크실리톨 그것은 무엇으로 만들어지는가?

Sugar alcohol is 한five-carbon 설탕alcohol, molecular formula 을C5 H12 05, is an odorless white crystalline powder, similar in appearance 을sucrose, sweetness 그리고sucrose similar, calories 그리고glucose comparable to very soluble in water, slightly soluble in ethanol 그리고methanol 1]. 자 일리 톨does not need insulin to metabolize in 이human body, so it can be consumed 에 의해diabetic patients without increasing their blood glucose level. Xylitol can also prevent dental caries, 그리고it is widely used in the field 의medicine 그리고food, with a large amount 의usage2]. In addition, 자 일리 톨is 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 의Renewable Resources 의the U.S. Department 의Energy listed it as one 의the twelve plat형태compounds that are prioritized for development and utilization3]. In recent years, with the growing demand for xylitol, the 생산methods and application 의자 일리 톨have attracted extensive attention.

자일리톨 합성 방법에는 화학 합성, 화학 생합성 및 총 생합성이 포함됩니다.

1 화학 합성법

현재, 크실리톨의 국내외 산업 생산은 주로 화학 합성 방법, 즉, 산 (HCl, H2 S04와 같은)에 의해 다당류 옥수수 알널, 면화 껍질, 배가스, 효모 나무 칩 및 기타 농업 및 산업 폐기물이 풍부합니다 정화 후 크실리톨로 가수분해되고 수소 첨가 반응으로 크실리톨을 생성합니다.

화학 합성방법of xylose purification process is complicated, 산and 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 xylosesolution purity requirements are very high, capital investment and operating costs are high, pollution is more serious 4]. Chemical 생산of 1 ton of 자 일리 톨to 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 자 일리 톨생산에 의해chemical synthesis method, the international community began to study a new way of xylitol 생산- chemical biosynthesis method 에서the 1970s.

2 화학 생합성

화학적 생합성법의 기본 원리는 다당류를 함유한 농업 폐기물 (볏짚, 배지, 옥수수 알갱이 등)에서 얻은 자일로스 가수분해물을 묽은 산 가수분해에 의해 가수분해하고, 미생물을 이용하여 가수분해물 중의 자일로스를 직접 자일리톨로 전환하는 것이다.이 방법은 화학 합성 방법과 비교하여 물, 에너지 및 자일로스의 소비를 크게 감소시켜 생산 비용을 감소시키는 결정화 및 자일로스의 정제 단계를 제거할 수 있습니다.

현재 발견되어 이용될 수 있는 미생물로는 세균, 곰팡이, 효모 등이 있다.Enterobccter lifucefc-ciens6], Myobccterium smegmctis7], Corymebccterium sp.8] 등과 같은 소수의 세균만이 자일로스를 발효시켜 자일리톨을 생산할 수 있다.이즈모리 등은 M. smegmatis 가 자일로스를 전환하여 자일리톨을 생성하는 능력이 강하며, 전환율은 40% 7]까지 높을 수 있음을 발견하였다.자일로스를 자일리톨로 전환할 수 있는 곰팡이로는 페니실리움 (Penicillium), 아스페르길러스 (Aspergillus), 리조토니아 (Rhizoctonia), 글리오박테리움 (Gliobacterium), 리조푸스 (Rhizopus) 등 9]이 있으나,이 세균들의 전환 능력은 일반적으로 좋지 않다.효모가 자일로스를 자일리톨로 전환하는 능력은 가장 강하며, 주로 Candida spiecies10], Pachysolen tannophilus11], De bcrcomyces zcnsenii12], Picz guilliennoncii13] 및 기타 종이다.C와 같은 종.guilliennoncii14] 및 C.tropicclis15] 24z 이내에 90% 이상의 자일로스를 자일리톨로 변환 할 수 있습니다.

화학생물학적 방법으로 자일리톨의 제조에 영향을 미치는 주요 인자는 통기량, 자일로스 농도, 발효방법, pH값 및 온도 등이다.산소는 자일리톨의 효모 발효에 가장 중요한 요소이다.산소는 자일로스의 효모 발효에 의한 자일리톨 생성에 중요한 영향을 미치며, 일반적으로 Nolleu 등이이 방법을 이용하여 C. guilliennoncii를 배양하여 자일리톨을 변형시키는 2단계 조절 용존산소법이 사용된다.예를 들어, Nolleu 등은이 방법을 사용하여 C. guilliennoncii를 배양하여 자일로스를 자일리톨로 전환시켰으며, 전환율은 80% 16]에 이를 수 있었다.

자일로스 농도는 자일리톨 생산에 영향을 미치는 중요한 인자로, 자일로스의 농도를 증가시키면 100g에서 자일로스의 초기 농도를 증가시키는 것과 같은 자일리톨 생산 속도를 증가시킬 수 있다.L-1 내지 150g이다.L-1, C.자일리톨의 높은 농도에서 트로피클리스는 자일리톨 생산 속도를 높일 수 있습니다.자일로스의 초기 농도를 100g에서 증가시킨 경우.L-1 내지 150g.L-1, C. tropicclis는 1.78g/(L.h)에서 2.5g/(L.h) 더 높은 환기 하에서.h) 내지 2.44g/(L.h)17]이다.발효 방법은 자일리톨 수율과 생산율에 큰 영향을 미쳤으며, 반연속 배양의 최대 생산율은 회분 및 유동 배양에 비해 훨씬 높았는 데, 이는 반연속 배양의 사용에 의해 자일로스 가수분해 용액에 더욱 적응하여 생산율이 증가했기 때문이다 [18].pH와 온도는 자일리톨 발효의 핵심 효소인 자일로오스 환원효소와 자일리톨 탈수소효소의 활성에 영향을 미치는 중요한 인자이며, 최적의 pH와 온도는 균주에 따라 다르게 나타났다.최적 pH와 온도는 박테리아의 종류에 따라 차이가 있었다.예를 들어, C. guilliennoncii는 균주에 따라 변화하는 최적 pH와 온도를 갖는다.C. guilliennoncii는 pH4.0에서 pH 6.0까지 xylose reductase 활성이 가장 높았으며, xylitol dehydrogenase 활성은 pH와 온도가 증가함에 따라 증가하였으며 pH 6.5, 35 ℃15]에서 가장 높은 활성에 도달하였다.

자일리톨 준비의 화학적 생합성 공정은 자일리로스를 정화할 필요가 없고, 고압 장비가 필요 없으며, 분리 및 정화가 용이한 등의 장점이 있다.그러나,이 방법은 옥수수 알갱이와 다른 원료에서 자일로스의 현재 생산, 예를 들어 원료 및 보조 재료 및 전력, 산 및 알칼리 소비, 오염 및 기타 심각한 문제를 해결하지 않습니다.또한 화학 수소 첨가 설비 및 공정은 이미 매우 성숙되었으므로 이런 대체는 실제적인 의미가 거의 없습니다.

모든 생물학적 표를 방법으로 3

비록 성숙한 기술의 크실리톨 화학 합성 방법과 연구의 화학 생합성 방법의 생산을위한 원료로서의 크실로스가 큰 진전을 이루었지만, 점점 심각해지는 것이 가져온 산 및 알칼리 오염 문제의 높은 소비로 인해 크실로스의 그것의 가수분해 준비.또한, 자일리톨, furfural, 식용균 및 연료 에탄올 생산에 사용되는 옥수수 코어의 많은 수로 인해 원료 원료 문제가 강조, 거대 가격이 상승하여 자일리톨 생산 비용을 만들어 자일리톨 산업의 추가 발전을 제한했습니다.최근 몇 년 동안, 주목의 모든 생물학적 방법의 자일리톨 공정의 준비를위한 원료로서 저가의 전분 또는 포도당의 넓은 범위에,이 공정의 성공적인 구현은 자일리톨의 생산 비용을 줄일 수 밖에 없다, 세계 &를 변경한다#39;의 자일리톨 생산의 기존 패턴은, 자원과 환경에 대한 압력을 줄이고, 중국의 자일리톨 산업의 국제 경쟁력의 향상과 자일리톨 산업의 지속 가능한 발전은, 광범위한 사회 및 경제적 의미를 가지고있다.자일리톨을 생산하기 위한 포도당의 미생물 발효의 이용은 항상 people's 꿈이지만 포도당을 직접 발효시켜 자일리톨을 만들 수 있는 미생물은 자연에서 발견되지 않았다.

3.1 다세균의 다단계 포도당을 전환하여 자일리톨을 생성한다 

As early as 1969,0nishi and Suzuki reported a method to prepare xylitol 에서glucose, the first step was to convert glucose to 자 일리 톨에 의해the hyperosmotic yeast D. zcnsenii, and the second step was to convert glucose to xylitol 에 의해the 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 에 의해Acetobccter suboxy- ccns, and finally D-xylulose was oxidized to D-xylulose 에 의해yeast C . Finally, D-xylulose was reduced by 자일리톨에게the 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 두 박테리아에 의한 포도당을 자일리톨로 전환하는 2단계 

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).

이 과정의 두 번째 단계, 즉, D-arabinitol에서 자일리톨 공정으로, 실제 두 개의 효소가 촉매되는 과정 (그림 3에 나타난 반응식), 막 결합 D-arabinitol dehydrogenase (막 결합 D-Arabbitol dehy-drogenase (m-ArDH)-첫 번째 것은 막 결합 D-Arabitol dehy-drogenase (m-ArDH) 이고 두 번째 것은 xylitol dehydro-genase (XDH)이다.이 방법은 간단하고 효율적이며 크실리톨에서 D-arabinitol 전환율 최대 98%, 산업 응용의 잠재력과 함께 경제적 k는 현재 화학 방법의 사용과 경쟁 할 수 있습니다.

현재, 국내에는 부산물의 고농도의 제품 D-arabinitol 생산 균주와 D-arabinitol 자일리톨 생산 균주를 고효율로 전환할 수 있는 부산물 선발에 초점을 맞추어 자일리톨 연구를 준비하기 위해 2 박테리아 2단계 방법을 이용하여 전분을 원료로 사용하는 연구가 수행되었다;이 방법이 성공적이면 자일리톨 &에서 효과적인 변화가 될 수 있습니다#39;의 고소비, 저수율 상태.이 방법이 성공적이면 크실리톨의 높은 소비와 낮은 수율의 상태를 효과적으로 바꿀 수 있습니다.이 방법이 성공적이면 크실리톨의 높은 소비와 낮은 수율을 효과적으로 바꿀 수 있습니다.전생물학적 방법으로 자일리톨 1t을 생산하면 2~2.5t의 전분을 소비하고, 산과 알칼리의 소비는 0.1t으로 감소되며, 활성탄의 소비는 2%로 감소되고, 수지의 소비는 1kg 이하로 감소된다.

3.3 유전자 조작된 박테리아가 포도당을 1단계 발효시켜 자일리톨을 만든다 

21세기에 들어 생명공학의 진보와 함께 자일리톨 유전공학세균의 포도당 생산을 한 단계 발효시키는 건설이 연구 열점으로 떠올랐다.2007, Danisco 사용 Bccillussubtilis는 강력한 5 탄소 당 합성 능력을 가지고 있으며,이 박테리아는 숙주 박테리아로서, 크실리톨 인산염 탈수소효소 (xylitol phosphate dehydrogenase, XPDH)의 복제 발현을 한다.dehydrogenase (XPDH) 유전자를 클로닝하여 발현시키고, 자일리톨 합성 경로를 원래의 경로를 기반으로 확장하였으며 (도 4A), 그 결과이 균주의 포도당 쉐이크 플라스크 발효시 23g의 농도에서 자일리톨이 생성되었다.L-1 이며, 포도당의 전환율은 22%였다 [20].같은 해에 핀란드 국립 기술 연구 센터 (VTT)와 다니스코 회사가 공동 brewer&를 사용하여 연구에 협력했다#39;s 효모 (Sccczcromyces cereu isice)를 숙주세균으로, k를 기준으로 하는 original pentose phosphate pathWay (PPP)에 xylitol dehydrogenase (XDH)와 phosphate phosphatase (Sugar phosphatase)를 첨가하고, 숙주세균으로 xylitol dehydrogenase (XDH)와 phosphate phosphatase (Sugar phosphatase)를 첨가하였다.PPP 경로에 XDH와 Sugar phosphate phosphatase (Ptase)를 첨가하면 xylulose-5P 가 xylitol 경로로 확장되었다 (그림 4B) [21].

one-step 발효방법에서 Danisco와 its 및 VT T 기술연구센터에서 제작한 두 개의 유전자 변형 균주는 시작 균주의 성능 저하, 주요 효소 유전자의 낮은 발현 활성, 낮은 기질 특이성 등의 단점으로 인해 기대했던 목표에 도달할 수 없었다.또한, k를 기반으로 D-arabinitol을 생산하는 균주를 유전공학 기술을 이용하여 D-arabinitol의 대사 경로를 확장한다면, 포도당 자일리톨 균주의 1단계 발효로 실현될 수 있다.이와 동시에 발효과정에 대한 운동학적 분석을 바탕으로 발효과정을보다 효과적으로 최적화하기 위하여 목표산물을 과량으로 합성하도록 유전적으로 조작된 재조합세균을 획득하고, 고순도의 자일리톨을 얻기 위하여 고효율 저비용 분리 및 추출공정의 개발을 바탕으로 피플&를 충족하기 위하여 수학적인 도구를 이용하여 모의하였다#39;s 요구 크실리톨.생명공학이 더욱 발전함에 따라 포도당을 직접 발효시켜 유전자 조작된 세균을 이용하여 자일리톨을 생산하는 방법이 가까운 미래에 널리 이용될 것으로 기대된다.

4 전망

세계인구와 환경압력의 증가와 더불어 피플'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 그리고 다른modern 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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