¿De qué está hecho?

Eritritol, también conocido como (2R,3S) -butane1,2,3,4-tetrol, pertenece a la familia de alcohopolihídricos (también conocidos como alcohode azúcar). El eritritol es un alcohol de azúcar de cuatro carboncon un peso molecular de 122.12, el más pequeño en la familia del alcohol de azúcar. No es ópticamente activo y sólo existe en una forma simétrica, es decir, como un racemato [1].

El eritritol, un poliol de cuatro carbon, se encuentra ampliamente en la naturaleza. Puede ser aislado de frutas (peras, uvas, melones), hongos, bebidas alcohólicas (cerveza, vino, sake) y alimentos ferment(salsa de soja, pasta de frijol), y también se encuentra en los fluidos corporales de seres humanos y animales, tales como tejido del cristal, suero, plasma, líquido fetal y orina [2]. El eritritol fue aislado por primera vez en 1852, pero no fue hasta 1990 que apareció en el mercado japonés como un nuevo edulcornaturAl.El eritritol ha sido aprobado como aditivo alimentario en al menos 55 países. Al igual que otros polioles, como xilitol, sorbitol, manitol, lactitol o maltitol, eritritol tiene propiedades edulcorantes. Su dulzura es del 60% al 70% de la de la sacarosa, y su sabor y textura son similares a los de la sacarosa. Sin embargo, debido a su pequeño peso molecular, el metabolismo de eritritol en el cuerpo humano es diferente de la de otros alcohode azúcar, dándole propiedades fisiológicas únicas, tales como bajas calorías, alta tolerancia, pocos efectos secundarios, y la idoneipara diabéticos, así como ser no cariogénico [3]. Además, eritritol es también un eliminador de radicales libres con propiedades antioxidantes [4].

1. Métodos de producción de eritritol

Métodos de producción de eritritolIncluyen principalmente la extracción directa, la síntesis química y la fermentación microbiana. El método de extracción directa se refiere a la extracción de eritritol de fuentes naturales tales como frutas o verduras. Sin embargo, dado que el contenido de eritritol en la naturaleza es demasiado bajo, el método de extracción directa es raramente utilizado. Comparado con otros polioles, eritritol no es adecuado para la síntesis química. Las condiciones de alta temperatura y los catalizadores de níquel requeridos lo hacen difícil de producir, con bajo rendimiento del producto y pobres beneficios económicos, por lo que es difícil de adoptar en la producción industrial a gran escala [5]. Ya en 1950, el eritritol fue encontrado en el residuo después de fermentar melaza negra con levadura, y este descubrimiento abrió una nueva forma de producir eritritol, a saber, la fermentación microbiana. En la actualidad, el método de fermentación microbiana para la producción de eritritol es cada vez más maduro, y es el principal método para la producción industrial.

2 optimización del método de producción de la fermentación de eritritol

2.1 optimización del medio de cultivo

La composición del medio de cultivo tiene un importante efecto regulador sobre el crecimiento de microorganismos. Por lo tanto, al preparar el medio de cultivo, es necesario garantizar que se satisfagan las necesidades de crecimiento de los microorganismos, al tiempo que se facilita la producción eficiente del producto objetivo. Al mismo tiempo, debería considerarse la posibilidad de evitar la producción de subproductos. Con este fin, muchos académicos han llevado a cabo investigaciones sobre la optimización de los medios de cultivo de la fermentación de eritritol, con más investigación centrada en las fuentes de carbono y nitrógeno, como se muestra en la tabla 1.

2.2 fuentes alternativas de carbono

El sustrcomúnmente utilizado para la producción industrial de eritritol es la glucosa, que tiene buenos resultados de fermentación, pero es relativamente caro. En la actualidad, un enfoque más común es reducir aún más los costos de producción mediante el uso de sustratos alternativos. Fuentes alternativas de carbono para la glucosa actualmente reportadas incluyen glicer, xilosa, melaza, inulina, aceites y grasas de la industria de restaurantes, fructosa, sacarosa, etc., como se muestra en la tabla 2. Entre estos, el gliceres un punto caliente de investigación para fuentes alternativas de carbono para la glucosa.

Ha habido muchos estudios sobre el glicercomo una nueva fuente de carbono para la fermentación del eritritol, que incluye principalmente glicerpuro y glicercrudo. El glicercrudo es principalmente un subproducto de la industria del biodiesel. Usándolo en la producción de la fermentación de eritritol no sólo reduce efectivamente el costo de producción de eritritol, sino que también resuelve el problema de eliminación de residuos para la industria del biodiesel. En la actualidad, se están realizando más investigaciones sobre la cepa Yarrowialipolytica. Además, la conversión de glicerol a eritritol también se puede observar en Moniliellamegachiliensis [11].

La cepa de Y. lipolytica no sólo convierte efectivamente glicerpuro en eritritol, sino que también puede usar glicercrudo de desechos industriales. Además, la composición química del glicercrudo es compleja, con muchas impurezas. Las principales impurezas varían dependiendo de la fuente, y puede estar contaminada con compuestos como metan, sales o metales.

Cabe mencionar que la cepa Yarrowialipolytica puede aprovechar el glicery puede crecer sobre glicercrudo de diferentes fuentes. Otra ventaja de usar glicercomo sustrde de fermentación para eritritol es que puede reducir efectivamente la producción de subproductos después de la fermentación. El gliceres uno de los principales subproductos durante la fermentación utilizando glucosa como fuente de carbono [12]. Además, el gliceres particularmente difícil de separar del eritritol durante la purificación. Cuando el glicerse utiliza como sustrde de fermentación, puede consumirse completamente antes del final del proceso de fermentación, y el contenido de otros subproductos puede reducirse a menos del 10% [13]. Un análisis exhaustivo muestra que los niveles máximos de concentración de eritritol para los procesos de fermentación de glucosa y glicerson comparables, pero el rendimiento de este último es menor. La cantidad de glicerañadido varía dependiendo del sistema de cultivo. Aunque el gliceres un subproducto de la industria del biodiesel y tiene un alto contenido de impurezas, su valor comercial es bajo. Sin embargo, muchos informes han demostrado que tiene un gran potencial como fuente de carbono para el bioprocesamiento.

La xilosa es el principal componente de la hemicelulosa y es abundante en la naturaleza. En los últimos años, la xilosa ha atraído gradualmente la atención como una fuente potencial de carbono para la fermentación microbiana, especialmente por la posibilidad de utilizar sustrde bajo costo como residuos industriales ricos en xilosa. La melaza, como un subproducto industrial de bajo costo, ha sido estudicomo una fuente de carbono para la producción de eritritol. Cabe señalar que la melaza no se utiliza directamente en la síntesis de eritritol, pero para el crecimiento de las células bacterianas. La melaza se utiliza para acumular células bacterianas al comienzo de la fermentación microbiana, y el glicerse añade más tarde para aumentar la presión osmótica y desencadla producción de eritritol [14].

La inulina es un polisacárido que se encuentra en las raíces y tubérculos de plantas como la alcachofa de Jerusalén, achicoria, Dahlia y yacon. Al igual que la melaza, la inulina es renovable y barata, por lo que es una fuente de carbono ideal para la fermentación microbiana. Similar a la melaza, la inulina también se ha utilizado en un proceso de fermentación de dos pasos con la cepa Y. lipolytica para producir eritritol [15]. Además, aprovechando la Y. lipolytica's capacidad de crecer en aceite, se añadió al aceite de cocina de dese, y después de la fermentación, eritritol fue extraído del sistema de fermentación [16].

Se ha informado que la cepa de C. magnoliae KFCC 11023 prefiere la fructosa como fuente de carbono sobre la glucosa. Cuando se fermenta en un modo de fermentación por lotes con fructosa como fuente de carbono, la concentración de eritritol es 21,25 veces la de glucosa como fuente de carbono, pero la producción de glicercomo subproducto es tan alta como 77 g·L-1 [17]. Además, cuando esta cepa se utiliza para fermentar sacarosa como sustr, la concentración de eritritol es de 65 g·L-1, la tasa de conversión es de 0,21 g·g-1, y el rendimiento es de 1,0 g·L-1· H-1, lo que significa que la barata melaza de subproducto industrial, que es principalmente sacarosa, se puede utilizar como una fuente de carbono para reducir aún más los costos.

2.3 fuentes alternativas de nitrógeno

Las fuentes de nitrógeno son nutrientes que proporcionan nitrógeno para las células microbiy metaboli. Las fuentes de nitrógeno de uso común se pueden dividir en dos categorías: fuentes de nitrógeno inorgánico (sulfato de amonio, nitrato, amoníaco y urea, etc.) y fuentes de nitrógeno orgánico (harina de torta de soja, harina de maní, harina de torta de algodón, jarabe de maíz, peptona, extracto de levadura y harina de pescado, etc.). La naturaleza y concentración de la fuente de nitrógeno son parámetros muy importantes en la producción por fermentación de eritritol. Con el fin de obtener una gran capacidad de producción de eritritol, es necesario optimizar el tipo y la cantidad de la mejor fuente de nitrógeno para diferentes cepas.

Bajo condiciones de cultivo constante con glicerpura como fuente de carbono, se estudió el efecto de fuentes de nitrógeno inorgánico y orgánico sobre la producción de eritritol por la cepa K1 de Y. lipolytica Wratislavia. Se encontró que el contenido de eritritol en un medio de cultivo constante que contenía 4.6 g·L-1 sulfato de amonio fue tan alto como 103.4 g·L-1, y el rendimiento óptimo de eritritol y la tasa de conversión también se obtuvieron bajo las condiciones de fuente de nitrógeno inorgánico (4.6 g·L-1 sulfato de amonio), 1.12 g·L-1 y 99.6%, respectivamente. L-1. El mejor rendimiento y tasa de conversión de eritritol también se obtuvieron bajo las condiciones de cultivo de fuente de nitrógeno inorgánico (4.6 g·L-1 sulfato de amonio), 1.12 g·L-1· H-1 y 0.52 g·g-1, respectivamente [18]. Rywińska et al. usaron Y. lipolytica Wratislavia K1 como objeto experimental, y llevaron a cabo experimentos de fermentación de eritritol usando una variedad de fuentes de nitrógeno inorgánico y orgánico. Los resultados mostraron que clorde amonio, sulfato de amonamony extracto de levadura fueron las mejores fuentes de nitrógeno, y el mejor rendimiento y tasa de conversión de eritritol también se obtuvieron bajo sulfato de amonamoncomo fuente de nitrógeno [9]. En contraste con los resultados anteriores, se ha informado que las fuentes de nitrógeno orgánico son más adecuadas para la fermentación de eritrulosa por la cepa de Y. lipolytica Wratislavia K1 [21].

Cuando se cultivaron con glucosa como fuente de carbono, también se confirmó que el sulfato de amonio es más adecuado para la fermentación de eritrulosa por la cepa mutante 49 de Y. lipolytica que extracto de levadura. Sin embargo, cuando las concentraciones de glucosa y sulfato de amonio fueron menores o mayores que las concentraciones óptimas, el rendimiento de eritritol varió mucho [8].

Además, se encontró que el mayor rendimiento de eritritol se obtuvo cuando la cepa P. tsukubaensis y Moniliella sp. fueron mezclcon polvo de remode maíz y extracto de levadura como fuente de nitrógeno de fermentación [22,23]. Para la cepa Torula sp., el mayor rendimiento de eritritol se obtuvo cuando se utilizó extracto de levadura como única fuente de nitrógeno [6]. Esto muestra que las diferentes cepas tienen diferentes opciones de fuente de nitrógeno, y el tipo de fuente de nitrógeno afecta directamente el rendimiento y la productividad del eritritol producido por la cepa durante la fermentación.

Mejora del proceso de fermentación 3

El sistema de cultivo es uno de los factores importantes que determina la concentración final de eritritol después de la fermentación. Con el fin de mejorar la eficiencia, elProceso de fermentación de eritritolSe ha mejorado continuamente, incluyendo principalmente la fermentación por lotes, la fermentación por lotes, la fermentación en dos etapas y la fermentación continua, como se muestra en la tabla 3.

La producción de eritritol generalmente se lleva a cabo en modo batch, y una mayor concentración inicial de glucosa puede aumentar la producción de eritritol. En la fermentación por lotes, todos los sustratos necesarios se introducen al inicio de la fermentación, y el producto y subproductos se extradespués de que se han agotado todos los sustratos. La fermentación por lotes Simple es fácil de operar, pero el rendimiento y la concentración de eritritol son bajos.

El proceso de cultivo más común para la fermentación de eritritol es la alimentación por lotes. La alimentación por lotes puede mantener una alta presión osmótica durante todo el proceso de cultivo. El proceso de producción de eritritol más eficiente reportado hasta la fecha es una fermentación por lotes alimentados usando la cepa de P. tsukubaensis como la cepa de fermentación, con una productividad de hasta 2.86 g·L-1· H-1, y un aumento en la producción de eritritol de 73% en comparación con la misma cepa en condiciones de lote [22].

Alta presión osmótica puede aumentar el rendimiento de eritritol, pero también inhiel crecimiento de las células bacterianas. Para resolver este problema, un proceso de fermentación de dos pasos se ha desarrollado, que promueve el crecimiento de las células bacterianas bajo condiciones de baja presión osmótica en la primera etapa de la fermentación, y luego aumenta la presión osmótica en la última etapa de la fermentación para promover el metabolismo de eritritol por las bacterias [24].

Además, se ha informado que un método de fermentación continua se ha aplicado al método de fermentación microbiana para la producción de eritritol. En el proceso de fermentación continua, una parte del medio de cultivo se sustituye regularmente por medio fresco. Este método puede mejorar la productividad mediante la ampliación de la fase de producción efectiva. La desventaja es que hay una mayor posibilidad de contaminación por bacterias extrañas, y la cepa es propensa a la degeneración debido a la mutación. La solución es reducir el pH para evitar la contaminación bacteriana [13].

4 optimización de las condiciones de cultivo

La eficiencia de producción del eritritol depende en gran medida de las condiciones de cultivo: presión osmótica, temperatura, pH, oxígeno disuelto, etc. son indicadores técnicos importantes relacionados con la fermentación del eritritol.

El estrés por presión osmótica es una de las principales causas de la producción de eritritol. Hay dos formas principales de regular la presión osmótica: una es utilizar una alta concentración de sustr, como glucosa o glicer, y la otra es añadir sal extra [28]. La regulación de presión osmótica es un proceso relativamente complejo. Un aumento en la presión osmótica conduce a un aumento en la producción de eritritol y una disminución en la formación de subproductos. Sin embargo, una presión osmótica demasiado alta prolonga la fase de retraso del desarrollo de la cepa de fermentación, resultando en una disminución en la productividad de eritritol [24].

Los estudios han demostrado que la temperatura, el pH y el oxígeno disuelto tienen un efecto significativo en la producción de eritritol por diferentes cepas, y los valores óptivarían, como se muestra en la tabla 4.

5 perspectivas

Hoy en día, más y más personas están prestando atención a un estilo de vida saludable, y la demanda de polioles también está creciendo. Cómo lograr la producción industrial eficiente y de bajo costo de eritritol se ha convertido en el foco de atención de muchos eruditos. El eritritol tiene muchas de las mismas propiedades que otros alcohode azúcar. Sin embargo, es el único alcohol de azúcar que se produce industrialmente a través de un proceso de fermentación natural. Los eruditos han conducido muchos de la investigación para aumentar capacidad de producción. Primero, basado en la obtención de una cepa de alto rendimiento productora de eritritol, la composición del medio de cultivo y las condiciones de cultivo han sido bien optimizadas y ajustadas para maximizar el rendimiento y la conversión.

También se ha puesto mucho esfuerzo en reducir efectivamente los costos de producción, especialmente A través de la consideración de fuentes de carbono renovables baratas, e incluso desde la perspectiva del reciclaje de subproductos, la investigación y el desarrollo de la coproducción de eritritol se ha llevado A cabo con cierto éxito. Sin embargo, ha habido relativamente poca investigación sobre la regulación de la expresión génica metabólica de eritritol. Aunque se han identificado algunas enzimas clave en los procesos metabólicos, la ruta metabólica microbiana del eritritol aún no está clara a nivel genético. En el futuro, el campo de la regulación génica debe ser dirigido a comprender comprensivamente los genes y los factores reguladores implicados en la síntesis de eritritol. Esto sin duda servirá como una referencia de gran alcance para regular efectivamente la fermentación microbiana del eritritol, logrando así una producción industrial eficiente de eritritol.

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