos de açúcar de algas marinhas) para induzir a cristalização.
Método de cristalização de evaporação: evaporar a água continuamente em 50 a 60 graus até que a solução atinja o valor de supersaturação crítica e naturalmente cristalize.
Controle do tipo de cristal: Ajuste a temperatura da cristalização, a velocidade de agitação e a quantidade de adição de cristal de semente para garantir a formação de cristais uniformes de di -hidratos rômbicos (ponto de fusão 97 graus, contendo 2 moléculas de água cristalina).
Centrifugação e secagem
Separação centrífuga: use uma centrífuga horizontal (velocidade de rotação 3000-4000 rpm) para separar os cristais do licor mãe, com uma taxa de recuperação de até 95%.
Secagem do leito fluidizado: seque os cristais em um ar quente a 40 a 50 graus, controlando o teor de umidade menor ou igual a 1,5% (evitando a desidratação para obter o açúcar de algas anidra).
Triagem e embalagem: grau por tela vibratória (tamanho da malha 200-400) e o produto final é o pó cristalino branco com uma pureza maior ou igual a 98%.
Controle de qualidade e padrões
Teste de pureza
Cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC): use uma coluna amino como fase estacionária, acetonitrila - água como fase móvel e detecte a proporção da área de pico de açúcar de algas.
Medidor de rotação óptica: determine a rotação específica [] ²⁰ᴰ=+199 grau (solução aquosa de 5%) para confirmar a pureza da configuração d -.
Controle de impureza
Metais pesados: Use a espectrometria de absorção atômica (AAS) para detectar o conteúdo de chumbo e arsênico, com um limite menor ou igual a 1 mg/kg.
Microorganismos: teste a contagem de bacterianos totais (menor ou igual a 1000 UFC/G) e bactérias patogênicas (não detectáveis) de acordo com o método da farmacopeia chinesa.
Teste de estabilidade
Teste acelerado: coloque em 40 graus e 75%de umidade por 6 meses, detecte a mudança de pureza (menor ou igual a 0,5%) e o teor de água cristalina (estabilizada em 10-11%).
Inovação tecnológica e tendências da indústria
Tecnologia de imobilização enzimática
Corrija a MTSase e a Mthase em nanopartículas magnéticas ou portadores de resina para obter o uso repetido de enzimas (tempos de ciclismo maiores ou iguais a 50 vezes), reduzindo os custos de produção.
Produção contínua
Desenvolver biorreator da membrana (MBR), reação catalítica da enzima de casal com a separação da membrana para obter síntese e purificação contínuas do açúcar de algas marinhas, aumentando a eficiência da produção em 3 vezes.
Fabricação verde
Use solvente orgânico - dual de água - cristalização de fase para reduzir o consumo de recursos de água; Use o método de fermentação microbiana para produzir preparações enzimáticas, substituindo enzimas de síntese química e reduzindo as emissões de carbono.
Áreas de aplicação e perspectivas de mercado
D (+) - Trehalose di -hidratoé amplamente usado em:
Indústria de alimentos: como um adoçante de calorias baixo - (com 45% das calorias da sacarose) e um umectante, é usado em assados, doces e bebidas congeladas.
Biomédica: como um estabilizador de proteínas (como vacinas, medicamentos para anticorpos) e um congelamento de células - secando agente protetor, aumenta a taxa de sobrevivência de produtos biológicos.
Cosméticos: inibe a evaporação da umidade do estrato da pele da pele e é usado em produtos altos -} para cuidados com a pele e produtos de protetor solar.
De acordo com instituições de pesquisa de mercado, o tamanho do mercado global de trealose aumentará a uma taxa anual de 6,2% e deve exceder 500 milhões de dólares americanos até 2027.
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