キシリトールそれは何から成っているか。

Sugar alcohol is のfive-carbon 砂糖alcohol, molecular formula ためC5 H12 05, is an odorless white crystalline powder, similar in appearance にsucrose, sweetness とsucrose similar, calories とglucose comparable to very soluble in water, slightly soluble in ethanol とmethanol 1]. キシリトールdoes not need insulin to metabolize in のhuman body, so it can be consumed によってdiabetic patients without increasing their blood glucose level. Xylitol can also prevent dental caries, とit is widely used in the field のmedicine とfood, with a large amount のusage2]. In addition, キシリトール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 のRenewable Resources のthe U.S. Department のEnergy listed it as one のthe twelve plat形式compounds that are prioritized for development and utilization3]. In recent years, with the growing demand for xylitol, the 生産methods and application のキシリトールhave attracted extensive attention.

キシリトールの合成法には、化学合成、化学生合成、全生合成がある。

1化学合成法

現在、国内とキシリトールは歯産業生産諸外国法主に化学合成、すなわち、糖類トウモロコシの粒を豊富に含む果物で、この綿殻サトウキビため酵母合板など農業産業廃棄物酸(HClなど,H2 S04)で後にキシロースに加水分解浄化とキシリトールhydrogenation反応を作り出します

化学 合成方法of xylose purification process is complicated, 酸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 キシロースsolution purity requirements are very high, capital investment and operating costs are high, pollution is more serious 4]. Chemical 生産of 1 ton of キシリトール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 キシリトール生産によってchemical synthesis method, the international community began to study a new way of xylitol 生産- chemical biosynthesis method からthe 1970s.

2化学生

化学生合成法の基本原理は、多糖類を含む農業廃棄物(稲わら、バガス、トウモロコシ核など)から得られるキシロースの加水分解物を酸加水分解により希釈し、微生物を用いて直接キシリトールに変換することである。この方法は、化学合成法と比較して、キシロースの結晶化と精製の段階を排除することができ、水、エネルギー、キシロースの消費量を大幅に削減し、生産コストを削減することができます。

現在、発見され利用可能な微生物には、細菌、カビ、酵母などがあります。キシリトールを生成するのは、enterobccter lifucefc- ciens6]、myobccterium smegmctis7]、corymebccterium sp.8]などの少数の細菌のみである。泉森らは、キシロースをキシリトールに変換する能力が強く、変換率は40%にもなることを発見した7]。キシロースをキシリトールに変換できるカビには、ペニシリウム、アスペルギルス、リゾクトニア、グリオバクテリウム、rhizopusなど9]があるが、これらの細菌の変換能力は一般的に低い。キシロールをキシリトールに変換する酵母の能力は最も強く、主にcandida spiecies10], pachysolen tannophilus11], de bcrcomyces zcnsenii12], picz guilliennoncii13]および他の種である。^ a b c d eと同様。guilliennoncii14]とc。tropicclis15]は、24z内で90%以上のキシロースをキシリトールに変換することができます。

化学生物学的方法によるキシリトールの製造に影響を与える主な要因は、曝気量、キシロース濃度、発酵方法、ph値、温度などです。酸素はキシリトールの酵母発酵において最も重要な要素である。酸素はキシロースの酵母発酵によるキシリトール生産に重要な影響を与えており、nolleuらはこの方法を用いてキシリトールを変換するc . guilliennonciiを培養した。例えば、nolleuらは、この方法を用いてキシロースをキシリトールに変換するc . guilliennonciiを栽培し、変換率は80%に達する可能性がある16]。

キシロース濃度はキシリトールの生産に影響を与える重要な要因であり、キシロース濃度を増加させると、キシリトールの生産速度を増加させることができます。l -1から150g。^ a b c 1。tropicclisキシリトールの濃度が高い場合、キシリトールの生産速度を上げることができます。キシロースの初期濃度が100gから増加した場合。L-1 150 g。l-1、c . tropicclisは、1.78g/(l。h)から2.5g/(l。h)高い換気の下で。h) to 2 .44g/(l .h)17]。発酵の方法に大きな影響キシリトールと生産率の平均収益率を記録し、ran2文化最大部門稼働率はバッチのなどに比べてはるか流量文化、細胞のフォントさらにがキシロース分解ran2文化の使用するなどの解决策を映画製作をの増加につながって率[18]。phと温度は、キシリトール発酵の重要な酵素であるキシローステダクターゼとキシリトールデヒドロゲナーゼの活性を左右する重要な因子であり、細菌の種類によって最適なphと温度が異なります。最適なphと温度は細菌の種類によって異なります。例えば、c . guilliennonciiは、菌株に応じて最適なphと温度を持つ。c . guilliennonciiはph 4.0から6.0まで最も高いキシロースレダクターゼ活性を示したが、phと温度の上昇に伴ってキシリトールデヒドロゲナーゼ活性が上昇し、ph 6.5および35℃で最も高かった。

キシリトールの化学生合成プロセスは、キシロースを精製する必要がない、高圧装置が不要、分離・精製が容易などの利点がある。しかし、この方法は、トウモロコシの種子と他の原料、例えば、原料と副原料と電力、酸とアルカリの消費、汚染などの深刻な問題からキシロースの現在の生産を解決することはできません。さらに、化学水素化装置とプロセスはすでに非常に成熟しているため、この種の代替はほとんど実用的な意味を持ちません。

3すべての生物の表は方法になります

キシリトールの化学合成法の成熟した技術と研究の化学生合成法の生産のための原料としてキシロースは大きな進歩を遂げたが、酸とアルカリ汚染の問題の高消費のためにキシロースの加水分解調製はますます深刻になっている。また、キシリトール、フルフラール、食用真菌、燃料エタノールの生産に使用されるトウモロコシのコアの数が多いため、原料源の問題が浮き彫りになり、巨大な価格が上昇し、キシリトールの生産コストを作り、キシリトール産業のさらなる発展を制限している。近年では、低価格のデンプンやブドウ糖を原料とした全生物学的な方法のキシリトール工程を製造することに注目し、キシリトールの生産コストを下げて、世界を変えます#キシリトール生産の39の既存のパターンは、資源や環境への圧力を低減し、中国のキシリトール産業の国際競争力の向上とキシリトール産業の持続可能な発展は、遠大な社会的、経済的意義を持っています。キシリトールを生産するためにグルコースの微生物発酵の利用は常に人々であった'の夢が、直接キシリトールを生成するためにグルコースを発酵させることができない微生物は、自然界で発見されていません。

3.1グルコースの多細菌多段階変換からキシリトールを生成する 

As early as 1969,0nishi and Suzuki reported a method to prepare xylitol からglucose, the first step was to convert glucose to キシリトールによってthe hyperosmotic yeast D. zcnsenii, and the second step was to convert glucose to xylitol によってthe yeast D. zcnsenii. zcnsenii glucose into D-arabinitol (D-arabitol, D-ara), and then D-arabinitol in the Acetobccter suboxy- Then D-arabinitol was oxidized to D-xylulose によってAcetobccter suboxy- ccns, and finally D-xylulose was oxidized to D-xylulose によってyeast C . Finally, D-xylulose was reduced キシリトールにthe 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 2つの細菌によるグルコースからキシリトールへの2段階変換 

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).

第2段階として処理、すなわちD-arabinitolからキシリトール過程に実際の2 enzyme-catalyzedプロセス(反応式図3に示す)初めての膜间违いD-arabinitolデヒドロゲナーゼ(膜D-Arabbitol dehy 1つ目は膜- D-Arabitol dehy - drogenase (m-ArDH)と2人目がキシリトールdehydro - genase (XDH)。この方法は簡単で効率的で、キシリトールからd-アラビニトールへの変換率は最大98%であり、工業的応用の可能性があり、経済的なkは現在の化学的方法の使用と競合することができます。

現在、国内では、デンプンを原料とする2つの細菌を用いた2段階の方法でキシリトールを調製する研究が行われており、主に副産物の選択に耐えることができる高濃度のd-アラビニトール生産株とd-アラビニトールキシリトール生産株の高効率変換;この方法が成功すれば、xylitol&の有効な変更である場合もある#39、高消費、低収率の状態です。この方法が成功すれば、キシリトールの消費量が多く、収率が低い状態を効果的に変えることができる。この方法が成功すれば、キシリトールの大量消費と低収率を効果的に変えることができる。完全な生物学的方法による1tキシリトールの生産は、2~2.5tのデンプンを消費し、酸とアルカリの消費量は0.1tに減少し、活性炭の消費量は2%に減少し、樹脂の消費量は1kg以下に減少した。

3.3遺伝子組み換え細菌グルコースを一段階発酵させ、キシリトールを生成する 

21世紀に入り、バイオテクノロジーの進歩に伴い、グルコースを一段階発酵させて作るキシリトール遺伝子組み換え細菌の構築が研究のホットスポットとなっている。2007年、daniscoは、bccillus subtilisの強い5炭素糖合成能力を利用し、本菌を宿主菌として、キシリトールリン酸脱水素酵素(キシリトールリン酸脱水素酵素、xpdh)の発現をクローン化した。デヒドロゲナーゼ(xpdh)遺伝子をクローンして発現させ、元の経路に基づいてキシリトール合成経路を延長し(図4 a)、この系統のグルコースshakeフラスコ発酵では23gのキシリトールが生成された。また、グルコースの変換率は22%であった[20]。同年、フィンランド国立技術研究センター(vt t)とダニスコ社が共同で共同醸造所を使用した#39;s酵母(sccczcromyces cereu isice)は、宿主細菌として、kを基にしたオリジナルのペントースリン酸経路(ppp)において、キシリトールデヒドロゲナーゼ(xdh)とリン酸ホスファターゼ(糖ホスファターゼ)、キシリトールデヒドロゲナーゼ(xdh)とリン酸ホスファターゼ(糖ホスファターゼ)を宿主細菌として付加した。xdhと糖リン酸ホスファターゼ(ptase)をppp経路に加えると、xylulose-5pからキシリトール経路が延長された(図4 b)[21]。

一段階発酵法では、daniscoとits及びvt t技術研究センターが作製した2つの遺伝子操作株は、開始株の性能が悪いこと、主要酵素遺伝子の発現活性が低いこと、基質特異性が低いことなどの欠点があり、期待した目的を達成できなかった。また、kを基にしたd-アラビニトール生産株を作製すれば、グルコーキシリトール株の一段階発酵において、遺伝子工学技術を用いてd-アラビニトールの代謝経路を拡張することが可能となる。同时に、仕込みの過程を運動に分析に基づいて、数理的な道具を用いられる最適化を図ることが物理的発酵過程、良くするために投資の発酵過程を経を最適化し、组换えを達成する細菌遺伝子組み換え製品を過剰で合成対象でに基づいて同時に低高効率の発展の、分離抽出後に応える高純度キシリトールを得るために、people&#キシリトールの39の需要。今後、バイオ技術の発展に伴い、遺伝子組み換え細菌を用いてグルコースを直接発酵させ、キシリトールを生産する技術が広く利用されることが期待されています。

4展望

世界の人口と環境圧力の増加、そしてpeople&の成長に伴い#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 などmodern 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.

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