Ksylitolipastillit

Xylitol on ksylitolipastillien raaka-aine

Ksylitolin (xylitol, xilitol, koivusokeri) molekyylipaino on 152,15 g/mol ja empiirinen kaava C5H12O5. Ksylitolin sulamispiste on 92 – 96 celsiusastetta. Vesiliuoksessa (50 %) ksylitolin happamuus (pH) on noin 5,0 – 7,0. Liuoksen happamuus riippuu paljon ksylitolin valmistusmenetelmästä. Yleensä puupohjaisen ksylitolin happamuus on lähempänä pH 7, ja muista raaka-aineista valmistettujen hivenen matalampi. Ksylitoli on luonnosta peräisin oleva makeutusaine. Ksylitolia valmistetaan kasvien hemiselluloosasta kuten lehtipuusta, maissi- ja riisioljesta, ruokokasveista ja siementen kuorikkeista. Ksylitolia on myös tehty kauran kuoresta 1960-luvun lopussa (Jaffe ym., 1969). Nämä hemiselluloosan lähteet sisältävät noin 25 – 35 % ksylaania, joka voidaan muuntaa hydrolyysiprosessilla ksyloosiksi. Ksyloosi toimii lähtöaineena ksylitolin valmistamiseen. Prosessissa ksyloosi hydrataan ksylitoliksi ja prosessin lopuksi saadaan ksylitolikiteitä (Bond, 2009). Muita sokerialkoholeja puhtaan ksylitolin joukossa voi olla alle 2,0 % ja puhtaan ksylitolin pitoisuus on yli 98 % raaka-aineessa (JP XV; USP32-NF27). Yleiset epäpuhtaudenksylitolin joukossa ovat sokerialkoholit kuten mannitoli, sorbitoli ja galaktitoli. Elintarvikkeissa lisäaineena olevan ksylitolin E-koodi on E967. Ksylitolipastilleissa pääraaka-aine ilmoitetaan makeutusaine ksylitoliksi ja sen %-massa valmisteessa (esim. makeutusaine ksylitoli 94 %, kertoo että 100 grammassa tuotetta on käytetty 94 grammaa ksylitolia).

 
Kuva 1. Ksylitolin rakennekaava.

Ksylitolin ominaisuudet

Puhdas ksylitolijauhe on kiteistä, rakeista,  valkoista jauhetta ja sen partikkelikoko on noin 0,4 - 0,6 mm (Bond, 2009). Ksylitoli ei tuoksu ja ksylitolin suutuntuma on hyvin makea ja liuetessaan suussa se tekee hieman viilentävän tunnetta suunlimakalvoille. Ksylitolin todellinen tiheys on noin 1,52 g/cm3 ja kaatotiheys noin 0,8 – 0,85 g/cm3. Suorapuristukseen tarkoitetun rakeistetun ksylitolijauheen kaatotiheys on noin 0,5 – 0,7 g/cm3. 

Ksylitoli on hieman hygroskooppinen ominaisuuksiltaan  ja tasapainokosteus suhteellisessa kosteudessa 52 %-RH (RH on suhteellinen kosteus) on 0,1 %-massa. Ilmankosteuden noustessa noin 80 – 90  %-RH ksylitolille tapahtuu delikvesenssi-ilmiö eli jauhe kostuu ja liukenee.

Ksylitolin turvallisuus ja annostelu

Puhdas ksylitoli voidaan katsoa olevan täysin stabiili vähintään kolme vuotta, jos kylitoli säilytetään alle 65 %-RH ilmankosteudessa ja 25 celsiusasteessa. Suorapuristusksylitolit voivat paakkuuntua ja sen vuoksi suorapuristusksylitolit olisi hyvä prosessoida valmistuotteiksi 9 – 12 kuukauden sisällä valmistuksesta. Paakkuuntuminen johtuu ksylitolirakeiden lievästä hygroskooppisuudesta. Ksylitoliliuosten on raportoitu olevan hyvin stabiileja säilytysolosuhteissa ja jopa lämmittämiselle. Ksylitoli voidaan katsoa olevan mikrobiologisesti hyvin säilyvä, koska se ei fermentoidu ja mikrobiologista pilaantumista ksylitolille ei käytännössä tapahdu (Mäkinen ym., 1981). Lääkevalmisteissa ja elintarvikevalmiisteissa ksylitoli luokitellaan myrkyttömäksi, ei allergisoivaksi ja kehoa ärsyttämättömäksi aineeksi. WHO ei ole asettanut ksylitolille päivittäistä saantisuositusta, koska ksylitoli katsotaan elimistölle turvalliseksi aineeksi. Suurin osa ihmisistä voi nauttia jopa 20 – 30 grammaa ksylitolia kerta-annoksena tai 0,5 – 1,0 grammaa per elopainokilo päivän aikana ilman ongelmia (Bond, 2009). Ksylitoliannoksesta noin 50 – 75 % päätyy imeytymättömänä suolistoon, jossa suolistofloora metaboloi ksylitolin ja voi tehdä osalle käyttäjistä vatsavaivoja, kuten ripulia. Ksylitolijauheen puristaminen pastilliksi tai tabletiksi

Ksylitolipastillien valmistaminen puristamalla

Puhtaan ksylitolin puristaminen ksylitolipastilliksi tai – tabletiksi on haastavaa ja pastillien murtolujuus on hyvin heikko. Tämän takia ksylitolista on paljon suorapuristuslaatuja, jossa ksylitoli on rakeistettu geelinmuodostajan kanssa kuten polydekstroosin tai karboksimetyyliselluloosan kanssa. Näiden ns. suorapuristusksylitolien puristuvuus, prosessoitavuus ja käsiteltävyys on paljon parempi verrattuna 100 % ksylitolin. Murtolujuus puhtaasta ksylitolista puristetulle halkaisijaltaan 12,5 mm tabletille 20 kN puristusvoimalla on noin 40 N, kun suorapuristusksylitolilla samalla puristuspaineella saadaan aikaan yli 160 N murtolujuus (Bond, 2009).

Ksylitolin käyttömahdollisuudet 

Ksylitolia käytetään pääasiassa hammasystävällisenä makeutusaineena monenlaisissa tuotteissa elintarvike-, hygienia- ja lääketeollisuudessa. Ksylitolin makeus on suunnilleen samaa luokkaa kuin tavallisen ruokosokerin. Elintarvikevalmisteissa tyypillisiä ksylitolin käyttökohteita ovat ksylitolipastillit, -purukumi ja suuremmissa määrin ksylitolia on myös alettu käyttämään leivonnassa ja makeutusaineena mm. teessä tai jokapäiväisenä sokerinkorvikkeena.  Lääkevalmisteissa tyypillisiä lääkemuotoja ovat tabletit, pinnoiteaineet ja liuokset, joissa ksylitoli toimii apuaineena. Hygieniatuotteissa tyypillisiä käyttökohteita ovat suuvedet ja hammastahna, joilla ehkäistään karieksen syntymistä. Kosmeettisissa valmisteissa tyypillisiä ksylitolin käyttötarkoituksia ovat erilaiset voiteet, joissa ksylitolia voidaan käyttää ihossa sitomaan kosteutta humektanttina tai estämään kosteuden haihtumista ihosta sekä pehmentämään ihon pintakerroksia.
Ksylitolin hammasystävällisyys johtuu siitä että ksylitoli ei fermentoidu hapoiksi jota ovat haitallisia hammaskiilteelle. Lisäksi ksylitolin on havaittu estävän hammasreikiä tekevän Streptococcus Mutans bakteerin kasvua suussa (Hayes, 2001; Knuuttila ja Makinen, 1975).  
 

Ksylitolipastillien valmistus epäkeskotablettikoneella

Narskuttelu Oy aloitti ksylitolipastillien teon vuonna 2016 syksylllä. Aikaisemmin epäkeskotablettikone oli hiilitablettitiuotannossa farmasian teollisuudessa. Tablettikone on otettu lääketehdastuotantoon arviolta noin vuonna 1960-luvulla. Leiraksen lääketehdastoiminnan loputtua suomesta, noin 600 kilogrammaa painava tablettikone päätyi Keski-Suomeen apteekkarin varastoon. Keski-Suomessa paikallisen apteekin piti aloittaa hivenainetablettien valmistus, mutta kone jäi varastoon odottamaan.

Syksylllä 2015 tablettikone oli päätyä sulattoon apteekkarin jäädessä eläkkeelle ja tablettikone etsi uutta kotia. Apteekin henkilökunta tunsi Narskuttelu Oy:n Pekan, joka on harrastanut tablettikoneiden kanssa puuhastelua mm. lääketeollisuudessa ja yliopistossa ollessaan. Vanhan tablettikoneen kunnostaminen, käyttoasetusten haku ja laitteen kuntoonsaattaminen otti aikaa noin vuoden appiukon autotallissa. Tämä oli hyvin mielenkiintoista aikaa tutustua vanhan koneen mekaniikkaan ja sen toimintaperiaatteeseen.

Tämän jälkeen Narskuttelu Oy päätti aloittaa valmistamaan asiakkailleen itse tehtyjä ksylitolipastilleja usealla eri makuvaihtoehdolla, uudessa elintarviketilassa omassa autotallissa syksyllä 2017. Vuonna 2018 tablettikone siirtyi teollisuushalliin rakennettuun elintarviketilaan, jossa nyt toimimme Kiteellä. Tablettikone tuottaa ksylitolipastilleja noin 10 kg tunnissa ja on pääasiassa tuotekehityskäytössä, jossa testataan raaka-aineiden ja seosten puristuvuutta. Ksylitolin puristuskokeissa kone on erinomainen, koska kone käsikäytössä tarvitsee testimassaa vain 10 grammaa ja teollisessa testissä vain noin 50 - 100 grammaa. Uudet rotaatiotablettikoneet tarvitsevat puristussäätöjen löytämiseen helposti 1 - 3 kilogrammaa massaa.

Epäkeskokoneen puristus tapahtuu vain yläpaiinimen avulla, joka puristaa ksylitolin muottiin. Alapainin osallistuu vain nostamalla puristetun ksylitolipastillin pois muotista (Video Alla).

Ksylitolipastillien valmistus rotaatiotablettikoneella

Uudmman mallisessa rotaatiotablettikoneessa ksylitolimassa päätyy kiertävällä pöydällä muottiin. Pöytä pyörähtää noin 30 - 60 kertaa minuutissa akselinsa ympäri ja painimia koneessa voi olla 8 - 32 kappaleen välissä. Muotin ylä- ja alapuolella on painin, joka puristaa ksylitolijauheesta ksylitolipastillin. Puristusvoima kohdistetaan ksylitoliin sekä ylä- että alapainimella ja lopuksi alapainin nostaa ksylitolipastillin ulos muotista.

Rotaatiotablettikoneet ovat syrjäyttäneet epäkeskotablettikoneet mm. lääketeollisuudessa, niiden suuremman tuntivolyymin johdosta. Pieni rotaattiotablettikone voi puristaa 30 kg pastilleja tunnissa, ilman että puristeiden laatu kärsii (Video alla).

Ksylitoli ei sovi koiralle

Ksylitoli ei sovi koirille eikä muille lemmikkieläimille (Kuva 2). Ksylitoli aiheuttaa lemmikkieläimelle, etenkin koiralle, veren sokeripitoisuuden laskun (hypoglykemia) ja suurena annoksena ksylitoli voi vahingoittaa lemmikkieläimen maksaa. Mekanismi miten maksatoksisuus koiralle syntyy on vielä epäselvä (Xylitol-Veterinary-Toxicology, Gwaltney-Brant, SM). Hypoglykemia johtuu voimakkaasta insuliinin vapautumisesta koiran verenkiertoon, mikä romahduttaa verenkierron sokeripitoisuuden laskun. 

Jos koirasi syö ksylitolia, ota heti yhteys eläinlääkäriin. Koiran hypoglykemia oireet alkavat yleensä 30 minuutin sisällä ksylitolin nauttimisesta ja voivat jatkua jopa 12 - 18 tuntia, koska ksylitoli imeytyy hitaasti koiran suolistosta etenkin purukumivalmisteista. Tyypilliset hypoglykemia oireet koiralla ovat oksentelu, heikkous, velttous, tahdonalaisten liikkeiden koordinaation häiriöt, alakuloisuus, vapina ja verensokeriarvon romahtaessa koiran tajunnan menetys. Maksaongelmat alkavat yleensä vasta 24 - 48 tunnin sisällä ksylitolin syömisestä, mutta maksaentsyymien kohoaminen voidaan todeta aikaisemmin koiralta verikokeella.

Narskuttelu ksylitolipastilli sisältää 800 mg ksylitolia. Arvioi montako ksylitolipastillia lemmikki ehti syödä ja ilmoita tämä tieto eläinlääkärille. Eläinlääkäri osaa tällä tiedolla hoitaa lemmikkieläimesi kuntoon. Hypoglykemia koiralle voi syntyä jo hyvin pienellä annoksella 50 - 100 mg ksylitolia per koiran elopainokilo.

Kuva 2. Älä anna ksylitolia ja ksylitolipastilleja lemmikkieläimille.

Apuaineet ksylitolipastillissa

Magnesium Stearaatti

Magnesium stearaatti (e470) ([CH3(CH2)16COO]2Mg, Mw 591,24 g/mol) on maailman yksi eniten käytetyistä tablettikoneen liukuaineista. Magnesium stearaatti on suola, joka koostuu magnesium kationista ja kahdesta stearaatti rasvahaposta (Kuva 3). Osa magnesium stearaatista voi olla myös -pamitaatttia (Allen ja Luner, 2009). Magnesium pitoisuus jauheessa saa olla 4 - 5 % välissä hyväksytyissä tuotteissa.

Magnesium stearaatin sulamispiste on 117-150 astetta celsiusta. Magesium stearaatista on löydetty kolme erilaista kidemuotoa eli anydraatti, dihydraatti ja trihydraattti. Kaupallisesti hyväksyytyissä tuotteissa saa olla kosteutta alle 6 %. Magnesiuum stearaatin todellinen tiheys on noin 1,09 g/cm3 ja kaatotiheys noin 0,16 g/cm3. Jauheen valuvuus on erittäin huonoa ja materiaali on erittäin kohesiivista. Materiaali tuntuuu sormenpäissä rasvamaiselta ja tarttuu helposti ihoon. Magenisum stearaatti ei käytännössä liukene veteen eikä etanolialkoholiin.

Kuva 3. Magnesium stearaatin rakennekaava.

Magnesium stearaatti voidaan valmistaa käyttämällä magnesiumhydroksidia tai magnesiumoksidia lähtöaineena, joka reakoi stearaatti-rasvahapon tai suolan kanssa, riippuen kumpaa valmistusmenetelmää on käytetty. Rasvahappo voi olla eläin- tai kasvipohjaista (Allen ja Luner, 2009). Käytännössä kaikki magnesium stearaatttiliukuaineet nykyään ovat peräisin palmu-, rypsi- tai puuvillaöljystä. Narskuttelu Oy käyttää tällä hetkellä palmuöljystä valmistettua magnesiumstearaattia.

Magnesium stearaattia käytetään paljon elintarvike-, kosmetiikka- ja lääkeaineteollisuudessa pitoisuuden vaihdellessas 0,25 - 5 %-massa välillä koostumuksesta.

Ksylitolipastillien teossa magnesium stearaatilla estetään joko puristettavan massan tarttumista metallipintoihin tai vähentämään liikkuvan painimen ja muotin välistä kitkaa.

Karboksimetyyliselluloosa

Karboksimetyyliselluloosa (Kuva 4) toimii ksylitolissa sideaineena. Ksylitolin huonon puristuvuuden vuoksi suorapuristusksylitolijauhe on rakeistettu karboksimetyyliselluloosalla. Karboksimetyyliselluloosa parantaa ksylitolijauheen valuvuutta tablettikoneessa ja lisää sidosten muodostumista puristusvaiheessa, jolloin ksylitoli puristuu pastilliksi pienemmällä puristusvoimalla. Sideaineena tabletti- ja pastillivalmisteissa karboksimetyyliselluloosaa käytetään noin 1 - 2 % välillä koostumuksesta, riippuen käytetyn karboksimetyyliselluloosan molekyylikoosta.

Kuva 4. Karboksimetyyliselluloosan rakennekaava.

Polydekstroosi

Polydekstroosi (Kuva 5) toimii ksylitolissa sideaineena karboksimetyyliselluloosan tilalla. Polydekstroosilla ei ole sulamispistettä, koska se on amorfinen (ei kiteinnen) apuaine. Polydekstroosin lasisiirtymäpiste on noin 150 - 160 celsiusastetta, jolloin se muuntuu lasimaisesta tilasta nestemäiseksi. Sideaineena tabletti- ja pastillivalmisteissa polydekstroosia käytetään 1 - 2 % välillä koostumuksesta.

Kuva 5. Polydekstroosin rakennekaava.

Lähteet ksylitolituotteisiin

Bond M (2009) Xylitol. Sivut 786-789. Kirjassa Handbook of Pharmaceutical Excipients, 6. Painos,   toimittanut Rowe RC, Sheskey PJ ja Quinn ME.

Gwaltney-Brant SM (2019) Xylitol. MSD MANUAL Veterinary Manual. Haettu verkosta 2019 https://www.msdvetmanual.com/t...

Hayes C (2001) The effect of non-cariogenic sweeteners on the prevention of dental caries: a review of the evidence. J.Dent.Educ. 65(10)1106-1109.

Jaffe GM, Szkrybalo W ja Weinert PH (1969) Manufacture of xylitol. Patentti US3627636A. https://patents.google.com/pat...

Knuuttila MLE ja Mäkinen KK (1975) Effect of Xylitol on the Growth and Metabolism of Streptococcus mutans. Caries.Res. 9:177–189.