Ksylitoli

Historia

1891 Emil Fischer ja hänen assistenttinsa Rudolf Stahel Saksasta eristivät pyökistä aineen, joka nimettiin saksaksi nimellä xylit eli "ksyliitti". Ranskalainen tutkija M. G. Bertrand eristi samana vuonna ja itsenäisesti vehnän ja kauran oljista ainetta, joka nimettiin ksylitoliksi.
1950-luvun puoliväliin mennessä ksylitolin pääteltiin olevan ihmiskehossa luonnostaan esiintyvä aineenvaihduntatuote. Tämä todistettiin pian tämän jälkeen eristämällä ksylitolia ihmiskehosta.
Ksylitolin käyttöä hiilihydraattilähteenä on tutkittu jo 1960-luvun alusta asti, jolloin sen oli todettu muun muassa sopivan diabeetikoille sakkaroosin korvaajaksi. Turun yliopiston Hammaslääketieteellinen laitos aloitti 1970 ns. Turun Sokeritutkimukset, joiden tavoitteena oli löytää sakkaroosille uusia luonnollisia vaihtoehtoja. 1971 Turun yliopiston professorit Arje Scheinin ja Kauko K. Mäkinen julkaisivat artikkelin, jossa vertailtiin ksylitolin ja muiden sokerien vaikutusta syljen kemiaan ja karieksen syntyyn. Havaittiin, että ksylitoli poikkesi muista makeutusaineista: sakkaroosia ja fruktoosia saaneilla karies lisääntyi, mutta ksylitolia saaneilla se väheni. Saatiin ensimmäiset viitteet siitä, että ksylitoli ehkäisee kariesta. Sitten Turussa aloitettiin ns. Turun suuri sokeritutkimus, jossa ksylitolin todettiin vähentävän hampaiden reikiintymistä. Hellasta pyydettiin mukaan tutkimuksiin ja se valmisti muutaman vuoden ajan ksylitolipurukumeja pelkästään tutkimuskäyttöön. 1975 Turun tutkimuksen tulokset julkaistiin ja tutkimuksessa käytetty purukumi, Xylitol-Jenkki, tuotiin Suomen ja Yhdysvaltain markkinoille. Purukumin tuotossa auttoi Suomen Sokeri Oy:n kehittämä prosessi, joka sopi ksylitolin massatuottoon, sillä aiemmin sen tuotto oli kallista.
1994 Ylivieskassa aloitetussa Äiti–lapsi-tutkimuksessa seurattiin ensimmäistä kertaa kliinisesti äidin ksylitolin käytön vaikutuksia pikkulasten Streptococcus mutans -tartuntoihin ja kariekseen. Tutkimuksessa osoitettiin, että äidin säännöllinen ksylitolipurukumin käyttö estää lasten kariesta merkittävästi. Tutkimusten vastuullisina johtajina toimivat dosentti Eva Söderling Turun yliopiston hammaslääketieteen laitokselta ja lääkintöneuvos Pauli Isokangas Ylivieskan terveyskeskuksesta.
Joulukuussa 1994 ksylitolituotteet vapautettiin Suomessa makeisverosta Vatialan koulun oppilaiden kolmen vuoden työn tuloksena.
1996 oululainen apulaisprofessori Matti Uhari ja kollegat osoittivat ensi kerran, että purukumin säännöllinen käyttö hillitsee korvatulehdusta aiheuttavien bakteerien kasvua ja estää niiden tarttumisen nenänieluun.
Virossa 1996–2000 tehty ksylitolitutkimus on ensimmäinen, jossa selvitettiin ksylitolipastillin säännöllisen käytön vaikutusta kariekseen. Tutkimus vahvisti sen, että ksylitolipastilli ehkäisee kariesta yhtä tehokkaasti kuin täysksylitolipurukumi. Viron-pastillitutkimusta johtivat professori Pentti Alanen Turun yliopiston hammaslääketieteen klinikalta ja Ylivieskan terveyskeskuksen ylihammaslääkäri, lääkintöneuvos Pauli Isokangas.

Kemia

Ksylitoli on lievästi hygroskooppinen, sen vesiliuokset ovat lievästi happamia ja sen lämpöarvo on 16,96 kJ/g. Ksylitoli liukenee veteen endotermisesti eli sitä viilentäen. Liukenemisen entalpia on noin −35 cal/g. Ksylitoli on optisesti inaktiivinen, sillä se on akiraalinen. Ksylitolin 10 massaprosenttisen 25 °C vesiliuoksen taitekerroin on 1,3471 ja 50 % liuoksen taitekerroin on 1,4132. Ksylitolissa ei ole reaktiivista karbonyyliryhmää, joten se ei karamellisoidu.

Valmistus

Ksylitolia voidaan tuottaa ksylaanirikkaista kasveista kuten koivuista, mantelin kuorista, oljista, maissintähkistä, kauran kuoresta, tai sellun tuoton sivutuotteista. Ksylaanipitoiset materiaalit hajotetaan ja ksylaani hydrolysoidaan ksyloosiksi. Ksyloosi erotetaan kromatografisesti ja se vedytetään nikkelipohjaisella katalyytillä ksylitoliksi. Vaihtoehtoisesti vedytys suoritetaan ensin ja sitten vasta muodostuneen ksylitolin erottelu. Saatu ksylitoli puhdistetaan uudelleen kiteyttämällä.
Ksylitolia voidaan teoriassa myös tuottaa mikrobikäymisen avulla.

Aineenvaihdunta

Ksylitolissa on ravintoenergiaa noin 2,4 kcal/g eli 10 kJ/g, mutta todellinen arvo voi vaihdella. Ksylitolin glykemiaindeksi on noin 13 (glukoosi = 100). Ihmisillä noin 50 % ksylitolista imeytyy suolistosta – loput menevät suolistobakteerien energiaksi, josta kuitenkin pienempi osa poistuu muuntumattomana ulosteessa. Virtsan mukana poistuu alle 2 g ksylitolia per 100 g syötyä ksylitolia. Ksylitoli ei vaikuta merkittävästi kehon insuliinin eritykseen. Ksylitoli käsitellään ihmisillä lähinnä maksassa, jossa se dehydrogenoituu solulimassa NAD-riippuvaisella polyolidehydrogenaasilla (EC-numero 1.1.1.B19) D-ksyluloosiksi. Tämä fosforyloituu ksylulokinaasilla (EC 2.7.1.17) D-ksyluloosi-5-fosfaatiksi, joka on pentoosifosfaattireitin tuote. Ksylitolia myös muodostuu ihmiskehossa aineenvaihduntatuotteena itsestään ilman ksylitolin ulkoista saantia arviolta 2–15 g per päivä.

Karies

Ksylitolin on esitetty suojaavan kariekselta eli hammasmädältä jos sitä syödään kolmasti päivässä vähintään 5–6 gramman verran pitkän aikaa. Suojaavuudesta ei kuitenkaan vahvaa tieteellistä näyttöä ksylitolin käyttöön kohdistuvien tutkimusten huonon laadun ja vähäisyyden vuoksi. Ksylitoli ei käy monien kariesta aiheuttavien bakteerien ravinnoksi. Ksylitoli estää näiden energian tuottoa näännyttäen siten bakteereita ja hidastaen niiden kasvua. Suussa ksylitoli myös lisää syljen tuottoa. Sylki neutraloi bakteerien tuottamia happoja ja vähentää hammaseroosiota remineralisoimalla hammaskiillettä.
Äidin ksylitolin käyttö raskauden aikana voi vähentää syntyvän lapsen karieksen saantiriskiä äidiltään merkittävästi ja pitkäaikaisesti syntymän jälkeen. Riski on jopa 70 % alempi lapsen kahden ensimmäisen ikävuoden aikana suhteessa ksylitolia käyttämättä jättäneisiin äiteihin.
Kariesta aiheuttavat lähinnä bakteerit kuten Streptococcus sobrinus, maitohappobakteerit ja erityisesti Streptococcus mutans. Nämä tuottavat ravintoa saadessaan hampaita syövyttäviä happoja. Muun muassa S. mutans- ja S. sobrinus -bakteerien kohdalla ksylitoli estää näiden energian tuottoa vaikka läsnä olisikin muita energiaksi sopivia sokereita kuten glukoosia jne. Nämä bakteerit ottavat sisäänsä ksylitolia, jonka ne fosforyloivat ksylitoli-5-fosfaateiksi fosfoenolipyruvaatti-fosfotransferaasi-entsyymijärjestelmällä. Ksylitoli-5-fosfaatit estävät bakteereille energiaa tuottavaa glykolyysiä, jossa muodostuisi sivutuotteena happoja. Lisäksi ksylitoli-5-fosfaattien kertyessä bakteerien sisään ne defosforyloivat niitä samalla entsyymijärjestelmällä takaisin ksylitoliksi, jonka ne poistavat ulkopuolelleen. Tämä ksylitolin käsittely vie bakteerilta energiaa muttei tuota sitä.
Jatkuvasti ksylitolia käyttävistä noin 80 %:lla on suussaan ksylitolille sietokykyisiä S. mutans -kantoja. Näiden virulenssi on ehkä heikentynyt suhteessa sietokyvyttömiin kantoihin, mutta tutkimukset eivät ole vaikutuksista yksimielisiä.

Laksatiiviset vaikutukset

Ksylitoli on laksatiivi. Aikuiset sietävät ksylitolia usein hyvin noin 40 gramman päiväannoksina, mutta yli 100 g per päivä voi aiheuttaa ripulia. Lapsilla yli 45 g päiväannokset voivat aiheuttaa ripulia. Ihmiset eivät pysty käyttämään ksylitolia tehokkaasti ravinnoksi, joten se päätyy osin muuntumattomana suolistoon. Suolistobakteerit tuottavat 50–75 prosentista suolistoon päätyneestä ksylitolista itselleen energiaa vapauttaen samalla lyhyitä rasvahappoja kuten propionaattia, mutta myös kaasuja kuten vetyä, metaania ja hiilidioksidia. Suolistossa ollessaan ksylitoli myös lisää osmoottisesti veden siirtymistä suolistoon. Vaikutukset ovat samat joillain muillakin polyoleilla kuten sorbitolilla, joka on noin 2 kertaa ksylitolia laksatiivisempi. Sen sijaan erytritoli on ksylitolia vähemmän laksatiivinen.

Korvatulehdus

Ksylitolin käyttö missä tahansa muodossa voi vähentää korvatulehduksen riskiä 22–30 % alle 12-vuotiailla lapsilla suhteessa ksylitolia käyttämättömiin saman ikäisiin lapsiin.

Myrkyllisyys eläimillä

Koirille jo 0,1 grammaa ksylitolia per painokilo voi olla hengenvaarallinen annos. Koirilla ksylitoli aiheuttaa 2,5–7 kertaa suuremman insuliinin erittymisen vereen suhteessa samaan määrän glukoosia, johtaen siten liian alhaiseen verensokeriin (hypoglykemiaan). Koirilla ksylitoli aiheuttaa usein 30–60 min kuluttua sen syömisestä oksentelua, jota voi seurata muun muassa ataksia ja lihasheikkous. Suuret annokset voivat aiheuttaa maksavaurion ja jopa kuoleman.
Ksylitoli on verrattain turvallinen aine muun muassa kissoille, hevosille, rotille ja reesusapinoille.

Ksylitolisuositukset

Suomen Hammaslääkäriliitto suosittelee käyttämään ksylitolia purukumimuodossa tai muissa muodoissa säännöllisesti aterioiden jälkeen. Suositeltu päiväannos on vähintään 5 grammaa eli noin 6 täysksylitolipurukumia. Käytetyssä ksylitolituotteessa saa olla vain vähäinen määrä happoja, ja ei lainkaan sakkaroosia, glukoosia, tärkkelyssiirappia, fruktoosia eikä muita helposti fermentoituvia hiilihydraatteja. Muita polyoleja, kuten sorbitolia, mannitolia ja maltitolia voi tuotteessa olla. Hammaslääkäriliiton mukaan ksylitoli ei korvaa hampaiden harjausta fluorihammastahnalla.
Lääkäriseura Duodecimin 2014 voimaan tulleiden Käypä hoito -suositusten mukaan ksylitolin säännöllisen käytön hyödyllisyyden puolesta karieksen ehkäisyssä on kohtalainen tutkimusnäyttö, erityisesti siinä vaiheessa kun hampaat ovat puhkeamassa. Kyse ei ole sokerin korvaamisesta ksylitolilla vaan ksylitolin lisäämisestä ruokavalioon.