Из чего он сделан?

Sugar alcohol is A/данные отсутствуют.five-carbon Сахар с сахаромalcohol, molecular formula дляC5 H12 05, is an odorless white crystalline powder, similar in appearance По адресу:sucrose, sweetness иsucrose similar, calories иglucose comparable to very soluble in water, slightly soluble in ethanol иmethanol 1]. Xylitol (Xylitol)does not need insulin to metabolize in В настоящее времяhuman body, so it can be consumed По запросу:diabetic patients without increasing their blood glucose level. Xylitol can also prevent dental caries, иit is widely used in the field Соединенные Штаты америкиmedicine иfood, with a large amount Соединенные Штаты америкиusage2]. In addition, Xylitol (xylitol)is 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 Соединенные Штаты америкиRenewable Resources Соединенные Штаты америкиthe U.S. Department Соединенные Штаты америкиEnergy listed it as one Соединенные Штаты америкиthe twelve platФорма сообщенияcompounds that are prioritized for development and utilization3]. In recent years, with the growing demand for xylitol, the Производство и продажаmethods and application Соединенные Штаты америкиXylitol (xylitol)have attracted extensive attention.

Методы синтеза ксилитола включают химический синтез, химический биосинтез и полный биосинтез.

1 метод химического синтеза

В настоящее время отечественное и зарубежное промышленное производство ксилитола представляет собой главным образом химический метод синтеза, который богат полисахаридным зерном кукурузы, хлопчатобумажной губой, рогатой лозой, дрожжевой древесиной и другими сельскохозяйственными и промышленными отходами кислотой (например, HCl, H2 S04), гидролизованной в ксилозу после очистки и гидрогенационной реакции для производства ксилола.

По химическому оружию Ii. ОбобщениеМетод проведения испытанияof xylose purification process is complicated, - кислота;and 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 13. Ксилозаsolution purity requirements are very high, capital investment and operating costs are high, pollution is more serious 4]. Chemical Производство и продажаof 1 ton of Xylitol (xylitol)to 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 (xylitol)Производство и продажаПо запросу:chemical synthesis method, the international community began to study a new way of xylitol Производство и продажа- chemical biosynthesis method Из российской федерацииthe 1970s.

2 химический биосинтез

Основной принцип химического метода биосинтеза заключается в гидролизе гидролизата ксилозы, полученного из сельскохозяйственных отходов (таких, как рисовая солома, рогасса, зерно кукурузы и т.д.), содержащего полисахариды, путем гидролиза разбавленной кислоты и использовании микроорганизмов для преобразования ксилозы в гидролизате непосредственно в ксилол. Этот метод может устранить этап кристаллизации и очистки ксилозы по сравнению с методом химического синтеза, значительно сократив потребление воды, энергии и ксилозы, тем самым снижая производственные издержки.

В настоящее время микроорганизмы, которые были обнаружены и могут быть использованы включают бактерии, формы и дрожжи. Только небольшое количество бактерий может ферментировать xylose для производства xylitol, таких как Enterobccter lifucefc- ciens6, Myobccterium smegmctis7, Corymebccterium sp.8 и других родов. Izumori et al. пришли к выводу, что M. smegmatis обладает высокой способностью конвертировать xylose для производства xylitol, а коэффициент преобразования может достигать 40% 7. Формы, которые могут конвертировать xylose в xylitol включают пенициллий, аспергилл, ризоктония, глиобактерий, ризопус и т.д. 9], но способность этих бактерий к преобразованию, как правило, является низкой. Способность дрожжей для преобразования xylose в xylitol является самым сильным, главным образом Candida spiecies10, Pachysolen tannophilus11, De bcrcomyces zcnsenii12, Picz guilliennoncii13 и других видов. Вид, например, C. Гильеннончий14 и к. Tropicclis15] может конвертировать более 90% xylose в xylitol в течение 24z.

Основными факторами, влияющими на подготовку ксилитола химико-биологическими методами, являются количество аэрации, концентрация ксилоза, метод ферментации, значение pH/ч.и температура и т.д. Кислород является наиболее важным фактором в дрожжевой ферментации ксилитола. Кислород является важным фактором, влияющим на производство xylitol путем ферментации дрожжевого состава xylose, и широко используется двухэтапный контролируемый метод растворенного кислорода, например Nolleu et al. используется этот метод для выращивания C. guilliennoncii для преобразования xylitol. Например, Nolleu et al. использовали этот метод для обработки C. guilliennoncii для преобразования xylose в xylitol, и скорость преобразования может достичь 80% 16].

Концентрация Xylose является важным фактором, влияющим на производство xylitol, увеличение концентрации Xylose может увеличить скорость производства xylitol, такие как увеличение первоначальной концентрации Xylose со 100 г. L-от 1 до 150 г. 1. О-1, C. Тропикклис при более высокой концентрации ксилитола, производительность ксилитола может быть увеличена. Если начальная концентрация ксилозы была увеличена со 100 г. L-1-150 г. L-1, C. тропикклис может увеличить скорость производства ксилитола с 1,78г /(л). H - 2,5 г /(л). H под более высокой вентиляцией. H - 2.44g/(L.h)17. Метод ферментации оказал большое влияние на урожайность и производительность ксилола, а максимальная производительность полунепрерывной культуры была намного выше, чем у культуры партии и потока, поскольку клетки были дополнительно адаптированы к раствору гидролиза ксилозы за счет использования полунепрерывной культуры, что привело к увеличению производительности [18]. PH и температура являются важными факторами, влияющими на активность xylose редуктазы и xylitol dehydrogenase, которые являются ключевыми ферментами xylitol ферментации, а оптимальный PH-температура воздухаи температура варьировались в зависимости от штаммов бактерий. Оптимальный pH и температура варьировались в зависимости от штаммов бактерий. Например, у к. гиллиеннонци оптимальный pH и температура, которые изменяются в зависимости от штамма. С. гиллиеннонци имел самую высокую активность редуктазы xylose от pH 4,0 до pH 6,0, в то время как активность дегидрогеназы xylitol увеличивалась с увеличением pH и температуры и достигла самой высокой активности при pH 6,5 и 35 гравита15.

Химический биосинтезивный процесс подготовки ксилитола имеет преимущества отсутствия необходимости очистки ксилозы, отсутствия потребности в оборудовании высокого давления, простоты разделения и очистки и т.д. Однако этот метод не позволяет решить проблему нынешнего производства ксилозы из ядер кукурузы и других сырьевых материалов, таких, как сырье и вспомогательные материалы и энергия, потребление кислоты и щелочи, загрязнение окружающей среды и другие серьезные проблемы. Кроме того, химическое гидрогенное оборудование и процесс уже очень хорошо отработаны, поэтому такая замена не имеет большого практического значения.

3 все биологические таблицы в метод

Хотя xylose как сырье для производства xylitol химического синтеза метод зрелой технологии и химический биоссинтез метод исследований добился большого прогресса, но его гидролиз подготовки xylose из-за высокого потребления кислоты и щелочного загрязнения проблем, вызванных все более серьезными. Кроме того, в связи с большим количеством кукурузных ягод, используемых в производстве ксилитола, фурфурала, пищевых грибов и топливного этанола, была подчеркнута проблема источника сырья, гиганская цена растет, что делает производство ксилитола себестоимостью, тем самым ограничивая дальнейшее развитие ксилитоловой промышленности. В последние годы к широкому спектру недорогих крахмала или глюкозы в качестве сырья для подготовки ксилитолового процесса всебиологического метода внимания, успешная реализация этого процесса должна снизить себестоимость производства ксилитола, изменить мир '. Существующая структура производства ксилитола, снижение нагрузки на ресурсы и окружающую среду, повышение международной конкурентоспособности ксилитоловой промышленности в китае и устойчивое развитие ксилитоловой промышленности имеют далеко идущее социально-экономическое значение. Использование микробной ферментации глюкозы для производства ксилитола всегда было человеком#39; сон, но микроорганизмы, которые могут непосредственно ферментировать глюкозу для производства ксилитола, не были найдены в природе.

3.1 мультибактериальная многоступенчатая конверсия глюкозы для производства ксилитола 

As early as 1969,0nishi and Suzuki reported a method to prepare xylitol Из российской федерацииglucose, the first step was to convert glucose to Ксилитол на связиthe hyperosmotic yeast D. zcnsenii, and the second step was to convert glucose to xylitol По запросу:the yeast D. zcnsenii. zcnsenii glucose into Д-арабинитол (D-arabitol, D-ara), and then D-arabinitol in the Acetobccter suboxy- Then D-arabinitol was oxidized to D-xylulose По запросу:Acetobccter suboxy- ccns, and finally D-xylulose was oxidized to D-xylulose По запросу:yeast C . Finally, D-xylulose was reduced До ксилитола, пожалуйстаthe 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 двухэтапное преобразование глюкозы в ксилитол двумя бактериями 

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).

На втором этапе этого процесса, т.е. от д-арабинитола к ксилитололу, фактически происходит два ферзимокатализируемых процесса (формула реакции, показанная на рис. 3), первый этап связан мембраной d-арабинитол дегидрогеназа (мембрана связана d-араббитол дехи-дрогеназа (м-ард), а второй этап-ксилитол дегидро-геназа (XDH). Этот метод прост, эффективен, xylitol в D-arabinitol коэффициент преобразования до 98%, с потенциалом промышленного применения, экономический k может конкурировать с текущим использованием химических методов.

В настоящее время в стране проводится работа по использованию крахмаля в качестве сырья с использованием двух бактерий двухэтапного метода для подготовки исследования xylitol, уделяя особое внимание отбору побочных продуктов, которые могут выдерживать высокие концентрации продуктов D-arabinitol производства штаммов и высокой эффективности преобразования D-arabinitol производства xylitol штаммов; Если этот метод будет успешным, он может быть эффективным изменением в xylitol'. Высокий уровень потребления, низкая урожайность. Если этот метод будет успешным, он может эффективно изменить состояние высокого потребления и низкой урожайности ксилитола. Если этот метод окажется успешным, он может эффективно изменить высокий уровень потребления и низкую урожайность ксилитола. Производство 1 т ксилитола по полному биологическому методу потребляет 2~ 2,5 т крахмала, потребление кислоты и щелочи снижается до 0,1 т, потребление активированного угля снижается до 2%, а потребление смолы снижается до менее 1 кг.

3.3 генетически модифицированные бактерии одноступенчатая ферментация глюкозы для производства ксилитола 

В xxi веке, с развитием биотехнологии, строительство одноступенчатой ферментации производства глюкозы xylitol генной инженерии бактерий стало горячей точкой исследований. 2007, Danisco использовать Бциллюс (Bccillus)subtilis имеет сильную способность синтеза сахара пять углерода, эта бактерия как принимающая бактерия, клонированное выражение xylitol фосфат дегидрогеназы (xylitol фосфат дегидрогеназы, XPDH). Ген дегидрогеназы (XPDH) клонировался и выражался, а путь синтеза ксилитола был расширен на основе первоначального пути (рис. 4A), в результате чего ферментация фляги для коктейлей глюкозы этого штамма производила ксилитол в концентрации 23 г. 1. О- 1, и коэффициент преобразования глюкозы составил 22% [20]. В Том же году национальный центр технических исследований финляндии (VВ случае необходимостиT) и компания Danisco сотрудничали в исследованиях, используя common brewer' дрожжи (Sccczcromyces cereu isice) в качестве хоста бактерии, в исходном пути пентофосфата (PPP) на основе k, добавил xylitol dehydrogenase (XDH) и фосфата фосфатазы (Sugar фосфатазы) в качестве хоста бактерий. Добавление XDH и фосфата сахара (Ptase) в ППС расширило xylulose-5P до xylitol (рис. 4B) [21].

В одноэтапном методе ферментации две генетически модифицированные штаммы, созданные Danisco и его технологическим исследовательским центром VT T, не смогли достичь ожидаемой цели из-за недостатков плохой работы стартовой штамм, низкой экспрессивной активности ключевых ферментных генов и низкой субстратной специфичности. Кроме того, если D-arabinitol производящих штаммы на основе k, использование генной инженерии, чтобы расширить метаболический путь D-arabinitol, может быть реализовано в Один шаг ферментации глюкозы xylitol штаммов. В то же время, на основе кинетического анализа процесса ферментации, математические инструменты были использованы для моделирования и оптимизации процесса ферментации, с тем чтобы лучше оптимизировать процесс ферментации, достичь рекомбинантных бактерий генно инженерии синтезировать целевой продукт в избытке, и в то же время на основе разработки высокоэффективного и недорогого процесса разделения и экстракции, с тем чтобы получить высокую чистоту xylitol, чтобы удовлетворить людей 's спрос на ксилитол. Ожидается, что по мере дальнейшего развития биотехнологии в ближайшем будущем будет широко использоваться непосредственная ферментация глюкозы для производства ксилитола с использованием генетически модифицированных бактерий.

Перспективы на будущее

С ростом мирового населения и нагрузки на окружающую среду, а также роста численности населения#39;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 И другие вопросыmodern 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.

Ссылка:

[1] аминов с, ваннинен е, доти T  E. Возникновение, производство and  Свойства xylitolA. In счетсель.N,Xyliyol.London :Applied Sci-ence Publisher,1978.

[2]Emodi A.Xylitol: его свойства и применение в пищевой промышленности. Food Tech-nol,1978, 28-32.Werpy T,Petersen G. Химические вещества с высокой добавленной стоимостью из биомассы :Vol-ume Я-да.

[3] результаты скрининга Потенциальные кандидаты из числа Сахара и сахара  synthesis  1. Газ   EB/0L. HTTP ://W W W 1.eere.energy. GoV/биомасса / PDF /35523. PDF, 2004-08-06.

[4] чэн инг, лир шу лей, мин лисюэ. Прогресс в области производства и применения Xylitol J. Ганьсу петролеум и химическая промышленность,2008,(3) :18-21,43.

[5] цзинь шурен, ли бяо, ся гюньчжэнь и др. Технология и применение сахарного спирта M. Пекин :China Light Industry Publishing Du, 2008.

[6] нигам П, сингх. D. Процессы of  - ферментативный. production  of  Xylitol-сахарная замена. Технологический биохим,1995,30 (2) : 117-124.

[7]Izumori K,Tuzaki K. Производство Из ксилитола D-xylulose by   My-cobccterium smegmctisJ. - J.Ferment Technol,1988,66(1) : 33-36.

[8] йоситаке - джей, шимамура  - м, имаи  Т.Xylitol  production   by   Коринебектериевая специя. Agr Biol Chem,1973,37:2251-2259.

[9] сюй цзюнь, чжэн цзяньсян, гэ язхонг. Производство ферментации xylitol J. Пищевые добавки китая,2003,5 :44 — 49.

[10]Nakano K,Katsu R,Tada K,et al  xylitol by  ВКНЦПМД международный совет женщинmcgnolice в микроаэробном состоянии основной-поддерживается Простой и пушистый Контроль и контроль J. - привет. - J.- биосчиBioengin,2000,89 (4) : 372-376.

[11] санчес с, браво в, м ойя а джей и др. влияние температуры на ферментацию of   D-xylose by   - пшисолен  Tcnnop zilus  to   Производство этанола и ксилитола. Технологический биохем,2004,39 (6) : 673-679.

[12] нобре - а, дуарти L  - к, росейро J  C.A В области физиологии and  1. Ферментативная ферма Исследования в области прав человека - дебкриомики Zcnsenii расти на xylose-и оксиген-лимит-эд chemostatsJ]. Appl Microbiol Biotechnol,2002,59 :509—516.

[13]Zou Y Z,0i K,Chen X,et al Начальная величина KL a  Стоимость на 1 xylitol  production  Из российской федерации xylose  by  a  Самостоятельная изоляция - штамм of  Пишик гиллиер монсии J. - привет. - J. Biosci  Биоэнгин,2010,109 (2) :149— 152.

[14] м уссатто С. S Я, драгон, G, роберто, I. Я C. Влияние системы the  Токсичные com-фунты, присутствующие в breW er Hs провели гемицеллюлозный гидролиз зерна на  Xylosa-xylitol биопреобразования по Ccncicc guillier moncii J. Pro-сесс биохем,2005,40 :3801—3806.

[15] ченг К. К. К, чжан, J  A, линг, США H  Z,et, Al.0ptimization of  pH  and   Уксусная система (уксусная система) acid  1. Концентрация for   1. Биопреобразование of  - гемицеллюлоза from   Корнкобс-в xylitol  by    Ccncicc  Тропикклис (tropicclis) J. - привет. - биохим.  На английском языке J, 2009,43 (2) :203—207.

[16]Nolleau V, preziosii-belloy L  - наварро джей M. Снижение ксилозы to xylitol by  Чинксич гиллиер монсии и Pcrcpsilosis :in-cidence of oxygen and pHJ. Биотехнол (биотехнол)L ett,1995,17 :417—422.

[17]0h D K,Kim S Y Ccncicc tropicclis J. Appl Microbiol Biotechnol,1998,50 (4) : 419-425.

[18] родригиш д с, силва с, прата а м и др J. - привет. Appl Biochem Biotechnol,1998,70 /72:869-875.

[19] 0ниси Эйч, сузуки. Привет - ти. - привет. На микробной основе production  of  xylitol  form  Глюкоза J. Appl Microbiol,1969,18 :1031—1035.

[20] сузуки с Я-сугияма С. О. , михара и др - эл. - привет. Роман о любви 1. Ферментативная ферма method   Для производства xylitol от D-arabitol by  Г-н луконабктер Oxy-ccnsJ. Biotechnol Biochem,2002,66 (12) : 2614-2620.

[21]Sugiyama M,Suzuki S I,Tonouchi N,et al. Клонирование xylitol de-hydrogenase ген от  Г-н луконабктер Оксихн (оксихн) and  Повышение качества услуг Про-дукция xylitol  from  Д-арабитол J. - привет. - биосчи Biotechnol  Биохем, 2003,67 (3) : 584-591.

[22] поталайнен м , мясников а. н. производство ксилитола метаболическим путем  Инженерные штаммы Bccillus  [subtilisJ]. J биотехнол,2007,128:24—31.

[23] тойвари м Г, рухонен л, миасников а н, и др. М этаболик инженер-ing of Sccczcromyces cereu isice для преобразования d-глюкозы в ксилитол and other  5 - углеродный углерод - с сахаром and  sugar  Алкогольные напитки и напитки J. - привет. Группа по планированию семьи 1. Окружающая среда Microbiol,2007,73 (17) : 5471-5476.