Биотехнологическое производство ксилита: современное состояние, смена промышленной парадигмы и возможности интегрированных биорафинерий

Последние достижения в технологиях переработки биомассы создают предпосылки для перехода к ферментационному способу производства ксилита. По данным Министерства энергетики США (USDOE), ксилит входит в число 12 возобновляемых химических веществ с высокой добавленной стоимостью, которые можно получать из биомассы. В настоящее время ежегодный объем продаж ксилита составляет около 823,6 млн долларов США, а к 2025 году, как ожидается, достигнет 1,37 млрд долларов США. Высокий спрос обусловлен химической конверсией гемицеллюлозных гидролизатов, получаемых из различного лигноцеллюлозного сырья, однако этот процесс является дорогостоящим и экологически неблагоприятным. Гемицеллюлозные гидролизаты, богатые ксилозой, служат основным сырьем для производства ксилита химическими или биотехнологическими методами. Получение чистого гемицеллюлозного гидролизата с приемлемой себестоимостью остается одним из основных препятствий для промышленного производства ксилита. Достижения биотехнологии, включая выделение новых микроорганизмов, генетическую модификацию штаммов, метаболизирующих ксилозу, и совершенствование процесса ферментации, могут повысить экономическую эффективность крупномасштабного производства ксилита. Кроме того, производство ксилита в интегрированных биорафинериях может быть еще более экономичным благодаря доступности сырья и совместному использованию пара, электроэнергии и воды. Освоение новых биотехнологических методов в интегрированных биорафинериях позволит открыть новые рынки и создать возможности для устойчивого производства ксилита в соответствии с растущим спросом. В статье рассматриваются достижения, касающиеся всего биотехнологического процесса производства ксилита, включая предварительную обработку сырья, получение гемицеллюлозного гидролизата, превращение ксилозы в ксилит и выделение продукта. Особое внимание уделено современным стратегиям метаболической инженерии, направленным на совершенствование этого биопроцесса, а также значению производства ксилита для биорафинерий.