Sử dụng các vi sinh vật như nấm men và vi khuẩn làm "chất xúc tác sinh học", xyloza được chuyển đổi thành xylitol, một thành phần thực phẩm, thông qua con đường trao đổi chất. Các quy trình điển hình bao gồm:
Lên men mẻ: Dung dịch xyloza được trộn với chủng vi sinh vật và lên men ở 30-35 độ và pH 5,5-6,5 trong 48-72 giờ, thu được xylitol với tốc độ 0,6-0,8 g/g xyloza.
Lên men liên tục: Sản xuất liên tục đạt được bằng cách duy trì hoạt động của tế bào vi sinh vật thông qua việc bổ sung hàng loạt dung dịch xyloza, nhưng điều này đòi hỏi đầu tư thiết bị cao hơn.
Ưu điểm của phương pháp sinh học bao gồm điều kiện phản ứng nhẹ, tiêu thụ năng lượng thấp (tiết kiệm năng lượng hơn 30%-50% so với phương pháp hóa học) và không gây ô nhiễm kim loại nặng, phù hợp với xu hướng sản xuất xanh. Tuy nhiên, tỷ lệ chuyển đổi chất cấy hiện nay tương đối thấp (thường dưới 70%) và chu trình lên men dài, dẫn đến chi phí sản xuất cao hơn 20%-30% so với phương pháp hóa học.
Điểm kiểm soát chính
Tiền xử lý nguyên liệu thô: Quá trình thủy phân nguyên liệu thực phẩm xylitol đòi hỏi nồng độ axit được kiểm soát (0,5% -1%) và nhiệt độ (100-120 độ) để tránh sự phân hủy quá mức và tạo ra các sản phẩm phụ như furfural.
Thông số hydro hóa xúc tác: Áp suất hydro quá thấp sẽ dẫn đến phản ứng không hoàn toàn, trong khi áp suất quá cao sẽ làm tăng chi phí thiết bị; chất xúc tác cần được kích hoạt định kỳ (ví dụ, làm sạch bằng dung dịch kiềm) để duy trì hoạt động của nó.
Lựa chọn chủng lên men: Cải thiện khả năng chống chịu xyloza và tỷ lệ chuyển đổi của chủng thông qua công nghệ chỉnh sửa gen là hướng đi cốt lõi để giảm chi phí trong các quá trình sinh học.