Из чего он сделан?

Сахар спирт представляет собой пятиуглеродный сахар спирт, молекулярная формула для C5 H12 05, представляет собой белый кристаллический порошок без запаха, похожий по внешнему виду на сахарозу, сладость и сахарозу, калории и глюкозу, сопоставимые с очень растворимыми в воде, незначительно растворимыми в этаноле и метаноле 1]. Ксилитол не нуждается в инсулине для метаболизации в организме человека, поэтому он может потребляться диабетическими пациентами без увеличения уровня глюкозы в крови. Xylitol также может предотвратить кариез зубов, и он широко используется в области медицины и питания, с большим количеством usage2]. Кроме того, ксилитол широко используется в бумажной промышленности, химической промышленности, пластиковой промышленности, лакокрасочной промышленности, поверхностно-обогатительной промышленности, кожевенной промышленности, аккумуляторной промышленности и т.д. В августе 2004 года управление возобновляемых ресурсов министерства энергетики США включило его в список двенадцати комплексов платформы, которые являются приоритетными для разработки и использования. В последние годы в связи с ростом спроса на ксилитол большое внимание стало уделяться методам производства и применения ксилитола.

Методы синтеза ксилитолаВключить 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.

Химический метод синтеза ксилозыПроцесс очистки является сложным, потребление кислоты и щелочи; Процесс гидрогенации требует высокой температуры (115 ~ 135 гравация), высокого давления (около 6,5 грава106 па), легковоспламеняющийся и взрывоопасный водородный и никелевый катализаторы высокого давления для 13. Ксилозараствора требования чистоты очень высоки, капиталовложения и эксплуатационные расходы высоки, загрязнение является более серьезным 4]. Химическое производство 1 тонны ксилитола потребляет почти 10 тонн кукурузного посоха, 3 тонны кислоты, 2 тонны щелочи, 120 ~ 150 кг активированного угля, 30 ~ 50 тонн пара, 100 м3 воды до к5. В связи с проблемами высокой температуры, высокого давления, дорогих катализаторов и сложных процессов разделения и очистки в процессе производства ксилитола методом химического синтеза международное сообщество с 1970 - х годов приступило к изучению нового способа производства ксилитола-химического биосинтеза.

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 (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 (xylitol)является самым сильным, главным образом CandidA/данные отсутствуют.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 (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 (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 

Еще в 1969 году 0nishi и Suzuki сообщили о методе подготовки xylitol из глюкозы, первый шаг был для преобразования глюкозы в xylitol с помощью гиперosmotic дрожжи D. zcnsenii, и второй шаг был для преобразования глюкозы в xylitol дрожжами D. zcnsenii. Глюкоза zcnsenii в D-arabinitol (D-arabitol, D-ara), а затем D-arabinitol в Acetobccter suboxy- затем D-arabinitol был окислен в D-xylulose по Acetobccter suboxy- CCNS, и, наконец, D-xylulose был окислен в D-xylulose дрожжевыми дрожжевыми дрожжевыми смесями C. Наконец, D-xylulose был доведен до ксилитола в результате действия дрожжей к. гиллиермонсии [17]. 77,5 г. L-1 глюкозы был ферментирован тремя микроорганизмами в три этапа, чтобы получить 9,0 г. L-1 ксилитола за время 211 ч с доходностью 11%. Из-за длительного процесса, низкой урожайности и отсутствия прикладной ценности этот маршрут долгое время откладывался.

3.2 двухэтапное преобразование глюкозы в ксилитол двумя бактериями 

D-arabinitol, второй шаг по высокой эффективности преобразования бактерий D-arabinitol подготовка ксилитола 18,19]. Маршрут процесса (см. рис. 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; спрос на функциональные продукты питания, подготовка ксилитола с помощью биотехнологии привлекла большое внимание. Подготовка ксилитола всеми биологическими методами соответствует этой тенденции, и ее перспективы и возможности развития очень благоприятны. Для преодоления опасностей для ресурсов и окружающей среды, создаваемых химическими и химико-биологическими методами производства ксилитола, необходимо ускорить разработку всех биологических методов производства ксилитола, всесторонне повысить конкурентоспособность всех биологических методов по сравнению с химическими и химико-биологическими методами, всесторонне использовать молекулярную биологию, Микробная метаболическая инженерия и другие современные биотехнологические средства для повышения коэффициента преобразования и уровня производства xylitol, с тем чтобы xylitol можно было более широко использовать в пищевой и медицинской промышленности и здравоохранении, в результате чего широкий спектр применения. Использование молекулярной биологии, микробной метаболической инженерии и других современных биотехнологических средств для повышения коэффициента преобразования и уровня производства ксилитола, с тем чтобы ксилитол мог более широко использоваться в пищевой промышленности и в медицине и здравоохранении и приносить более значительные экономические и социальные выгоды.

Ссылка:

[1] аминов с, ваннинен е, доти T  E. Возникновение, производство и 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  Ii. Обобщение 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 Соединенные Штаты америки - ферментативный. Производство и продажа Соединенные Штаты америки Xylitol-сахарная замена. Технологический биохим,1995,30 (2) : 117-124.

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

[8] йоситаке - джей, шимамура  - м, имаи  Т.Xylitol  Производство и продажа  По запросу:  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  Ксилитол на связи 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 Соединенные Штаты америки  D-xylose По запросу:  - пшисолен  Tcnnop zilus  По адресу:  Производство этанола и ксилитола. Технологический биохем,2004,39 (6) : 673-679.

[12] нобре - а, дуарти L  - к, росейро J  C.A В области физиологии и 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  Производство и продажа Из российской федерации xylose  По запросу: a  Самостоятельная изоляция - штамм Соединенные Штаты америки 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 В настоящее время 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 Соединенные Штаты америки pH  и  Уксусная система (уксусная система) - кислота; 1. Концентрация для  1. Биопреобразование Соединенные Штаты америки - гемицеллюлоза Из российской федерации  Корнкобс-в xylitol  По запросу:   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 До ксилитола, пожалуйста Чинксич гиллиер монсии и Pcrcpsilosis :in-cidence Соединенные Штаты америкиoxygen иpHJ. 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 Производство и продажа of  xylitol  Форма сообщения 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 Метод проведения испытания  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) и Повышение качества услуг Про-дукция xylitol  Из российской федерации 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 И другие вопросы 5 - углеродный углерод - с сахаром and  Сахар с сахаром Алкогольные напитки и напитки J. - привет. Группа по планированию семьи 1. Окружающая среда Microbiol,2007,73 (17) : 5471-5476.