Commercialisation et application industrielle du tréhalose CAS n° 99-20-7

Le tréhalose est un disaccharide stable et non réducteur, composé de deux molécules de glucose liées par une liaison α,α-1,1-glycosidique. Isolé pour la première fois de l'ergot du seigle, il s'est révélé par la suite largement répandu dans le monde naturel : chez les plantes, les animaux et les micro-organismes, notamment les champignons, les algues, les mousses et les invertébrés. Le tréhalose se présente sous forme de cristaux blancs ; chaque molécule contient deux molécules d'eau de cristallisation. Il est soluble dans l'eau, l'acide acétique glacial et l'éthanol chaud, mais insoluble dans l'éther et l'acétone. Chauffé à 130 °C, il perd son eau de cristallisation et devient anhydre.

Fonction et importance biologiques

Le tréhalose présente des propriétés protectrices remarquables chez les organismes vivants. Dans des conditions environnementales extrêmes — telles que les températures élevées, le gel, la déshydratation ou une forte pression osmotique — il forme un film protecteur unique à la surface des cellules. Ce film contribue à stabiliser les protéines, les membranes cellulaires et autres structures biologiques, empêchant leur dénaturation et leur inactivation. D'autres sucres naturels, comme le saccharose ou le glucose, ne possèdent pas cette capacité. C'est pourquoi le tréhalose est souvent qualifié de « sucre de la vie » par la communauté scientifique.

Le tréhalose est présent en abondance dans divers organismes, notamment les fougères inférieures, les algues, les bactéries, les champignons, les levures, les insectes et les invertébrés. Parmi ceux-ci, les levures et les moisissures en contiennent des concentrations particulièrement élevées, jusqu'à 20 % de leur poids sec. Compte tenu de ses propriétés uniques et de sa large présence dans le vivant, les chercheurs s'intéressent depuis longtemps aux méthodes d'extraction efficaces et à la production industrielle à grande échelle du tréhalose.

Méthodes de préparation actuelles

À l'heure actuelle, plusieurs approches ont été développées pour la production de tréhalose, notamment la synthèse chimique, l'extraction microbienne, la fermentation microbienne, la synthèse enzymatique et le génie génétique.

1. Méthode d'extraction microbienne

Cette méthode utilise des micro-organismes tels que les levures, les bactéries lactiques et les moisissures, qui contiennent naturellement du tréhalose. En modifiant les conditions de croissance, l'accumulation de tréhalose dans les cellules est favorisée, puis celui-ci est extrait par des techniques appropriées. Cependant, cette méthode présente des inconvénients majeurs : un cycle de production long, un faible rendement et un coût élevé, ce qui rend difficile une production industrielle à grande échelle.

2. Méthode de fermentation microbienne

Dans cette approche, le tréhalose est produit par fermentation microbienne, puis extrait et purifié du bouillon de fermentation. La clé de cette méthode réside dans la sélection de souches à haut rendement par mutagenèse, fusion cellulaire ou recombinaison génétique. La société japonaise Ajinomoto Co., Ltd. a réussi à produire du tréhalose à l'échelle industrielle grâce à des cultures in vitro de bactéries productrices d'acides aminés. Cependant, le rendement de conversion demeure relativement faible et de nombreux sous-produits sont générés au cours du procédé.

3. Synthèse enzymatique

Cette méthode utilise des substrats tels que le glucose, le maltose ou l'amidon, qui sont transformés en tréhalose par des réactions enzymatiques. Malgré sa simplicité conceptuelle, le procédé présente des inconvénients, notamment une forte consommation d'énergie et l'instabilité des enzymes phosphorylases, ce qui limite son potentiel d'application à l'échelle industrielle.

4. Génie génétique

Grâce à la modification génétique, les gènes de la tréhalose synthase sont introduits dans des micro-organismes ou des plantes, permettant ainsi la production de tréhalose par des souches modifiées ou des espèces transgéniques. Cette technique est prometteuse pour une production de tréhalose efficace et durable, bien qu'elle demeure principalement au stade de la recherche et du développement.

5. Synthèse chimique

Le tréhalose peut également être synthétisé chimiquement par une réaction d'addition d'oxyde d'éthylène entre le 2,3,4,6-tétraacétylglucose et le 3,4,6-triacétyl-1,2-déshydro-D-glucose. Cependant, cette méthode présente l'inconvénient de faibles rendements et de procédés de séparation complexes. De ce fait, la synthèse chimique demeure principalement au stade de la recherche en laboratoire plutôt qu'à l'échelle industrielle.

Conclusion

Le tréhalose, souvent appelé « sucre de la vie », est un disaccharide exceptionnel doté de puissants effets protecteurs sur les systèmes biologiques. Bien qu’il existe plusieurs méthodes de production, des défis tels qu’un faible rendement, des coûts élevés et une évolutivité limitée continuent de restreindre la production industrielle à grande échelle. Les progrès en cours dans les domaines de la biotechnologie, de l’ingénierie enzymatique et de la modification génétique devraient ouvrir la voie à une production à grande échelle plus efficace et durable de tréhalose dans un avenir proche.