¿Qué es el xilitol?

El xilitol es uno de los sustitutos del azúcar más comúnmente utilizados en la vida. Es ampliamente utilizado y tiene grandes perspectivas de desarrollo. En los últimos años, el xilitol se ha vuelto popular en todo el mundo, y su capacidad para prevenir la caries dental también se ha reconocido. Xilitol en sí es un tipo de compuesto de sabor dulce con alto valor nutricional que se puede obtener de forma natural y es un intermediario importante en el metabolismo de la glucosa en el cuerpo humano.

El artículo describe principalmente el descubrimiento de xilitol, su principio de acción, características estructurales, y la tecnología de preparación de xilitol, etc., y también proporciona una explicación necesaria de la última aplicación de xilil-su función protectora.

Xilitol, fórmula química C5H12O5Se encuentra ampliamente en abedules, robles, mazde maíz y residuos de caña de azúcar, y también se puede utilizar como edulcornatural. El xilitol se ha utilizado como aditivo alimentario durante más de 100 años en el extranjero. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, el xilitol se ha convertido en una de las materias primas indispensables e importantes en la industria alimentaria moderna, y tiene una amplia gama de usos. Es especialmente comúnmente utilizado en la industria alimentaria. Xilitol es un cristal blanco o polvo cristalino que se disuelve fácilmente en agua, ligeramente en etanol y etanol, con un punto de fusión de 92°C-96°C y un punto de ebullide 216°C. El valor pH de la solución está entre 5.0 y 7.

Xilitol es tan dulce como la sacarosa, pero cuando se disuelve en agua que todavía absorbe la mayor parte de la energía térmica, por lo que es el tipo de edulcorde de alcohol de azúcar con el coeficiente de absorción de calor más alto. El xilitol no es cariogénico y tiene un efecto preventivo contra la caries dental. Su metabolismo no es controlado por el cuerpo. Es el mejor sustituto del azúcar para las personas con presión arterial alta. Se metaboliza completamente en el cuerpo, tiene un valor calórico de aproximadamente 10 kJ/g, puede proporcionar calorías y también se puede utilizar como fuente de energía para personas con presión arterial alta.

1. The Discovery of xylitol and The history of Research into ITS functions (en inglés)

1.1 el descubrimiento del xilitol y la investigación de sus propiedades edulcorantes

El xilitol fue descubierto en 1890 por el químico alemán Fisher and Stahe y el químico francés Bertrand en la reacción de xilosa con amalgama de sodio. Fisher fue galardonado con el premio Nobel de química en 1902 por este descubrimiento.

En 1943, el xilitol fue descubierto por primera vez en abedules en Finlandia.

En 1962, los procesos fisiológicos que involucran xilitol fueron descubiertos en el tejido mamífero. El xilitol fue reconocido como un compuesto fisiológico natural. En el mismo año, xilitol se introdujo en la terapia parenteral (terapia de infusión). Xilitol se puede administrar a pacientes graves, lo que demuestra que puede ser metabolizado de manera eficiente por el cuerpo.

En 1963, después de ser aprobado por la administración de alimentos y drogas de los Estados Unidos, el xilitol podría ser oficialmente utilizado para propósitos dietéticos especiales.

Veinte años más tarde, en 1983, el comité conjunto de expertos de la organización mundial de la salud/organización para la agricultura y la alimentación (JECFA) declaró que el xilitol era un azúcar seguro.

1.2 investigación sobre la función cariostática del xilitol

El primer estudio sobre el efecto del xilitol en la placa dental fue realizado en 1970 por el profesor Kauko K. m äkinen de la universidad de Kuopio en Finlandia. El profesor Kauko K. m äkinen descubrió que el xilitol aumentaba la producción de saliva y por lo tanto prevenía la caries dental.

En 1975, los resultados clínicos del profesor Kauko K. Makinen's investigación fueron publicados. El profesor Kauko K. m äkinen recibió el premio Apollonia de la asociación Dental de Finlandia. Esta fue la primera vez que el premio fue entregado y tenía la intención de reconocer la investigación dental sobresali. Profesor Makinen' contribución excepcional aInvestigación sobre xilitolEs indeleble.

La primera goma de mascomercial de xilitol fue lanzada en Finlandia y los Estados Unidos casi simultáneamente en 1977, el año de la compañía química finlandesa#39;s patente para la producción de xilitol fue aprobada. Desde entonces, las autoridades de salud dental en varios países europeos también han respaldado el uso de xilitol, y la investigación sobre sus funciones y hallazgos han seguido complementándose.

En 1990, the world' el primer protector bucal de xilitol fue lanzado en Finlandia, ya que los datos habían demostrado que la masticprolongada de goma de mascar se asocicon síntomas de articulaciones de la mandíbula suelo o inflamada.

En 1997, una nueva investigación mostró que los productos de xilitol puro podrían prevenir significativamente las infecciones de oído en niños.

2. Propiedades y características funcionales del xilitol

2.1 en los alimentos

El xilitol es 1,3 veces más dulce que la sacarosa y es casi tan dulce como la sacarosa, por lo que se puede utilizar en lugar de la sacarosa en una proporción de 1:1. Sin embargo, el xilitol sólo proporciona 10 kg/g de energía, que es un 40% más bajo que la sacarosa, por lo que se ha convertido en un buen sustituto para el azúcar en la producción de postres de baja energía. Han aparecido en el mercado alimentos sin azúcar hechos de xilitol, que son muy populares entre los jóvenes modernos que quieren perder peso y llevar un estilo de vida saludable. Al mismo tiempo, las magdalde de xilitol se parecen más a los pasteles en comparación con el maltitol, manitol y sorbitol, y la higroscopicidad de xilitol también mejora el sabor. El uso de xilitol en los alimentos también beneficia la estabilidad microbiológica del postre y la vida útil del producto terminado. Esto se debe a que en la misma concentración, la actividad de xilitol en agua es menor que la actividad de sacarosa en agua. El xilitol es el mejor sustituto para el azúcar de postre.

2.2 el cuerpo humano

Xilitol puede ser añadido a los productos de cuidado oral, de modo que los microorganismos ácidos en la boca no pueden utilizar xilitol. En el cuerpo humano, después de lenta digestión y absorción, xilitol puede ser rápidamente absorbido y utilizado por las células a través de las membranas celulares, sin depender del metabolismo de la insulina, por lo que no causa fluctuaciones rápidas en el azúcar en la sangre. Por lo tanto, xilitol se utiliza a menudo como un edulcorpara las personas con presión arterial alta. Debido a sus propiedades antioxidantes, el xilitol puede eliminar los radicales libres y controlar su formación.

Los experimentos llevados a cabo por la universidad estatal de Iowa en los Estados Unidos mostraron que en pacientes con infecciones pulmonares, la concentración de sal en la mucosa de las vías respiratorias, que originalmente era el doble de alta de lo normal, regresó rápidamente a la normalidad después de que el xilitol fue tomado por vía oral. Esto muestra que aunque el xilitol no tiene propiedades antibacterianas, puede prevenir infecciones del tracto respiratorio.

En los últimos años, con la profundización de la investigación, se ha descubierto que el xilitol puede formar complejos con iones de calcio libre para promover la absorción de calcio y reducir la pérdida, estabilizar la insulina, proteger la piel, y reducir la infección de la sangre de los microorganismos orales.

2.3 propiedades físicas y químicas

Además, el xilitol es relativamente estable y casi inerte, por lo que puede ser calentpara fundirse completamente (punto de fusión 95°C) sin causar otros cambios.

3. Producción de xilitol

3.1 nuevos métodos y situación actual de la producción de xilitol

Hoy en día, el xilitol utilizado en la industria se obtiene hidrogenando d-xilosa pura a alta temperatura y presión con níquel como catalizador. Este método tiene malas condiciones de reacción, altos costos de producción, poca seguridad y pérdidas de recursos. Los científicos están buscando activamente métodos biológicos. La bioconversión se ha convertido en el mejor método para la producción de xilitol debido a sus ventajas de condiciones suaves, calidad estable y alta seguridad. El xilitol se produce por fermentación microbiana durante el proceso de bioconversión.

La fermentación microbiana puede utilizar la hemicelulosa de plantas como la paja, mazde de maíz y los residuos de la caña de azúcar como materias primas. A través de la hidrólisis y la fermentación, xilitol de alta pureza y alta calidad se puede producir por un lado, y los residuos agrícolas se pueden utilizar plenamente por el otro, convirtiendo los residuos agrícolas en xilitol de alto valor añadido, la reducción de los costos económicos y el aumento de los beneficios.

El principio básico de la fermentación microbiana es utilizar la xilosa reductasa en las células microbipara reducir la xilosa a xilitol. Hay un gran número de microorganismos en la naturaleza, tales como levaduras, hongos y bacterias. Entre ellos, la levadura ha atraído mucha atención debido a sus abundantes recursos, amplias fuentes, rápido crecimiento y fuertes capacidades de procesamiento. En los últimos años, con el rápido desarrollo de la biotecnología, el uso de la fermentación microbiana para producir xilitol se ha convertido en una nueva forma. En la actualidad, más de 30 países y regiones de todo el mundo han llevado a cabo investigaciones sobre la producción de xilitol a partir de levadura. En aplicaciones prácticas, la tecnología de preparación de xilitol por fermentación biológica se encuentra todavía en fase de laboratorio. Hay problemas generalizados como la falta de cepas, baja utilización de xilosa, baja producción de xilitol, y dificultades en el reciclaje de xilosa, que limitan la popularización y el desarrollo de la fermentación microbiana en la industrialización.

3.2 condiciones externas que afectan a la fermentación biológica

3.2.1 concentración inicial de xilosa

La xilosa se utiliza como material de reacción y también proporciona energía para el crecimiento microbiano y el metabolismo. Cuando la concentración inicial de xilosa es baja, puede promover la fermentación de xilitol por las células de levadura. La xilosa tiene una buena estabilidad en medios de cultivo líquidos y se degrada gradualmente a medida que el tiempo de cultivo aumenta. Sin embargo, una alta concentración inicial de xilosa dará lugar a un aumento en la presión osmótica del líquido de fermentación y la inhibide sustr, que no es propicio para la producción de xilitol. Las diferentes cepas de bacterias no tienen exactamente los mismos requisitos para la concentración inicial de xilosa, por lo que el proceso de fermentación real debe llevarse a cabo mediante pruebas para determinar la concentración óptima basada en la situación específica.

Oxígeno disuelto

La cantidad de oxígeno disuelto es uno de los factores clave que determinan la fermentación de xilosa o la respiración, que a su vez regula el equilibrio entre el consumo de carbono para el crecimiento y la bioconversión. Se ha encontrado que el oxígeno disuelto requerido para el crecimiento bacteriano es diferente de la de la acumulación de xilitol. Cuando hay mucho oxígeno, las bacterias crecen rápidamente, pero la tasa de conversión de xilosa es baja; Bajo condiciones limitadas de oxígeno, la xilosa se convierte fácilmente en xilitol, y la producción de etanol es baja. Al igual que con la fermentación de etanol y butanol, los efectos de las condiciones de cultivo en la fermentación de xilitol son complementarios, y trabajan juntos durante el proceso de fermentación.

3.3 mejoras tecnológicas

3.3.1 modificación del proceso de fermentación

La mayoría de las reacciones biológicas en la producción de xilitol se llevan a cabo en fermentación por lotes, y se han reportado pocas fermentpor lotes o mixtas. La materia prima de esta invención puede obtener altas concentraciones de sustry mejorar aún más el rendimiento de xilitol. El uso de celulhidroquímicamente como sustrde de fermentación también puede reducir eficazmente la toxicidad de los inhibidores.

Como la producción industrial se está moviendo más hacia la fermentación por lotes, la recuperación de células se ha convertido en un problema en el aumento de la producción de xilitol. Se revisa el progreso del proceso de extracción de xilitol tanto de fermentación microbiana como de métodos enzim. Entre ellos, el método de bioconversión que utiliza microorganismos como materia prima es actualmente uno de los métodos más utilizados en la industria, y sobre esta base se proponen nuevas líneas de investigación. La tecnología de inmovilización celular ha sido ampliamente utilizada en el proceso de fermentación biológica para la preparación de xilitol debido a sus ventajas especiales, tales como alta concentración celular, corta duración de la detención del crecimiento, velocidad de reacción rápida, buena repetibilidad, bajo costo, fuerte estabilidad de la enzima, reducción de la pérdida de la actividad de la enzima, mayor capacidad anti-contaminación, etc.

Otros procesos de modificación incluyen: adición de co-sustral al proceso de fermentación, usando agitación mecánica, agitación mecánica asistida por ultrasonido y otros métodos para mejorar la respuesta al estrés y cambiar la permeabilidad de la membrana celular.

3.3.2 modificación de la cepa

Además de mejorar las condiciones de cultivo y los procesos de fermentación, también es posible modificar la estructura de las propias bacterias para obtener cepas que produzcan mayores niveles de xilitol, como por ejemplo a través de la tradicional mutagenesis física o química de las bacterias.

Por ejemplo, Chen Xuesong, un académico de la universidad de Zhejiang, y Yang Shengli, un PhD, publicaron un artículo titulado "Mutagenesis and Selection of High-Yield Xylitol cepas and Optimization of fermentación Media". El artículo explora la tasa de conversión de xilitol de cepas obtenidas mediante la detección temprana natural por mutagenesis compuesta, y optimila fuente de nitrógeno y el contenido de sal inorgánica en el medio de fermentación sobre esta base, con el objetivo de sentar las bases técnicas para aplicaciones industriales posteriores. En el experimento, se seleccionel tipo de cepa - el tipo de cepa principal se inició con la bacteria fermentadora de xilitol Y-3 (tasa de conversión de xilitol 36,5%) - y se sometió a un amplio ultravioleta y mutagenesis química de cría y selección. Finalmente, una nueva cepa probióproductora de xilitol con mayor rendimiento fue obtenida a través de dos rondas de mejoramiento completo de mutagenesis, con una tasa de conversión de xilitol de 54.5%, un incremento de 49.3% comparado con la cepa inicial original.

4. Nuevas aplicaciones de xilitol - los beneficios ambientales de xilitol

Con la creciente demanda de compuestos metálicos, grandes cantidades de metales pesados han entrado a la tierra en las zonas mineras en diferentes formas químicas. En particular, después del 13 º Plan quinquenal, el gobierno chino ha presentado requisitos más altos para la restauración ecológica de la tierra minera, lo que ha llevado a un control razonable de la contaminación por metales pesados en el suelo minero convertirse en un problema importante. En la actualidad, entre las tecnologías actuales de eliminación y procesamiento de metales pesados del suelo, la eliminación de productos químicos y la tecnología de procesamiento se ha utilizado ampliamente debido a su bajo costo y resultados rápidos. Entre estos, la extracción es un método de procesamiento químico comúnmente utilizado y maduro.

La lixiviación del suelo se refiere al proceso de inyeco o percolación de una solución de lavado en el suelo, permitiendo que flua a través de la capa de suelo a tratar, analizando los contaminantes en el suelo, y luego tratar y reutilizar la solución de lavado que contiene los contaminantes. La investigación sobre los eluentes individuales ha demostrado que los iones de metales pesados pueden ser eliminados usando una variedad de reactivos químicos tales como EDTA y saponinas. Sin embargo, debido a la diversidad de metales pesados en el suelo de la mina, el efecto de un solo eluente es relativamente pequeño.

En los últimos años, hemos encontrado que si se utiliza el mecanismo sinérgico del efecto disolvente de un eluente complejo, varios eluentes pueden ser aplicados a propósito para realizar reacciones complejas, completando así conjuntamente el tratamiento bioquímico de varios metales pesados no ferroy otras sustancias nocivas del suelo. Cuando el eluente se utiliza en dosis bajas, no sólo puede lograr el mayor efecto de eliminación de metales pesados no ferroen el suelo, sino también reducir los efectos nocivos del eluelusobre las propiedades bioquímicas del suelo y la población bacteriana.

En el artículo "efecto de lixiviación de xililil-based end-carboxylated hyperbranched polyester/L35 composite agente de lixiviación en metales pesados en suelos contaminados en áreas mineras" por el Dr. Li Meilan y otros, xilitol fue utilizado como el núcleo intermedio, ácido cítrico como el comonómero, y xilil-based end-carboxilated hyperbranched polyester (HBP-COOH) fue preparado con éxito por polimeripor fusión. El poliéster hiperramitipo xilito (HBP-COOH) fue preparado con éxito por polimeripor fusión, y el efecto de lixiviación del HBP-COOH producido y su combinación con L35 en diferentes Cd ambientales, Pb y varias placas de metal en el área del estanque de cola bajo diferentes condiciones fue analizado por lixiviación oscil. Los principales resultados de la investigación obtenidos a través de la práctica yla investigación son los siguientes: el agente de lixiviación compuesto polipoliéster /L35 a base de xililo tiene un efecto de lixiviación más fuerte en suelos contaminados y metales pesados no ferroen las zonas mineras.

5. Dirección e importancia de la investigación sobre xilitol

En los últimos años, el xilitol se ha demostrado para mejorar la salud dental, reducir la acumulación de lípidos en la sangre, aumentar la fuerza ósea y aumentar la capacidad de ejercicio. Xilitol es también un edulcorfuncional que se utiliza ampliamente en varios alimentos como un sustituto para la presión arterial alta y la obesidad.

Hay seis tipos principales de bacterias en el intestino, incluyendo bifidobacterias, Streptococcus lactis y otras bacterias beneficiosas. Las preparaciones microecológicas en el intestino, principalmente los enterococos de cadena corta, pueden mejorar el ambiente intestinal. El xilitol y las fibras dietcomo los polisacáride de castaño son prebióticos importantes. Sin embargo, debido a que no puede ser absorbido y utilizado directamente por el cuerpo, sólo puede ejercer su efecto prebiótico como un portador de microorganismos, lo que limita su ámbito de aplicación en los alimentos y también afecta a las personas#39;s comprensión de la función de los prebióticos.

En la actualidad, la investigación sobre xilitol y su efecto sobre la microflora del tracto digestivo muestra que aunque xilitol tiene un buen efecto regulador sobre la flora gastrointestinal, especialmente en el diagnóstico y prevención de algunas enfermedades, no hay investigación suficiente sobre el mecanismo subyacente de xilitol y su efecto sobre los probióticos. Por lo tanto, la clave para la investigación actual sobre el xilitol es explorar sus efectos prebióticos, sitios de acción y modos de acción a través de técnicas biológicas modernas, para descubrir más de sus efectos prebióticos y ayudar a ampliar aún más su ámbito de aplicación. El gran potencial del xilitol también ha abierto nuevas ideas y reflexiones para la protección del medio ambiente.