Mareczky Zoltán PhD hallgató Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudományi Tanszék
Témavezetők: dr. Réczey Istvánné dr. Barta Zsolt
[email protected]
Eötvös Lóránd Tudományegyetem Környezettudományi Doktori Iskolák Konferenciája
2012.8.30.
Xilit = nyírfacukor
Xilózból keletkező cukoralkohol
Figyelemreméltó tulajdonságokkal rendelkező aldopentóz
Növényvilágban elterjedt
Emberi szervezetben is előfordul (Pentóz-foszfát út)
Több, mint 100 éve fedezték fel
Ipari előállítása 1975-től (Finnország, Svájc)
2
Glikémiás indexe: 7 (szacharóz: 60)
Felszívódó széndhidrát-, és kalóriatartalom kisebb a
glükózénál (40%)
Hasznosulás arány: kb. 50%
Lassabb
felszívódás
átalakulás
és
jóllakottság
Segít megőrizni a megfelelő
vércukorszintet
3
Xilit
Xilulóz Ribulóz (epimeráz)
Glükóz-6-P (EMP út)
A xilit mennyiségi korlátozás nélkül, az alkalmazási céljának megfelelő keretek között biztonságosan alkalmazható
Túlfogyasztás
hasmenést
okozhat
(megnövekedett
ozmolaritás a vastagbélben)
Anyagcsere zavarok, Candida diéta esetén is alkalmazható
4
Cukormentes rágógumik és cukorkák édesítésére használják (legintenzívebb hűsítő hatású cukoralkohol)
Fogkrémekben (fluorid mellett a másik legfontosabb alkotó)
A szájban található baktériumok nem képesek felhasználni (fogak és íny védelme)
Lepedékképződést csökkentő hatás
Fogszuvasodást mérséklő hatás (80%!)
Mérsékli a szájszárazságot
Ásv. anyagok fogzománcba épülése 5
Infúziós oldatok energiahordozójaként is elterjedt
Felső légúti megbetegések esetén (torok és orr nyálkahártyán)
A xilit kulcsszerepet tölthet be a diabetes megelőzésében és kezelésében
Segítségével könnyebb a testsúly kontrollálása
Csökkentheti a veseelégtelenség, a szívbetegség valamint az infarktus kockázatát
6
A xilit előfordul egyes gyümölcsökben és zöldségekben is ezekből kivonni nem gazdaságos
Ipari méretű gyártás xilózból történik (Dansico - nyírfa)
Lehetséges nyersanyagok:
Xilózban gazdag keményfák (nyír, bükk)
Búza, rizs, zab maghéja
Egyes csonthéjasok héja
Kukorica: szár, csutka és rost
Cukornád bagasz
7
A hemicellulózt előkezelés után nagy nyomáson és hőmérsékleten
sósavval
hidrolizálják
monoszacharidokat elválasztják
Keletkezett xilóz feldolgozása:
1.
Kémiai
átalakítás:
a
keletkező
xilóz vegyi
redukció,
Raney-Ni katalizátor, nagy nyomás és hőm. -
drága, körülményes, sok hulladékot termel
2. Fermentáció: számos élesztő és sugárgomba
törzs
8
Bacillus subtilis
Hansenula polymorpha
Candida boidinii
Klyveromyces sp.
Candida guilliermondii
Mycobacterium smegmatis
Candida maltosa
Pachysolen tannophilus
Candida parapsilosis
Petromyces albertensis
Candida pelliculosa
Pichia farinosa
Candida shehatae
Pichia stiptis
Candida tropicalis
Rhodotorula sp.
Corynebacterium sp.
Saccharomyces cerevisiae
Cryptococcus sp.
Trichosporon sp.
Debaryomyces hansenii
Enterobacter liqufaciens
Escerichia coli 9
A xilóz konverzió hatásfokát és a xilit hozamot számos tényező befolyásolja.
A különböző paraméterek egymásra gyakorolt hatása meghatározó a folyamatban.
-
Befolyásoló tényezők: 1. tápközeg összetétele: glükóz csak növekedéshez, ha túl sok, akkor gátol (etanol – élesztő tolerancia max.) Egyes monoszacharidok is gátolhatnak Glicerin és L-Arabinóz jelenléte fontos (xilit!) Legjobb inducer a D-xilóz 10
2. Enzimek: Xilóz
Xilit
Xilulóz
(Xilóz-reduktáz) NADPH (xilit-dehidrogenáz) NAD+
-
3. Levegőztetés: Anaerob körülmények között etanolos erjedés Aerob körülmények alacsony xilit hozam (légzési lánc miatt nagy NAD+ regeneráció) Semi-aerob körülmények ideális
4. pH érték: Optimális 4.5-6.0
5. Hőmérséklet: Optimális 30ºC
6. Kristályosítás: kritikus lépés, xilit kinyerés (aktív szenes
-
-
tisztítás után,1 óra, szobahőmérséklet) 11
A xilóz konverziója xilitté minél nagyobb hozammal, különböző élesztők segítségével, kontrollált körülmények között.
A különböző élesztők hatékonyságának
összehasonlítása segítségével az ideális törzs megtalálása.
A fermentációs rendszer tényezőinek (pH, tápközeg összetétel, levegőztetés) egymásra hatásának feltérképezése és megértése.
Távlati céljaink között szerepel, hogy olyan módszert dolgozzunk ki, mellyel a jelenleginél gazdaságosabbá tehető a nagyipari xilit előállítás. 12
3 Candida törzs – Rázatott lombikos fermentáció 1. 2.
3.
Candida boidinii
Candida parapsilosis
Candida guilliermondii
72 órás előtenyésztés történt
Tápközeg: 52g/L xilóz, 22 g glükóz
pH a fermentáció elején 6.0-ra állítva, közben nincs pH
állítás
Rázatás 125 rpm, hőmérséklet: konst. 30 C, semiaerob 13
14
15
16
A
megfelelő
fermentációs
paraméterek
beállításával
és
szabályozásával számos élesztő gombával képesek vagyunk a növényvilágban
elterjedt
lignocellulózból
származó
xilóz
xilitté történő átalakítására.
Az ideális élesztő törzs megtalálásával és a megfelelő paraméterek
beállításával
a
keletkező
xilit
hozamát
is
maximalizálhatjuk.
További tervek: - Kísérleti terv (C. parapsilosis)
- Optikai denzitás mérése - Fermentor (30 l) 17
18
19
