XYLITOL SẢN XUẤT BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌCĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TOÀN, LỢI ÍCH SỨC KHỎE VÀ ỨNG DỤNG

BÀI TẬP MƠN CÁC Q TRÌNH CƠ BẢN TRONG CN VI SINH Đề tài: XYLITOL SẢN XUẤT BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TỒN, LỢI ÍCH SỨC KHỎE VÀ ỨNG DỤNG GVHD: TS Lê lý Thùy Trâm HVTH: Ngô Thị Kim Thương Lê Thị Như Nguyệt Lớp: CNTPK 29 Đà Nẵng, tháng 11 năm 2015 XYLITOL SẢN XUẤT BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐÁNH GIÁ ĐỘ AN TỒN, LỢI ÍCH SỨC KHỎE VÀ ỨNG DỤNG • TĨM TẮT Xylitol loại đường Pentose có loại trái cây, rau (Mận, dâu tay, sup lơ, bí ngơ) Xylitol sản xuất phương pháp hóa học phương pháp cơng nghệ sinh học Tuy nhiên sản xuất theo phương pháp hóa học tốn kém, trình sản xuất trãi qua nhiều công đoạn để tinh sản phẩm; sản xuất Xylitol theo phương pháp sinh học sử dụng sản phẩm phế thải nơng nghiệp lâm nghiệp có hiệu kinh tế cao thông qua việc giảm lượng cần thiết trình sản xuất Tiền chất Xylitol thủy phân từ sinh khối từ nông sản hóa chất enzym thủy phân chuyển thành xylitol enzym chuyển đổi Thủy phân môi trường acid thường hay sử dụng chất ức chế tạo thủy phân hóa học ảnh hưởng đến q trình lên men làm giảm hàm lượng xylitol thu Vì cần khắc phục nhược điểm Sản xuất xylitol công nghệ sinh học sử dụng vi khuẩn Candida, loài vi khuẩn chịu ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, pH, thời gian, nguồn nito nồng độ nấm men Xylitol ứng dụng nhiều ngành cơng nghiệp thực phẩm dược phẩm Xylitol có chức chất làm ngọt, có tác dụng prebiotic nên có khả làm giảm mở máu, tryglicerid cholesterol Đánh giá mô tả phát triển nghiên cứu gần liên quan đến việc sản xuất xylitol công nghệ sinh học từ phế thải ngành nơng nghiệp, vấn đề an tồn, lợi ích sức khỏe ứng dụng xylitol Giới thiệu Xylitol Xylitol hợp chất hữu rượu đường (đường lên men) có sẵn tự nhiên, khác với chất làm khác sorbitol, đường glucose phân tử xylitol có năm, thay sáu nguyên tử bon, nhóm OH, cơng thức (CHOH)3 (CH2OH)2 Hình Cấu trúc Xylitol Xylirol tìm thấy với hàm lượng thấp loại mận, dâu tây, mâm xôi, loại rau súp lơ, bí ngơ, rau bina Bảng Xylitol sản xuất dựa trình thủy phân xylose xúc tác niken, nhiên trình địi hỏi nhiều lượng nhiều chi phí Vi vậy, nghiên cứu q trình sản xuất xylitol theo phương pháp công nghệ sinh học loại nấm men từ chi Candida thay cho q trình sản xuất phương pháp hóa học Hiên nay, thị trường xylitol giới chiếm từ 20-40 ngàn xylitol, mang lại giá trị kinh tế cao từ 90-340 triệu đôla năm (Van Wyk, 2001; Granstrom et al., 2007 a, b; Prakasham et al., 2009) Xylitol ứng dụng ngành cơng nghiệp: thực phẩm (trong loại bánh kẹo dùng cho chế độ ăn uống đặc biệt), nha khoa dược phẩm (kem đánh răng, chống viêm tai giữa, viêm đường hô hấp, làm chất tạo syro, thuốc bổ, vitamin (Prakasham et al., 2009) Tuy nhiên xylitol dùng phổ biến việc phòng ngừa sâu xylitol có tác dụng ức chế phát triển VSV gây sâu (Yoshitake et al., 1971; Hyvonen et al., 1982; Makinen, 2000a, b) Bên cạnh đó, xylitol cịn dùng bệnh nhân bị tiểu đường điều trị bệnh tăng đường huyết trao đổi chất xylitol không phụ thuộc vào isullin (Yoshitake et al., 1971), dùng thực phẩm chức loại chất xơ khơng hịa tan (Prakasham et al., 2009) Giải pháp lựa chọn thay trình sản xuất xylitol phương pháp hóa học nhiều tốn sản xuất xyliyol cách xử lý chất thải ngành nông nghiệp để tạo sản phẩm chủng vi sinh vật trình lên men Thủy phân môi trường acid thường hay sử dụng chất ức chế tạo thủy phân hóa học ảnh hưởng đến q trình lên men làm giảm hàm lượng xylitol thu Vì cần khắc phục nhược điểm Sản xuất xylitol công nghệ sinh học sử dụng vi khuẩn Candida, loài vi khuẩn chịu ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ, pH, thời gian, nguồn nito nồng độ nấm men Tính chất Xylitol Xylitol tự nhiên loại đường rượu pentose thường dùng chất tự nhiên nhà khoa học Pháp Đức tổng hợp từ năm 1891 Nó có mặt loại trái rau với hàm lượng thấp Xylitol có độ tương đương với đường sucrose, lượng 1/3 so với đường sucrose thường dùng để thay đường mía Xylitol sản phẩm trung gian trình chuyển hóa carbohydrate thể người động vật Mỗi ngày thể người lớn sinh từ 5-10 g xylitol (Pepper and Olinger, 1988) Bảng Sản xuất sinh học từ nguồn sinh khối Lignocellulosic Trong sản xuất xylitol thường dùng nguồn phế liệu nơng nghiệp lâm nghiệp có thành phần lignocellulose Đó nguồn nguyên liệu dồi dào, giúp cho việc tái sử dụng nguồn phế liệu cách hiệu Nguồn lignocellulose có chất cellulose (34-50%), hemicellulose (19-34%), lignin (11-30%) hàm lượng chất pectin, protein Các thành phần có hàm lượng khác phụ thuộc vào loại thực vật, thời gian điều kiện sinh trưởng Mạch dị thể lignocellulose hemicellulose gồm pentoses (xylose, arabinose), hexoses (mannose, glucose, galactose) đường acid Thành phần để sản xuất xylitol hợp chất xylan, có nhiều hemicelluloses (Bobleter, 1994) Không giống cellulose, hemicellulose không đồng mặt hóa học Xylan loại hemixenluloza phổ biến tự nhiên polime sinh học phổ biến thứ hai, đứng sau cellulose, có liên kết 1, 4-β-D-xylopyranose (Xylan loại polisaccarit bao hàm đơn phân xyloza (một loại đường pentoza), cụ thể loại β-D-xyloza nối với nhau) Ngồi xylose, xylan chứa arabinose, acid glucuronic 4-Omethyl ether, acetic acid, ferulic acid p-coumaric acids (Eda et al., 1976) Xylans từ nguồn khác nhau, chẳng hạn cỏ, ngũ cốc, loại gỗ mềm gỗ cứng khác nhau, xylan gỗ Birchwood chứa 89,3% xylose, arabinose 1%, glucose 1,4% 8,3% axit anhydrouronic (Kormelink Voragen, 1993), xylan cám gạo chứa 46% xylose, arabinose 44,9%, galactose 6,1%, glucose 1,9% 1,1% axit anhydrouronic (Shibuya Iwasaki, 1985) xylan bột mì arabino chứa 65,8% xylose, 33,5% arabinose, 0,1% mannose, galactose 0,1% 0,3% glucose (Gruppen et al., 1992) Xylan xơ bắp heteroxylans phức tạp với liên kết β (1, 4) -xylose (Saha Bothast, 1999) Nó chứa 48-54% xylose, arabinose 33-35%, 5-11% galactose, 3-6% glucuronic axit (Doner Hicks, 1997) Một loạt sinh khối thực vật khác đánh nguồn nguyên liệu dồi xylan như: bã mía (Carvalho et al, 2005; Sreenivas et al, 2006; Branco etal., 2011), bạch đàn (Villarreal et al, 2006), hạt nẩy mầm (Mussatto Roberto, 2004 Carvalheiro et al., 2005), lá, cành ôliu (Romero et al., 2007), vỏ đậu tương (Schirmer-Michel etal., 2008), sợi dầu cọ (Rahman et al., 2007), rơm rạ (Liaw et al., 2008), vỏ chuối (Ahmad, 2010), vỏ đậu phộng, thân yến mạch (Mushtaq, 2011) trấu, cà phê (Arrizonet al., 2011) Đây chất hữu tự nhiên có ý nghĩa lớn phát triển bền vững việc thay vật liệu phi hữu cơ, tái sử dụng nguồn phế liệu cách hiệu (Van Wyk, 2001; Granstrom et al, 2007 a, b; Prakasham et al., 2009) Tiền xử lý nguồn sinh khối Lignocellulosic Tiền xử lý nguồn sinh khối Lignocellulosic đóng vai trị quan trọng q trình sản xuất, gồm chất cellulose, hemicelluloses lignin (Carvalheiro et al, 2008.) Trong điều kiện bình thường nguồn sinh khối Lignocellulosic có độ ổn định đáng kể khó chuyển thành loại đường đơn Vì vậy, cần xử lý để làm thay đổi kết cấu, loại bỏ lignin tăng diện tích bề mặt tiếp xúc để thuận lợi cho trình lên men Tuy nhiên, hiệu suất tiền xử lý phụ thuộc vào lựa chọn nguồn sinh khối Lignocellulosic thành phần, thời gian, nhiệt độ hóa chất sử dụng để xử lý (Iranmahboob et al., 2002) 4.1 Các phương pháp xử lý Thủy phân phương pháp hóa học đơn giản nhanh chóng cho q trình thủy phân, nhiên phương pháp với sinh khối khác điều kiện thủy phân khác phụ thuộc tác nhân hóa học loại, nồng độ, nhiệt độ thời gian thủy phân (Sun Cheng, 2002) - Hóa học: Sử dụng axit đậm đặc: axit nitric, axit hydrochloric (Herrera et al., 2004) axit phosphoric (Goldstein Phục Sinh, 1992), axit pha loãng (Saha Bothast,1999): thủy phân nhiệt độ cao áp suất cao - Kiềm hóa (Koullas et al., 1993), SO2 (Clark Mackie, 1987) hydrogen peroxide (Gould, 1984), ướt oxy hóa (Schmidt Thomsen, 1998), vơi (Karr Holtzaple, 2000), chất lỏng nước nóng (Laser et al., 2002), - Phương pháp dung môi hữu - Thủy phân enzym: Là phương pháp thủy phân thay phương pháp hóa học, hiệu suất thủy phân phụ thuộc vào khả tiếp cận tới enzyme sinh khối, cấu trúc Lignocellulosic, chất xúc tác, nồng độ enzym, thời gian thủy phân, loại sinh khối, phương pháp tiền xử lý, hợp chất tạo trình tiền xử lý (Zhu et al, 2008.) 4.2 Các thành phần sinh khối thủy phân (BH) Sản phẩm trình thủy phân: glucose (chủ yếu từ cellulose hemicellulose), xylose, mannose, galactose acid acetic (từ hemicellolose) hợp chất phenolic (từ lignin) sản phẩm trình thủy phân Ngồi cịn thu loại đường rượu có chứa furfural, hợp chất phenolic furfural hydroxymethyle béo axit thủy phân hóa học, hợp chất thơm, hợp chất khác loại nhựa có tính axit, tanin, terpene, axit palmitic, vanillic, syringic, caproic, caprylic pelargonic q trình thủy phân hóa học hóa học (Mussatto Roberto, 2004; Bower et al, 2008) 5 Ảnh hưởng chất ức chế trình chuyển đổi thành xylitol Giai đoạn thủy phân nguồn sinh khối: hợp chất Furfurals, acid acetic hợp chất phenolic sinh giai đoạn chất ức chế tăng trưởng vi sinh vật biến đổi sinh học trình sản xuất (Mussatto Roberto, 2004); Tuy nhiên, nồng độ hợp chất ức chế lên men vi sinh vật phụ thuộc vào nguyên liệu điều kiện hoạt động Độc tính vi sinh vật bị ảnh hưởng thông số trình lên men điều kiện sinh lý vi sinh vật phát triển, pH môi trường nồng độ oxy hòa tan (Mussatto and Roberto, 2004) Sự phân giải lignin tạo sản phẩm bao gồm chất thơm, polyaromatic, phenolic aldehydic gây tác dụng ức chế tăng trưởng vi sinh vật cách tích hợp vào màng sinh học ảnh hưởng đến tính thấm màng Các hợp chất phenolic có nồng độ 0.1g / L ảnh hưởng đến q trình chuyển hóa xylose, phát triển tế bào tổng hợp xylitol chủng mem C guilliermondii (Villa et al., 1998) Axit axetic ảnh hưởng đến việc giảm pH môi trường làm chết tế bào Tuy nhiên, nồng độ acid acetic thấp 1.0g / L môi trường lên men làm tăng khả chuyển hóa xylose thành xylitol (Felipe et al., 1995) khuếch tán xylitol nội bào q trình chuyển hóa xylose axit axetic tác dụng hạn chế màng tế bào Kim loại nặng (sắt, crom, niken đồng) sinh trình thủy phân chủ yếu từ ăn mòn thiết bị làm ức chế trao đổi chất enzyme (Prakasham et al., 1999) Cách loại bỏ tác nhân gây ức chế Mục đích: để loại bỏ chất ức chế tăng trưởng vi khuẩn, sử dụng phương pháp gồm vật lý, hóa học sinh học Hiệu quy trình loại bỏ phụ thuộc vào nguyên liệu, loại q trình thủy phân, hóa chất, thành phần môi trường vi sinh vật sử dụng (Sreenivas et al., 2006): (i) sử dụng trình thủy phân bioconversion thân thiện; (ii) khử chất ức chế dịch thủy phân trước sử dụng cho lên men; (iii) sử dụng vi sinh vật có khả kháng chất ức chế; (iv) chuyển đổi chất gây độc hại thành chất không độc hại Hoặc sử dụng chủng vi khuẩn trao đổi chất mà chịu đựng chất ức chế (Taherzadeh et al., 2000) 6.1 Phương pháp vật lý: - Dùng cách cho bay chân không chất dễ bay acid acetic, furfural, hydroxymethylefurfural (HMF) vanillin Bằng cách này, 90% hợp chất ức chế lấy thủy phân cellulose từ nguồn gỗ, rơm rạ bã mía (Mussantto Roberto, 2004) Tuy nhiên, trình làm tăng nồng độ chất ức chế không dễ bay làm giảm khối lượng thủy phân (Larsson et al., 1999) - Dùng than hoạt tính, vơi, trung hòa, loại nhựa trao đổi ion dung mơi hữu làm giảm tính chất ion hóa hợp chất ức chế - Điều chỉnh pH: phương pháp thường sử dụng có hiệu Ca(OH)2 H2SO4 thường sử dụng để thủy phân hemicellulosic để loại bỏ phenolic, xeton, furfurals hydroxymethylefurfural (Nilvebrant et al, 2001; Sreenivas et al, 2006) - Than hoạt tính: hấp thụ axit béo tự do, n-hexane, bột màu sản phẩm oxy hóa khác (Rebeiro et al, 2001, Sreenivas et al, 2006) Hiệu sử dụng than hoạt tính phụ thuộc vào yếu tố pH, nhiệt độ, thời gian tiếp xúc tỷ lệ chất lỏng rắn PH có tính axit có lợi việc loại bỏ phân tử phenol trung tính, pH kiềm loại bỏ bazơ hữu cơ, nhiệt độ cao thời gian xử lý làm tăng hiệu xử lý (Moreira et al., 2000) Phương pháp có chi phí thấp hiệu suất cao - Nhựa trao đổi anion: loại bỏ tỷ lệ chất ức chế trình lên men furfural (73%), axit axetic (96%), HMF (70%) hợp chất phenolic (91%), nhựa trao đổi cation: loại bỏ andehit axit béo (Mussato Roberto, 2004; Sreenivas et al, 2006) 6.2 Phương pháp sinh học: Sử dụng enzyme vi sinh vật, Laccases peroxit thường sử dụng (Mussato Roberto, 2004) Theo Schneider (1996) báo cáo nấm men S cerevisiae đột biến loại bỏ 90% acid acetic thủy phân thủy phân cellulose gỗ, C tropicalis dùng để thủy phân cellulose từ rơm lúa bắp ngô (Sreenivas et al (2006) Silva and Roberto (2001)) 6.3 Phương pháp kết hợp sinh học hóa học Phương pháp thực điều chỉnh độ pH than hoạt tính nhựa trao đổi ion để ổn định điều kiện mơi trường thích ứng với chủng vi sinh vật tăng hiệu trình thuỷ phân lên men Sản xuất xylitol cơng nghệ sinh học Hình Qui trình sản xuất Xylitol vi sinh vật - Giai đoạn thủy phân hemicellulosic: nhiệt độ 80-140°C hydro, áp suất lên tới 50 atm, chất xúc tác: Raney niken Khoảng 50-60% xylose chuyển đổi thành xylitol, lọc tách bước chi phí hiệu (Nigam Singh, 1995) Giai đoạn lên men: Bước q trình chuyển hóa Dxylose việc vận chuyển đường qua màng tế bào Một bên tế bào nấm men, D-xylose giảm xuống thành xylitol NADH- (hoặc NADPH) phụ thuộc vào enzym xylose reductase Xylitol chiết từ tế bào bị oxy hóa đến xylulose NAD- (hoặc NADP-) phụ thuộc vào emzym xylitol dehydrogenase Hai phản ứng coi hạn chế trình lên men D-xylose Q trình phosphor hóa xylulose thành xylulose 5-phosphate xúc tác xylulokinase, điều kiện tiên cho việc chuyển hóa chất qua đường trao đổi chất trung tâm (Nicklin et al., 1999) D-xylose sử dụng cho việc hô hấp tế bào tăng trưởng sinh khối điều kiện hiếu khí điều kiện hạn chế oxy, xylitol sản xuất nấm men Một số nấm men nấm sợi có enzyme xylose reductase dùng sản xuất xylitol, nấm men Candida bao gồm pelliculosa, Candida boidinii, Candida guilliermondii, Candida tropicalis (Saha Bothast, 1997) Hình Con đường chuyển hóa xylose vi sinh vật Vai trò nấm men Candida trình trao đổi chất Sử dụng nấm Candida cho sản xuất xylitol theo đường pentose phosphate (PPP) phát triển nguồn chất nguồn lượng xylose Giai đoạn oxy hóa chu trình PPP tạo phốt phát pentose phosphate từ hexose cung cấp NADPH cho chu trình tổng hợp xylitol Dùng nấm nấm Candida cho sản xuất xylitol có hiệu cao Candida khả phân giải xylose tổng hợp xylitol khả năng, nồng độ chất ức chế ankan axit béo bị suy giảm trình thủy phân tạo điều kiện thuận lợi trình sản xuất (Granstorm et al, 2001; Sreenivas et al., 2006) Candida tropicalis tối ưu hóa độ pH nồng độ axit axetic cho trình chuyển đổi sinh học hemicellulose từ lõi ngơ để tạo thành xylitol (Cheng et al (2009) Sản xuất xylitol lõi ngơ sau nấm Candida tropicalis W103: luộc, thủy phân lõi ngơ axit, tối ưu hóa độ pH nồng độ axit axetic cách điều chỉnh pH đến trước lên men Dưới điều kiện tối ưu, 72h lên men, nồng độ 68,4 g/l xylitol, thu 0.7 g xylitol, sản lượng 0.95 g /l/h Nấm Candida tropicalis NBRC 0618 dùng lên men hỗn hợp Dglucose D-xylose: Môi trường nuôi cấy nhân tạo sử dụng tất thí nghiệm, với nồng độ chất ban đầu 25 g L-1, độ pH =5.0 nhiệt độ 30 ° C thu suất cao sử dụng tỷ lệ D-xylose cao Sanches et al (2008) Có thể sử dụng chủng nấm men s ceriavisae, magnolia and C tropicalis sản xuất xylitol có sinh khối từ bã mía, cà phê vỏ Agava Tequila bã mía chủng C tropiclis xem tốt cho trình sản xuất xylitol Arrizon et al (2011) Các yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất xylitol sinh học Ảnh hưởng pH: pH ức chế tăng trưởng vi sinh vật xảy xảy điện li axit axetic (Fond et al., 1985) pH môi trường thấp axit xâm nhập vào tế bào dẫn đến q trình axit hóa tế bào chất bên tế bào tế bào chết Tuy nhiên, tăng pH, điện li axit axetic giảm xuống PH tối ưu cho loài Candida 4,5-7(Ghindea et al., 2010), tăng dần pH từ 4,5 đến 6.0 tăng hiệu suất thu hồi xylitol (Cheng et al (2009)) Ảnh hưởng nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho sản xuất xylitol C tropicalis 30°C - Nấm men nuôi cấy nhiệt độ từ 30 ° C đến 37 ° C sản lượng sản xuất xylitol không phụ thuộc vào nhiệt độ; Nếu nuôi cấy nhiệt độ 37 ° C, suất giảm đáng kể (Silva Afshar, 1994; Ghindea et al , 2010) Điều tăng nhiệt độ dẫn đến mát hoạt tính NADPH NADH q trình khử xylose (Slininger et al., 1987) Ảnh hưởng nguồn Nito: Loại nồng độ nguồn nitơ môi trường ảnh hưởng đến sản xuất xylitol vi sinh vật Trong số nguồn nitơ, chiết xuất nấm men urê chất dinh dưỡng ưa thích loại nấm men dùng sản xuất xylitol (Ghindea et al., 2010) gồm: glycine, aspargine, urê, cao nấm men, (NH4) 2SO4, NH4NO3, NaNO3, NH4Cl, NH4H2PO4 dùng chủng nấm men đột biến Candida sp L-102 để đạt 100g /lxylitol cần sử dụng 114 g /l xylose g /l urê (Lu et al (1995)) Ảnh hưởng nồng độ nấm men Chiết xuất nấm men chất dinh dưỡng quan trọng để sản xuất xylitol, cung cấp tất loại vitamin cần thiết cho tăng trưởng vi sinh vật Winkelhausen et al (1998) cho biết tỷ lệ thu nhận xylitol tăng lên sử dụng 20 g /l chiết xuất nấm men chủng C tropicalis DSM 7524, Da Silva Afshar (1994) nhận thấy hiệu ứng ức chế nồng độ nấm men cao 15 g /L Barbosa et al (1990) cho thấy hàm lượng xylitol cao môi trương chứa nhiều 5g /l chiết xuất nấm men 10 Thu hồi Xylitol từ dịch lên men Các tạp chất có dịch chiết lên men có chứa chất dinh dưỡng cịn lại từ q trình lên men gồm mạch polypeptide, chiết xuất nấm men, bột màu, muối vô Thu hồi nồng độ pha loãng xylitol từ hỗn hợp phức tạp thách thức lớn, tạp chất dịch lên men chiết xuất nấm men gồm axit amin, peptide, oligopeptide protein Các phương pháp thu hồi xylitol: - Nhựa trao đổi ion: Gurgel et al (1995) cho biết sử dụng hai loại nhựa trao đổi anion cation để làm xylitol dịch chiết lên men từ mía, hai có lực mạnh mẽ, kết thu hồi 45-60% sản phẩm - Than hoạt tính: Xylitol sản xuất từ dịch thủy phân hemicellulosic từ bã mía nấm C guilermondii FTI 20.037 Phương pháp thu hồi xylitol than hoạt tính cho kết tốt sử dụng nhựa trao đổi ion Các điều kiện tối ưu cho trình tinh sạch: thêm 25g than 100ml dịch chiết lên men 80◦C 60 phút với pH =6.0 Dùng than than tính ứng dụng dịch chiết có màu hiệu suất tốt tinh thể có mặt dung dịch nhớt có màu (Gurgel et al., 1995) - Phương pháp sắc ký: dùng sắc ký hấp phụ, trao đổi ion, sắc ký lọc gel, lực để tinh chế sản phẩm 11 Ứng dụng xylitol 11.1 Trong thực phẩm bánh kẹo Ngành công nghiệp thực phẩm sử dụng xylitol công thức nấu ăn sản phẩm thực phẩm để cải thiện thời gian sử dụng, màu sắc hương vị thực phẩm Nó khơng làm giảm giá trị dinh dưỡng protein khơng trải qua phản ứng Millard Nó sử dụng riêng biệt hay kết hợp với sản phẩm thay đường khác việc sản xuất sô cô la không đường, kẹo cao su, kẹo cứng, sô cô la, pastilles đồ khác cho bệnh nhân tiểu đường Kẹo pectin thạch sản xuất với kết hợp xylitol thủy phân tinh bột Ứng dụng hàng đầu giới xylitol sản xuất kẹo cao su khơng đường, cung cấp nhanh chóng vị ngọt, hương vị tác dụng làm mát nhanh Do thuộc tính khơ nhanh nên xylitol thường sử dụng cho hình thức áo đường kẹo cao su Mặc dù xylitol sử dụng sản xuất kẹo cao su, chocolate, kẹo, kem loại đồ khác, nhiên số sản phẩm dung xylitol thay đường để tối ưu hóa vị ngọt, kết cấu tăng thời hạn sử dụng 11.2 Sản phẩm bánh mì Các hương vị nướng đặc trưng kết loạt phản ứng hóa nâu không enzym tùy thuộc vào diện nhóm keto hay nhóm Aldo Vì việc bổ sung xylitol sản phẩm bánh mì tạo hương vị đặc trưng màu sắc nướng Winkelhausen et al (2007) nghiên cứu khả sử dụng xylitol làm chất tạo lượng thấp bánh nướng, so sánh bánh Cookies làm với 100% đường xylitol với bánh Cookies làm từ glucose sucrose Thời gian lưu trữ từ 1-2 tuần cho thấy khơng có ảnh hưởng đáng kể đến kết cấu hương vị bánh Tuy nhiên, bảo quản tháng cho thấy tác động đáng kể đến kết cấu hương vị bánh cookies Bánh làm với sucrose cho thấy ý sau bảo quản tháng, bánh giịn mềm Bánh có chứa 50% xylitol cho thấy hương vị, màu sắc, kết cấu có giá trị cảm quan tối đa; Do xylitol thay lên đến 50% sản phẩm, bổ sung hàm lượng xylitol cao màu sắc kết cấu bánh trở nên cứng 11.3 Ngành cơng nghiệp dược phẩm Xylitol sử dụng tá dược chất tạo nhiều chế phẩm dược Xi-rô ho, thuốc bổ, vitamin chế phẩm làm từ xylitol không bị lên men không bị hỏng nấm mốc Lý xylitol trơ mặt hóa học, khơng trải qua phản ứng Maillard phản ứng với tá dược thành phần hoạt động dược phẩm khác Dược phẩm làm từ Xylitol dùng cho trẻ em vào ban đêm sau đánh khơng có hại cho Trong kem đánh răng, thay phần hoàn toàn sorbitol chất giữ ẩm, vị xylitol lớn nên cải thiện hương vị kem đánh (Pepper Olinger, 1988) Cũng có chứng việc sử dụng kem đánh chứa xylitol giảm vi khuẩn Streptococcus nước bọt (Svanberg Birkhed, 1995) Do hiệu ứng tổng thể tốt cho sức khỏe miệng, xylitol dùng sản phẩm chăm sóc miệng khác, nước súc miệng nước bọt nhân tạo (Featherstone et al., 1982) 11.4 Lợi ích sức khỏe xylitol Xylitol chuyển hóa độc lập với insulin thay đường nên chất làm thích hợp cho bệnh nhân tiểu đường tăng hàm lượng glucose insulin máu Ngồi ra, xylitol cịn sử dụng trường hợp sau chấn thương sau phẫu thuật khả sử dụng glucose bị ức chế (Forster, 1974) Xylitol vơ hiệu hóa rối loạn dị hóa sử dụng thường xuyên chế độ ăn kiêng để hạn chế béo phì (Parajo et al.,1998) Xylitol sử dụng để làm chất dinh dưỡng cho dịch truyền (Beutler, 1984) chất trơ amin axit Nó sử dụng điều trị rối loạn chuyển hóa lipid (Aguirre-Zero et al., 1993 Manz et al., 1973) Các nhà nghiên cứu cho thấy độ prebiotic tự nhiên xylitol có chức cải thiện sức khỏe 11.5 Chức xylitol tiêu hóa Phần lớn nghiên cứu thực tính chất kháng xylitol vi khuẩn đường miệng tính chất chống sâu xylitol Nghiên cứu kết luận hấp thu xylitol dày đường tiêu hóa khơng hồn tồn, 20-30% so với glucose Các xylitol hấp thụ qua đường ruột khơng tích cực (Wang Văn EYS, 1981) Một nghiên cứu thực Asano Takashi et al (1973) báo cáo hấp thụ xylitol khác sau 3-4 ăn 49-95 Tuy nhiên nhà nghiên cứu khác kết luận thích nghi xảy theo thời gian, coi biến đổi vi sinh đường ruột (Wang Văn EYS, 1981) Một yếu tố khác ảnh hưởng đến hấp thụ xylitol dày rỗng Salminen et al (1984) cho biết hấp thụ xylitol nâng cao với tỷ lệ dày rỗng hơn.Vì vậy, xylitol kết hợp chế độ ăn uống có số thay đổi hấp thụ xylitol đường tiêu hóa Xylitol khơng bị hấp thụ q trình chuyển hóa khơng cần insulin cho hấp thu gan, nơi chuyển đổi thành glucose, acid L-lactic, glycogen điều kiện bệnh lý Sau hấp thụ xylitol máu, hấp thu xylitol gan độc lập với insulin làm tăng đường huyết, insulin glucagon Xylitol chuyển hóa gan từ 50-80%, 20% cịn lại xylitol chuyển hóa phổi, thận, cửa hàng chất béo, hồng cầu, tim (Wang Văn EYS, 1981) Bằng đường chuyển hóa carbohydrate thể sản phẩm q trình chuyển hóa xylitol carbon dioxide nước (Makinen, 2004) Hai loại enzym khác có liên quan đến trao đổi chất xylitol Đó enzyme oxi hóa đặc hiệu NAD- polyol dehydrogenase khơng liên kết (EC 1.1.1.10) enzyme liên kết đặc hiệu NADP-dehydrogenase (EC 1.1.9) Năng suất trao đổi chất 4,06 kcal /g tạo 35 mol ATP, thấp so với glucose 38 mol (Wang Văn EYS, 1981) Xylitol hấp thụ sử dụng vi sinh đường ruột xa phần ruột Các sản phẩm cuối trình lên men vi khuẩn xylitol chủ yếu chuỗi ngắn dễ bay axit béo, bên cạnh đó, lượng nhỏ chất khí (H2, CH4 Và CO2) (Cummings et al 1981,; Grimble,1989) Những sản phẩm cuối hấp thụ ruột (Ruppin et al., 1980) Butyrate acetate hiệu hấp thụ gan sử dụng ty thể để sản xuất acetyl-CoA Propionate chuyển hóa gan sản xuất propionyl-CoA (Skutch et al, 1979; Cummings et al, 1987) 11.6 Vấn đề an tồn Xylitol Độc tính Xylitol thấp tất đường dùng Các xét nghiệm thông thường phịng thí nghiệm phơi thai độc tính sinh sản mang lại kết tiêu cực (WHO / FAO, 1977; WHO / FAO, 1978; Bar, 1985) FDA chấp thuận xylitol làm phụ gia cho thực phẩm (21CFR172.395) vào năm 1986 tuyên bố sử dụng an toàn cho người FAO / WHO Uỷ ban chuyên gia phụ gia thực phẩm đề nghị ADI không giới hạn cho xylitol đề nghị nghiên cứu độc tính bổ sung cần thiết Nó an tồn để sử dụng thực phẩm, dược phẩm sản phẩm chăm sóc sức khỏe miệng, đăng ký 35 quốc gia (Grizard Barthomeuf, 1999) Phù hợp cho người bị tiểu đường Glucose cấp Xylitol khơng vận chuyển tích cực qua đường ruột không cần insulin cho hấp thu gan; đó, mang lại số đường huyết thấp Chậm không đầy đủ hấp thụ đường tiêu hóa dẫn đến tác dụng glucose máu Xylitol coi chất làm lý tưởng thay cho bệnh nhân tiểu đường, việc kiểm soát đường huyết, mức độ lipid kiểm soát cân nặng ba mục tiêu quan trọng quản lý bệnh tiểu đường Ngồi từ hiệu Glucose máu, cung cấp lượng calo thấp số lợi ích sức khỏe khác Trong nghiên cứu tiến hành bệnh nhân tiểu đường, quan sát thấy việc bổ sung xylitol chế độ ăn lên đến mức 30-60g / ngày dẫn đến khơng có tác dụng có hại bệnh nhân tiểu đường, đặc biệt liên quan đến chất béo carbohydrate trao đổi chất (Yamagata et al., 1969) Ban đầu coi thiếu xylitol phản ứng insulin không rõ ràng ăn kèm với bữa ăn phức tạp Để xác minh giả thuyết, nghiên cứu tiến hành sử dụng 30g xylitol 30g sucrose để thay tinh bột bữa ăn chuẩn hóa phần chế độ ăn uống bệnh tiểu đường Kết công bố rõ ràng xylitol làm giảm lượng glucose insulin máu phản ứng so với sucrose bối cảnh bữa ăn phức tạp (Hassinger et al., 1981) Xylitol thử nghiệm chuột bị tiểu đường để phục hồi chức glycolytic chuột tăng tổng hợp glycogen Nghiên cứu Schricker et al (1995) kết luận việc sử dụng xylitol ngăn glucose máu nồng độ cao giải phóng axit béo tự giai đoạn cấp tính sau chấn thương nhiễm trùng huyết Natah et al.(1997) báo cáo gia tăng q trình oxy hóa carbohydrate với xylitol phần tư mà gây glucose (Hamber Almdal, 1996) Nghiên cứu kết luận trao đổi chất xylitol dẫn đến tăng lượng nhỏ glucose, insulin phản ứng sinh nhiệt so với glucose Tác dụng máu Lipid (Cholesterol, Triglycerides) Việc sử dụng xylitol thực phẩm làm giảm triglycerides cholesterol Cơ chế tác dụng làm giảm tính chất nhớt chất xơ kết hợp với chế độ ăn uống, giảm cholesterol đường mật ruột gia tăng tiết phân axit mật Giảm cholesterol ảnh hưởng đến hấp thu gan Một nghiên cứu tiến hành chuột có chế độ ăn 10-15% oligosaccharide dẫn đến suy giảm chất béo thể, phospholipidaemia triglyceridaemia (Mazur et al., 1990) 12 Hiệu nghiên cứu Một nghiên cứu tiến hành chuột Fisher nam, cho ăn phần có chứa glucose khơng có có 10% 20% sorbitol xylitol thời gian tám tuần sau thích ứng bốn tuần Đường rượu giảm lượng thức ăn tăng trọng lượng thể Gan glucose-6-dehydrogenase phosphate enzyme malic giảm việc sử dụng rượu đường chế độ ăn uống Những rượu đường có ảnh hưởng đến nồng độ insulin huyết tương đường huyết Triglycerides mức cholesterol giảm với rượu đường Tuy nhiên, xylitol sorbitol tăng plasma phosphatase kiềm Gan ceacum trọng lượng tương đối tăng lên đáng kể với việc bổ sung rượu đường chế độ ăn uống (Ellwood et al, 1999; Mushtaq, 2011) Trong nghiên cứu độc tính cấp tính, dùng cho 20 20 chuột đực nhóm intubations dày ngày khoảng thời gian 14 ngày Mức độ liều đưa 1,25, 2,5, 5,0 10,0 g / kg Các loài động vật nhận 1,25 g xylitol / kg suốt chín ngày nhận 10,0 g xylitol / kg suốt bảy ngày qua Trong nhóm điều khiển, động vật nhận 0, 2.5 5g sucrose / kg động vật / ngày Các động vật bị giết sau hai, năm 14 ngày Tim, lách, gan, thận, dày nặng Các quan hỗng tràng, đại tràng, tuyến tụy não mô học kiểm tra hai năm nhóm ngày điều trị, nhóm điều trị 14 ngày, nghiên cứu thực gan Ngoại trừ giảm nội dung FFA máu tất cấp độ liều xylitol, khơng có tác dụng quan sát nghiên cứu Ngồi ra, khơng có chứng nhiễm độc gan ghi nhận (Truhaut et al., 1977) Trong nghiên cứu khác, thời gian thử nghiệm 13 tuần bốn nhóm tám tám chuột đực Charles River CD có trọng lượng 120-150 g cho ăn 0, 5, 10 20 g chế độ ăn uống xylitol / kg / ngày phân tích glucose máu, nước tiểu huyết học năm đực chuột nhóm thực bốn, tám đến 12 tuần Alkaline Phosphatase, GOT, bilirubin acid uric huyết xác định đến 13 tuần Tiêu thụ thực phẩm thể giảm trọng lượng đặc biệt chuột đực phụ thuộc liều Khơng có thay đổi đáng kể ngoại trừ có tượng tiêu chảy số động vật điều trị Khơng có tổn thương mơ bệnh học liên quan đến cung cấp xylitol ý (Swarm Banziger, 1970) Ảnh hưởng lợi ích Xylitol tăng trưởng Bifidobacteria Lactobacilli Xylitol chất prebiotic mà vi khuẩn lactobacilli bifidobacteria ruột già sử dụng (Kaur Gupta, 2002;Huebner et al., 2007) để làm giảm vi khuẩn có hại (như Clostridium perfringens) vi khuẩn gây bệnh (như Salmonella, Listeria, Escherichia coli, Shigella Clostridium difficile) nhằm bảo vệ chống lại bệnh nhiễm trùng đường ruột ung thư Điều tiết bifidobacteria tạo kháng khuẩn chống lại vi khuẩn E coli, Campylobacter, Salmonella Shigella giảm pH đường ruột (Gibson Wang,1994; De Sousa et al., 2011) PH giảm khuyến khích việc sản xuất chất nhờn tăng cường độ dày nội mạc đại tràng tăng cường lưu lượng máu (Roberfroid Delzenne, 1998;Mushtaq, 2011) Nó cải thiện trao đổi chất glucose, cholesterol lipid Glucose insulin coi yếu tố tổng hợp triglyceride acid béo, điều tiết glucose insulin dẫn đến giảm axit béo, triglycerides chí VLDL tiết gan (Kok et al., 1996) Cơ chế xác SCFAs việc giảm cholesterol chưa rõ Tiêu thụ Xylitol làm giảm tiết nitơ thận tác dụng dạng sợi thuộc tính Nó báo cáo giảm hình thành amoniac sản phẩm cuối khác protein dị hóa làm giảm nguy ung thư ruột kết Nó làm tăng sinh khả dụng thiết yếu khoáng sản, sản xuất axit folic vitamin B1, B6, B12 (Gibson Wang, 1993) Nghiên cứu tiến hành chuột cho thấy chế độ ăn oligosaccharide 5% tăng cường hấp thu canxi magiê 15-30%hấp thụ 20-40% (Morita et al., 1998) Đây coi giảm độ pH SCFA sản xuất, tăng cường khả hịa tan khống sản (Grizard et al., 1999) Một lợi ích khác việc phịng chống tiêu chảy táo bón (Ouwehand et al, 2005; Macfarlane et al., 2006) Gibson et al (1995) báo cáo 1,3 2,0 g cho ăn prebiotic tăng phân ướt trọng lượng / g Krishnan et al (1980a) báo cáo gia tăng tổng số lượng phân quan sát cho ăn chế độ ăn uống có xylitol Tăng sinh khối coi có nhiều lợi ích bối cảnh mùa thu nitơ tiết, viêm loét đại tràng, ung thư, dung nạp glucose (Jenkins et al., 1999) Bên cạnh đó, xylitol coi carbohydrate lên men xảy số chủng quan trọng vi khuẩn Krishnan et al (1980b) báo cáo gia tăng vi khuẩn Gram dương Lactobacillus casei Klebsiella pneumoniae vi sinh vật ceacal chuột với xylitol ghi lại Hơn nữa, phát triển lactobacilli bifidobacteria giảm tăng trưởng tác nhân gây bệnh thông qua cạnh tranh cho môi trường phát triển khu vực kết dính Hai tác nhân gây bệnh hội Albicans Candida Escherichia coli thường diện hệ vi tràng khơng có hại tác dụng nồng độ thấp, có hội để sinh sôi nảy nở, chẳng hạn việc sử dụng thuốc kháng sinh, chúng phát triển gây vấn đề lớn Do đó, việc kiểm sốt tăng trưởng chúng lợi ích lớn Tăng sinh khối C albicans có liên quan với bệnh tiêu chảy, viêm âm đạo, viêm miệng Xylitol có báo cáo chất ức chế có C albicans, kể từ chúng mọc glucose (Vargas et al., 1993) Salminen et al (1985) quan sát thấy giảm số lượng nấm men phân người sau cần liềuxylitol (Salminen et al., 1985) Pizzoferrato (2003) báo cáo giảm độ bám dính C albicans khoang miệng, ngăn chặn xuất bệnh truyền nhiễm bệnh tưa miệng (Pizzoferrato, 2003) Bên cạnh đó, Krishnan et al (1980a) quan sát thấy E coli tiêu thụ xylitol chất chuyển hóa 13 Kết luận Tiềm nguồn nguyên liệu để để sản xuất xylitol chất thải nông nghiệp; hiệu vấn đề an toàn xylitol xem xét để sử dụng loại thực phẩm khác nhau, dược phẩm y tế Xylitol chất làm có nhiệt lượng thấp thu hút ý toàn cầu ứng dụng tiềm khác thực phẩm ngành dược phẩm Xylose chất liệu sử dụng để sản xuất xylitol phương pháp hóa học sinh học Sản xuất phương pháp hóa học có chi phí cao tiêu thụ nhiêu lượng Thủy phân xylan hemicellulosic thành xylose phương pháp hóa học sinh học phụ thuộc vào thông số liên quan đến sinh khối, thủy phân enzyme Thủy phân sinh khối nông nghiệp phương pháp hóa học sinh chất ức chế tăng trưởng vi sinh vật mà cần phải xử lý, để loại bỏ chất ức chế tăng trưởng vi khuẩn, sử dụng phương pháp gồm vật lý, hóa học sinh học Hiệu quy trình loại bỏ phụ thuộc vào ngun liệu, loại q trình thủy phân, hóa chất, thành phần môi trường vi sinh vật sử dụng Tuy nhiên, kết hợp tất phương pháp thích hợp thường sử dụng Nhiều nghiên cứu tiến hành để tìm lồi ví inh vật phân giải xylose kết luận Candida loài tốt việc sản xuất xylitol Sản xuất xylitol vi sinh vật bị ảnh hưởng thông số pH nhiệt độ Xylitol sử dụng sản phẩm thực phẩm ví dụ bánh kẹo, sữa sản phẩm bánh mì Ngồi có tiềm tích hợp loại thuốc khác chẳng hạn xi-rô ho thuốc bổ cho bệnh nhân tiểu đường sức khỏe người nhận thức Khoảng hai phần ba xylitol hấp thụ chuyển hóa vi khuẩn đường ruột có tác dụng prebiotic cách sản xuất SCFAs làm hạ đường huyết, cholesterol triglyceride Do đó, q trình sản xuất xylitol cần tìm hiểu chất vật liệu thủy phân, phương pháp thủy phân, phương pháp loại bỏ tác nhân gây ức chế, môi trường lên men sinh học việc kết hợp xylitol với loại thực phẩm khác Hơn cần nghiên cứu thêm hiệu việc trao đổi chất xylitol vấn đề sức khỏe  ... tuần bốn nhóm tám tám chuột đực Charles River CD có trọng lượng 120-150 g cho ăn 0, 5, 10 20 g chế độ ăn uống xylitol / kg / ngày phân tích glucose máu, nước tiểu huyết học năm đực chuột nhóm thực... sức khỏe 11.5 Chức xylitol tiêu hóa Phần lớn nghiên cứu thực tính chất kháng xylitol vi khuẩn đường miệng tính chất chống sâu xylitol Nghiên cứu kết luận hấp thu xylitol dày đường tiêu hóa khơng... coi chất làm lý tưởng thay cho bệnh nhân tiểu đường, việc kiểm soát đường huyết, mức độ lipid kiểm soát cân nặng ba mục tiêu quan trọng quản lý bệnh tiểu đường Ngoài từ hiệu Glucose máu, cung