D (+) - dihidrato de trehalosaes un disacárido no reductor estable compuesto por dos moléculas de glucosa en un alfa, compuesto de enlaces de glucósidos 1,1 -. Originalmente extraído del hongo ergot en el centeno, luego se encontró que estaba ampliamente presente en animales, plantas y microorganismos en la naturaleza, especialmente en hongos, algas, musgos e invertebrados con altos niveles. Fórmula molecular C12H22O11 · 2H2O, CAS 6138-23-4, es un cristal blanco, y una molécula de dihidrato D (+)-trehalosa contiene dos moléculas de agua de cristal. Es soluble en agua, ácido acético glacial y etanol caliente, pero insoluble en éter y acetona. Cuando se calienta a 130 grados, la trehalosa pierde su agua cristalina y se vuelve amorfa. En el vasto campo de la bioquímica, los carbohidratos juegan un papel crucial como fuentes de energía esenciales y componentes estructurales para las actividades de la vida. Entre ellos, este compuesto aparentemente ordinario pero misterioso, con sus propiedades y funciones únicas, ha mostrado una amplia gama de perspectivas de aplicaciones en investigación científica, industria alimentaria e incluso campos farmacéuticos.
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Fórmula química |
C12H26O13 |
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Masa exacta |
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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Análisis elemental |
C, 38.10; H, 6.93; O, 54.98 |
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D (+) - dihidrato de trehalosa, químicamente conocida químicamente como {-} d {- glucopyRanosyl -} (1 → 1) - -} d - glucopiranosil dihidrato de glucopiranosilo, es una sustancia compuesta de dos moléculas glucosa que pasan a través de un alfa, -1, no se reduce la conexión de dos moléculas de glucosa que pasa a través de un alfa, -1, no se reduce la conexión de dos moléculas de glucosa que pasan a través de un alpha, -1, no reduce la conexión de dos moléculas de glucosa que pasa a través de una alfa, -1. 1 enlaces glucosídicos. Su fórmula molecular suele ser C12H22O11 · 2H2O, con un peso molecular de aproximadamente 342.30 (algunos datos también lo muestran como 378.3, posiblemente debido a las diferencias en el método de cálculo del contenido de humedad en diferentes datos). Tiene una estructura molecular estable y puede proteger a otras biomoléculas en el organismo del daño en condiciones extremas, como la temperatura alta, el frío, la sequedad, la alta presión osmótica, etc. Esta característica lo da a conocer como el "azúcar de la vida".
(1) Membrana celular y protección de biomoléculas: en la naturaleza, muchos organismos pueden sobrevivir en entornos extremos en gran parte debido a la acumulación de d - (+) - trehalosa en el cuerpo. Puede proteger efectivamente las macromoléculas biológicas como las membranas celulares, las proteínas y el ADN del daño, y es uno de los mecanismos importantes para que los organismos se enfrenten a la adversidad. Este mecanismo de protección hace que D - (+) - trehalosa tenga amplias perspectivas de aplicación en el campo biomédico.
(2) Productos sanguíneos y protección contra la vacuna: se ha utilizado con éxito en medicina como estabilizador para sustancias bioactivas como productos sanguíneos, vacunas y tejidos celulares. Esto no solo extiende el tiempo de almacenamiento a temperatura ambiente, sino que también previene la contaminación de la sangre. Mientras tanto, como un protector de secado de congelación -, también se usa ampliamente en productos biológicos. En comparación con la sacarosa, puede proporcionar una mejor protección para las proteínas.
(3) Sustancia de reserva de energía: aunque la trehalosa no es la principal fuente de energía, sirve como una sustancia de reserva de energía en ciertos organismos, como ciertos hongos e insectos, y puede descomponerse rápidamente en glucosa para el suministro de energía durante la escasez de alimentos. Esta característica tiene un valor de aplicación potencial en los campos de la agricultura y la horticultura. Al pulverizar o remojar, la resistencia a la sequía, la resistencia al frío y la resistencia a las enfermedades de los cultivos pueden mejorarse significativamente.
(4) Mejora de la resistencia del cuerpo: los estudios recientes han demostrado que D - (+) - Trehalosa también tiene la función de regular las respuestas inmunes, mejorar la resistencia del cuerpo a los patógenos, promover la cicatrización de heridas y demostrar el valor potencial en el campo de la medicina. Este efecto regulador inmune puede estar relacionado con su capacidad para proteger las células inmunes del daño.
(1) Sweetness y calorías: como edulcorante natural, tiene dulzura moderada, baja calorías y no causará fluctuaciones agudas en el azúcar en la sangre. Es una opción ideal para pacientes con diabetes y personas que buscan una dieta saludable.
(2) productos horneados y dulces: su excelente hidratación y estabilidad hacen queD (+) - dihidrato de trehalosacada vez más ampliamente utilizado en productos horneados, dulces, bebidas y otros campos.
(3) gotas oculares y preservación de la vacuna: agregar trehalosa a gotas oculares puede proteger efectivamente las células corneales y reducir la irritación del fármaco; En la preservación de la vacuna, la trehalosa puede mejorar significativamente la estabilidad y la efectividad de las vacunas.
3. Aplicación en la industria de los cosméticos
(1) Función hidratante: la función hidratante de la trehalosa lo convierte en un ingrediente importante en cosméticos finales -}. Puede bloquear efectivamente la humedad de la piel, reducir el daño ambiental externo a la piel y promover la salud de la piel.
(2) Reparación de barreras antioxidantes y de la piel: además de la función hidratante, la trehalosa también tiene funciones de reparación de barreras antioxidantes y de la piel. Estas características hacen que la trehalosa tenga amplias perspectivas de aplicación en cosméticos como anti - envejecimiento y anti sensibilidad.
4. Aplicaciones agrícolas y hortícolas
(1) Resistencia a la sequía, resistencia al frío y resistencia a las enfermedades: a través del tratamiento con pulverización o remojo, D - (+) - La trehalosa puede mejorar significativamente la resistencia a la sequía, la resistencia al frío y la resistencia a la enfermedad de los cultivos. Este efecto de mejora de la resistencia al estrés ayuda a los cultivos a mantener el crecimiento y el rendimiento en ambientes hostiles.
(2) Preservación de flores: en términos de preservación de flores, D - (+) - Trehalosa también muestra un gran potencial. Al rociar o remojar, el período de observación de las flores se puede extender, manteniendo su brillo y frescura.
5. Otras aplicaciones
(1) Materias primas químicas: también se usan ampliamente en el campo de los productos químicos finos. Se puede usar como materia prima química para sintetizar otros compuestos, proporcionando soporte de materia prima para la producción de productos químicos finos.
(2) Preservación de enzimas y membranas celulares: también se puede utilizar para preservar los productos biológicos de investigación, como las enzimas genéticamente modificadas y otras enzimas, las membranas celulares, los anticuerpos, antígenos, orgánulos, orgánulos, etc. Estos productos biológicos juegan un papel importante en la investigación científica y la producción industrial, y su efecto protectivo ayuda a extender su vida y mantener su actividad.
Hay varios métodos de producción paraD (+) - dihidrato de trehalosa, incluyendo principalmente extracción natural, síntesis química y biotransformación.
Fuente de materia prima:
El método de extracción natural extrae principalmente plantas (como algas y algas) o microorganismos (como levadura y moho) ricos en trehalosa. Estas materias primas son ricas en trehalosa, lo que las convierte en una fuente ideal para extraer trehalosa.
Proceso de extracción:
El proceso de extracción generalmente incluye pasos como procesamiento de materia prima, extracción, separación y purificación. A través de una serie de reacciones químicas y operaciones físicas, se pueden extraer productos de pureza - de las materias primas.
Ventajas y desventajas:
El método de extracción natural tiene las ventajas de una amplia gama de fuentes de materia prima y un proceso de extracción relativamente simple; La desventaja es que la salida es limitada y el costo es alto, lo que dificulta satisfacer las necesidades de una gran producción de escala -.
Principio de síntesis:
El método de síntesis química sintetiza directamente la sustancia a través de medios químicos. Este método utiliza reacciones químicas para convertir sustratos como la glucosa en trehalosa.
Proceso de síntesis:
El proceso de síntesis generalmente incluye pasos como la selección del sustrato, la selección del catalizador y la optimización de las condiciones de reacción. Al ajustar las condiciones de reacción y los tipos de catalizador, se pueden mejorar la eficiencia de síntesis y la pureza del producto.
Ventajas y desventajas:
Las ventajas del método de síntesis química son la alta eficiencia y la alta pureza de los productos; La desventaja es que puede introducir sustancias dañinas y afectar la seguridad del producto. Por lo tanto, cuando se usa síntesis química para producir esta sustancia, es necesario controlar estrictamente las condiciones de reacción y la calidad del producto.
Principio de conversión:
El método de biotransformación utiliza microorganismos o enzimas para catalizar la producción de trehalosa a partir de sustratos como la glucosa. Este método utiliza el sistema enzimático dentro del organismo para las reacciones catalíticas, y tiene las características de ser ecológico, seguro y eficiente.
Proceso de conversión:
El proceso de conversión generalmente incluye pasos como el cultivo microbiano, la extracción de enzimas, la reacción catalítica, etc. Al optimizar las condiciones de cultivo microbiano y las condiciones catalíticas enzimáticas, se puede mejorar la eficiencia de conversión y la pureza del producto.
Ventajas y desventajas:
Las ventajas del método de biotransformación son verdes, ecológicas, seguras y eficientes; La desventaja es que el costo de producción es relativamente alto, lo que requiere procesos complejos de fermentación y extracción. Sin embargo, con el desarrollo continuo de la biotecnología, la biotransformación se ha convertido gradualmente en el método de producción convencional y tiene amplias perspectivas de aplicación.
Fuentes de materia prima y tratamiento previo -
La producción deD (+) - dihidrato de trehalosase basa en la licuefacción del almidón como materia prima central. Se usan comúnmente recursos renovables como el almidón de maíz y el almidón de yuca. El almidón necesita someterse a un tratamiento de licuefacción: a alta temperatura (90 - 100 grados) y condiciones ácidas, los gránulos de almidón absorben agua, se expanden y ruptan, formando una solución de dextrina; Posteriormente, la hidrólisis enzimática (como -amilasa) se lleva a cabo para degradarla aún más en oligosacáridos, proporcionando sustratos adecuados para reacciones enzimáticas posteriores.
Proceso de fabricación del núcleo: multi - catálisis sinérgica enzimática
La síntesis de trehalosa se logra a través de una reacción en cascada enzima múltiple -}. Las enzimas clave incluyen:
Maltotriose - Trehalosa sintasa (MTSase)
Esta enzima corta dos unidades de glucosa del extremo reductor de maltotriosa no -, formando un intermedio de trehalosa con el oligosacárido restante.
Maltotriose - Trehalosa hidrolasa (mthase)
Hidroliza aún más el intermedio para liberar trehalosa libre.
Almidón glucosidasa (AMG)
Rompe el oligosacárido restante en glucosa, aumentando la pureza de la trehalosa.
Flujo de proceso típico:
Solución de almidón licuado (valor DE 10-15) → Ajuste el pH a 6.0-6.5 → Agregar mtsasa y mthasa (relación 1: 1) → reaccionar a 50-60 grados durante 12-24 horas → calor hasta 80 grados para inactivar enzimas → Agregar AMG para una reacción adicional durante 4-6 horas → termina la reacción y el enfriamiento.
Purificación y cristalización: desde el producto crudo hasta los cristales de pureza - de pureza
Purificación inicial
Decolorización de carbono activado: elimine los pigmentos y las impurezas orgánicas de la solución de reacción.
Cromatografía de intercambio iónico: a través de una serie de resinas de intercambio de cationes (como el tipo H⁺) y las resinas de intercambio de aniones (como el tipo OH⁻), eliminar sales, proteínas e impurezas de moléculas pequeñas.
Filtración de membrana: use membranas de ultrafiltración (con un corte de peso molecular - de 10-30 kDa) para concentrarse aún más y eliminar las impurezas de moléculas grandes.
Concentración y cristalización
Concentración de evaporación del vacío: concentre la solución purificada a un contenido de azúcar de algas de mayor o igual al 60% (p/v).
Cristalización inducida:
Método de cristalización de enfriamiento: enfríe lentamente la solución concentrada a 10-15 grados, agregue cristales de semillas (microcristales de dihidratos de azúcar de algas) para inducir la cristalización.
Método de cristalización de evaporación: evapore el agua continuamente a 50-60 grados hasta que la solución alcance el valor crítico de sobresaturación y cristalice naturalmente.
Control del tipo de cristal: ajuste la temperatura de cristalización, la velocidad de agitación y la cantidad de adición de cristal de semillas para garantizar la formación de cristales de dihidrato rombico uniforme (punto de fusión de 97 grados, que contienen 2 moléculas de agua cristalina).
Centrifugación y secado
Separación centrífuga: use una centrífuga horizontal (velocidad de rotación 3000-4000 rpm) para separar los cristales del licor madre, con una tasa de recuperación de hasta 95%.
Secado de lecho fluidizado: Secia los cristales en un aire caliente a 40-50 grados, controlando el contenido de humedad inferior o igual al 1.5% (evitando la deshidratación para obtener azúcar anhidra de algas).
Detección y embalaje: Grado por pantalla vibrante (tamaño de malla 200-400) y el producto final es el polvo cristalino blanco con una pureza mayor o igual a 98%.
Control de calidad y estándares
Prueba de pureza
Cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC): use una columna amino como fase estacionaria, acetonitrilo - como la fase móvil, y detecte la proporción del área del pico de azúcar de algas.
Medidor de rotación óptica: determine la rotación específica [] ²⁰ᴰ=+199 grado (solución acuosa del 5%) para confirmar la pureza de la configuración D -.
Control de impureza
Metales pesados: use espectrometría de absorción atómica (AAS) para detectar contenido de plomo y arsénico, con un límite de menos de o igual a 1 mg/kg.
Microorganismos: Pruebe el recuento bacteriano total (menor o igual a 1000 CFU/g) y bacterias patógenas (no detectables) de acuerdo con el método de farmacopea china.
Prueba de estabilidad
Prueba acelerada: Coloque a 40 grados y 75%de humedad durante 6 meses, detecte el cambio de pureza (menor o igual al 0.5%) y el contenido de agua cristalina (estabilizado al 10-11%).
Innovación tecnológica y tendencias de la industria
Tecnología de inmovilización de enzimas
Fije MTSasa y Mthase en nanopartículas magnéticas o portadores de resina para lograr el uso repetido de enzimas (tiempos de ciclismo mayores o igual a 50 veces), reduciendo los costos de producción.
Producción continua
Desarrolle el biorreactor de membrana (MBR), una reacción catalítica enzimática de pareja con la separación de la membrana para lograr la síntesis continua y la purificación del azúcar de algas, aumentando la eficiencia de producción en 3 veces.
Fabricación verde
Use solvente orgánico - agua dual - cristalización de fase para reducir el consumo de recursos de agua; Use el método de fermentación microbiana para producir preparaciones enzimáticas, reemplazando las enzimas de síntesis química y reduciendo las emisiones de carbono.
Áreas de aplicación y perspectivas de mercado
D (+) - dihidrato de trehalosase usa ampliamente en:
Industria alimentaria: como un edulcorante de calorías bajo - (con el 45% de las calorías de la sacarosa) y un humectante, se usa en productos horneados, dulces y bebidas congeladas.
Biomedical: como estabilizador de proteínas (como vacunas, fármacos de anticuerpos) y un agente protector de secado de congelación celular -, aumenta la tasa de supervivencia de los productos biológicos.
Cosméticos: inhibe la evaporación de la humedad del estrato córneo de la piel y se usa en productos de cuidado de la piel y productos de protección solar.
Según las instituciones de investigación de mercado, el tamaño global del mercado de trehalosa crecerá a una tasa anual del 6.2% y se espera que supere los 500 millones de dólares estadounidenses para 2027.
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