زایلیتول

تاریخچه زایلیتول

در سال 1891، یک شیمی‌دان آلمانی و یک شیمی‌دان فرانسوی به طور همزمان زایلیتول را کشف کردند. سال‌ها بعد، کریستال‌های زایلیتول با موفقیت خالص‌سازی شدند؛ به‌طور گسترده‌ای به عنوان جایگزینی برای شکر که در طول جنگ جهانی دوم با کمبود شدیدی مواجه شده بود، استفاده شدند. پس از کشف خاصیت عدم افزایش سطح قند خون زایلیتول، به عنوان یک شیرین کننده قوی شناخته شد. کشورهایی مانند آلمان، ژاپن و ایتالیا شروع به استفاده از زایلیتول به عنوان بخشی از رژیم غذایی افراد دیابتی کردند. از سال 1975، محصولات مختلف تولید شده با شیرین کننده زایلیتول در سطح جهانی معرفی شدند.

زایلیتول

 زایلیتول یک الکل قند پنج کربنه طبیعی است که از گیاهان به دست می‌آید. ریشه این نام برگرفته از کلمه "زایلوز" (قند چوب) است که برای اولین بار زایلیتول از آن ساخته شد. زایلیتول یک الکل قندی است که معمولاً به عنوان شیرین کننده استفاده می‌شود. می‌توان آن را به طور طبیعی یا مصنوعی یافت که عمدتاً از مواد گیاهی به صورت شیمیایی یا با تخمیر همی سلولزهای حاصل از زیست توسط سویه‌های مخمر یا باکتری تولید می‌شود. تبدیل زایلیتول به گلیکول، یعنی پروپیلن گلیکول و اتیلن گلیکول، بر اساس هیدروژنولیز است. این فرایند بازده بالایی (حدود 80%) دارد. زایلیتول یک شیرین کننده کریستالی و کم کالری است که به طور طبیعی در گیاهان فیبر دار و درختان چوب سخت وجود دارد.

تولید زایلیتول

زایلیتول با هیدرولیز از منابع مختلف گیاهی تولید می‌شود. برخی از میوه‌های حاوی زایلیتول عبارتند از: توت فرنگی، تمشک، موز، آلو زرد. برخی از سبزیجات حاوی زایلیتول عبارتند از: گل کلم، اسفناج، هویج، پیاز، قارچ سفید، بادمجان، کاهو و کدو تنبل. همچنین در درختان چوب سخت مانند توس و راش و در پوسته و ساقه گیاهان یافت می‌شود. زایلیتول تنها الکل قندی است که شدت شیرینی آن معادل ساکارز است. زایلیتول یکی از دوازده ماده شیمیایی با ارزشی است که از زیست توده لیگنوسلولزی تولید می‌شود. زایلیتول از زایلوز، یک جزء همی سلولزی که معمولاً در مواد لیگنوسلولزی مانند کاه برنج، کاه جو و بلال ذرت وجود دارد، استحصال می‌شود. تبدیل بیوتکنولوژیک زایلوز به زایلیتول توسط میکروارگانیسم‌هایی انجام می‌شود که آنزیم‌هایی را برای متابولیسم زایلوز تولید می‌کنند. برخی از باکتری‌ها و قارچ‌های رشته‌ای نیز برای تخمیر زایلوز شناخته شده‌اند. علاوه بر این، سویه‌های دستکاری شده ژنتیکی برای بهبود عملکرد زایلیتول به منظور برآوردن نیازهای صنعتی در حال توسعه هستند. زایلیتول به دست آمده از طریق تبدیل زیستی می‌تواند به طور ایمن در محصولات غذایی استفاده شود.

شیمی و خصوصیات زایلیتول

زایلیتول یک پنتیتول است. ساختار شیمیایی آن شبیه به چیزی میان شکر و الکل است، اما هیچکدام نیست. حفظ رطوبت، تخمیر ناپذیری، پایداری میکروبی، حلالیت بالا و اثر پری بیوتیک از مشخصه‌های زایلیتول است.  در ذیل به مهم‌ترین خصوصیات فیزیکوشیمیایی زایلیتول اشاره شده است.

• فورمول مولکولی: C₅H₁₂O₅
• جرم مولی: 14 گرم بر مول
• ویسکوزیته کمتری نسبت به ساکارز
• حلالیت: 169 گرم در 100 گرم H₂O (حلالیت با افزایش دما افزایش پیدا می‌کند)
• pH = 5-7
• نقطه ذوب: 93 تا 5 درجه سانتیگراد
• نقطه جوش: 216 درجه سانتیگراد
• چگالی: 5 گرم بر لیتر
• پودر سفید کریستالی بدون بو
• محتوای انرژی 4 کیلو کالری بر گرم

کاربردهای زایلیتول صنایع غذایی

در صنایع غذایی، از زایلیتول به عنوان شیرین کننده، تثبیت کننده، امولسیفایر، تغلیظ کننده، مرطوب کننده، آنتی اکسیدان و محافظت کننده سرما نیز استفاده می‌شود. زایلیتول در فرآوری آدامس، آب نبات‌، شکلات، مربا، دسرها، بستنی، خمیر دندان، ژله، محصولات پخت و نان، ویتامین‌ها، شربت سینه و داروها کاربرد دارد. در ادامه به شکل موردی به خواص کارکردی زایلیتول در صنایع غذایی اشاره شده است:

• شیرین کننده

زایلیتول در تولید آدامس‌های خنک کننده مانند آدامس با طعم نعنا کابردی کلیدی دارد. یکی از مهمترین کاربردهای زایلیتول به عنوان جایگزین شکر در محصولاتی است که شامل فرآیند پخت کاراملی می‌شوند. کاراملیزاسیون شکر باعث تیره شدن محصول به دلیل واکنش شیمیایی Maillard بین قندها و پروتئین‌ها می‌شود که در دماهای بالا هم تشدید می‌شود. این اثر با زایلیتول رخ نمی‌دهد زیرا گروه آلدهید یا کتون ندارد. استفاده از زایلیتول به عنوان افزایش شیرین کننده در فرآوری مواد غذایی باعث بهبود طعم، رنگ، طول عمر و بافت می‌شود.

• نگهدارنده

در فرآیند استخراج پروتئین به عنوان یک عامل تثبیت کننده استفاده می‌شود زیرا از دناتوره شدن پروتئین جلوگیری می‌کند؛ از این خاصیت زایلیتول برای افزایش ماندگاری محصولات غذایی استفاده می‌شود.

• مرطوب کننده

زایلیتول به‌عنوان نرم‌کننده نشاسته، حساسیت آب، خواص کششی و شکنندگی آن را بهبود می‌بخشد

کاربردهای زایلیتول در صنایع دارویی

زایلیتول اثر ضد پلاک قابل توجهی بر روی سطح دندان دارد، از پوسیدگی دندان جلوگیری می‌کند و می‌تواند التهاب لثه را کاهش دهد. رشد باکتری‌های استرپتوکوکوس موتانس و استرپتوکوک سانگوئی را در مراحل اولیه متوقف می‌کند، همچنین می‌تواند از پوکی استخوان جلوگیری کند. این پلی‌ اُل به دلیل پتانسیل ضد باکتریایی و ضد التهابی که دارد می‌تواند بیماری‌های مجاری تنفسی و گوش میانی را درمان کند. همچنین زایلیتول اثرات ضد یبوست و دیابت دارد. زایلیتول به طور موثر سیستم ایمنی، هضم، متابولیسم چربی و استخوان را تحریک می‌کند. زایلیتول به کنترل قند خون و چاقی کمک می‌کند. متابولیسم مستقل از انسولین، طبیعت پری بیوتیک و اثرات آنابولیک دارد.

ارزش بازار زایلیتول و تولیید کنندگان بزرگ آن در جهان

نشریه‌ علمی معتبر در سال 2014 مقاله‌ای منتشر کرده بود با این مضمون که «انتظار می‌رود تقاضای زایلیتول به منظور استفاده در محصولات غذایی بدون قند و کم کالری افزایش یابد. بازار جهانی زایلیتول 161,500 متریک تن تخمین زده می‌شود و پیش بینی می‌شود تا سال 2020 به 242,000 متریک تن (با ارزش بیش از یک میلیارد دلار) برسد. پیش بینی می‌شود صنعت آدامس تا سال 2020  تا 67 درصد از مصرف زایلیتول جهانی را شامل شود.»

اندازه بازار زایلیتول در سال 2024، رقمی بالغ بر 1.06 میلیارد دلار تخمین زده می‌شود و انتظار می‌رود تا سال 2029 به 1.37 میلیارد دلار برسد. شرکت‌های زیر از شناخته شده‌ترین و بزرگ‌ترین تولید کنندگان زایلیتول در سطح جهان هستند:

• Cargill
• Archer Daniels Midland Company
• Ingredion Incorporated
• Merck KgaA
• Zhejiang Huakang Pharmaceutical Co., Ltd
• Roquette Frères
• DFI Corporation
• Foodchem International Corporation
• Herboveda India
• Shandong Futaste Co., Ltd
• Shandong Longlive Bio-Technology Co., Ltd
• ZuChem Inc
• DuPont Danisco
• Thomson Biotech 
• NovaGreen
• DFI Corp
• JiningHengda Green Engineering Co. Ltd
• Mitsubishi Shoji Foodtech Co Ltd