Savoir-faire · Ingrédient
Fabrication du xylitol : un sucre enfermé dans les fibres végétales, changé par l'hydrogène
Le xylitol ne se récolte pas : il se fabrique. On libère d'abord le xylose, un sucre pris dans les parois des végétaux, puis on le transforme sous hydrogène en un cristal blanc au goût sucré.
Bois de bouleau ou de hêtre, rafles de maïs, bagasse de canne : la matière première est le plus souvent une biomasse fibreuse, riche en hémicelluloses. La chaîne qui mène de ces fibres à la poudre cristallisée compte une hydrolyse, plusieurs purifications, une réaction chimique sous pression et, selon les procédés, une ou deux cristallisations.
Cette page décrit le procédé tel que le publient la littérature scientifique et les brevets. C'est en amont de nos ateliers que le xylitol se fabrique ; il y arrive prêt à l'emploi, pour l'une de nos pâtes à tartiner.
LA MATIÈRE
20 à 35 % de xylane
La teneur typique des rafles de maïs et de la bagasse, deux matières premières courantes.
L'ÉTAPE CLÉ
80 à 140 °C sous hydrogène
Sur un catalyseur métallique, le xylose devient xylitol.
LE RENDEMENT
8 à 15 % de la matière première
C'est la part du poids de départ qui finit en xylitol.
Deux idées reçues
Non, on n'extrait pas le xylitol d'un bouleau comme on extrait le sucre d'une betterave. Le xylitol existe dans la nature, en petites quantités, dans divers fruits et légumes. Mais ce que le bouleau apporte à l'usine, c'est du xylane, une longue chaîne de xylose. Il faut couper cette chaîne, isoler le xylose, puis le transformer par une réaction chimique, l'hydrogénation catalytique : c'est ainsi que l'industrie produit le xylitol.
Et non, le xylitol n'est pas un sucre. C'est un polyol : un alcool portant plus de deux fonctions alcool, cinq en l'occurrence, sur une chaîne de cinq carbones. Le règlement européen sur l'information des consommateurs définit les sucres comme les monosaccharides et les disaccharides, polyols exclus. Dans la déclaration nutritionnelle, le xylitol n'entre donc pas dans la ligne « sucres » ; il peut figurer sur une ligne « polyols ».
Le procédé, en huit étapes
Les titres du schéma mènent chacun au détail de l'opération, plus bas.
Bois de feuillus, rafles de maïs, bagasse : 20 à 35 % de xylane.
Broyage ou mise en copeaux
▼
Acide sulfurique dilué, de l'ordre de 1 % vers 120 °C dans les essais publiés.
Le xylane se coupe en xylose, qui passe en solution
↳ Écartées ici : la cellulose et la lignine, qui restent dans la pulpe solide
▼
Neutralisation de l'acide, exclusion ionique, résines échangeuses d'ions, charbon actif
↳ Écartés ici : les sels formés par la neutralisation, les matières colorées et une partie des impuretés organiques
▼
Chromatographie ou cristallisation : un xylose pur, cristallisé ou en solution
↳ Écartés ici : les autres sucres de l'hémicellulose
▼
Hydrogène sous pression, nickel de Raney ou ruthénium, 80 à 140 °C.
C'est ici, et seulement ici, que le xylose devient xylitol
▼
↳ Écartés ici : le catalyseur, le nickel dissous, les polyols voisins formés en parallèle
▼
Sirop concentré puis refroidi lentement, une dizaine d'heures.
Le xylitol cristallise
↳ Écartées ici : l'eau, et les eaux mères qui retiennent les impuretés restantes
▼
Xylitol cristallisé (E 967), au moins 98,5 % de pureté sur matière sèche.
Ensaché à l'abri de l'humidité
Sur ces huit étapes, quatre servent à trier. L'hydrolyse ouvre la matière, l'hydrogénation la transforme ; le reste consiste à retirer ce qui n'est pas du xylose, puis ce qui n'est pas du xylitol. Quelle que soit sa matière première, le produit final doit répondre à la même spécification.
Chaque étape en détail
ÉTAPE 1
Préparation de la biomasse
Toute matière riche en xylane convient : bouleau ou hêtre, rafles de maïs, bagasse, coques d'amande. Les feuillus contiennent plus de xylose que les résineux ; rafles et bagasse renferment de 20 à 35 % de xylane. La matière est broyée ou mise en copeaux pour que l'acide la pénètre.
ÉTAPE 2
Hydrolyse acide
La biomasse est chauffée avec de l'acide sulfurique dilué. Dans un essai publié, 1 % d'acide à 120 °C a suffi à extraire la quasi-totalité du xylose. Dans l'exemple d'un brevet de référence, un kilo de copeaux de bouleau secs libère 225 g de xylose. La cellulose et la lignine restent dans une pulpe solide, séparée de l'hydrolysat.
ÉTAPE 3
Neutralisation et purification
L'acide est neutralisé, ce qui forme un sel, du sulfate de sodium dans le brevet cité. Une première séparation par exclusion ionique retire ce sel et la plus grande part des impuretés organiques et colorées ; des échangeurs d'ions et un lit de charbon actif achèvent la décoloration. Dans l'exemple du bouleau, la solution purifiée contient encore 181 g de xylose sur les 225 g libérés.
ÉTAPE 4
Isolement du xylose
L'hydrolyse libère aussi d'autres sucres. Pour les écarter, on passe la solution sur des colonnes de résine, ou l'on cristallise le xylose, obtenu pur sous forme cristalline ou en solution. Cette pureté conditionne la suite : tout autre sucre serait lui aussi hydrogéné, en un autre polyol.
ÉTAPE 5
Hydrogénation catalytique
En autoclave, la solution de xylose réagit avec l'hydrogène sur un catalyseur, le plus souvent du nickel de Raney, parfois du ruthénium, entre 80 et 140 °C et sous quelques dizaines de bars : 40 atmosphères pendant deux heures et demie à 135 °C dans le brevet de référence, 60 bars dans un essai récent, où plus de 98 % du xylose est converti.
ÉTAPE 6
Retrait du catalyseur et purification
Le catalyseur est filtré, mais une partie du nickel passe en solution : des résines cationiques et anioniques le retirent, la spécification européenne tolérant 2 mg/kg au plus. La réaction forme aussi des polyols voisins, comme l'arabitol issu de l'arabinose, que la purification doit ramener sous 1 %.
ÉTAPE 7
Évaporation et cristallisation
L'eau est évaporée, puis le xylitol cristallise. Dans un essai récent, le sirop concentré vers 65 °Brix est refroidi de 70 à 20 °C à raison de 5 °C par heure. Dans le brevet de référence, un sirop à 80 % de matière sèche, maintenu douze heures à 60 °C, donne des cristaux purs à plus de 99,5 %. Ce qui ne cristallise pas reste dans les eaux mères.
ÉTAPE 8
Séchage, tamisage, conditionnement
Les cristaux sont essorés, séchés et tamisés : la spécification de l'additif E 967 limite la perte à la dessiccation à 0,5 %. Sensible à l'humidité, le xylitol est ensaché dans des emballages étanches pour être expédié.
Ce que coûte le procédé
La matière d'abord. La revue de référence sur la voie chimique estime que l'on récupère environ 50 à 60 % du xylane sous forme de xylitol, soit 8 à 15 % du poids de la matière première. Un brevet le traduit en kilos : il faut 12 à 13 kg de coques d'amande pour obtenir 1 kg de xylitol cristallisé, et le traitement laisse 11 à 12 kg de déchets solides.
Les pertes s'échelonnent le long de la chaîne : dans l'exemple du bouleau, la solution purifiée ne garde que 181 g de xylose sur 225 g, et environ 60 % du xylane initial finit en xylitol.
L'énergie va à l'hydrolyse à chaud, à l'hydrogénation sous plusieurs dizaines de bars et à l'évaporation de l'eau. Le temps se loge surtout à la cristallisation : dix à douze heures dans les exemples publiés.
Le paradoxe de l'hydrogène. L'hydrogénation est la seule étape qui fait gagner du poids. Une molécule de xylose (C5H10O5, 150 g par mole) fixe deux atomes d'hydrogène et devient une molécule de xylitol (C5H12O5, 152 g par mole) : un kilo de xylose peut donner, en théorie, 1,013 kg de xylitol. Toutes les autres étapes en retirent : pour dix kilos de fibres, il reste environ un kilo de cristaux.
Pourquoi du bois donne un sucre
Une paroi végétale associe cellulose, lignine et hémicelluloses ; ces dernières pèsent couramment de 25 à 35 % de la biomasse. Les feuillus comme le bouleau et les rafles de maïs sont riches en xylane : une chaîne de xylose, un sucre à cinq atomes de carbone.
L'hydrolyse coupe cette chaîne : l'acide et la chaleur rompent les liaisons entre les unités, qui fixent une molécule d'eau et se détachent. Les hémicelluloses cèdent dans des conditions où cellulose et lignine résistent, et restent dans la pulpe.
L'hydrogénation change ensuite la nature de la molécule. Le xylose porte une fonction aldéhyde, réactive ; l'hydrogène la réduit en fonction alcool. Le xylitol obtenu porte cinq fonctions alcool et plus aucun groupe réducteur. Il ne peut donc pas réagir avec les acides aminés et les protéines comme le font les sucres réducteurs dans la réaction de Maillard : chauffé, il ne brunit pas, et il fond vers 93 °C.
Le paradoxe du cristal froid. Un cristal posé sur la table, à température ambiante, laisse pourtant du frais en bouche. En se dissolvant dans la salive, il absorbe de la chaleur, environ huit fois plus que le saccharose. La langue perçoit ce refroidissement local : c'est un effet physique, pas un arôme.
Bouleau ou maïs : la même molécule
Chaque matière première apporte ses impuretés ; le procédé les retire jusqu'à ne laisser qu'une molécule, le D-xylitol, C5H12O5. Qu'il vienne du bouleau, du hêtre ou de la rafle de maïs, le xylitol cristallisé répond à une seule et même spécification européenne. D'après la littérature récente, la production actuelle repose d'ailleurs principalement sur le xylose tiré des rafles de maïs.
« Sucre de bouleau » est une appellation d'usage, qui rappelle l'une des premières matières premières du procédé. La réglementation ne l'emploie pas, et cette appellation ne renseigne pas sur l'origine d'un lot. Sur une étiquette, l'ingrédient s'appelle xylitol, ou E 967.
| Critère de pureté du xylitol E 967 | Exigence européenne |
|---|---|
| Teneur en xylitol | Au moins 98,5 % sur matière anhydre |
| Autres polyols | 1 % au plus |
| Sucres réducteurs (xylose résiduel, notamment) | 0,2 % au plus, exprimés en glucose |
| Nickel (reste de catalyseur) | 2 mg/kg au plus |
| Perte à la dessiccation | 0,5 % au plus |
| Intervalle de fusion | 92 à 96 °C |
Un additif classé édulcorant
En droit européen, le xylitol est un additif alimentaire, E 967, rangé parmi les édulcorants avec les autres polyols. Ses critères de pureté sont fixés par un règlement de la Commission, qui a repris ceux de la directive consacrée aux édulcorants.
Dans la liste des ingrédients, il est désigné par sa catégorie suivie de son nom ou de son numéro : « édulcorant : xylitol » ou « édulcorant : E 967 ».
La voie des levures
Certaines levures et moisissures réduisent le xylose en xylitol grâce à une enzyme, la xylose réductase. Cette voie fermentaire est très étudiée, sur bagasse, tiges de maïs ou paille ; dans un essai publié, une souche de Candida tropicalis atteint 0,86 g de xylitol par gramme de xylose.
La production industrielle, elle, reste fondée sur l'hydrogénation catalytique décrite plus haut.
Ce que le xylitol apporte à une recette
Sucrer sans brunir
Son pouvoir sucrant est proche de celui du sucre, de 0,9 à 1 fois. Il laisse une fraîcheur en bouche et ne brunit pas à la cuisson. Il cristallise facilement : dans une pâte, il doit être affiné très finement pour ne pas se sentir sous la langue.
Conserver
Livré très sec, le xylitol se garde dans son emballage fermé, au sec. Au-delà de 80 à 85 % d'humidité relative, il capte l'eau de l'air ; même en deçà, l'humidité peut faire prendre la poudre en masse.
Étiqueter
Une denrée qui contient un édulcorant porte la mention « avec édulcorant(s) » à côté de sa dénomination. Au-delà de 10 % de polyols ajoutés, l'étiquette indique aussi « une consommation excessive peut avoir des effets laxatifs ».
Xylitol et animaux : selon la Food and Drug Administration américaine, le xylitol est dangereux pour les chiens. Gardez les produits qui en contiennent hors de leur portée.
Pour la suite, voir la fabrication de la pâte à tartiner au chocolat.
Où le retrouver chez nous
Chocolat noir et noisettes, au xylitol
Une pâte à tartiner à 40 % de noisettes et au chocolat noir, adoucie au xylitol, sans huile de palme.
Vous êtes une marque ou une épicerie ?
Nous fabriquons aussi des pâtes à tartiner et des caramels sous votre marque, en agriculture biologique. Tout est détaillé sur notre page caramels, pâtes à tartiner et confiserie à façon.
Sources
- Delgado Arcaño Y., Valmaña García O.D., Mandelli D., Carvalho W.A., Magalhães Pontes L.A., « Xylitol: A review on the progress and challenges of its production by chemical route », Catalysis Today, 2020 (doi 10.1016/j.cattod.2018.07.060) — étapes de la voie chimique, teneur en xylane, conditions d'hydrogénation, catalyseurs, rendements.
- Umai D., Kayalvizhi R., Kumar V., Jacob S., « Xylitol: Bioproduction and Applications—A Review », Frontiers in Sustainability, 3, 826190, 2022 — hémicelluloses, hydrolyse acide, présence naturelle, voie fermentaire.
- Melaja A.J., Hämäläinen L., « Process for making xylitol », brevet US 4 008 285, 1977 — procédé à partir du bouleau : matières premières, purification, hydrogénation, cristallisation, rendements.
- Beck R.H.F., Elseviers M., Coomans S.M.J., « Process for the production of xylitol », brevet US 5 714 602, 1998 — consommation de matière et déchets solides.
- Döğer N.B., Parıldı E., İpek S.L., Kola O., « Integrated Process Optimization of Xylose Hydrogenation over Raney Nickel in a Pressurized Reactor for Xylitol Production », Processes, 14(10), 1568, 2026 — hydrogénation sur nickel de Raney, purification et cristallisation.
- Xia H., Zhang L., Hu H., Zuo S., Yang L., « Efficient Hydrogenation of Xylose and Hemicellulosic Hydrolysate to Xylitol over Ni-Re Bimetallic Nanoparticle Catalyst », Nanomaterials, 10(1), 73, 2020 — rafles de maïs comme matière première principale, nickel dissous.
- Yadav M., Mishra D.K., Hwang J.-S., Applied Catalysis A: General, 425, 110-116, 2012 — catalyseur au ruthénium.
- Juvonen H. et al., « The effect of relative humidity and formulation variables on chewable xylitol-sorbitol tablets », International Journal of Pharmaceutics, 601, 120573, 2021 — sensibilité du xylitol à l'humidité.
- O'Donnell K., Kearsley M.W., Sweeteners and Sugar Alternatives in Food Technology, Wiley, 2012 — chaleur de dissolution des polyols ; Food Technology (IFT), 2016 — pouvoir sucrant.
- Directive 2008/60/CE de la Commission et règlement (UE) n° 231/2012, spécifications de l'additif E 967 — critères de pureté, formule et masse moléculaire.
- Règlement (CE) n° 1333/2008, annexe II — le xylitol parmi les édulcorants autorisés.
- Règlement (UE) n° 1169/2011, annexes I, III (points 2.1 et 2.4) et VII (partie C) — sucres et polyols, mentions obligatoires, désignation des additifs.
- Food and Drug Administration, « Paws Off Xylitol; It's Dangerous for Dogs », mise à jour consommateurs, 2025 — toxicité du xylitol pour le chien.
Les conditions opératoires citées sont celles de la littérature scientifique publiée ; chaque fabricant a les siennes.
Voir aussi : la fabrication du sucre, la fabrication du sirop de yacon, la fabrication de la pâte de noisette, la fabrication de la pâte à tartiner au chocolat et tous nos savoir-faire. Nous sommes toujours disponibles au 06 66 45 88 96.