ALCOHOLES AZÚCARES: XILITOL

Rodolfo Larosa
rodlar@tin.it

Introducción:

A partir de residuos derivados de la actividad agropecuaria es posible obtener, con procedimientos adecuados, productos de alto valor agregado. Estos son entre otros:  el marlo del maíz, el bagazo, la corteza de las frutas secas, todos ellos contienen  pentosanos, a partir de los cuales se puede producir el xilitol, así como también el furfural. En el presente documento se reseñarán las características del xilitol, sus propiedades fisiológicas, sus usos así como el proceso de elaboración a partir de residuos de la actividad agrícola.

Existen otros métodos para la producción del xilitol  pudiendo citarse los siguientes:

1- A través de la llamada ingeniería metabólica [1], mediante nuevas levaduras capaces de metabolizar la xilosa transformándola en xilitol,  el que se acumula en el medio de cultivo del que será luego recuperado.

2- Partiendo del ácido glucónico [2] el procedimiento consiste en la transformación del mismo en arabinosa,  hidrogenación de la misma formándose arabitol, isomerización de este último a una mezcla de pentitoles y posterior separación de los mismos.

3- Empleando como materia prima los licores al sulfito provenientes de la elaboración de pulpa de celulosa. Dichos licores contienen xilosa y ácido xilónico los cuales se separan del material original para ser refinados y mediante posterior hidrogenación se obtiene el xilitol. Patente de Invención de Xyrofin Oy - Finlandia.

Aspectos Generales:

El xilitol es un pentitol que se presenta en la naturaleza en pequeñas cantidades, en las levaduras, hongos, líquenes, en algunas frutas y verduras[3]. Asimismo se forma en el cuerpo humano como un intermedio normal en el metabolismo de la glucosa en cantidades que varían desde los 5 a los 15 g diarios[4]

Administrado por via oral se metaboliza en el ciclo pentosa-fosfato formándose agua y anhídrido carbónico. Es independiente de la insulina.  Posee una baja absorción. Debido a esta característica no se acumula y no alcanza altos valores de concentración en la sangre.

Características físico-químicas[5]:

Fórmula

C5H12O5

Estructura química

Número  CAS

87-99-0

Forma

Sólido cristalino, se presenta en cristales ortorómbicos (p.f.: 93-95°C) o en una forma metaestable como cristales monoclínicos (p.f.: aprox.  61°C)  [6]

Peso Molecular

152,1

Punto de fusión (producto comercial)

92 – 96°C

Estabilidad

Altamente estable en solución y en las condiciones normales de procesamiento de alimentos

Higroscopicidad

Similar a la sacarosa, menos higroscópico que el sorbitol y la fructosa

Aspecto

Cristales blancos

LD50

25,7 g/kg peso corporal

Poder edulcorante relativo (tomando como base la sacarosa = 1, en solución con una concentración igual a 30 g/l a 20°C)

 

sacarosa = 1

d-fructosa = 1,6

d-glucosa = 0,5 – 0,8

d-xilosa = 0,67

maltosa = 0,4 – 0,5

lactosa = 0,3

xilitol = 0,86 – 1,15

maltitol = 0,9

Solubilidad

a 4°C = 122g/100 g de agua

a 20°C = 169 g/100 g de agua

a 40°C = 291 g/100 g de agua

Viscosidad solución 60%

20,68 cp

Densidad solución  60%

1,23 g/cm3

Propiedades fisiológicas:

Es un producto que no produce caries ya que no es metabolizado por los microrganismos que las generan. No siendo un substrato para la placa dental  no produce acidez  en la cavidad bucal. Es más su ingestión puede estabilizar las caries existentes. Esta propiedad favorable de los polioles puros, o sea la no producción de caries, sigue esta escala de valores en modo decreciente: xilitol , isomaltol,  sorbitol, maltitol , manitol.

Dada la gran importancia que el sabor dulce tiene en la vida humana contribuyendo al placer de comer, y como el xilitol no depende de la insulina para su asimilación, se utiliza para preparar alimentos para diabéticos (dulces, jaleas, tortas, chocolates, etc).

El xilitol es un producto bien tolerado. La administración oral en altas dosis, superiores a 30-40 g en una sola vez o 50-100 g/día pueden provocar diarreas temporarias debido al efecto osmótico del poliol. En individuos que ingieren dosis del orden de los 75 g/día la flora intestinal no sufre modificaciones.

El contenido calorífico del xilitol es del orden de los 10 kJ/g[7]. El reducido valor energético se debe a que los polioles son parcialmente absorbidos en el intestino delgado. Así, una gran parte del poliol alcanza el intestino grueso, donde es biológicamente degradado a ácidos grasos, metano y anhídrido carbónico, entre otros productos. Dichos ácidos grasos son parcialmente absorbidos por el intestino grueso entrando en el metaboslismo intermedio.

Por otro lado algunos de los problemas de diarreas y flatulencia, ya indicados, son debidos a la incompleta absorción cuando se ingieren elevadas dosis. La tolerancia depende del modo en el cual se ingiere el xilitol. Dicha tolerancia no es función del peso corporal. Asi en función de experiencias en las cuales niños y adultos ingirieron las mismas cantidades no se verificó una significativa diferencia.

Una característica organoléptica importane es que su ingestión produce una sensación de frescura debido a su alta entalpía positiva de disolución.

Las especificaciones del producto para su empleo en la alimentación humana fueron establecidas por la Comunidad Europea así como por organismos de control norteamericanos[8] .

Producción:

Como se indicara al comienzo del presente documento el proceso utiliza como materia prima desechos agrícolas. Entre ellos se pueden mencionar: marlo del maíz, bagaso, corteza de frutas secas: nueces, almendras, avellanas, paja, cáscara del arroz. Todos ellos son materiales  que contienen pentosanos. Estos son polisacáridos  formados por unidades de pentosas (monosacáridos con 5 átomos de carbono). En la naturaleza los pentosanos muchas veces están asociados con la lignina  y la celulosa.  El contenido de pentosanos de los productos indicados puede variar del 15-25% en base seca.

Por hidrólisis ácida, en condiciones moderadas, se obtienen dichas pentosas siendo  en nuestro caso de interés la D-xilosa. Dicha pentosa  según la materia prima empleada  la acompañan otras pentosas (arabinosa y ribosa).

A continuación se incluye el esquema simplificado  que describe el proceso de fabricación:

 

El ácido a emplear puede ser el ácido sulfúrico, pudiendo utilizarse  asimismo otros, incluso ácidos débiles. Se mezcla la materia prima  molida (pentosanos: marlo de maíz o bagaso) con la solución ácida. Se calienta a temperatura de ebullición (aprox 100°C).

Una vez efectuada la hidrólisis el licor obtenido contiene la D-xilosa, la cual deberá ser sometida a la hidrogenación para llegar al xilitol. Previamente es necesario separarla del material sólido y proceder a la neutralización. Una vez neutralizado el hidrolizado se concentra y desmineraliza.

Según la materia prima empleada, como fuera indicado, la D-xilosa presente en la solución puede estar acompañada por otras pentosas (arabinosa, ribosa), las que es necesario eliminar. Esta separación se efectúa por separación cromatográfica (patentes de invención: US  3.748.408, 4.008.285).

Para ello se trata la solución  pasándola a través de una columna para la separación cromatográfica. Posteriormente la solución así tratada se decolora  mediante el pasaje a través de una columna conteniendo carbón activo, luego de lo cual la D-xilosa en solución se  hidrogena. Esta etapa se efectúa en un reactor (idóneo para trabajar a presión – a aprox. 30 bar g) con vigorosa  agitación, en presencia de un catalizador metálico (Ni-Raney u otros catalizadores metálicos: por ejemplo paladio o rutenio) e hidrógeno. Concluida la hidrogenación la solución se filtra para recuperar el catalizador, el que será reutilizado en la hidrogenación sucesiva. En el caso que se emplee Ni como catalizador durante la hidrogenación la solución adquiere color, siendo  necesario tratarla  con una resina de intercambio iónico (resina catiónica) para despojarla del Ni.

La solución que contiene xilitol se  concentra, el xilitol se cristaliza,  se separa, se  seca y se envasa  en bolsas o en recipientes idóneos para su almacenamiento y transporte. El producto obtenido tiene un título mínimo  del 99,7%.

Usos[9]:

El xilitol se usa como edulcorante, principalmente:

- en productos que no producen caries,  preparaciones para la higiene oral : pastas dentales y tópicos, reemplazando al sorbitol,

- en alimentos dietéticos : productos para diabéticos: gomas de mascar, chocolates, caramelos, jaleas, dulces, mermeladas, bebidas, helados,

- en preparaciones farmacéuticas – pastillas, tabletas, jarabes y en soluciones para uso parentenal.

Debido a su baja higroscopicidad y buena compresibilidad así como al bajo punto de fusión es muy útil en la preparación de alimentos y productos farmacéuticos.

Para la alimentación parentenal es una fuente alternativa a la dextrosa por el hecho que el xilitol no es insulino - dependiente. Ofrece además la ventaja que,  por esterilización con calor, las soluciones no se coloran . 

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Información sobre el autor:

Rodolfo Larosa.

Residencia actual: República Italiana.

Graduado en la Universidad Tecnológica Nacional (1973) - Argentina.

Consultor de empresas en el sector de la química fina y  en la separación sólido líquido.

En el campo de la química fina desarrolla su trabajo en: elaboración de polialcoholes alifáticos así como sus derivados, alcoholes azúcares, aminoácidos, ésteres metílicos de los àcidos grasos y sus derivados, intermedios, resinas y polímeros fotosensibles,  así como el proyecto de las respectivas instalaciones productivas .

 

Bibliografía

[1] PCT  WO 93/01299  Patente de Invención Xyrofin - Finlandia

[2] EP 0716 067 A1 Patente de Invención Cerestar - Holanda

[3] K. Mäkinen : Biochemical Principles of the Use of Xylitol in Medicine and Nutrition with Special Consideration  of Dental Aspects, Birkhäuser, Basilea 1978, pp 160 ff.

    K. Mäkinen :, E. Söderling, J. Food. Sci, 45 (1980) 367-374

    J . Washüttl, P. Riederer, E. Bancher, J. Food. Sci., 38 (1973)  1262-1263

[4] O. Touster in H.L.Shiple, K.W.McNutt (eds) Sugar in Nutrition, Academic press, New York 1974, pp. 229-239

[5] Merck Index (Centennial Edition) y otras.

[6] Kirk Othmer - Chemical Engineering Technology Encyclopedia

[7] J.  Beereboom in B.K.Dwivedi  (ed) : Low Calorie and Special Dietary Foods, CRC Press Inc., Palm Beach 1978.

[8] Commission of the European Commnities, Counsil directive 94/35/EC on Sweetners for Use in Foodstuffs.

    GRAS: Status of Human Food Ingredients. Fed Reg, 38 (1973) n° 143

[9] Ficha especificación técnica MELIDA – Milàn - Italia

Diciembre 2002

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ZOE Tecno-Campo