التسويق والتطبيق الصناعي للتريهالوز CAS#99-20-7
التريهالوز سكر ثنائي مستقر غير مختزل، يتكون من جزيئين من الجلوكوز مرتبطين برابطة α,α-1,1-غليكوزيدية. عُزل لأول مرة من فطر الإرغوت في الجاودار، واكتشف لاحقًا انتشاره على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم الطبيعي - في النباتات والحيوانات والكائنات الدقيقة، وخاصة الفطريات والطحالب والطحالب واللافقاريات. يظهر التريهالوز على شكل بلورات بيضاء؛ يحتوي كل جزيء منها على جزيئين من الماء المتبلور. يذوب التريهالوز في الماء وحمض الأسيتيك الجليدي والإيثانول الساخن، ولكنه غير قابل للذوبان في الأثير والأسيتون. عند تسخينه إلى 130 درجة مئوية، يفقد ماءه المتبلور ويصبح لا مائيًا.
الوظيفة البيولوجية والأهمية
يُظهر التريهالوز خصائص وقائية ملحوظة في الكائنات الحية. ففي ظل الظروف البيئية القاسية، مثل ارتفاع درجة الحرارة، والتجمد، والجفاف، أو الضغط الأسموزي العالي، يُشكل طبقة واقية فريدة على سطح الخلايا. تُساعد هذه الطبقة على تثبيت البروتينات، والأغشية الخلوية، وغيرها من البنى البيولوجية، مما يمنع تحللها وتعطيلها. أما السكريات الطبيعية الأخرى، مثل السكروز أو الجلوكوز، فلا تمتلك هذه القدرة. ولهذا السبب، يُشار إلى التريهالوز في الأوساط العلمية غالبًا باسم "سكر الحياة".
يتوفر التريهالوز بكثرة في كائنات حية متنوعة، بما في ذلك السرخس السفلي، والطحالب، والبكتيريا، والفطريات، والخميرة، والحشرات، واللافقاريات. من بين هذه الكائنات، تحتوي الخميرة والعفن على مستويات عالية منه بشكل خاص، تصل إلى 20% من وزنها الجاف. ونظرًا لخصائصه الفريدة ووجوده البيولوجي الواسع، ركز الباحثون منذ فترة طويلة على طرق استخلاص فعالة وإنتاجه صناعيًا على نطاق واسع.
طرق التحضير الحالية
في الوقت الحاضر، تم تطوير العديد من الطرق لإنتاج التريهالوز، بما في ذلك التخليق الكيميائي، والاستخلاص الميكروبي، والتخمير الميكروبي، والتخليق الأنزيمي، والهندسة الوراثية.
1. طريقة الاستخلاص الميكروبي
تستخدم هذه الطريقة كائنات دقيقة، مثل الخميرة وبكتيريا حمض اللاكتيك والعفن، تحتوي بشكل طبيعي على التريهالوز. بتعديل ظروف النمو، يُعزز تراكم التريهالوز داخل الخلايا، ثم يُستخرج باستخدام التقنيات المناسبة. مع ذلك، لهذه الطريقة عيوب كبيرة، منها طول دورة الإنتاج، وانخفاض الغلة، وارتفاع التكلفة، مما يُصعّب الإنتاج الصناعي واسع النطاق.
2. طريقة التخمير الميكروبي
في هذه الطريقة، يُنتَج التريهالوز من خلال التخمير الميكروبي، ثم يُستخلص ويُنقى من مرق التخمير. يكمن سر هذه الطريقة في اختيار سلالات عالية الإنتاجية من خلال الطفرات، أو اندماج الخلايا، أو إعادة التركيب الجيني. وقد نجحت شركة أجينوموتو اليابانية المحدودة في إنتاج التريهالوز على نطاق صناعي باستخدام مزارع بكتيريا مُنتجة للأحماض الأمينية في المختبر. ومع ذلك، لا تزال كفاءة التحويل منخفضة نسبيًا، ويتم إنتاج العديد من المنتجات الثانوية أثناء العملية.
3. التخليق الأنزيمي
تعتمد هذه الطريقة على ركائز مثل الجلوكوز والمالتوز والنشا، والتي تُحوَّل إلى تريهالوز عبر تفاعلات إنزيمية. ورغم بساطة مفهومها، تواجه العملية تحدياتٍ مثل استهلاكها العالي للطاقة وعدم استقرار إنزيمات الفوسفوريلاز، مما يحد من إمكانية تطبيقها على نطاق صناعي.
4. الهندسة الوراثية
من خلال التعديل الجيني، تُدخل جينات تريهالوز سينثيز إلى الكائنات الدقيقة أو النباتات، مما يُمكّن من إنتاج التريهالوز بواسطة سلالات مُهندَسة وراثيًا أو أنواع مُعدّلة وراثيًا. تُبشّر هذه التقنية بإنتاج ترهالوز فعال ومستدام، على الرغم من أنها لا تزال في مرحلة البحث والتطوير بشكل أساسي.
5. التركيب الكيميائي
يمكن أيضًا تحضير التريهالوز كيميائيًا عبر تفاعل إضافة أكسيد الإيثيلين بين 2,3,4,6-رباعي أسيتيل جلوكوز و3,4,6-ثلاثي أسيتيل-1,2-ديهيدرو-دي-جلوكوز. إلا أن هذه الطريقة تعاني من انخفاض الإنتاجية وتعقيد عمليات الفصل. ونتيجةً لذلك، لا يزال التحضير الكيميائي يقتصر في معظمه على مستوى الأبحاث المختبرية بدلًا من التطبيقات الصناعية.
خاتمة
التريهالوز، المعروف غالبًا باسم "سكر الحياة"، هو سكر ثنائي استثنائي ذو تأثيرات وقائية قوية على الأنظمة البيولوجية. على الرغم من وجود عدة طرق إنتاج، إلا أن تحديات مثل انخفاض المحصول وارتفاع التكلفة ومحدودية قابلية التوسع لا تزال تحد من الإنتاج الصناعي على نطاق واسع. من المتوقع أن تمهد التطورات المستمرة في التكنولوجيا الحيوية وهندسة الإنزيمات والتعديل الوراثي الطريق لإنتاج التريهالوز على نطاق واسع وأكثر كفاءة واستدامة في المستقبل القريب.
