キシリトール粉末の製造方法は何ですか?

キシリトール, also known as pentane-5-ol, is のpolyhydric alcohol with the molecular formula C₅H₁₂Os とa relative molecular mass の152.15. 15, appearance is white crystalline powder, no odor, melting point is 92~96℃, easily 水溶性でwater, solubility 169g(20℃), heat のsolutiに- 145.6J/g, heat energy 16.99J/g]. Slightly soluble でmethanol, ethanol, とacetic acid; insoluble でether とchloroform. Xylitol is hygroscopic, sweet, とhas a sweetness equivalent にsucrose とa caloric value equivalent to glucose. Xylitol is a chemical product with high practical value that makes comprehensive use のagricultural waste とis produced 使用high-tech methods [2].

キシリトールは、化学、製薬、食品産業で広く使用されています。これは、界面活性剤、乳化剤、除菌剤、アルキド樹脂、およびコーティングの製造に使用することができます。また、紙や日用品、防衛産業などでグリセリンの代わりに使われています。また、さまざまな医薬品を製造する製薬業界の原料でもあります。人体のキシリトールの新陳代謝がインシュリンに関係していないので、それは糖尿病患者のための食糧を作り出すのに適している。キシリトールを生産しているのは、中国、ロシア、フィンランド、アメリカ、イタリアなど世界でも数か国だけで、生産量は大きくなく、生産履歴も長くありません。近年、キシリトールの市場需要が高まっています。中国は、原料が豊富な農業大国であり、キシリトール産業を発展させているユニークな位置にあります。最近、国内外の学者はキシリトールの準備と応用分野について多くの理論的な研究を行った。キシリトールの主な生産方法を体系的に要約し、キシリトールの生産と応用研究における現在のホットスポットと傾向について議論します。

1キシリトール製造技術

主に3つありますキシリトールの製造技術抽出、化学合成、生物発酵。この抽出法は、収率が低くコストが高いため、市場の需要を満たすことができません。工業生産では、キシリトールは主に伝統的な化学水素化法によって製造されますが、これには多くの欠点があります。現在、生物発酵法は研究のホットスポットとなっているが、ほとんどの研究成果はまだ実験段階にある[3]。

1.1抽出方法

1890年には、ドイツの科学者フィッシャー、シュターエ、フランスの科学者ベティアンがキシリトールを発見しましたが、1943年に自然界の植物からキシリトールが初めて発見されました。キシリトールは、様々な果物や野菜に広く含まれています。[4]、その内容(mg 100グラム当たりのキシリトール=干物またはperも100 mlのジュース)は以下の通り(mg)——バナナ人も梅925.0、イチゴ362.0、リンゴジュース120.0、パイナップル2 1.0カボチャ965、ほうれん草107.0・チシャの131.0、白菜94.0、クミン、の92.0スティックブロッコリー300.0にんじん86.5たまねぎ89.0白キノコ128.0など

キシリトールは抽出によって製造され、果物や野菜からキシリトールを抽出するために固液抽出を使用する。キシリトールは様々な果物や野菜に広く含まれていますが、その含有量は比較的低いです。カリフラワーのキシリトール含有量は比較的高いが、乾燥量の0.3%にすぎず、大量生産が困難で経済的ではない。キシリトールは、白樺の木材チップを水で蒸して粗糖液を得てから、結晶性キシリトール製品を得るために精製されます。しかし、この方法は大量の森林資源を消費するだけでなく、低収率である。

1.2化学合成

1.2.1伝統的な化学合成

キシロースは、稲わらやトウモロコシの穂軸などの植物繊維原料に、希酸触媒を用いてキシランを加水分解することで製造できます。キシリトールは、キシロースをニッケルを触媒として一定の圧力で水素化することによって製造されます。

この方法は、現在最も一般的な工業用途の方法ですが、高温(115~135°c)、高圧(約6.5 mpa)、可燃性および爆発性の高圧水素ガス、溶液の純度が高いニッケル触媒、および複雑な分離精製プロセスが必要です。この方法は、設備投資と運転コストが高く、汚染が深刻で、高純度の最終製品を製造することが困難です。

1.2.2化学水素化プロセスの改善と開発

研究者はキシリトール技術の化学水素化合成を継続的に改善してきました。山東宇城福田医薬有限公司の技術センターは、伝統的なプロセスの各セクションを大幅に改善しました。6、主なものは:原料の正式な加水分解の前に3段階前処理:洗浄、酸沸騰、沸騰、酸加水分解、徹底的に原料中の灰をきれいにし、製品の品質を確保するために;中和プロセスを排除すると、加水分解物は直接脱色されます;脱色樹脂と活性炭を併用して、単独の活性炭の代わりに脱色する。オープンエンドのイオン交換器の代わりに、圧力のないイオン交換器を使用する。蒸発プロセスでは、従来の中央循環管蒸発器を置き換えるために、複数の効果落下フィルム蒸発器を使用し、蒸発1トンの液体の蒸気消費量を50%以上削減;連続水素化プロセスの代わりにバッチ水素化プロセスが使用されます;また、最新のウルトラフィルトレーション技術と材料補償による連続真空結晶化プロセスが使用されています。この改善された製造プロセスは、原材料および副原料の消費量を削減するだけでなく、米国fcc iv editionおよび米国薬局方usp 23 editionの基準を満たすためにすべての製品指標を改善します。

1.2.3電解還元によるキシリトール合成

There have been reports のキシリトールsynthesis によってelectrolytic reduction. Ji Yanguang et al. [7] used a homemade electrode as the cathode, a Pt electrode as the anode, とan H-type electrolytic cell with a diaphragm for electrolysis. The cathodic potential was -1.2V, the initial cell voltage was 4.2V, とthe catholyte was 2g キシロースdissolved で60mL water. The supporting electrolytes were HCl, H₂SO₄, MgSO₄, LiCl, AcOH, and Mg(AcO)₂. The electrolytic temperature was 30–70°C and the electrolysis time was 18.5 h. Xylose is reduced to a neutral molecule, which does not move でan electric field. Then, electrodialysis is used to remove anions and cations to achieve purification. The crude product liquid enters the electrodialysis apparatus through the channel, and after 5 stages のseparation, the water is evaporated until it becomes a viscous liquid, which is then transferred to a petri dish. The キシリトールproduct is dried でan 80°C drying oven. Huang Yuxiu 8 prepared キシリトールusing the electrolytic reduction method, achieving a xylose conversion rate のover 95%. This process is simple to handle and does not require pressurized equipment, but the electrode catalytic activity is insufficient and energy consumption is high, so it needs to be further improved and enhanced.

1.3 Bioconversion方法

抽出および化学合成法の明らかな欠点と欠陥のために、国内外の科学研究者は、勤勉な調査の後、バイオ変換法であるキシリトールを生産する新しい方法を発見しました。このバイオ変換法の基本原理は、農業廃棄物(稲わら、バガス、トウモロコシの穂軸など)に含まれるキシロースを希釈酸で加水分解して加水分解し、その中のキシロースを微生物で発酵させてキシリトールを得ることである。微生物発酵法は、キシロース精製工程を不要にするだけでなく、キシリトール分離工程を簡略化することができます。有望な製造方法である。9しかし、現時点では、生物発酵によるキシリトールの生産はまだ実験段階にあり、工業的な生産アプリケーションはまれです。

1.3.1発酵株と経路 

自然界には、細菌、放線菌、カビ、酵母など、キシロースを利用する微生物がたくさん存在します。今日まで、corynebacterium sp、enterobacter liqufaciens、mycobacterium smegmatisなどのコリネバクテリウム属、enterobacter属、マイコバクテリウム属のごく一部の種のみが、キシローズを発酵させてキシリトールを生成することができる。しかし、キシリトールはこれらの細菌の通常の生理学的代謝における中間生成物に過ぎないため、収量は非常に小さく、生産価値はまだない。泉森らは、smegmatisが70%の高いキシロースからキシリトールへの変換能を持つことを発見した。

ペニシリウム(penicillium)、aspergillus、rhizopus、byssochlamys、neuraspora spp.のように、ごく少数の菌類がキシリトールを生産するためにキシロースを発酵させることができる。Dahiya'1最初のキシロース質量濃度100 g/ lの培地にpetromyces albertensisを接種し、10日間培養した。キシリトールの質量濃度は39.8 g/ lであった。

微生物の中では、酵母がキシロースをキシリトールに変換する能力が最も優れています。9 Candida属酵母は変換能力[12 ~ 13]が強く、c . tropicalis14]など・c・guillermondi・c・mogiiとc parasilosis¹⁵]。変換能力はトウゴウカワゲラ属性の强い他種Debaryomyces、d . hanseniiなどなどのPachysolen属のPtannophilus⁶]。barbosa編では、c . guillermondiとc . tropicalisが44種の酵母種のうち、24時間以内に90%以上のd-キシロースを利用できることを発見した。sachuromyces属やschizosaccharomyces属のような他の種も、ある程度の変換能力を持っている。

発酵過程を用いて活動液体水素(イオン化した水素)微生物の壁によりキシリトールへのミルクペプチドにキシロースの負担を軽減することに、動作~ 24キシロースレダクターゼ]のミルクペプチドを清めるながらhexoseなどに含まれる糖ブドウ糖、半乳糖、、コンニャクマンナン栄养素として消費していく中で細胞増殖の細胞。

1.3.2発酵過程

The process flow for producing キシリトールfrom microbial fermentation のplant fiber raw materials is as follows. Before xylitol can be produced によってfermentation, the hemicellulose raw materials must be pretreated. On the one hand, pretreatment and acid hydrolysis can reduce the molecular polymerization degree のthe fiber crystals, change the spatial configuration, and make it easier to undergo enzymatic reactions; on the other hand, detoxification can remove harmful substances and improve the fermentation performance のthe hydrolysate.

公暁ら16に最も影响を提案し発酵によってキシリトール製作などの:いると通気性、初キシロース濃度窒素ソース初期セル浓度设定、纸温度、pH、他のmonosaccharides鉄、イオン建造工法発酵の代替工法やする根拠などについては、キシリトールの醸造過程からロシアへ留学。zhang xiaoyuanらは、熱帯酵母を用いて、キシロースからキシリトールを生成する発酵条件を研究した。初期キシロース50 g/ l,ペプトン5 g/ l,酵母粉末10 g/ l,硫酸マグネシウム0。5g/ l,リン酸二水素カリウム5g/ l,硫酸アンモニウム1 g/ l。醗酵条件はph 6.0、ボトル醗酵液量50 ml /250 ml、回転速度200r/min、醗酵温度30℃、醗酵時間28h。

deng lihongら[21]は、最初のキシロース濃度が約80 g/ lの場合、キシリトールの変換速度が高くなることを発見した。制限された酸素条件はキシリトールの蓄積を助長する。酵母エキスとペプトンはキシリトールの生産に適した有機窒素源であり、酵母エキスは酵母の細胞の成長を促進する。kwonら22は、高浸透圧熱帯性pseudocerevisiaeを用いて発酵方法を比較した。その結果、本酵母のバッチ培養では、キシリトールは最大3.5 g/(l・h)で、初期キシロース質量濃度は200 g/ lであった。fed-batch培養では、キシロースの質量濃度を260 g/ lに維持し、48時間後には234 g/ lに達し、生産速度は4.88 g/(l・h)であった。細胞リサイクル発酵では、酵母細胞に空気を注入してキシリトールを発酵させます。19.5 hの発酵後、キシリトールの平均質量濃度は180 g/ l、生成速度は8.5 g/(l・h)、変換速度は85%であった。セル再利用発酵におけるキシリトールの生産率は3.4倍、総収量は11.0倍であった。

1.3.3発酵における開発と研究の動向

1.3.3.1遺伝技術を用いた系統の選択と育種

近年、遺伝子工学技術の発展に伴い、遺伝子工学技術を使用して系統を繁殖させ、キシロースを変換してキシリトールを生産する能力を向上させることがホットな研究課題となっている。jeunらは23日、p . stipitisとazotobacter vinelandiiからキシロースレダクターゼ遺伝子xpとトランスポーター遺伝子sthをクローンし、s . cerevisiae bj3505に導入して、組換え株s . cerevisiae bj3505 / xr / sthを得て、キシローゼ発酵を行った。初期のキシロースの質量濃度は100 g/ lであり、測定結果は、キシリトールの質量濃度は60.0 g/ l、生産速度は1.58 g/(l・h)であった。初期ひずみ(7.50 g/ l, 0.20 g/(l・h))よりもはるかに高い。

1.3.3.2固定化セル技術はキシリトール産業に適用されます

遊離発酵に比べ、固定化発酵を再利用できるため、反応効率が大幅に向上する。[24]大人カンジダ・ギリエ=モンディを固定化する主な埋包剤としてポリビニルアルコールを用い、添加剤としてアルギン酸ナトリウムと活性炭を添加した。埋め込みエージェントの比率は8%ポリビニルアルコール,1%アルギン酸ナトリウム(SA)、1.5% 1.5%、活性炭(C)だ。捜査架橋が飽和H₂博₃-4%CaCl₂、引換回収された破裂時間携帯microbeadsを緩衝溶液には140人に増えH、連続以上長期間進めできる発酵反応24 dキシリトールは67.9%に上がりの平均収益率を記録し、力学的的なタフさも3倍近く増えたからだ。carvalhoら2は、アルギン酸カルシウムを用いてc . guilliermondiiを固定化し、サトウキビのバガスの加水分解物からキシロースを変換した。発酵120時間後の変換速度は0.81 g/gに達し,キシリトールの濃度は47.5 g/ l,生成速度は0.40 g/(l・h)であった。

1.3.3.3グルコースを基質とする発酵によるキシリトールの生成[18]

広く普及している、安価なブドウ糖を基質とした発酵ができれば、キシリトールの生産コストを下げ、大量生産を促進することは間違いない。しかし、自然界では、グルコースを直接発酵させてキシリトールを生成する微生物は見つかっていません。いくつかの研究者は、代謝機能の異なる3つの微生物を用いて、グルコースを出発基質として3段階で発酵させる混合発酵法を試みている。第二段階で、a . suboxydansはd-アラビニトールをd-キシルロースに酸化する;最後に、c . guilliermondiiはキシルロースをキシリトールに還元する。しかし、このプロセスは時間がかかり、歩留まりが低く、副生成物歩留まりが高く、精製が困難です。また、副産物の収量を減らし、精製を容易にする方法は、研究のホットスポットとなっている。

微生物発酵では、培地中に不純物が少ないため、化学的な方法に比べてキシリトールの分離・回収が容易であり、それに応じて製品の純度が向上します。また、その特異性が強く、高圧装置と大量の触媒の必要性を排除し、エネルギー消費を節約し、プロセスを簡素化し、環境汚染を低減し、廃棄物を宝物に変えることができます。生物工学技術の継続的な向上に伴い、生物学的変換方法は、将来的にキシリトールの生産を必然的に支配するでしょう。

2キシリトールの機能と応用

Xylitol is an important five-carbon sugar alcohol and the variety with the best physiological activity among all edible sugar alcohols. It has many unique functions and is widely used でthe food, pharmaceutical, and chemical industries.

2.1食品業界でのアプリケーション

Xylitol is used in the 生産of food for diabetics because its metabolism in the body is not related to insulin. Xylitol has a cooling effect in the mouth and is not fermented によってbacteria to produce lactic acid in the mouth, making it an undesirable 媒体for microorganisms. It is therefore non-cariogenic and can be used to make chewing gum. Xylitol has unique advantages as a sugar substitute . During food processing, it does not undergo the Maillard browning reaction due to heating, because unlike sugars, xylitol does not have an aldehyde group and will not react with amino acids to darken the color of the food. Xylitol is not affected によってyeast and bacteria, does not cause mold, and can extend the shelf life of food. Therefore, xylitol is widely used in products such as chewing gum, chocolate, beverages, and candy [26-28]. Xylitol can be used as an additive in alcoholic beverages. Japanese research has found that adding 0.5% to 3.0% xylitol can improve the color, aroma and taste of the alcohol, giving it a full-bodied, rich, mellow and delicious flavor, and reducing the spoilage caused によってmicroorganisms [29].

2.2製薬業界でのアプリケーション

2.2.1糖尿病の治療[30-31]

Xylitol compounds have a good effect on the treatment of diabetes patients, because xylitol does not require insulin to participate in the metabolic process, can quickly enter cells, and be completely utilized, without affecting blood ブドウ糖concentration. Xylitol can also 供給energy to diabetic patients, alleviate the abnormal decomposition of fat and protein in patients, prevent the 生産of ketone bodies, and prevent patients from developing acidosis and lethargy. Its effect is much stronger than that of glucose, fructose or other pentoses.

2.2.2 Xylitol'の抗caries特性[32-33]

キシリトールは口の中のcariogenicバクテリアによって発酵させることができず、レンサ球菌の成長と酸の生成を阻害する。また、唾液の分泌を促進し、phの低下を遅らせ、歯の酸浸食を減少させ、虫歯を防ぎ、歯垢の生成を減少させ、歯を強化することができます。

2.2.3肝機能を改善[29]

キシリトールは肝臓でのグリコーゲンの合成を促進し、トランスアミナーゼを減少させ、血漿中の脂肪酸の産生を遅らせることができます。また、血中の乳酸、ピルビン酸、グルコースの濃度を低下させ、インスリンの濃度を増加させる。これは、肝機能を改善し、肝臓を保護します。05年、2臨床報告書に行ったキシリトールのliver-protecting機能熙円病院中国の医薬研究院は次のように指摘した:臨床肝臓疾患患者约100人を対象に行った裁判され、消費、試族が必要となった30 gの1日あたりのキシリトール3ヵ月です。その結果、キシリトール群が肝機能の回復に一定の効果を示した。それはまた患者に有益な効果をもたらした'脂肪肝と高脂血症、臨床症状、肝機能、血中脂質が改善された。これはキシリトールが肝臓を保護し、脂質を調節するのを助けることができる健康補助食品であることを示しています。

2.2.4肺感染症の治療[4]

肺の伝染を扱うキシリトールの機能は米国のアイオワ州立大学によって2000年に発見され、それ以来医学コミュニティの注意を引き付けた。キシリトールは抗菌物質ではないが、患者の表面の粘液層の塩分を減らすことができる&#これにより、回復し、肺感染症を防ぐために患者を助ける39の気道、。さらに、他の抗生物質とは異なり、キシリトールは細菌に抗体を供給しないため、殺されない細菌の耐性を高める。キシリトールは有害な細菌を単に追い払う。

2.3化学産業におけるアプリケーション[34]

キシリトールとc5 ~ c9脂肪酸エステルは、靴底、農業用フィルム、人工合成皮革、ケーブル材料などの耐熱可塑剤を生産することができます。キシリトールは、ポリエーテルを製造するための出発剤として使用することができます。ポリエーテルは、硬質フォームプラスチックのさらなる合成のための基本的な原料です。キシリトールには5つのヒドロキシル基があることを利用して、グリセリンや食用油の代替として、製紙、日用化学品、防衛産業などに利用されています。キシリトールは、抗菌性の界面活性剤を生成するために使用することができます。キシリトールは、フェノール、ホルムアルデヒド、オルトリン酸、ホウ酸と触媒され、優れた革なめし剤である粘性のある透明な液体を得ることができる。キシリトールは、ヘキサノールに比べて耐熱性、耐食性に優れており、重要な乳化剤であり、用途の見通しが良い。

3展望

Xylitol is found in many fruits and vegetablesしかし、含有量は非常に低く、直接抽出することは困難で高価です。キシロースの化学触媒による水素化は、キシリトールの工業生産の主要な方法である。継続的な探査と改良は順調に進んでいるが、この製造プロセスでは水素を単独で製造し、高温高圧下で反応させる必要がある。プロセスは複雑で、安全性が低く、コストが高く、汚染は比較的深刻です。生物発酵によるキシリトールの調製は、エネルギーを節約し、プロセスを簡素化し、環境汚染を低減し、製品の品質を向上させることができます。近年、発酵によるキシリトールの調製について多くの研究が行われており、重要な理論的研究結果も得られている。

現時点では、強い形質転換能力を持つ最も広く使用されている株は熱帯性pseudomycesです[3-36]が、遺伝子工学の発展に伴い、より良い形質転換効果を持つ微生物がさらに選別されるでしょう。生産を拡大し、生産性を高めるためには、発酵設備のさらなる改良も必要である。報告によると、2009年、tangchuanバイオテクノロジー(アモイ)有限公司は、生物発酵を利用したキシリトール生産ラインの第一段階の生産に成功した。世界で初めて生物発酵によるキシリトールの生産に成功し、生物発酵によるキシリトール生産の工業化が進んでいる。しかし、その産業応用はまだ始まったばかりであり、まだ調査と改善が必要です。

キシリトール産業は、急速に発展している新産業です。原材料の入手が容易で、製品の用途が広く、市場の見通しが広い。有望な産業であるが、製造工程が遅れているため、キシリトール産業の発展がかなり制約されている。今後、生物発酵によるキシリトールの調製と工業化が、キシリトールの生産・開発の方向性となる。業界の流れを把握し、積極的に新品種とハイエンド製品を開発し、企業の技術進歩を促進し、製品の品質を向上させ、生産コストを削減し、国際競争に参加し、国際慣行に合わせ、業界団体の役割を発揮し、共同開発の道を歩む必要があります。

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[36]金  T   B、あら  D  K.Xylitol production  by   Candida  tropicalis   in   a   化学的に  定義  媒体か[J]。バイオテクノロジー  2003年手紙25(24):2085-2088。