Xylitol de quoi est-il fait?

L’alcool de sucre est un alcool de sucre à cinq carbone, formule moléculaire pour C5 H12 05, est une poudre cristalline blanche inodore, semblable en apparence au saccharose, sucré et saccharose semblable, calories et glucose comparables à très soluble dans l’eau, légèrement soluble dans l’éthanol et le méthanol 1]. Le Xylitol n’A apas besoin d’insuline pour se métaboliser dans le corps humain, de sorte qu’il peut être consommé par les patients diabétiques sans augmenter leur taux de glycémie. Le Xylitol peut également prévenir la carie dentaire, et il est largement utilisé dans le domaine de la médecine et de la nourriture, avec une grande quantité d’utilisation2]. En outre, le xylitolest largement utilisé dans l’industrie du papier, l’industrie chimique, l’industrie des plastiques, l’industrie de la peinture et du revêtement, l’industrie des tensioactifs, l’industrie du cuir, l’industrie des batteries de stockage, etc. En août 2004, l’office De laRenewable Resources du département de l’énergie des États-Unis l’a classé parmi les douze composés de la plateforme dont le développement et l’utilisation sont prioritaires. Ces dernières années, avec la demande croissante de xylitol, les méthodes de La productionet l’application de xylitolont attiré une grande attention.

Méthodes de synthèse de XylitolInclure 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.

Méthode de synthèse chimique de xyloseLe processus de purification est compliqué, la consommation d’acide et d’alcali; Le processus d’hydrogénation nécessite une température élevée (115 ~ 135 ℃), une haute pression (environ 6,5 × 106 Pa), un catalyseur inflammable et explosif à haute pression d’hydrogène et de nickel pour les exigences de pureté de la solution de xylose sont très élevées, les coûts d’investissement et d’exploitation sont élevés, la pollution est plus grave 4]. Production chimique de 1 tonne de xylitolpour consommer près de 10 tonnes d’épi de maïs, 3 tonnes d’acide, 2 tonnes d’alcali, 120 ~ 150 kg de charbon actif, 30 ~ 50 tonnes de vapeur, 100m3 d’eau à k5]. En raison des problèmes de haute température, de haute pression, de catalyseurs coûteux et de procédés compliqués de séparation et de purification dans le processus de La productionde xylitol par la méthode de synthèse chimique, la communauté internationale a commencé à étudier un nouveau mode de La productionde xylitol - la méthode de biosynthèse chimique à partir des années 1970.

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 grEt en plusnombre 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 

Dès 1969, nishi et Suzuki ont rapporté une méthode pour préparer le xylitol à partir du glucose. La première étape consistait à convertir le glucose en xylitol par la levure hyperosmotique D. zcnsenii, et la deuxième étape consistait à convertir le glucose en xylitol par la levure D. zcnsenii. Le glucose zcnsenii en D-arabinitol (D-arabitol, D-ara), puis le D-arabinitol dans l’acétobccter suboxy- puis le D-arabinitol a été oxydé en D-xylulose par les acétobccter suboxy- CCN, et enfin le D-xylulose a été oxydé en D-xylulose par la levure C. Enfin, la D-xylulose a été réduite en xylitol par l’action de la levure C. guilliermoncii [17]. 77,5 g. L-1 de glucose a été fermenté par trois micro-organismes en trois étapes pour obtenir 9,0 g. L-1 de xylitol dans un temps de 211 h avec un rendement de 11%. En raison de la longueur du processus, du faible rendement et de l’absence de valeur d’application, cette voie a été suspendue depuis longtemps.

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

D-arabinitol, la deuxième étape par la conversion à haute efficacité des bactéries D-arabinitol préparation de xylitol 18,19]. Le parcours du procédé (voir 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&#La demande d’aliments fonctionnels, la préparation du xylitol par la biotechnologie a suscité beaucoup d’attention. La préparation du xylitol par des méthodes entièrement biologiques est en ligne avec cette tendance, et ses perspectives et opportunités de développement sont très favorables. Afin de surmonter les dangers pour les ressources et l’environnement apportés par les méthodes chimiques et chimico-biologiques de production de xylitol, nous devrions accélérer le développement de méthodes toutes biologiques de production de xylitol, globalement améliorer la compétitivité des méthodes toutes biologiques par rapport aux méthodes chimiques et chimico-biologiques, globalement utiliser la biologie moléculaire, L’ingénierie métabolique microbienne et d’autres moyens biotechnologiques modernes pour améliorer le taux de conversion et le niveau de production du xylitol, de sorte que le xylitol peut être plus largement utilisé dans les affaires alimentaires et médicales et de soins de santé, résultant dans un large éventail d’applications. L’utilisation de la biologie moléculaire, de l’ingénierie métabolique microbienne et d’autres moyens biotechnologiques modernes pour améliorer le taux de conversion et le niveau de production du xylitol, de sorte que le xylitol peut être plus largement utilisé dans l’alimentation et les soins médicaux et de santé, et produire de plus grands avantages économiques et sociaux.

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