Industrialisierung von Trehalose

Trehaloseist ein stabiles, nicht reduzierendes Disaccharid, das aus zwei Glucosemolekülen mit einer α, α, 1, 1-glykosidischen Bindung besteht. Trehalose wurde ursprünglich aus dem Mutterkornpilz des Roggens gewonnen und kam später weit verbreitet in der natürlichen Flora, Fauna und Mikroorganismen vor, insbesondere in Pilzen, Algen, Moosen und Wirbellosen. Trehalose ist ein weißer Kristall, ein Trehalosemolekül enthält zwei Moleküle Kristallwasser, löslich in Wasser, Eisessig und heißem Ethanol, unlöslich in Ether und Aceton. Beim Erhitzen auf 130℃ verliert Trehalose Kristallwasser und wird wasserfrei.
Trehalose hat eine magische Schutzwirkung auf Organismen: Sie kann unter rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen, großer Kälte, hohem osmotischem Druck und Trockenwasserverlust einen einzigartigen Schutzfilm auf der Zelloberfläche bilden und so Zellen, Proteinmoleküle und andere unveränderliche Inaktivierungen wirksam schützen. Andere Zucker in der Natur, wie Saccharose und Glucose, haben diese Funktion nicht, daher wird Trehalose in der wissenschaftlichen Gemeinschaft auch als „Zucker des Lebens“ bezeichnet.
Trehalose kommt häufig in niederen Farnen, Algen, Bakterien, Pilzen, Hefen, Insekten und Wirbellosen vor, insbesondere in Hefen, Schimmelpilzen und anderen Pilzen. Der Gehalt kann bis zu 20 % des Trockengewichts des Organismus betragen. Wie man es extrahieren und nutzen und sogar eine großtechnische Industrieproduktion realisieren kann, darüber wurde viel geforscht.

Derzeit umfassen die Herstellungsmethoden von Trehalose chemische Synthese, mikrobielle Extraktion, mikrobielle Fermentation, Enzymsynthese, Gentechnik und so weiter.

Mikrobielle Extraktionsmethode
Mit Hefe, Milchsäurebakterien, Schimmelpilzen und anderen Mikroorganismen, die Trehalose enthalten, als Extraktionsquelle, zunächst durch Änderung der Wachstumsbedingungen der Mikroorganismen, die Ansammlung von mehr Trehalose in ihren Körpern und dann durch die Verwendung geeigneter Methoden zur Extraktion von Trehalose. Der Produktionszyklus von Trehalose durch mikrobielle Extraktion ist lang, die Extraktionsrate niedrig, die Kosten hoch und es ist schwierig, eine großtechnische industrielle Produktion zu erreichen.

Mikrobielle Fermentationsmethode
Trehalose wurde durch mikrobielle Fermentation hergestellt und anschließend aus der Fermentationsbrühe extrahiert und gereinigt. Der Schlüssel liegt in der Auswahl von Stämmen mit hoher Trehaloseausbeute durch Mutagenese, Zellfusion und Genrekombination. Ajinomoto Co., LTD. in Japan produziert Trehalose in großen Mengen durch In-vitro-Kultur von Aminosäure-produzierenden Bakterien, die inzwischen eine industrielle Produktion erreicht haben. Diese Methode weist jedoch eine niedrige Umwandlungsrate und viele Nebenprodukte auf.

Enzymsynthese
Glukose, Maltose, Stärke als Substrat, drei Methoden, aber es gibt Energieverbrauch, Phosphorylase-Instabilität und andere Probleme, so dass es schwierig ist, eine industrielle Produktion zu erreichen.

Gentechnik
Durch die Einführung des Trehalose-Synthase-Gens in Pflanzen oder Mikroorganismen kann Trehalose durch manipulierte Mikroorganismen oder transgene Pflanzen produziert werden.

Chemische Synthese
Die Addition von Ethylenoxid erfolgt zwischen 2,3,4,6-Tetraacetylglucose und 3,4,6-Triacetyl-1,2-dehydrat-d-glucose. Die Nachteile dieser Methode zur Herstellung von Trehalose sind die geringe Ausbeute und die schwierige Trennung, und sie befindet sich noch im Forschungsstadium.