باستخدام الكائنات الحية الدقيقة مثل الخميرة والبكتيريا باعتبارها "محفزات حيوية"، يتم تحويل الزيلوز إلى إكسيليتول، وهو مكون غذائي، من خلال مسارات التمثيل الغذائي. تشمل العمليات النموذجية ما يلي:
التخمير الدفعي: يتم خلط محلول الزيلوز مع اللقاح الميكروبي ويتم تخميره عند درجة حرارة 30-35 درجة ودرجة الحموضة 5.5-6.5 لمدة 48-72 ساعة، وينتج الزيليتول بمعدل 0.6-0.8 جم / جم زيلوز.
التخمير المستمر: يتم تحقيق الإنتاج المستمر من خلال الحفاظ على نشاط الخلايا الميكروبية من خلال إضافة دفعة مغذية من محلول الزيلوز، ولكن هذا يتطلب استثمارًا أعلى في المعدات.
تشمل مزايا الطرق البيولوجية ظروف تفاعل خفيفة، واستهلاك منخفض للطاقة (30%-50% أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من الطرق الكيميائية)، وعدم التلوث بالمعادن الثقيلة، بما يتماشى مع اتجاهات الإنتاج الأخضر. ومع ذلك، فإن معدلات تحويل اللقاح الحالية منخفضة نسبيًا (عادة أقل من 70%)، ودورة التخمير طويلة، مما يؤدي إلى تكاليف إنتاج أعلى بنسبة 20%-30% من الطرق الكيميائية.
نقاط التحكم الرئيسية
المعالجة المسبقة للمواد الخام: يتطلب التحلل المائي للمواد الخام الغذائية إكسيليتول تركيز حمض متحكم فيه (0.5%-1%) ودرجة حرارة (100-120 درجة) لتجنب التدهور المفرط وتوليد المنتجات الثانوية مثل الفورفورال.
معلمات الهدرجة الحفزية: سيؤدي الضغط المنخفض جدًا للهيدروجين إلى تفاعل غير كامل، في حين أن الضغط المرتفع جدًا سيزيد من تكاليف المعدات؛ يحتاج المحفز إلى تنشيط دوري (على سبيل المثال، التنظيف بمحلول قلوي) للحفاظ على نشاطه.
اختيار سلالة التخمير: يعد تحسين قدرة السلالة على تحمل الزيلوز ومعدل التحويل من خلال تكنولوجيا تحرير الجينات هو الاتجاه الأساسي لخفض التكاليف في العمليات البيولوجية.