D (+) - trehalose dihydrate1,1 - ग्लाइकोसाइड बॉन्ड से बना एक अल्फा में ग्लूकोज के दो अणुओं से बना एक स्थिर नॉन कम करने वाला डिसैकेराइड है। मूल रूप से राई में एर्गोट फंगस से निकाला जाता है, यह बाद में प्रकृति में जानवरों, पौधों और सूक्ष्मजीवों में व्यापक रूप से मौजूद पाया गया, विशेष रूप से कवक, शैवाल, काई, और उच्च स्तर के साथ अकशेरुकी में। आणविक सूत्र C12H22O11 · 2H2O, CAS 6138-23-4, यह एक सफेद क्रिस्टल है, और D (+) का एक अणु-ट्रेहलोज डाइहाइड्रेट में क्रिस्टल पानी के दो अणु होते हैं। यह पानी, ग्लेशियल एसिटिक एसिड और गर्म इथेनॉल में घुलनशील है, लेकिन ईथर और एसीटोन में अघुलनशील है। जब 130 डिग्री तक गर्म किया जाता है, तो ट्रेहलोज अपने क्रिस्टलीय पानी को खो देता है और अनाकार हो जाता है। जैव रसायन के विशाल क्षेत्र में, कार्बोहाइड्रेट जीवन गतिविधियों के लिए आवश्यक ऊर्जा स्रोतों और संरचनात्मक घटकों के रूप में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। उनमें से, यह सामान्य रूप से अभी तक रहस्यमय यौगिक, अपने अद्वितीय गुणों और कार्यों के साथ, वैज्ञानिक अनुसंधान, खाद्य उद्योग और यहां तक कि दवा क्षेत्रों में भी आवेदन संभावनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला दिखाई है।
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रासायनिक सूत्र |
C12H26O13 |
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सटीक द्रव्यमान |
378.14 |
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आणविक वजन |
378.33 |
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m/z |
378.14 (100.0%), 379.14 (13.0%), 380.14 (2.7%) |
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मूल विश्लेषण |
C, 38.10; H, 6.93; O, 54.98 |
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D (+) - trehalose dihydrate, रासायनिक रूप से - d - glucopyranosyl - (1 → 1) - - d - { 1-ग्लाइकोसिडिक बॉन्ड। इसका आणविक सूत्र आमतौर पर C12H22O11 · 2H2O होता है, लगभग 342.30 के आणविक भार के साथ (कुछ डेटा इसे 378.3 के रूप में भी दिखाता है, संभवतः विभिन्न डेटा में नमी की गणना विधि में अंतर के कारण)। इसमें एक स्थिर आणविक संरचना है और यह जीव में अन्य बायोमोलेक्यूलस को उच्च तापमान, ठंड, सूखापन, उच्च आसमाटिक दबाव, आदि जैसी चरम परिस्थितियों में क्षति से बचा सकता है। यह विशेषता इसे "जीवन की चीनी" के रूप में जाना जाता है।
(1) सेल झिल्ली और बायोमोलेक्यूलस की सुरक्षा: प्रकृति में, कई जीव चरम वातावरण में जीवित रहने में सक्षम होते हैं जो बड़े पैमाने पर d - (+) - शरीर में trehalose के संचय के कारण होता है। यह प्रभावी रूप से जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स जैसे सेल झिल्ली, प्रोटीन और डीएनए को क्षति से बचाता है, और जीवों के लिए प्रतिकूलता से निपटने के लिए महत्वपूर्ण तंत्रों में से एक है। यह सुरक्षात्मक तंत्र d -} (+) - trehalose को बायोमेडिकल क्षेत्र में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं बनाता है।
(२) रक्त उत्पाद और टीका सुरक्षा: यह सफलतापूर्वक चिकित्सा में रक्त उत्पादों, टीकों और सेल ऊतकों जैसे बायोएक्टिव पदार्थों के लिए एक स्टेबलाइजर के रूप में उपयोग किया गया है। यह न केवल कमरे के तापमान पर भंडारण समय का विस्तार करता है, बल्कि रक्त संदूषण को भी रोकता है। इस बीच, एक फ्रीज - सूखने वाले प्रोटेक्टेंट के रूप में, यह जैविक उत्पादों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सुक्रोज की तुलना में, यह प्रोटीन के लिए बेहतर सुरक्षा प्रदान कर सकता है।
(३) ऊर्जा रिजर्व पदार्थ: हालांकि ट्रेहलोज ऊर्जा का मुख्य स्रोत नहीं है, यह कुछ जीवों में ऊर्जा आरक्षित पदार्थ के रूप में कार्य करता है, जैसे कि कुछ कवक और कीड़े, और भोजन की कमी के दौरान ऊर्जा आपूर्ति के लिए ग्लूकोज में तेजी से टूट सकते हैं। इस विशेषता का कृषि और बागवानी के क्षेत्र में संभावित अनुप्रयोग मूल्य है। छिड़काव या भिगोने से, सूखे प्रतिरोध, ठंड प्रतिरोध और फसलों के रोग प्रतिरोध में काफी सुधार किया जा सकता है।
(४) शरीर के प्रतिरोध को बढ़ाना: हाल के अध्ययनों से पता चला है कि d - (+) - ट्रेहलोज में प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं को विनियमित करने, रोगजनकों के लिए शरीर के प्रतिरोध को बढ़ाने, घाव भरने को बढ़ावा देने और दवा के क्षेत्र में संभावित मूल्य का प्रदर्शन करने का कार्य भी है। यह प्रतिरक्षा नियामक प्रभाव प्रतिरक्षा कोशिकाओं को क्षति से बचाने की क्षमता से संबंधित हो सकता है।
(1) मीठी और कैलोरी: एक प्राकृतिक स्वीटनर के रूप में, इसमें मध्यम मिठास, कम कैलोरी होती है, और रक्त शर्करा में तेज उतार -चढ़ाव नहीं होगा। यह मधुमेह के रोगियों और स्वस्थ आहार का पीछा करने वाले लोगों के लिए एक आदर्श विकल्प है।
(२) बेक्ड माल और कैंडी: इसकी उत्कृष्ट मॉइस्चराइजिंग और स्थिरता बनानाD (+) - trehalose dihydrateपके हुए माल, कैंडी, पेय पदार्थों और अन्य क्षेत्रों में व्यापक रूप से व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
(3) आई ड्रॉप और वैक्सीन संरक्षण: आई ड्रॉप्स में ट्रेहलोज को जोड़ने से प्रभावी रूप से कॉर्नियल कोशिकाओं की रक्षा हो सकती है और नशीली दवाओं की जलन को कम किया जा सकता है; वैक्सीन संरक्षण में, ट्रेहलोज टीकों की स्थिरता और प्रभावशीलता को काफी बढ़ा सकता है।
3। सौंदर्य प्रसाधन उद्योग में आवेदन
(1) मॉइस्चराइजिंग फ़ंक्शन: ट्रेहलोज का मॉइस्चराइजिंग फ़ंक्शन इसे उच्च - अंत सौंदर्य प्रसाधनों में एक महत्वपूर्ण घटक बनाता है। यह प्रभावी रूप से त्वचा की नमी में लॉक कर सकता है, त्वचा को बाहरी पर्यावरणीय क्षति को कम कर सकता है, और त्वचा के स्वास्थ्य को बढ़ावा दे सकता है।
(२) एंटीऑक्सिडेंट और स्किन बैरियर रिपेयर: मॉइस्चराइजिंग फ़ंक्शन के अलावा, ट्रेहलोज में एंटीऑक्सिडेंट और स्किन बैरियर रिपेयर फ़ंक्शन भी हैं। इन विशेषताओं से ट्रेहलोस को कॉस्मेटिक्स में व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं जैसे कि एंटी - उम्र बढ़ने और विरोधी संवेदनशीलता।
4। कृषि और बागवानी अनुप्रयोग
(1) सूखा प्रतिरोध, ठंडा प्रतिरोध, और रोग प्रतिरोध: छिड़काव या भिगोने वाले उपचार के माध्यम से, d - (+) - trehalose फसलों के सूखे प्रतिरोध, ठंड प्रतिरोध और रोग प्रतिरोध में काफी सुधार कर सकता है। यह तनाव प्रतिरोध वृद्धि प्रभाव फसलों को कठोर वातावरण में विकास और उपज बनाए रखने में मदद करता है।
(२) फूल संरक्षण: फूल संरक्षण के संदर्भ में, d -} (+) - trehalose भी महान क्षमता दिखाता है। छिड़काव या भिगोने से, फूलों के देखने की अवधि को बढ़ाया जा सकता है, उनकी चमक और ताजगी को बनाए रखा जा सकता है।
5। अन्य आवेदन
(1) रासायनिक कच्चे माल: वे व्यापक रूप से ठीक रसायनों के क्षेत्र में उपयोग किए जाते हैं। इसका उपयोग अन्य यौगिकों को संश्लेषित करने के लिए एक रासायनिक कच्चे माल के रूप में किया जा सकता है, जो ठीक रासायनिक उत्पादों के उत्पादन के लिए कच्चे माल का समर्थन प्रदान करता है।
(2) एंजाइमों और सेल झिल्ली का संरक्षण: इसका उपयोग अनुसंधान जैविक उत्पादों को संरक्षित करने के लिए भी किया जा सकता है, जैसे कि आनुवंशिक रूप से इंजीनियर एंजाइम और अन्य एंजाइम, सेल झिल्ली, एंटीबॉडी, एंटीजन, ऑर्गेनेल, आदि।
के लिए विभिन्न उत्पादन विधियां हैंD (+) - trehalose dihydrate, मुख्य रूप से प्राकृतिक निष्कर्षण, रासायनिक संश्लेषण और बायोट्रांसफॉर्मेशन सहित।
कच्चा माल स्रोत:
प्राकृतिक निष्कर्षण विधि मुख्य रूप से पौधों (जैसे कि केएलपी और समुद्री शैवाल) या सूक्ष्मजीवों (जैसे खमीर और मोल्ड) से समृद्ध है। ये कच्चे माल ट्रेहलोज में समृद्ध हैं, जो उन्हें ट्रेहलोज निकालने के लिए एक आदर्श स्रोत बनाते हैं।
निष्कर्षण प्रक्रिया:
निष्कर्षण प्रक्रिया में आमतौर पर कच्चे माल प्रसंस्करण, निष्कर्षण, पृथक्करण और शुद्धि जैसे चरण शामिल होते हैं। रासायनिक प्रतिक्रियाओं और भौतिक संचालन की एक श्रृंखला के माध्यम से, उच्च - शुद्धता उत्पादों को कच्चे माल से निकाला जा सकता है।
लाभ और नुकसान:
प्राकृतिक निष्कर्षण विधि में कच्चे माल के स्रोतों की एक विस्तृत श्रृंखला और अपेक्षाकृत सरल निष्कर्षण प्रक्रिया के फायदे हैं; नुकसान यह है कि आउटपुट सीमित है और लागत अधिक है, जिससे बड़े - स्केल उत्पादन की जरूरतों को पूरा करना मुश्किल हो जाता है।
संश्लेषण सिद्धांत:
रासायनिक संश्लेषण विधि सीधे रासायनिक साधनों के माध्यम से पदार्थ को संश्लेषित करती है। यह विधि सब्सट्रेट जैसे ग्लूकोज को ट्रेलोज में बदलने के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करती है।
संश्लेषण प्रक्रिया:
संश्लेषण प्रक्रिया में आमतौर पर सब्सट्रेट चयन, उत्प्रेरक चयन और प्रतिक्रिया स्थितियों के अनुकूलन जैसे चरण शामिल होते हैं। प्रतिक्रिया की स्थिति और उत्प्रेरक प्रकारों को समायोजित करके, संश्लेषण दक्षता और उत्पाद शुद्धता में सुधार किया जा सकता है।
लाभ और नुकसान:
रासायनिक संश्लेषण विधि के फायदे उच्च दक्षता और उच्च उत्पाद शुद्धता हैं; नुकसान यह है कि यह हानिकारक पदार्थों को पेश कर सकता है और उत्पाद सुरक्षा को प्रभावित कर सकता है। इसलिए, इस पदार्थ का उत्पादन करने के लिए रासायनिक संश्लेषण का उपयोग करते समय, प्रतिक्रिया की स्थिति और उत्पाद की गुणवत्ता को सख्ती से नियंत्रित करना आवश्यक है।
रूपांतरण सिद्धांत:
बायोट्रांसफॉर्मेशन विधि ग्लूकोज जैसे सब्सट्रेट से ट्रेहलोज के उत्पादन को उत्प्रेरित करने के लिए सूक्ष्मजीवों या एंजाइमों का उपयोग करती है। यह विधि उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के लिए जीव के भीतर एंजाइम प्रणाली का उपयोग करती है, और पर्यावरण के अनुकूल, सुरक्षित और कुशल होने की विशेषताएं हैं।
रूपांतरण प्रक्रिया:
रूपांतरण प्रक्रिया में आमतौर पर माइक्रोबियल खेती, एंजाइम निष्कर्षण, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया आदि जैसे चरण शामिल होते हैं। माइक्रोबियल संस्कृति की स्थिति और एंजाइम उत्प्रेरक स्थितियों को अनुकूलित करके, रूपांतरण दक्षता और उत्पाद शुद्धता में सुधार किया जा सकता है।
लाभ और नुकसान:
बायोट्रांसफॉर्मेशन विधि के फायदे हरे, पर्यावरण के अनुकूल, सुरक्षित और कुशल हैं; नुकसान यह है कि उत्पादन लागत अपेक्षाकृत अधिक है, जिसमें जटिल किण्वन और निष्कर्षण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है। हालांकि, जैव प्रौद्योगिकी के निरंतर विकास के साथ, बायोट्रांसफॉर्मेशन धीरे -धीरे मुख्यधारा की उत्पादन विधि बन गया है और इसमें व्यापक अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।
कच्चे माल के स्रोत और पूर्व - उपचार
का उत्पादनD (+) - trehalose dihydrateकोर कच्चे माल के रूप में स्टार्च के द्रवीकरण पर आधारित है। आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले अक्षय संसाधन जैसे कॉर्न स्टार्च और कसावा स्टार्च हैं। स्टार्च को द्रवीकरण उपचार से गुजरना होगा: उच्च तापमान (90 - 100 डिग्री) और अम्लीय स्थितियों के तहत, स्टार्च कणिकाएं पानी को अवशोषित करती हैं, विस्तार करती हैं और टूटना, एक डेक्सट्रिन समाधान बनाते हैं; इसके बाद, एंजाइमेटिक हाइड्रोलिसिस (जैसे -amylase) को इसे ओलिगोसैकेराइड में और अधिक नीचा दिखाने के लिए किया जाता है, जो बाद के एंजाइमैटिक प्रतिक्रियाओं के लिए उपयुक्त सब्सट्रेट प्रदान करता है।
कोर विनिर्माण प्रक्रिया: मल्टी - एंजाइम सिनर्जिस्टिक कैटालिसिस
ट्रेहलोस का संश्लेषण एक बहु - एंजाइम कैस्केड प्रतिक्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाता है। प्रमुख एंजाइमों में शामिल हैं:
माल्टोट्रोस - आधारित ट्रेहलोज सिंथेज़ (MTSase)
यह एंजाइम गैर - से दो ग्लूकोज इकाइयों को काटता है, जो माल्टोट्रियोस के अंत को कम करता है, शेष ओलिगोसैकेराइड के साथ एक ट्रेलोज इंटरमीडिएट बनाता है।
माल्टोट्रियोस - आधारित ट्रेहलोज हाइड्रॉलेज़ (Mthase)
इसके अलावा फ्री ट्रेलोज़ जारी करने के लिए मध्यवर्ती को हाइड्रोलाइज़ करता है।
स्टार्च ग्लूकोसिडेज़ (एएमजी)
शेष ओलिगोसैकेराइड को ग्लूकोज में तोड़ता है, ट्रेहलोज की शुद्धता बढ़ाता है।
विशिष्ट प्रक्रिया प्रवाह:
लिक्विड स्टार्च सॉल्यूशन (डीई वैल्यू 10-15) → पीएच को 6.0-6.5 पर समायोजित करें → एमटीएसएएसई और एमटीएचएएसईएस (अनुपात 1: 1) → 12-24 घंटे के लिए 50-60 डिग्री पर प्रतिक्रिया करें → एंजाइमों को निष्क्रिय करने के लिए 80 डिग्री तक गर्मी → 4-6 घंटे के लिए आगे की प्रतिक्रिया जोड़ें → प्रतिक्रिया को समाप्त करें और नीचे करें।
शुद्धि और क्रिस्टलीकरण: कच्चे उत्पाद से उच्च - शुद्धता क्रिस्टल तक
प्रारंभिक शुद्धि
सक्रिय कार्बन decolorization: प्रतिक्रिया समाधान से पिगमेंट और कार्बनिक अशुद्धियों को हटा दें।
आयन एक्सचेंज क्रोमैटोग्राफी: केशन एक्सचेंज रेजिन (जैसे एच reaust टाइप) और आयन एक्सचेंज रेजिन (जैसे ओएचओ टाइप) की एक श्रृंखला के माध्यम से, लवण, प्रोटीन और छोटे अणु अशुद्धियों को हटा दें।
झिल्ली निस्पंदन: अल्ट्राफिल्ट्रेशन झिल्ली का उपयोग करें (एक आणविक भार में कटौती के साथ - 10-30 kDa से बंद) को आगे ध्यान केंद्रित करने और बड़े अणु अशुद्धियों को दूर करने के लिए।
एकाग्रता और क्रिस्टलीकरण
वैक्यूम वाष्पीकरण एकाग्रता: 60% (w/v) से अधिक या उससे अधिक या उससे अधिक के समुद्री शैवाल चीनी सामग्री के लिए शुद्ध समाधान को केंद्रित करें।
प्रेरित क्रिस्टलीकरण:
कूलिंग क्रिस्टलीकरण विधि: धीरे-धीरे 10-15 डिग्री के लिए केंद्रित समाधान को ठंडा करें, क्रिस्टलीकरण को प्रेरित करने के लिए बीज क्रिस्टल (समुद्री शैवाल चीनी के डाइहाइड्रेट माइक्रोक्रिस्टल) जोड़ें।
वाष्पीकरण क्रिस्टलीकरण विधि: 50-60 डिग्री पर लगातार पानी को वाष्पित करें जब तक कि समाधान महत्वपूर्ण सुपरसेटेशन मूल्य तक नहीं पहुंचता है, और स्वाभाविक रूप से क्रिस्टलीकृत होता है।
क्रिस्टल प्रकार नियंत्रण: क्रिस्टलीकरण तापमान को समायोजित करें, सरगर्मी गति, और बीज क्रिस्टल अतिरिक्त राशि को समान रोम्बिक डाइहाइड्रेट क्रिस्टल (पिघलने बिंदु 97 डिग्री, क्रिस्टलीय पानी के 2 अणु युक्त) के गठन को सुनिश्चित करने के लिए।
सेंट्रीफ्यूजेशन और सुखाने
केन्द्रापसारक पृथक्करण: माँ शराब से क्रिस्टल को अलग करने के लिए एक क्षैतिज सेंट्रीफ्यूज (घूर्णी गति 3000-4000 आरपीएम) का उपयोग करें, जिसमें 95%तक की वसूली दर है।
द्रवित बेड सुखाने: 40-50 डिग्री पर एक गर्म हवा में क्रिस्टल को सूखा, नमी की मात्रा को 1.5% से कम या बराबर नियंत्रित करना (निर्जलीकरण से बचने के लिए निर्जलीकरण से बचने के लिए)।
स्क्रीनिंग और पैकेजिंग: वाइब्रेटिंग स्क्रीन (मेष आकार 200-400) द्वारा ग्रेड और अंतिम उत्पाद सफेद क्रिस्टलीय पाउडर है जिसमें 98%से अधिक या उससे अधिक की शुद्धता है।
गुणवत्ता नियंत्रण और मानक
शुद्धता परीक्षण
उच्च प्रदर्शन तरल क्रोमैटोग्राफी (एचपीएलसी): स्थिर चरण के रूप में एक एमिनो कॉलम का उपयोग करें, एसीटोनिट्राइल - पानी मोबाइल चरण के रूप में, और समुद्री शैवाल चीनी शिखर क्षेत्र के अनुपात का पता लगाएं।
ऑप्टिकल रोटेशन मीटर: विशिष्ट रोटेशन का निर्धारण करें [] {= +199 डिग्री (5% जलीय समाधान) d - कॉन्फ़िगरेशन की शुद्धता की पुष्टि करने के लिए।
अशुद्धता नियंत्रण
भारी धातु: 1 मिलीग्राम/किग्रा से कम या बराबर की सीमा के साथ, सीसा और आर्सेनिक सामग्री का पता लगाने के लिए परमाणु अवशोषण स्पेक्ट्रोमेट्री (एएएस) का उपयोग करें।
सूक्ष्मजीव: चीनी फार्माकोपिया विधि के अनुसार कुल जीवाणु गणना (1000 सीएफयू/जी से कम या बराबर या रोगजनक बैक्टीरिया (पता लगाने योग्य नहीं) का परीक्षण करें।
स्थिरता परीक्षा
त्वरित परीक्षण: 40 डिग्री पर रखें और 6 महीने के लिए 75%आर्द्रता, शुद्धता परिवर्तन का पता लगाएं (0.5%से कम या उसके बराबर) और क्रिस्टलीय पानी की सामग्री (10-11%पर स्थिर)।
तकनीकी नवाचार और उद्योग रुझान
एंजाइम स्थिरीकरण प्रौद्योगिकी
उत्पादन लागत को कम करते हुए, एंजाइमों (50 गुना से अधिक या उससे अधिक साइकिल चलाने वाले समय) के बार -बार उपयोग प्राप्त करने के लिए चुंबकीय नैनोकणों या राल वाहक पर MTSase और Mthase को ठीक करें।
निरंतर उत्पादन
झिल्ली बायोरिएक्टर (एमबीआर) विकसित करें, जोड़े एंजाइम उत्प्रेरक प्रतिक्रिया झिल्ली पृथक्करण के साथ लगातार संश्लेषण और समुद्री शैवाल चीनी के शुद्धिकरण को प्राप्त करने के लिए, उत्पादन दक्षता को 3 बार बढ़ाएं।
हरित विनिर्माण
जल संसाधन की खपत को कम करने के लिए कार्बनिक विलायक - पानी दोहरे - चरण क्रिस्टलीकरण का उपयोग करें; एंजाइम की तैयारी का उत्पादन करने, रासायनिक संश्लेषण एंजाइमों की जगह और कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए माइक्रोबियल किण्वन विधि का उपयोग करें।
अनुप्रयोग क्षेत्र और बाजार की संभावनाएं
D (+) - trehalose dihydrateव्यापक रूप से उपयोग किया जाता है:
खाद्य उद्योग: एक कम - कैलोरी स्वीटनर (सुक्रोज की कैलोरी के 45% के साथ) और एक ह्यूमेक्टेंट के रूप में, इसका उपयोग पके हुए सामान, कैंडी और जमे हुए पेय में किया जाता है।
बायोमेडिकल: एक प्रोटीन स्टेबलाइजर (जैसे टीके, एंटीबॉडी ड्रग्स) और एक सेल फ्रीज - सुरक्षात्मक एजेंट को सुखाने के रूप में, यह जैविक उत्पादों की जीवित रहने की दर को बढ़ाता है।
कॉस्मेटिक्स: यह त्वचा के स्ट्रैटम कॉर्नियम से नमी के वाष्पीकरण को रोकता है और उच्च - अंत त्वचा देखभाल उत्पादों और सनस्क्रीन उत्पादों में उपयोग किया जाता है।
बाजार अनुसंधान संस्थानों के अनुसार, वैश्विक ट्रेहलोज बाजार का आकार 6.2% की वार्षिक दर से बढ़ेगा और 2027 तक 500 मिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक होने की उम्मीद है।
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