En process som använder en ljuskänslig kemikalie kan drastiskt minska kostnader och energiförbrukning för att producera gamma-cyklodextrin, en förening som används i stor utsträckning vid tillverkning, enligt en Dartmouth-studie.

Forskningen, publiceras i Chem , visar hur en hydrazonmall kan ersätta energikrävande destillation för att producera och isolera gamma-cyklodextrin - en vattenlöslig kemikalie som attraherar andra molekyler och används för att förbättra mat, läkemedel, och ett brett utbud av konsumentprodukter.

"Dessa föreningar är biologiskt nedbrytbara, biokompatibel, godartad och vanligen använd, sade Ivan Aprahamian, en professor i kemi vid Dartmouth. "Vi gör produktionen mycket effektivare så att de kan bli ännu mer tillgängliga för industrin."

Cyklodextriner är naturligt förekommande föreningar som kapslar in och bevarar aktiva ingredienser i en produkt tills den används. De vattenlösliga föreningarna är gjorda av glukos och produceras när enzymer tillsätts stärkelse. Deras munkliknande form gör att de kan fungera som molekylära behållare som omger andra föreningar tills de frigörs av värme eller andra fysiska processer.

Jämfört med andra vanliga cyklodextriner - såsom alfa-cyklodextrin och beta-cyklodextrin - är gamma-cyklodextrin den största och mest vattenlösliga.

"Den här molekylens unika struktur hjälper den att hålla skrymmande molekyler som vitaminer och känsliga färgämnen, sa Sirun Yang, uppsatsens första författare och doktorand i Aprahamian Research Group i Dartmouth. "Gamma-cyklodextrin var redan användbart för industrin, nu gör vi det mer tillgängligt för tillverkare av läkemedel, mat och hushållsprodukter."

Inom läkemedel, föreningen ger mediciner längre hållbarhet och gör att de kan formas till lättätbara och smältbara former. Luftfräschare använder föreningen för att fånga illaluktande molekyler, sänker deras koncentration i luften. Dofter använder den för att långsamt frigöra behagligt doftande föreningar.

Enligt Aprahamian, utmaningen för industrin är att gamma-cyklodextrin också är energikrävande och dyrt att framställa och isolera. Tills nu, en kostsam ångdestillationsprocess krävdes för att avlägsna den molekylära mallen som används för att bilda föreningen.

Genom att använda en mall gjord av ljuskänslig hydrazon, den nya processen styr gamma-cyklodextrin till sin distinkta behållareliknande munkform under dess enzymatiska produktion, men kan sedan avlägsnas med en kostnadseffektiv och miljövänlig fotobestrålningsprocess.

"Vår metod bygger på att använda hydrazon, som är en fotoswitch som enkelt kan läggas till i gamma-cyklodextrinhåligheten, sade Aprahamian. När du väl introducerar ljus, den ändrar form och lämnar håligheten, underlätta isoleringen av föreningen. Det finns inget behov av ångdestillation längre."

Den nya processen gör den mycket funktionella föreningen mer resurs- och priskonkurrenskraftig jämfört med de mer lättillgängliga cyklodextrinerna.

Med billigare produktionskostnader, gamma-cyklodextrin skulle kunna bli mer tillgänglig för användning i ett brett spektrum av konsumentprodukter. För läkemedel, ökad användning av föreningen skulle göra det möjligt för tillverkare att formulera lägre doser av aktiva ingredienser, göra medicin billigare och minska biverkningar.

Maria Pellegrini och Dale Mierke från Dartmouth, och Sophie Beeren, Dennis Larsen och Sebastian Meier från Danmarks Tekniske Universitet bidrog också till denna studie.