Utilizando microorganismos como levaduras y bacterias como "biocatalizadores", la xilosa se convierte en xilitol, un ingrediente alimentario, a través de vías metabólicas. Los procesos típicos incluyen:
Fermentación por lotes: se mezcla una solución de xilosa con un inóculo microbiano y se fermenta a 30-35 grados y pH 5,5-6,5 durante 48-72 horas, produciendo xilitol a una tasa de 0,6-0,8 g/g de xilosa.
Fermentación continua: la producción continua se logra manteniendo la actividad de las células microbianas mediante la adición de una solución de xilosa por lotes, pero esto requiere una mayor inversión en equipos.
Las ventajas de los métodos biológicos incluyen condiciones de reacción suaves, bajo consumo de energía (entre un 30% y un 50% más de eficiencia energética que los métodos químicos) y ausencia de contaminación por metales pesados, lo que se alinea con las tendencias de producción ecológica. Sin embargo, las tasas actuales de conversión del inóculo son relativamente bajas (normalmente por debajo del 70 %) y el ciclo de fermentación es largo, lo que genera costos de producción entre un 20 % y un 30 % más altos que los de los métodos químicos.
Puntos de control clave
Pretratamiento de la materia prima: La hidrólisis de las materias primas alimentarias con xilitol requiere una concentración de ácido controlada (0,5% -1%) y una temperatura (100-120 grados) para evitar una degradación excesiva y la generación de subproductos como el furfural.
Parámetros de hidrogenación catalítica: una presión de hidrógeno demasiado baja provocará una reacción incompleta, mientras que una presión demasiado alta aumentará los costos del equipo; el catalizador necesita activación periódica (p. ej., limpieza con solución alcalina) para mantener su actividad.
Selección de cepas de fermentación: mejorar la tolerancia de la cepa a la xilosa y la tasa de conversión mediante tecnología de edición de genes es una dirección fundamental para la reducción de costos en los procesos biológicos.