Poudre d’érythritol de quoi est-il fait?

L’érythritol, également connu sous le nom de (2R,3S) -butane-1,2,3,4-tétrol, appartient à la famille des polyalcools (également appelés alcools de sucre). L’érythritol est un alcool de sucre à quatre carbone avec un poids moléculaire de 122,12, le plus petit dans la famille de l’alcool de sucre. Il n’est pas optiquement actif et n’existe que sous une forme symétrique, c’est-à-dire sous forme racémique [1].

L’érythritol, un polyol à quatre carbone, est largement présent dans la nature. Il peut être isolé dans les fruits (poires, raisins, melons), les champignons, les boissons alcoolisées (bière, vin, saké) et les aliments fermentés (sauce de soja, pâte de haricot), et on le trouve également dans les fluides corporels des humains et des animaux, tels que les tissus du cristallin, le sérum, le plasma, le liquide fœtal et l’urine [2]. L’érythritol a été isolé pour la première fois en 1852, mais ce n’est qu’en 1990 qu’il est apparu sur le marché japonais comme nouvel édulcorant naturel. L’érythritol a maintenant été approuvé comme additif alimentaire dans au moins 55 pays. Comme d’autres polyols, comme le xylitol, le sorbitol, le mannitol, le lactitol ou le maltitol, l’érythritol a des propriétés édulcorantes. Sa douceur est d’environ 60% à 70% celle du saccharose, et son goût et sa texture sont similaires à ceux du saccharose. Cependant, en raison de son faible poids moléculaire, le métabolisme de l’érythritol dans le corps humain est différent de celui des autres alcools de sucre, lui donnant des propriétés physiologiques uniques telles que de faibles calories, une tolérance élevée, peu d’effets secondaires, et l’aptitude pour les diabétiques, tout en étant non cariogène [3]. En outre, l’érythritol est également un récupérateur de radicaux libres aux propriétés antioxydantes [4].

1. Méthodes de production d’érythritol

Méthodes de production d’érythritolComprennent principalement l’extraction directe, la synthèse chimique et la La fermentationmicrobienne. La méthode d’extraction directe se réfère à l’extraction de l’érythritol à partir de sources naturelles telles que les fruits ou les légumes. Cependant, la teneur en érythritol dans la nature étant trop faible, la méthode d’extraction directe est rarement utilisée. Comparé à d’autres polyols, l’érythritol ne convient pas à la synthèse chimique. Les conditions de température élevées et les catalyseurs de nickel requis rendent sa production difficile, avec un faible rendement et de faibles avantages économiques, il est donc difficile à adopter dans la production industrielle à grande échelle [5] [traduction]. Dès 1950, l’érythritol a été trouvé dans le résidu après fermentation de mélasse noire avec de la levure, et cette découverte a ouvert une nouvelle façon de produire de l’érythritol, à savoir la fermentation microbienne. À l’heure actuelle, la méthode de fermentation microbienne pour produire de l’érythritol devient de plus en plus mature, et c’est la principale méthode pour la production industrielle.

2 optimisation de la méthode de production de fermentation à l’érythritol

2.1 optimisation du milieu de culture

La composition du milieu de culture a un effet régulateur important sur la croissance des microorganismes. Par conséquent, lors de la préparation du milieu de culture, il est nécessaire de s’assurer que les besoins de croissance des microorganismes sont satisfaits, tout en facilitant la production efficace du produit cible. Dans le même temps, il faudrait envisager d’éviter la production de sous-produits. À cette fin, de nombreux chercheurs ont mené des recherches sur l’optimisation des milieux de culture de fermentation à l’érythritol, avec plus de recherches axées sur les sources de carbone et d’azote, comme le montre le tableau 1.

2.2 sources alternatives de carbone

Le substrat couramment utilisé pour la production industrielle d’érythritol est le glucose, qui a de bons résultats de fermentation mais est relativement cher. À l’heure actuelle, une approche plus courante consiste à réduire davantage les coûts de production en utilisant des substrats alternatifs. Parmi les autres sources de carbone actuellement déclarées pour le glucose, mentionnons le glycérol, le xylose, la mélasse, l’inuline, les huiles et graisses de l’industrie de la restauration, le fructose, le saccharose, etc., comme le montre le tableau 2. Parmi ceux-ci, le glycérol est un point chaud de recherche pour les sources alternatives de carbone pour le glucose.

Il y a eu de nombreuses études sur le glycérol comme nouvelle source de carbone pour la fermentation de l’érythritol, qui comprend principalement le glycérol pur et le glycérol brut. Le glycérol brut est principalement un sous-produit de l’industrie du biodiesel. Son utilisation dans la production de fermentation de l’érythritol réduit non seulement efficacement le coût de production de l’érythritol, mais résout également le problème d’élimination des déchets pour l’industrie du biodiesel. À l’heure actuelle, d’autres recherches sont en cours sur la souche Yarrowialipolytica. En outre, la conversion du glycérol en érythritol peut également être observée chez Moniliellamegachiliensis [11].

La souche Y. lipolytica non seulement convertit efficacement le glycérol pur en érythritol, mais peut également utiliser le glycérol brut provenant de déchets industriels. De plus, la composition chimique du glycérol brut est complexe, avec de nombreuses impuretés. Les principales impuretés varient selon la source, et il peut être contaminé par des composés tels que le méthanol, des sels ou des métaux.

Il convient de mentionner que la souche Yarrowialipolytica peut tirer profit du glycérol et peut se développer sur le glycérol brut provenant de différentes sources. Un autre avantage de l’utilisation du glycérol comme substrat de fermentation pour l’érythritol est qu’il peut effectivement réduire la production de sous-produits après la fermentation. Le glycérol est l’un des principaux sous-produits pendant la fermentation utilisant le glucose comme source de carbone [12]. De plus, le glycérol est particulièrement difficile à séparer de l’érythritol lors de la purification. Lorsque le glycérol est utilisé comme substrat de fermentation, il peut être complètement consommé avant la fin du processus de fermentation, et la teneur en autres sous-produits peut être réduite à moins de 10% [13]. Une analyse complète montre que les niveaux maximaux de concentration en érythritol pour les processus de fermentation du glucose et du glycérol sont comparables, mais que le rendement de ces derniers est plus faible. La quantité de glycérol ajoutée varie selon le système de culture. Bien que le glycérol soit un sous-produit de l’industrie du biodiesel et ait une teneur élevée en impuretés, sa valeur commerciale est faible. Cependant, de nombreux rapports ont montré qu’il a un grand potentiel en tant que source de carbone pour le biotraitement.

Le Xylose est le principal composant de l’hémicellulose et est abondant dans la nature. Ces dernières années, le xylose a peu à peu attiré l’attention en tant que source potentielle de carbone pour la fermentation microbienne, en particulier pour la possibilité d’utiliser des substrats peu coûteux tels que les déchets industriels riches en xylose. La mélasse, en tant que sous-produit industriel peu coûteux, a été étudiée comme source de carbone pour la production d’érythritol. Il convient de noter que la mélasse n’est pas directement utilisée dans la synthèse de l’érythritol, mais pour la croissance des cellules bactériennes. La mélasse est utilisée pour accumuler des cellules bactériennes au début de la fermentation microbienne, et le glycérol est ajouté plus tard pour augmenter la pression osmotique et déclencher la production d’érythritol [14].

L’inuline est un polysaccharide trouvé dans les racines et tubercules de plantes telles que l’artichaut, la chicorée, le dahlia et le yacon. Comme la mélasse, l’inuline est renouvelable et peu coûteuse, ce qui en fait une source de carbone idéale pour la fermentation microbienne. Comme la mélasse, l’inuline a également été utilisée dans un processus de fermentation en deux étapes avec la souche Y. lipolytica pour produire de l’érythritol [15]. En outre, profitant des avantages de Y. lipolytica&#Après fermentation, l’érythritol a été extrait du système de fermentation [16].

Il a été rapporté que la souche KFCC 11023 de C. magnoliae préfère le fructose comme source de carbone au glucose. Lorsque fermenté en mode de fermentation par lots avec du fructose comme source de carbone, la concentration en érythritol est 21,25 fois supérieure à celle du glucose comme source de carbone, mais la production de glycérol sous produit est aussi élevée que 77 g·L-1 [17]. De plus, lorsque cette souche est utilisée pour ferment le saccharose comme substrat, la concentration en érythritol est de 65 g·L-1, le taux de conversion est de 0,21 g·g-1 et le rendement est de 1,0 g·L-1·h-1, ce qui signifie que le sous-produit industriel peu coûteux mélasse, qui est principalement du saccharose, peut être utilisé comme source de carbone pour réduire davantage les coûts.

2.3 autres sources d’azote

Les sources d’azote sont des nutriments qui fournissent de l’azote aux cellules microbiennes et aux métabolites. Les sources d’azote couramment utilisées peuvent être divisées en deux catégories: les sources d’azote inorganique (sulfate d’ammonium, nitrate, ammoniac et urée, etc.) et les sources d’azote organique (tourteau de soja, tourteau d’arachide, tourteau de coton, sirop de maïs, peptone, extrait de levure et farine de poisson, etc.). La nature et la concentration de la source d’azote sont des paramètres très importants dans la production de fermentation de l’érythritol. Afin d’obtenir une grande capacité de production d’érythritol, il est nécessaire d’optimiser le type et la quantité de la meilleure source d’azote pour différentes souches.

Dans des conditions de culture constante avec du glycérol pur comme source de carbone, l’effet des sources d’azote inorganique et organique sur la production d’érythritol par la souche Y. lipolytica Wratislavia K1 a été étudié. On a constaté que la teneur en érythritol dans un milieu de culture constant contenant 4,6 g·L-1 de sulfate d’ammonium atteignait 103,4 g·L-1 et que le rendement optimal en érythritol et le taux de conversion étaient également obtenus dans des conditions de source d’azote inorganique (4,6 g·L-1 de sulfate d’ammonium), 1,12 g·L-1 et 99,6 %, respectivement. L — 1. Le meilleur rendement d’érythritol et le meilleur taux de conversion ont également été obtenus dans les conditions de culture d’une source d’azote inorganique (4,6 g·L-1 sulfate d’ammonium), 1,12 g·L-1·h-1 et 0,52 g·g-1, respectivement [18]. Rywi ska et Al., et al.ont utilisé Y. lipolytica Wratislavia K1 comme objet expérimental, et ont effectué des expériences de fermentation de l’érythritol en utilisant une variété de sources d’azote inorganique et organique. Les résultats ont montré que le chlorure d’ammonium, le sulfate d’ammonium et l’extrait de levure étaient les meilleures sources d’azote, et le meilleur rendement en érythritol et le meilleur taux de conversion ont également été obtenus sous sulfate d’ammonium comme source d’azote [9]. Contrairement aux résultats ci-dessus, il a été rapporté que les sources d’azote organique conviennent mieux à la fermentation de l’érythrulose par la souche K1 de Y. lipolytica Wratislavia [21].

En culture avec du glucose comme source de carbone, il a également été confirmé que le sulfate d’ammonium convient mieux à la fermentation de l’érythrulose par la souche mutant 49 de Y. lipolytica que l’extrait de levure. Cependant, lorsque les concentrations de glucose et de sulfate d’ammonium étaient inférieures ou supérieures aux concentrations optimales, le rendement en érythritol variait grandement [8].

De plus, on a constaté que le rendement le plus élevé en érythritol était obtenu lorsque la souche P. tsukubaensis et Moniliella sp. étaient mélangées avec de la poudre de trempage de maïs et de l’extrait de levure comme source d’azote de fermentation [22,23]. Pour la souche Torula sp., le rendement le plus élevé en érythritol a été obtenu lorsque l’extrait de levure a été utilisé comme seule source d’azote [6] [traduction]. Cela montre que différentes souches ont différents choix de source d’azote, et le type de source d’azote affecte directement le rendement et la productivité de l’érythritol produit par la souche pendant la fermentation.

3 amélioration du processus de Fermentation

Le système de culture est l’un des facteurs importants qui déterminent la concentration finale d’érythritol après la fermentation. Afin d’améliorer l’efficacité, laProcédé de fermentation à l’érythritolA été continuellement améliorée, y compris principalement la fermentation par lots, la fermentation par lots, la fermentation en deux étapes et la fermentation en continu, comme le montre le tableau 3.

La production d’érythritol est habituellement effectuée en mode batch, et une concentration initiale de glucose plus élevée peut augmenter la production d’érythritol. Dans la fermentation par lots, tous les substrats nécessaires sont introduits au début de la fermentation, et le produit et les sous-produits sont extraits une fois que tous les substrats ont été épuisés. La fermentation par lots Simple est facile à utiliser, mais le rendement et la concentration d’érythritol sont faibles.

Le processus de culture le plus courant pour la fermentation de l’érythritol est l’alimentation en lots. L’alimentation par lots permet de maintenir une pression osmotique élevée tout au long du processus de culture. Le procédé de production d’érythritol le plus efficace qui ait été rapporté à ce jour est une fermentation en lots de combustible utilisant la souche P. tsukubaensis comme souche de fermentation, avec une productivité allant jusqu’à 2,86 g·L-1·h-1, et une augmentation de la production d’érythritol de 73% par rapport à la même souche en lots [22].

Une pression osmotique élevée peut augmenter le rendement d’érythritol, mais elle inhibe également la croissance des cellules bactériennes. Pour résoudre ce problème, un processus de fermentation en deux étapes a été développé, qui favorise la croissance de cellules bactériennes dans des conditions de basse pression osmotique au stade précoce de la fermentation, puis augmente la pression osmotique au stade avancé de la fermentation pour favoriser le métabolisme de l’érythritol par les bactéries [24].

En outre, il a été rapporté qu’une méthode de fermentation continue a été appliquée à la méthode de fermentation microbienne pour la production d’érythritol. Dans le processus de fermentation continu, une partie du milieu de culture est régulièrement remplacée par du milieu frais. Cette méthode peut améliorer la productivité en prolongeant la phase de production effective. L’inconvénient est qu’il y a un plus grand risque de contamination par des bactéries étrangères, et la souche est sujette à la dégénérescence due à la mutation. La solution consiste à réduire le pH pour éviter la contamination bactérienne [13].

4 optimisation des conditions de culture

L’efficacité de production de l’érythritol dépend dans une large mesure des conditions de culture: pression osmotique, température, pH, oxygène dissous, etc. sont des indicateurs techniques importants liés à la fermentation de l’érythritol.

Le stress par pression osmotique est l’une des principales causes de la production d’érythritol. Il existe deux façons principales de réguler la pression osmotique: l’une consiste à utiliser une concentration élevée de substrat, comme le glucose ou le glycérol, et l’autre consiste à ajouter du sel supplémentaire [28]. La régulation de la pression osmotique est un processus relativement complexe. Une augmentation de la pression osmotique entraîne une augmentation de la production d’érythritol et une diminution de la formation de sous-produits. Cependant, une pression osmotique trop élevée prolonge la phase de retard du développement de la souche de fermentation, entraînant une diminution de la productivité de l’érythritol [24].

Des études ont montré que la température, le pH et l’oxygène dissous ont un effet significatif sur la production d’érythritol par différentes souches, et les valeurs optimales varient, comme le montre le tableau 4.

5 perspectives

De nos jours, de plus en plus de gens prêtent attention à un mode de vie sain, et la demande pour les polyols augmente également. Comment réaliser la production industrielle efficace et à faible coût de l’érythritol est devenu le centre d’attention de nombreux chercheurs. L’érythritol a plusieurs des mêmes propriétés que d’autres alcools de sucre. Cependant, il s’agit du seul alcool de sucre produit industriellement par un processus de fermentation naturelle. Les chercheurs ont mené beaucoup de recherche pour augmenter la capacité de production. Tout d’abord, grâce à l’obtention d’une souche produisant de l’érythritol à haute performance, la composition du milieu de culture et les conditions de culture ont été bien optimisées et ajustées afin de maximiser le rendement et la conversion.

De nombreux efforts ont également été déployés pour réduire efficacement les coûts de production, notamment en tenant compte des sources de carbone renouvelables bon marché, et même du point de vue du recyclage des sous-produits, la recherche et le développement de la coproduction d’érythritol ont été menés avec un certain succès. Cependant, il y a eu relativement peu de recherches sur la régulation de l’expression génétique métabolique de l’érythritol. Bien que certaines enzymes clés dans les processus métaboliques aient été identifiées, la voie métabolique microbienne de l’érythritol n’est toujours pas claire au niveau génétique. À l’avenir, le domaine de la régulation des gènes devrait être ciblé pour comprendre de manière exhaustive les gènes et les facteurs régulateurs impliqués dans la synthèse de l’érythritol. Cela servira sans aucun doute de référence puissante pour réguler efficacement la fermentation microbienne de l’érythritol, ce qui permettra de réaliser une production industrielle efficace de l’érythritol.

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