Что такое ксилитол?

Ксилитол является одним из наиболее часто используемых заменителей сахара в жизни. Он широко используется и имеет большие перспективы в области развития. В последние годы ксилол стал популярным во всем мире, и его способность предотвращать каритоз также получила признание. Ксилитол сам по себе является разновидностью сладодегустационного соединения с высокой питательной ценностью, которое может быть получено естественным путем и является важным промежуточным звеном в метаболизме глюкозы в организме человека.

В статье в основном описывается открытие ксилитола, его принцип действия, структурные характеристики, технология приготовления ксилитола и т.д., а также приводится необходимое объяснение последнего применения ксилитола-его защитной функции.

Xylitol, химическая формула C5H12O5, широко встречается в березовых деревьях, дубах, кукурузных початках и отходов сахарного тростника, а также может использоваться в качестве естественного подсластителя. Ксилитол используется в качестве пищевой добавки на протяжении более 100 лет за рубежом. С развитием науки и техники ксилитол стал одним из незаменимых и важных сырьевых материалов в современной пищевой промышленности и имеет широкое применение. Особенно широко используется в пищевой промышленности. Xylitol-белый кристалл или кристаллический порошок, который легко растворяется в воде, немного в этаноле и этаноле, с температурой плавления 92°C-96°C и температурой кипения 216°C. Значение pH раствора составляет от 5,0 до 7.

Ксилитол сладкий, как сукроуз, но растворенный в воде, он по-прежнему поглощает большую часть тепловой энергии, что делает его тип сахара спирта подсластителя с самым высоким коэффициентом теплопоглощения. Ксилитол не кариогенный и оказывает профилактическое воздействие против кариогенного распада зубов. Метаболизм не контролируется телом. Это лучшая замена сахара для людей с высоким кровяным давлением. Он полностью метаболизируется в организме, имеет калорийность около 10 КДЖ/г, может обеспечить калории, а также может быть использован в качестве источника энергии для людей с высоким кровяным давлением.

1. Открытие ксилитола и история исследований его функций

1.1 открытие ксилитола и исследования его свойств подсластителя

Ксилол был обнаружен в 1890 году немецким химиком фишером и стахе и французским химиком бертраном в результате реакции ксилозы на амальгаму натрия. Фишер был удостоен нобелевской премии по химии в 1902 году за это открытие.

В 1943 году ксилитол был впервые обнаружен в березовых деревьях финляндии.

В 1962 году в тканях млекопитающих были обнаружены физиологические процессы с использованием ксилитола. Ксилитол был признан естественным физиологическим соединением. В Том же году ксилитол был введен в парентеральную терапию (инфузионную терапию). Ксилитол может быть введен критически больным пациентам, что показывает, что он может быть эффективно метаболизирован телом.

В 1963 году, после одобрения управлением по контролю за продуктами питания и лекарствами США, ксилитол мог быть официально использован в специальных диетических целях.

Двадцать лет спустя, в 1983 году, объединенный комитет экспертов всемирной организации здравоохранения/продовольственной и сельскохозяйственной организации (JECFA) объявил ксилитол безопасным сахаром.

1.2 исследования кариостатической функции ксилитола

Первое исследование влияния ксилитола на зубную доску было проведено в 1970 году профессором кауко к. макиненом из университета куопио в финляндии. Профессор кауко к. макинен обнаружил, что ксилитол увеличивает производство слюны и тем самым предотвращает кариес.

В 1975 году клинические результаты профессора кауко к. макинен' были опубликованы результаты исследований. Профессор кауко к. макинен получил премию «аполлония» от финской стоматологической ассоциации. Впервые премия была вручена в знак признания выдающихся стоматологических исследований. Профессор макинен' невыплаченный взнос в фондИсследование ксилитола- это неизгладимо.

Первая коммерческая жевательная резинка xylitol была запущена в финляндии и США почти одновременно в 1977 году, в год финской chemist'. Утвержден патент на производство ксилитола. С тех пор стоматологические службы в различных европейских странах также одобрили использование ксилитола, и исследования его функций и результатов продолжают дополняться.

В 1990 году the world' первый xylitol mouthguard был запущен в финляндии, так как данные показали, что длительное жевание жевательной резинки связано с симптомами распущенных или воспаленных челюстных суставов.

В 1997 году новые исследования показали, что чистые xylitol продукты могут значительно предотвратить ушные инфекции у детей.

2. Свойства и функциональные характеристики xylitol

2.1 в пище

Xylitol в 1,3 раза слаще, чем sucrose и почти так же сладок, как sucrose, так что он может быть использован вместо sucrose в соотношении 1:1. Тем не менее, ксилитол обеспечивает только 10 кг/г энергии, что на 40% ниже, чем sucrose, поэтому он стал хорошей заменой сахара в производстве низкоэнергетических десертов. На рынке появились безсахарные продукты из ксилитола, которые очень популярны среди современной молодежи, которая хочет похудеть и вести здоровый образ жизни. В то же время, xylitol кексы наиболее похожи пирожные по сравнению с maltitol, маннитол и сорбитол, и гигроскопичность xylitol также улучшает вкус. Использование ксилитола в пище также способствует микробиологической стабильности десерта и срока годности готового продукта. Это объясняется тем, что при такой же концентрации активность ксилитола в воде ниже, чем активность сукроза в воде. Xylitol является лучшей заменой сладкого сахара.

2.2 тело человека

Xylitol может быть добавлен в продукты ухода за полостью рта, так что кислотные микроорганизмы во рту не могут использовать Xylitol. В организме человека, после медленного пищеварения и абсорбции, ксилитол может быть быстро поглощен и использован клетками через клеточные мембраны, не полагаясь на инсулинный метаболизм, поэтому он не вызывает быстрых колебаний сахара в крови. Поэтому ксилитол часто используется в качестве подсластителя для людей с высоким кровяным давлением. Благодаря своим антиоксидантным свойствам ксилитол может устранить свободные радикалы и контролировать их образование.

Эксперименты, проведенные колледжем штата Айова в соединенных штатах, показали, что у пациентов с легочными инфекциями концентрация соли в слизистой оболочке дыхательных путей, которая первоначально была в два раза выше нормы, быстро возвращается к норме после перорального приема ксилитола. Это показывает, что, хотя ксилитол не обладает антибактериальными свойствами, он может предотвратить инфекции дыхательных путей.

В последние годы, с углублением исследований, было обнаружено, что ксилитол может образовывать комплексы со свободными ионами кальция, чтобы способствовать абсорбции кальция и уменьшить потери, стабилизировать инсулин, защитить кожу, и уменьшить инфекцию крови от пероральных микроорганизмов.

2.3 физические и химические свойства

Кроме того, ксилол является относительно стабильным и почти инертным, поэтому он может нагреваться до полного плавления (температура плавления 95°C), не вызывая других изменений.

3. Производство Xylitol

3.1 новые методы и современное состояние производства ксилитола

В настоящее время ксилол, используемый в промышленности, получают путем гидрогенизации чистого d-ксилоза при высоких температурах и давлениях с использованием никеля в качестве катализатора. Этот метод имеет плохие условия реакции, высокие производственные издержки, низкий уровень безопасности и потери ресурсов. Ученые активно ищут биологические методы. Биоконверсия стала лучшим методом для производства xylitol благодаря своим преимуществам мягких условий, стабильного качества и высокой безопасности. Ксилитол производится путем микробной ферментации в процессе биопреобразования.

Микробная ферментация может использовать гемицеллюлозу из растений, таких как солома, кукурузные початки и сахарный тростник отходов в качестве сырья. Благодаря гидролизу и ферментации можно, с одной стороны, производить высококачественный ксилитол высокой чистоты, а с другой-полностью использовать сельскохозяйственные отходы, превращая сельскохозяйственные отходы в ксилитол с высокой добавленной стоимостью, снижая экономические издержки и увеличивая прибыль.

Основным принципом микробной ферментации является использование редуктазы ксилозы в микробных клетках для снижения ксилозы до ксилитола. Существует большое количество микроорганизмов в природе, таких как дрожжи, грибы и бактерии. Среди них дрожжи привлекли большое внимание благодаря своим богатым ресурсам, широким источникам, быстрому росту и сильным возможностям переработки. В последние годы, с быстрым развитием биотехнологии, использование микробной ферментации для производства ксилитола стало новым способом. В настоящее время более 30 стран и регионов мира провели исследования по производству ксилитола из дрожжей. В практическом применении технология подготовки ксилитола путем биологической ферментации все еще находится на лабораторном этапе. Существуют широко распространенные проблемы, такие как нехватка штаммов, низкая утилизация ксилозы, низкое производство ксилола, а также трудности с рециркуляцией ксилозы, которые ограничивают популяризацию и развитие микробной ферментации в процессе индустриализации.

3.2 внешние условия, влияющие на биологическую ферментацию

3.2.1 начальная концентрация xylose

Ксилоза используется в качестве реакционного материала, а также обеспечивает энергию для роста микробов и обмена веществ. Когда начальная концентрация xylose низкая, это может способствовать ферментации xylitol дрожжевых клеток. Xylose имеет хорошую стабильность в жидких культурных медиа и постепенно деградирует по мере увеличения времени культуры. Однако высокая первоначальная концентрация ксилозы приведет к повышению осмотического давления ферментационной жидкости и ингибирования субстратов, что не способствует производству ксилола. Различные штаммы бактерий не имеют точно такие же требования к начальной концентрации xylose, поэтому фактический процесс ферментации должен осуществляться путем тестирования, чтобы определить оптимальную концентрацию на основе конкретной ситуации.

3.2.2 растворенный кислород

Количество растворенного кислорода является одним из ключевых факторов, определяющих ксилозу ферментации или дыхания, который затем регулирует баланс между потреблением углерода для роста и биопреобразования. Установлено, что растворенный кислород, необходимый для роста бактерий, отличается от кислорода, необходимого для накопления ксилитола. Когда есть много кислорода, бактерии быстро растут, но скорость преобразования xylose низкая; При ограниченных кислородных условиях ксилоза легко преобразуется в ксилол, а производство этанола находится на низком уровне. Как и в случае с ферментацией этанола и бутанола, влияние культурных условий на ферментацию ксилитола является взаимодополняющим и они взаимодействуют в процессе ферментации.

3.3 совершенствование технологии

3.3.1 изменение процесса ферментации

Б ό льшая часть биологических реакций при производстве ксилитола осуществляется в рамках пакетной ферментации, и сообщается лишь о небольшом числе случаев пакетного или смешанного ферментации. Сырье этого изобретения может получить высокие концентрации субстратов и дополнительно повысить выход ксилитола. Использование химически гидролизованной целлюлозы в качестве ферментационного субстрата также может эффективно уменьшить токсичность ингибиторов.

Поскольку промышленное производство все больше переходит к пакетной ферментации, восстановление клеток стало проблемой при увеличении производства ксилитола. Рассматривается ход процесса экстракции ксилитола как методом микробной ферментации, так и методом ферментации ферментов. Среди них метод биопреобразования с использованием микроорганизмов в качестве сырья в настоящее время является одним из наиболее широко используемых методов в промышленности, и на этой основе предлагаются дальнейшие направления исследований. Технология иммобилизации клеток широко используется в процессе биологической ферментации для подготовки ксилитола в силу ее особых преимуществ, таких как высокая концентрация клеток, кратковременная задержка роста, скорость быстрой реакции, хорошая повторяемость, низкая стоимость, высокая устойчивость фермента, снижение потери ферментной активности, повышение способности к борьбе с загрязнением и т.д.

Другие процессы модификации включают: добавление ко-субстрата в процесс ферментации с использованием механической агитации, ультразвуковой механической агитации и других методов для повышения реакции на стресс и изменения проницаемости клеточной мембраны.

3.3.2 изменение штамма

Помимо улучшения условий выращивания и процессов ферментации, можно также изменить структуру самих бактерий, чтобы получить штаммы, которые производят более высокие уровни ксилитола, например, через традиционный физический или химический мутагенез бактерий.

Например, чэнь сюэсон, академик чжэцзянского университета, и ян шэнгли, доктор философии, опубликовали статью под названием "мутагенез и отбор высокопродуктивных штаммов ксилитола и оптимизация ферментационных сред". В статье исследуется коэффициент преобразования ксилитола штаммов, полученных путем раннего естественного отбора путем соединения мутагенеза, и на этой основе оптимизируется содержание азота и неорганической соли в ферментационной среде с целью создания технической основы для последующего промышленного применения. В эксперименте был выбран тип штамма — основной штамм, который начинался с xylitol- ферментирующей бактерии Y-3 (коэффициент преобразования xylitol 36,5%) — и подвергался комплексному ультрафиолетовому и химическому мутагенезу и селекции. Наконец, новый производимый ксилолом пробиотический штамм с более высокой урожайностью был получен в результате двух раундов комплексного мутагенеза с коэффициентом преобразования ксилола 54,5%, что на 49,3% больше по сравнению с исходным штаммом.

4. Новые области применения xylitol-экологические преимущества xylitol

В связи с ростом спроса на металлические соединения на территории горнодобывающих районов в различных химических формах появилось большое количество тяжелых металлов. В частности, после 13 - го пятилетнего плана китайское правительство выдвинуло более высокие требования в отношении экологического восстановления горнодобывающих земель, что привело к разумному ограничению загрязнения тяжелыми металлами в горнодобывающих почвах, что стало серьезной проблемой. В настоящее время среди современных технологий удаления и обработки тяжелых металлов почвы широко используется технология химического удаления и обработки ввиду ее низкой стоимости и быстрых результатов. Среди них извлечение является широко используемым и зрелым методом химической переработки.

Под выщелачиванием почвы понимается процесс всасывания или просачивания моющего раствора в почву, который позволяет ему проходить через почвенный слой для обработки, анализа содержащихся в почве загрязнителей, а затем обработки и повторного использования моющего раствора, содержащего загрязнители. Исследования по отдельным улукам показали, что ионы тяжелых металлов могут удаляться с помощью различных химических реагентов, таких как эдта и сапонины. Однако из-за разнообразия тяжелых металлов в шахтной почве воздействие одного ускользающего вещества является относительно небольшим.

В последние годы мы пришли к выводу о Том, что при использовании механизма синергетического эффекта растворителя комплексного раствора различные растворы могут применяться целенаправленно для выполнения сложных реакций, тем самым совместно завершая биохимическую обработку различных цветных тяжелых металлов и других вредных почвенных веществ. При использовании элюента в малых дозах он может не только достичь наивысшего эффекта удаления тяжелых цветных металлов в почве, но и уменьшить вредное воздействие элюента на биохимические свойства почвы и бактериального населения.

В статье д-ра ли мейлана и других "выщелачивающий эффект xylitolated hyperbranched polyster /L35 composite Leaching agent on heavy metals In soil In mining areas" ксилитол был использован в качестве промежуточного ядра, литровая кислота-в качестве комномера, а xylitolated end carboxylated hyperbranched polyster (HBP-COOH) был успешно подготовлен методом полимеризации расплава. Xylitol-тип гипервичный полиэфир (HBS-cooh) был успешно подготовлен плавильной полимеризацией, и влияние выщелачивания произведенного HBS-cooh и его сочетание с L35 на различные Cd, Pb и различных металлических пластин в хвостохранилищах пруда в различных условиях было проанализировано путем осцилляционного выщелачивания. Основные результаты исследований, полученные в результате практической деятельности и исследований, заключаются в Том, что конечный карбоксиловый полиэфирный /L35 композитный выщелачивающий агент оказывает более сильное воздействие на загрязненную почву и тяжелые цветные металлы в районах добычи.

5. Направление развития и значение xylitol исследований

В последние годы было показано, что ксилитол улучшает стоматологическое здоровье, уменьшает накопление липидов в крови, повышает прочность костей и увеличивает физические возможности. Xylitol также является функциональным подсластителем, который широко используется в различных пищевых продуктах в качестве замены высокого кровяного давления и ожирения.

Существует шесть основных типов бактерий в кишечнике, включая бифидобактерии, стрептококки lactis и другие полезные бактерии. Микроэкологические препараты в кишечнике, в основном короткоцепные энтерококки, могут улучшить кишечную среду. Xylitol и диетические волокна, такие как каштановые полисахариды являются важными пребиотиками. Однако, поскольку он не может быть непосредственно поглощен и использован телом, он может лишь оказывать пребиотическое воздействие в качестве носителя микроорганизмов, что ограничивает сферу его применения в продуктах питания, а также затрагивает людей#39;s понимание функции пребиотики.

В настоящее время исследования по ксилитолу и его воздействию на микрофлору желудочно-кишечного тракта показывают, что, хотя ксилитол оказывает хорошее регулирующее воздействие на желудочно-кишечную флору, особенно в диагностике и профилактике некоторых заболеваний, исследований по основополагающему механизму ксилитола и его воздействию на пробиотику недостаточно. Поэтому ключом к текущим исследованиям в области ксилитола является изучение его пребиотических последствий, мест действия и способов действия с помощью современных биологических методов, выявление большего числа его пребиотических последствий и содействие дальнейшему расширению сферы его применения. Огромный потенциал ксилитола также открыл новые идеи и мышление для защиты окружающей среды.