Door micro-organismen zoals gist en bacteriën als ‘biokatalysatoren’ te gebruiken, wordt xylose via metabolische routes omgezet in xylitol, een voedselingrediënt. Typische processen zijn onder meer:
Batchfermentatie: Een xylose-oplossing wordt gemengd met een microbieel inoculum en gedurende 48-72 uur gefermenteerd bij 30-35 graden en pH 5,5-6,5, wat xylitol oplevert met een snelheid van 0,6-0,8 g/g xylose.
Continue fermentatie: Continue productie wordt bereikt door de microbiële celactiviteit in stand te houden via een gevoede-batchmatige toevoeging van xylose-oplossing, maar dit vereist hogere investeringen in apparatuur.
De voordelen van biologische methoden zijn onder meer milde reactieomstandigheden, een laag energieverbruik (30%-50% energiezuiniger dan chemische methoden) en geen vervuiling door zware metalen, in lijn met groene productietrends. De huidige inoculumconversiepercentages zijn echter relatief laag (doorgaans minder dan 70%) en de fermentatiecyclus is lang, wat resulteert in productiekosten die 20%-30% hoger zijn dan bij chemische methoden.
Belangrijke controlepunten
Voorbehandeling van grondstoffen: Hydrolyse van xylitolvoedselgrondstoffen vereist een gecontroleerde zuurconcentratie (0,5% -1%) en temperatuur (100-120 graden) om overmatige afbraak en de vorming van bijproducten zoals furfural te voorkomen.
Katalytische Hydrogeneringsparameters: Een te lage waterstofdruk zal leiden tot een onvolledige reactie, terwijl een te hoge druk de apparatuurkosten zal verhogen; de katalysator heeft periodieke activering nodig (bijvoorbeeld reinigen met een alkalische oplossing) om zijn activiteit te behouden.
Fermentatie Stamselectie: Het verbeteren van de tolerantie van de stam voor xylose en het conversiepercentage door middel van genbewerkingstechnologie is een kernrichting voor kostenreductie in biologische processen.