Usos y producción de xilitol: un dulce polialcohol

Edgar M. Ledezma-Orozco
Guadalupe C. Rodríguez-Castillejos
Universidad Autónoma de Tamaulipas.
gcastillejos@uat.edu.mx.

Introducción

Los polioles se caracterizan por estar compuestos de varios grupos hidroxilos, dentro de los principales compuestos de este grupo se encuentra el glicerol, sorbitol, manitol, propilengliol, xilitol, polietilenglicol, poliglicerol, y ribitol [1]. Algunos de ellos tienen propiedades endulzantes como el sorbitol, xilitol, lactitol y manitol; y están clasificados como dentro de edulcorantes no nutritivos [1]. El xilitol es un polialcohol de cinco átomos de carbono [3]. Al que se le han encontrado beneficios en la salud humana  y se ha convertido en un edulcorante que ha adquirido gran importancia en la industria alimenticia en Europa, Asia, Estados Unidos, Canadá y actualmente Latino América; además, es ampliamente utilizado en el área farmacéutica y dental [4]. Es utilizado como edulcorante en gomas de mascar, pastillas, dulces y pastas dentales; este poliol tiene un poder endulzante similar al de la sacarosa, pero con un aporte calórico inferior (2.4 Kcal/g para el xilitol y 4.0 Kcal/g para la sacarosa), [5]. Además, su uso en la panificación destaca las propiedades organolépticas sin afectar su sabor [6].  Al contrario de los azúcares convencionales, su metabolismo es independe de la insulina, lo que permite su consumo por personas diabéticas [3,7]. Se ha reportado que puede ser empleado como agente en la prevención de otitis media aguda, osteoporosis e infecciones pulmonares; todo esto debido a la inhibición de enzimas fundamentales para el crecimiento y metabolismo bacteriano [7-9], desórdenes en el metabolismo de lípidos, lesiones renales y parenterales [10]. Además de la industria alimentaria y farmacéutica, es ampliamente utilizado en el área dental  ya que se destaca su poder anti y no cariogénico, razón por la cual el xilitol ha sido ampliamente empleado en productos para higiene bucal y en gomas de mascar. Al no ser utilizado por los microorganismos de la flora bucal (Streptococcus mutans,y Lactobacillus acidophilus) [7,11], se evita la formación de ácidos que atacan el esmalte dental e induce a la remineralizacion de este en los dientes por el aumento de la concentración de los iones calcio y fosfato; revirtiendo de esta manera lesiones recién formadas [8]. Puede ser encontrado de manera natural en pequeñas cantidades en algunas frutas y vegetales [6].  La obtención a gran escala se realiza generalmente  por hidrólisis de los polisacáridos de la madera, de la mazorca del maíz, bagazo de caña, bagazo de agave, eucalipto, paja de arroz, paja de trigo; de estos se obtiene la xilosa la cuales posteriormente convertida a xilitol [12].

Métodos de obtención de xilitol

Método químico

En escala industrial, la producción de xilitol es realizada por la hidrogenación catalítica de la xilosa presente en hidrolizados hemicelulósicos, este método se basa en separar la D-xilosa y reducirla a xilitol por medio de hidrogenación a alta presión (31-40 atm) y temperaturas (100-130°C), usando metales como catalizadores; este proceso requiere varios procesos de purificación de la solución de xilosa, su síntesis química es muy cara, generando poca productividad y el rendimiento máximo es de 50-60% de la xilosa. Esto  provoca la elevación de los precios cerca de diez veces superior al de la sacarosa o del sorbitol; lo cual la hace poco rentable por su alto costo de producción [6]. Alternativamente, la producción de xilitol puede ser realizada por vía biotecnológica mediante el uso de microorganismos, este método puede ser más viable económicamente pues requiere el uso de condiciones más amenas de presión y temperatura, y no necesita de una solución de xilosa pura, ya que la conversión de xilosa a xilitol por microorganismos ocurre directamente a partir del hidrolizado hemicelulósico [13].

Métodos biotecnológicos

Esto se logra mediante un proceso fermentativo, en el que las levaduras son reconocidas como las mejores productoras de xilitol utilizando como sustrato un medio con alto contenido de xilosa [14]. El uso de levaduras modificadas genéticamente como Saccharomyces cerevisiae o Candida sp. se ha considerado como una alternativa para la producción industrial de xilitol. Se han reportado pocos organismos capaces de utilizar la xilosa como fuente de carbono y, por otra parte acumularlo evitando que se transforme en D-xilulosa [6].

Sin embargo, existen varios aspectos que deben optimizarse con el fin de minimizar la producción de costos, en particular los relacionados con la desintoxicación y la suplementación de nutrientes del medio de fermentación, así como la fuente de nitrógeno óptima para la fermentación de una solución de xilosa. Los rendimientos dependen del microorganismo empleado y el origen de la fuente de carbono; la mayoría de los microorganismos asimilan y fermentan más eficientemente la glucosa que la xilosa.  Existen bacterias, levaduras y mohos capaces de asimilar y fermentar xilosa para convertirla en xilitol [15]; se ha reportado un grupo reducido de bacterias que incluyen los géneros Corynebacterium, Enterobacter y Mycobacterium; sin embargo, las cantidades producidas son bajas por lo cual no son viables para utilizarlas a nivel industrial. Por otro lado, las levaduras son las mejores productoras,  se han estudiando principalmente las de género Candida, las cuales reducen la xilosa a xilitol;  y en los últimos años se han estudiado otros géneros como Debaromyces  y Pichia, que también han mostrado  buena asimilación de xilosa [16].

Microorganismos productores de xilitol

Como se mencionó anteriormente bacterias, hongos filamentosos y levaduras pueden asimilar xilosa y convertirla en xilitol [6]. sin embargo, la mayor parte de los estudios que se han realizado se centran en levaduras del género Candida. Las especies que han reportado mayores productividades y rendimiento son: Candida boidinii, Candida guilliermondii, Candida intermedia, Candida maltosa, Candida mogii, Candida parapsilosis, C. tropicalis HXP, C. tropicalis [17]; en lo referente a otros géneros de levaduras, se encuentran Pachysolen tannophilus, Pichia stipitis y Debaryomyces hansenii como los principales productores [18].

Conclusiones

El xilitol es un compuesto químico orgánico de amplia aplicación en distintas industrias, entre ellas la cosmética, dental y alimentaria. Hay dos vías de obtención de este compuesto, uno de ellas es la síntesis química por hidrogenación de xilosa, y la otra, la vía biotecnológica. Esta última ofrece varias ventajas, entre ellas el uso de desechos ricos en hemicelulosa, principalmente productos de desechos de la agroindustria.

Referencias bibliográficas

1. Izquierdo-García, E., Moreno-Villares, J. M., & León-Sanz, M. “Edulcorantes en pacientes con intolerancia hereditaria a la fructosa/Sweeteners in hereditary fructose intolerance patients”.Acta Pediatrica Espanola, 2014, 72(1), 15.
2. Villegas, T. G., & Flores, G. M. “Posibles riesgos para la salud debido al consumo de aspartame”. Enfoque UTE, 2014, 5(2), pp-1.
3. Makinen, K. K. “The rocky road of xylitol to its clinical application”. Journal of Dental Research,2000, 79(6), 1352-1355
4. Alonso, J. R. “Edulcorantes naturales”. La Granja, 2010, 12(2), 3-12.
5. Liu, I. C., & de Ugaz, O. L. “Moléculas que endulzan”. Revista de Química, 2013, 5(2), 141-148.
6. González, J. C., Álvarez, M., & Ornelas L de C, Z. M. “Producción y aplicaciones biotecnológicas del xilitol”. Bio Tecnología, 2011, 15(2).
7. Mäkinen, K. K., Isotupa, K. P., Kivilompolo, T., Mäkinen, P. L., Toivanen, J., & Söderling, E. “Comparison of erythritol and xylitol saliva stimulants in the control of dental plaque and mutans streptococci”.Caries Research, 2001, 35(2), 129-135.
8. Silva, S. S. D., Vitolo, M., Mancilha, I. M., Roberto, I. C., & Felipe, M. D. G. A. “Xilitol: um adoçante alternativo para a indústria de alimentos”. Alimentos e Nutrição Araraquara, 2009, 5(1).
9. Panesso Suescún, E. A., Calle Arroyave, M. C., & Meneses Gómez, E. J. “Xylitol and oral health: uses and possibilities in caries and periodontal disease in populations PEPE”. Universidad y Salud, 2012, 14(2), 205-215.
10. Herazo Camaño, I. C., Ruiz Cárdenas, D., & Arrázola Paternina, G. S. “Utilization of Candida guilliermondii isolated of corozo chiquito (Bactris guineensis) in the production of xylitol”. Revista colombiana de biotecnología, 2011, 13(1), 52-57.
11. Söderling, E., Hirvonen, A., Karjalainen, S., Fontana, M., Catt, D., & Seppä, L. “The effect of xylitol on the composition of the oral flora: a pilot study”. European journal of dentistry, 2011, 5(1), 24.
12. Martínez Rodríguez, C. E. “Evaluación preliminar de la levadura Candida guilliermondii como controlador biológico de Mysus sp en la papaya”. Tesis de Licenciatura. Pontificia Universidad Javeriana. 2010.
13. Granström, T. B., Izumori, K., & Leisola, M. “A rare sugar xylitol. Part II: biotechnological production and future applications of xylitol”.Applied microbiology and biotechnology,2007, 74(2), 273-276.
14. Vílchez, J. S., & Coronado, R. N. “Enzimas microbianas para producir moléculas con potencial uso terapéutico, el caso del xilitol”. Revista médica de Costa Rica y Centroamerica, 2012, 69 (600), 25-29.
15. Ghindea, R., Csutak, O., Stoica, I., Tanase, A. M., & Vassu. “Production of xylitol by yeasts”. Romanian Biotechnological Letters, 2010, 15(3), 5217-5222.
16. Riaño, A. S., Morales, A. G., Hernández, J. M., & Barrero, C. R. “Producción de bioetanol a partir de subproductos agroindustriales lignocelulósicos”. Tumbaga, 2010, 1(5), 61-91.
17. Prakasham, R. S., Rao, R. S., & Hobbs, P. J. “Current trends in biotechnological production of xylitol and future prospects”. Current Trends in Biotechnology and Pharmacy, 2009, 3(1), 8-36.
18. Rafiqul, I. S. M., & Sakinah, A. M. “Processes for the production of xylitol—a review”. Food Reviews International, 2013, 29(2), 127-156.