Xylitol de quoi est-il fait?

Sugar alcohol is A afive-carbon Le sucrealcohol, molecular formula pourC5 H12 05, is an odorless white crystalline powder, similar in appearance À propos desucrose, sweetness Et en plussucrose similar, calories Et en plusglucose comparable to very soluble in water, slightly soluble in ethanol Et en plusmethanol 1]. Xylitoldoes not need insulin to metabolize in Le conseil des ministreshuman body, so it can be consumed Par:diabetic patients without increasing their blood glucose level. Xylitol can also prevent dental caries, Et en plusit is widely used in the field De lamedicine Et en plusfood, with a large amount De lausage2]. In addition, xylitolis widely used in the paper industry, chemical industry, plastic industry, paint and coating industry, surfactant industry, leather industry, storage battery industry, etc. In August 2004, the Office De laRenewable Resources De lathe U.S. Department De laEnergy listed it as one De lathe twelve platformulairecompounds that are prioritized for development and utilization3]. In recent years, with the growing demand for xylitol, the La productionmethods and application De laxylitolhave attracted extensive attention.

Les méthodes de synthèse du Xylitol comprennent la synthèse chimique, la biosynthèse chimique et la biosynthèse totale.

1 méthode de synthèse chimique

À l’heure actuelle, la La productionindustrielle nationale et étrangère de xylitolest principalement la méthode de synthèse chimique, c’est-à-dire, riche en noyau de maïs polysaccharide, coquille de coton, bagasse, copeau de bois de levure et d’autres déchets agricoles et industriels par l’acide (tel que HCl, H2 S04) hydrolysé en La xyloseaprès la réaction de purification et d’hydrogénation pour produire le xylitol.

Produits chimiques synthèseLa méthodeof xylose purification process is complicated, acideand alkali consumption; hydrogenation process requires high temperature (115 ~ 135 ℃), high pressure (about 6.5 × 106 Pa), flammable and explosive high-pressure hydrogen and nickel catalyst for xylose solution purity requirements are very high, capital investment and operating costs are high, pollution is more serious 4]. Chemical La productionof 1 ton of xylitolto consume nearly 10 tons of corn cob, 3 tons of acid, 2 tons of alkali, 120 ~ 150 kg of activated charcoal, 30 ~ 50 tons of steam, 100m3 of water to k5]. In view of the problems of high temperature, high pressure, expensive catalysts and complicated separation and purification processes in the process of xylitol La productionPar:chemical synthesis method, the international community began to study a new way of xylitol production - chemical biosynthesis method À partir dethe 1970s.

2 biosynthèse chimique

Le principe de base de la méthode de biosynthèse chimique est d’hydrolyser l’hydrolysat de xylose obtenu à partir de déchets agricoles (tels que la paille de riz, la bagasse, le grain de maïs, etc.) contenant des polysaccharides par hydrolyse acide diluée, et d’utiliser des microorganismes pour convertir le xylose dans l’hydrolysat en xylitol directement. Cette méthode peut éliminer l’étape de cristallisation et de purification du xylose, par rapport à la méthode de synthèse chimique, réduisant considérablement la consommation d’eau, d’énergie et de xylose, réduisant ainsi les coûts de production.

Actuellement, les microorganismes qui ont été découverts et qui peuvent être utilisés comprennent des bactéries, des moisissures et des levures. Seul un petit nombre de bactéries peuvent fermer le xylose pour produire du xylitol, telles que Enterobccter lifucefc- ciens6], Myobccterium smegmctis7], Corymebccterium sp.8], et d’autres genres. Izumori et al. ont constaté que M. Smegmatis a une forte capacité à convertir le xylose en xylitol, et le taux de conversion peut atteindre 40% 7]. Les moisissures qui peuvent convertir le xylose en xylitol comprennent Penicillium, Aspergillus, Rhizoctonia, Gliobacterium, Rhizopus, etc. 9], mais la capacité de ces bactéries à se convertir est généralement faible. La capacité De la levure à convertir la xylose en xylitol est la plus forte, principalement Candida spiecies10], Pachysolen tannophilus11], De bcrcomyces zcnsenii12], Picz guilliennoncii13] et d’autres espèces. Des espèces telles que C. Guilliennoncii14) et C. Tropicclis15] peut convertir plus de 90% de xylose en xylitol dans 24z.

Les principaux facteurs affectant la préparation du xylitol par des méthodes chimico-biologiques sont la quantité d’aération, la La concentrationde xylose, la méthode de fermentation, la valeur du Le pHHet la température, etc. L’oxygène est le facteur le plus important dans la fermentation de la levure de xylitol. L’oxygène a une influence importante sur la production de xylitol par fermentation de la levure de xylose, et la méthode à deux étapes de l’oxygène dissous contrôlé est couramment utilisée, comme Nolleu et al. ont utilisé cette méthode pour cultiver C. guilliennoncii pour transformer le xylitol. Par exemple, Nolleu et al. ont utilisé cette méthode pour cultiver C. guilliennoncii pour convertir le xylose en xylitol, et le taux de conversion pourrait atteindre 80% 16].

La concentration de Xylose est un facteur important affectant la production de xylitol, augmenter la concentration de Xylose peut augmenter le taux de production de xylitol, par exemple en augmentant la concentration initiale de Xylose de 100g. L LL-1 à 150g. L -1, C. Tropicclis dans une concentration plus élevée de xylitol, le taux de production de xylitol peut être augmenté. Si la concentration initiale de xylose était augmentée de 100g. L-1 à 150g. L-1, C. tropicclispourrait augmenter le taux de production de xylitol de 1,78 g/(L. H) à 2,5g /(L. H) sous une ventilation plus élevée. H) à 2,44g /(L.h)17]. La méthode de fermentation a eu une grande influence sur le rendement et le taux de production de xylitol, et le taux de production maximal de la culture semi-continue était beaucoup plus élevé que celui de la culture en lots et en flux, parce que les cellules ont été adaptées à la solution d’hydrolyse de xylose par l’utilisation de la culture semi-continue, ce qui a entraîné une augmentation du taux de production [18]. Le pH et la température sont des facteurs importants affectant l’activité de la xylose réductase et de la xylitol déshydrogénase, qui sont les enzymes clés de la fermentation du xylitol, et le pH et la température optimaux ont varié avec différentes souches de bactéries. Le pH et la température optimales variaient selon les souches de bactéries. Par exemple, C. guilliennoncii a un pH et une température optimaux qui varient selon la souche. C. guilliennoncii avait l’activité la plus élevée de la xylose réductase de pH 4,0 à pH 6,0, tandis que l’activité de la xylitol déshydrogénase augmentait avec l’augmentation du pH et de la température, et atteignait l’activité la plus élevée à pH 6,5 et 35 ℃15].

Processus de biosynthèse chimique de préparation de xylitol a les avantages de ne pas avoir besoin de purifier le xylose, pas besoin d’équipement à haute pression, facile à séparer et à purifier, etc. Cependant, cette méthode ne résout pas la production actuelle de xylose à partir de grains de maïs et d’autres matières premières, telles que les matières premières et auxiliaires et l’énergie, la consommation d’acides et d’alcalis, la pollution et d’autres problèmes graves. En outre, l’équipement et le procédé d’hydrogénation chimique sont déjà très matures, de sorte que ce type de substitution n’a guère d’importance pratique.

3 toute la table biologique dans la méthode

Bien que le xylose comme matière première pour la production de xylitol méthode de synthèse chimique de la technologie mûre et la méthode de biosynthèse chimique de la recherche a fait de grands progrès, mais sa préparation d’hydrolyse de xylose en raison de la consommation élevée de problèmes de pollution acides et alcalins provoqués par la de plus en plus grave. En outre, en raison du grand nombre de noyaux de maïs utilisés dans la production de xylitol, de furfural, de champignons comestibles et d’éthanol de carburant, le problème de la source de matière première a été mis en évidence, le prix géant a augmenté, rendant les coûts de production de xylitol, limitant ainsi le développement de l’industrie du xylitol. Ces dernières années, à une large gamme d’amidon ou de glucose à bas prix comme matière première pour la préparation du processus de xylitol de méthode entièrement biologique d’attention, la mise en œuvre réussie du processus est liée à réduire le coût de production de xylitol, changer le monde et#Le modèle existant de production de xylitol, réduire la pression sur les ressources et l’environnement, l’amélioration de la compétitivité internationale de l’industrie du xylitol en Chine et le développement durable de l’industrie du xylitol, a une signification sociale et économique de grande portée. L’utilisation de la fermentation microbienne du glucose pour produire du xylitol a toujours été#On n’a trouvé dans la nature aucun micro-organisme capable de fermenter directement le glucose pour produire du xylitol.

3.1 conversion multibactérienne en plusieurs étapes du glucose pour produire du xylitol 

As early as 1969,0nishi and Suzuki reported a method to prepare xylitol À partir deglucose, the first step was to convert glucose to Xylitol parthe hyperosmotic yeast D. zcnsenii, and the second step was to convert glucose to xylitol Par:the yeast D. zcnsenii. zcnsenii glucose into D-arabinitol (D-arabitol, D-ara), and then D-arabinitol in the Acetobccter suboxy- Then D-arabinitol was oxidized to D-xylulose Par:Acetobccter suboxy- ccns, and finally D-xylulose was oxidized to D-xylulose Par:yeast C . Finally, D-xylulose was reduced À xylitol parthe action of yeast C. guilliermoncii [17]. 77.5 g.L-1 of glucose was fermented by three microorganisms in three steps to obtain 9.0 g.L-1 of xylitol in a time of 211 h with a yield of 11%. Because of the long process, low yield and no application value, this route has been shelved for a long time.

3.2 conversion en deux étapes du glucose en xylitol par deux bactéries 

D-arabinitol, the second step by the high efficiency conversion of the bacteria D-arabinitol preparation of xylitol 18,19]. The process route (see Figure 2).

La deuxième étape de ce processus, qui est, de D-arabinitol dans le processus de xylitol, les deux processus catalysé enzymatique (formule de réaction montrée dans la Figure 3), le premier pour la D-arabinitol déshydrogénase liée à la membrane (D-Arabbitol dehy- la première est D-Arabitol dehy- drogénase liée à la membrane (m-ArDH) et le second est la xylitol dehydro- génase (XDH). Cette méthode est simple, efficace, xylitol à D-arabinitol taux de conversion jusqu’à 98%, avec le potentiel d’application industrielle, économique k peut concurrencer l’utilisation actuelle des méthodes chimiques.

À l’heure actuelle, le domestique a été effectué pour utiliser l’amidon comme matière première en utilisant deux bactéries méthode en deux étapes pour préparer la recherche de xylitol, en se concentrant sur la sélection des sous-produits peut tolérer des concentrations élevées de souches de production de D-arabinitol et la conversion à haute efficacité de souches de production de D-arabinitol xylitol; Si cette méthode est réussie, il peut être un changement efficace dans xylitol' L lhaute consommation, faible rendement. Si cette méthode est efficace, elle peut effectivement changer l’état de consommation élevée et de faible rendement de xylitol. Si cette méthode est efficace, elle peut effectivement changer la consommation élevée et le faible rendement de xylitol. La production de 1t xylitol par méthode biologique complète consomme 2~2.5t d’amidon, la consommation d’acide et d’alcali est réduite à 0.1t, la consommation de charbon actif est réduite à 2%, et la consommation de résine est réduite à moins de 1kg.

3.3 bactéries génétiquement modifiées fermentation en une étape du glucose pour produire du xylitol 

Dans le xxie siècle, avec les progrès de la biotechnologie, la construction d’une fermentation en une étape de la production de glucose de bactéries du génie génétique xylitol est devenue un point nébulique de la recherche. 2007, l’utilisation de Danisco Bccillussubtilis a une forte capacité de synthèse de sucre à cinq carbone, cette bactérie comme bactérie hôte, expression clonée de xylitol phosphate déshydrogénase (xylitol phosphate déshydrogénase, XPDH). Le gène de la déshydrogénase (XPDH) a été cloné et exprimé, et la voie de synthèse du xylitol a été étendue sur la base de la voie originale (figure 4A), ce qui a eu pour résultat que la fermentation en flacon de glucose de cette souche a produit du xylitol à une concentration de 23g. L - 1, et le taux de conversion du glucose était de 22% [20]. La même année, le centre National de recherche technique de Finlande (VT TT) et la société Danisco ont coopéré à la recherche, en utilisant la brasserie commune et#La levure S (Sccczcromyces cereu isice) en tant que bactérie hôte, dans la voie originale du pentose phosphate (PPP) à base de k, a ajouté xylitol déshydrogénase (XDH) et phosphate phosphatase (phosphatase de sucre) en tant que bactérie hôte, et la xylitol déshydrogénase (XDH) et phosphate phosphatase (phosphatase de sucre). L’ajout de XDH et de phosphate de sucre phosphatase (Ptase) à la voie PPP a prolongé la voie xylulose-5P à la voie xylitol (Figure 4B) [21].

Dans la méthode de fermentation en une étape, les deux souches génétiquement modifiés construites par Danisco et its et VT T Technology Research Center n’ont pas pu atteindre l’objectif escompté en raison des inconvénients de la mauvaise performance de la souche de départ, de la faible activité d’expression des gènes d’enzymes clés et de la faible spécificité du substrat. En outre, si les souches produisant du D-arabinitol basées sur k, l’utilisation de la technologie du génie génétique, pour étendre la voie métabolique du D-arabinitol, peut être réalisée dans une fermentation en une étape des souches de xylitol de glucose. En même temps, sur la base de l’analyse cinétique du processus de fermentation, des outils mathématiques ont été utilisés pour simuler et optimiser le processus de fermentation, afin de mieux optimiser le processus de fermentation, pour réaliser les bactéries recombinantes génétiquement modifiées pour synthétiser le produit cible en excès, et en même temps sur la base du développement du processus de séparation et d’extraction à haute efficacité et à faible coût, afin d’obtenir le xylitol de haute pureté, pour répondre aux personnes et#39; S demande de xylitol. Avec le développement ultérieur de la biotechnologie, on s’attend à ce que la fermentation directe du glucose pour produire du xylitol à l’aide de bactéries génétiquement modifiées soit largement utilisée dans un avenir proche.

4 perspectives

Avec l’augmentation de la population mondiale et la pression environnementale, ainsi que la croissance des personnes's demand for functional foods, the preparation of xylitol by biotechnology has attracted much attention. The preparation of xylitol by all-biological methods is in line with this trend, and its development prospects and opportunities are very favorable. In order to overcome the dangers to resources and environment brought by chemical and chemical-biological methods of xylitol production, we should accelerate the development of all-biological methods of xylitol production, comprehensively improve the competitiveness of all-biological methods compared with chemical and chemical-biological methods, comprehensively utilize molecular biology, microbial metabolic engineering Et autresmodern biotechnological means to improve the conversion rate and production level of xylitol, so that xylitol can be more widely used in food and medical and health care business, resulting in a wide range of applications. The utilization of molecular biology, microbial metabolic engineering and other modern biotechnological means to improve the conversion rate and production level of xylitol, so that xylitol can be more widely used in the food and medical and health care, and produce greater economic and social benefits.

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