Nghiên cứu tuyển chọn và tối ưu hóa một số điều kiện sinh tổng hợp trehalose ở vi khuẩn

TỔNG QUAN

Tổng quan về đường trehalose

Trehalose là một loại đường đôi không khử, xuất hiện trong vi sinh vật, thực vật, động vật bậc thấp và một số động vật bậc cao Trong số ba đồng phân chính của trehalose, α,α-trehalose được nghiên cứu nhiều nhất vì nó là đồng phân duy nhất đã được chứng minh có khả năng tổng hợp ở nhiều loại sinh vật khác nhau, mang lại giá trị ứng dụng cao Tên khoa học của α,α-trehalose là α-D-glucopyranosyl-(1→1)-α-D-glucopyranose, được cấu tạo từ hai phân tử glucose liên kết với nhau qua liên kết α,α-1,1-glycosidic.

Hình 1.1 C ấu tạo đường trehalose

Trong luận văn này, thuật ngữ “trehalose” được sử dụng để chỉ α,α- trehalose Công thức hóa học và khối lượng phân tử của trehalose lần lượt là

Trehalose, có công thức hóa học là C12H22O11 2H2O và chứa 378,33 đơn vị carbon, được đăng ký với mã số 6138-23-4 Cấu trúc của trehalose tương tự như sucrose và maltose, vì cả ba đều là disaccarit.

Tính chất vật lý và hóa học của đường trehalose

1.2.1 Tính ch ất vật lý của đường trehalose

Trehalose là một loại đường tự nhiên có chức năng tương tự như sucrose, được sử dụng để bảo quản vật liệu sinh học trong các quá trình như đông khô và bảo quản lạnh Mặc dù trehalose và sucrose có cùng công thức phân tử, nhưng chúng khác biệt về tính chất khi tương tác với nước, bao gồm độ hòa tan, độ nhớt và nhiệt độ hóa tinh thể Những đặc điểm này giúp trehalose mang lại hiệu quả bảo quản tốt hơn so với các loại đường khác.

Bốn loại đường khác nhau có vai trò quan trọng trong việc bảo quản các phân tử sinh học, giúp chống lại các tác nhân stress từ môi trường Chúng cũng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y học, dược phẩm và công nghệ thực phẩm.

Trehalose hoạt động tương tự như sucrose nhưng ổn định hơn, với độ ngọt đạt khoảng 45% so với sucrose khi nồng độ trên 22% Tuy nhiên, khi nồng độ giảm, độ ngọt của trehalose giảm nhanh hơn so với sucrose, dẫn đến dung dịch 2,3% trehalose có vị ngọt thấp hơn 6,5 lần so với dung dịch đường tương đương Độ hòa tan của trehalose trong nước là 1,1 g/ml, trong khi sucrose là 2,14 g/ml Trehalose dễ hòa tan trong nước và etanol, và có khả năng kết tinh từ các dung dịch có nồng độ trên 80% etanol Việc kết tinh giúp ổn định các phân tử sinh học và bảo vệ các este dễ bay hơi khỏi sự bay hơi trong môi trường lạnh và hút ẩm Trạng thái tinh thể của trehalose ổn định ở nhiệt độ cao và trong điều kiện hút ẩm.

1.2.2 Tính ch ất hóa học của đường trehalose

Trehalose có khả năng bảo vệ và ổn định protein, đặc biệt trong điều kiện mất nước Nó ức chế sự biến tính của protein bằng cách loại bỏ các phân tử nước khỏi bề mặt protein Khi tế bào bị mất nước, trehalose thay thế nước và hình thành liên kết hydro trực tiếp với protein, giúp duy trì cấu trúc gấp lại của protein Cụ thể, trehalose tạo liên kết hydro với hai phân tử nước và tương tác với các phospholipid hoặc đại phân tử khác trên màng tế bào, bảo vệ cấu trúc của chúng trong điều kiện áp suất khuếch tán cao.

Trehalose tạo ra tinh thể không hút ẩm và ổn định ở nhiệt độ cao, giúp duy trì cấu trúc protein trong điều kiện mất nước Nghiên cứu cho thấy có mối tương quan giữa khả năng tích tụ trehalose ở các loài nấm men và khả năng tồn tại dưới ảnh hưởng của nhiệt độ và môi trường khi mất nước Đối với giun tròn, trehalose cũng được tích tụ khi có sự mất nước trong môi trường sống.

Các dung dịch trehalose ở nồng độ 4% với pH từ 3,5 đến 10, khi được đun ở 100°C trong 24 giờ, không cho thấy sự biến đổi về tính chất cơ bản.

Trehalose là một loại đường không khử, hình thành từ sự kết hợp của hai nhóm khử, với liên kết glycosidic có năng lượng thấp (