Гідраксіпропил метилцеллюлоза (HPMC)гэта растваральнае ў вадзе палімернае злучэнне, якое звычайна выкарыстоўваецца ў прамысловых і медыцынскіх галінах, і мае шырокі спектр значэнняў прыкладанняў, напрыклад, у выкідзе, які кантралюецца наркотыкамі, апрацоўкай харчовых прадуктаў і будаўнічымі матэрыяламі. Хімічныя рэакцыі ў працэсе закісання ў асноўным звязаны з дэградацыяй і мадыфікацыяй цэлюлозы і метабалічнай дзейнасцю мікраарганізмаў. Для таго, каб лепш зразумець хімічныя рэакцыі HPMC у працэсе закісання, спачатку трэба зразумець яго асноўную структуру і працэс дэградацыі цэлюлозы.
1. Асноўная структура і ўласцівасці гидроксипропил метилцеллюлозы
HPMC - вытворная, атрыманая пры хімічнай мадыфікацыі натуральнай цэлюлозы (цэлюлоза). Сцяжкай яго малекулярнай ланцуга з'яўляюцца малекулы глюкозы (C6H12O6), злучаныя β-1,4 глікозідных сувязяў. Сам цэлюлозу цяжка растварыцца ў вадзе, але, уводзячы метыл (-OCH3) і гідраксіпрапіл (-C3H7OH) групы, яго растваральнасць у вадзе можа быць значна палепшана, утвараючы растваральны палімер. Працэс мадыфікацыі HPMC звычайна ўключае ў сябе рэакцыю цэлюлозы з метилхлоридом (CH3CL) і спіртам прапілену (C3H6O) у шчолачных умовах, а атрыманы прадукт мае моцную гідрафільнасць і растваральнасць.
2. Хімічныя рэакцыі падчас закісання
Працэс закісання HPMC звычайна залежыць ад дзеяння мікраарганізмаў, якія выкарыстоўваюць HPMC у якасці крыніцы вугляроду і крыніцы пажыўных рэчываў. Працэс закісання HPMC ўключае ў сябе наступныя асноўныя этапы:
2.1. Дэградацыя HPMC
Сама цэлюлоза складаецца з злучаных глюкозай, і HPMC будзе дэградавана мікраарганізмамі ў працэсе закісання, спачатку раскладзеных на меншыя цукровыя цукроў (напрыклад, глюкоза, ксілоза і г.д.). Звычайна гэты працэс прадугледжвае дзеянне некалькіх дэградаваных ферментаў цэлюлозы. Асноўныя рэакцыі дэградацыі ўключаюць:
Рэакцыя гідролізу цэлюлозы: β-1,4 глікозідныя сувязі ў малекулах цэлюлозы будуць разбіты з дапамогай гідралазы цэлюлозы (напрыклад, целлюлаза, эндацэлюлаза), якія вырабляюць больш кароткія ланцужкі цукру (напрыклад, алігасахарыды, дисакутхіды і г.д.). Гэтыя цукру будуць дадаткова метаболізаваны і выкарыстаны мікраарганізмамі.
Гідроліз і дэградацыя HPMC: метил і гідраксіпрапілавыя заменнікі ў малекуле HPMC будуць часткова выдалены гідролізам. Канкрэтны механізм рэакцыі гідролізу яшчэ не да канца вывучаны, але можна выказаць здагадку, што ў асяроддзі закісання рэакцыя гідролізу каталізуецца ферментамі, якія вылучаюцца мікраарганізмамі (напрыклад, гидроксил эстэразза). Гэты працэс прыводзіць да паломкі малекулярных ланцугоў HPMC і выдалення функцыянальных груп, у канчатковым выніку ўтвараючы меншыя малекулы цукру.
2.2. Мікробныя метабалічныя рэакцыі
Пасля таго, як HPMC дэградуюць на меншыя малекулы цукру, мікраарганізмы здольныя пераўтварыць гэтыя цукру ў энергію праз ферментатыўныя рэакцыі. У прыватнасці, мікраарганізмы распадаюцца глюкозай на этанол, малочную кіслату або іншыя метабаліты праз шляхі закісання. Розныя мікраарганізмы могуць метабалізаваць прадукты дэградацыі HPMC па розных шляхах. Агульныя метабалічныя шляхі ўключаюць:
Шлях гліколізу: глюкоза раскладаецца на піруват ферментамі і далей пераўтвараецца ў энергію (АТФ) і метабаліты (напрыклад, малочная кіслата, этанол і г.д.).
Выпрацоўка прадукту закісання: у анаэробных або гіпаксічных умовах мікраарганізмы пераўтвараюць глюкозу або прадукты дэградацыі ў арганічныя кіслоты, такія як этанол, малочная кіслата, воцатная кіслата і г.д. па шляхах закісання, якія шырока выкарыстоўваюцца ў розных прамысловых працэсах.
2.3. Акісляльна -аднаўленчая рэакцыя
У працэсе закісання HPMC некаторыя мікраарганізмы могуць яшчэ больш трансфармаваць прамежкавыя прадукты праз акісляльна -аднаўленчыя рэакцыі. Напрыклад, вытворчы працэс этанолу суправаджаецца акісляльна -аднаўленчымі рэакцыямі, глюкоза акісляецца для атрымання пірувата, а затым піруват пераўтвараецца ў этанол праз рэакцыі аднаўлення. Гэтыя рэакцыі неабходныя для падтрымання метабалічнага балансу клетак.
3. Каэфіцыенты кантролю ў працэсе закісання
У працэсе закісання HPMC фактары навакольнага асяроддзя аказваюць важны ўплыў на хімічныя рэакцыі. Напрыклад, рН, тэмпература, растворанае ўтрыманне кіслароду, канцэнтрацыя крыніц пажыўных рэчываў і г.д. паўплывае на хуткасць метабалізму мікраарганізмаў і тып прадуктаў. Асабліва тэмпература і рН, актыўнасць мікробных ферментаў можа значна адрознівацца пры розных умовах тэмпературы і рН, таму неабходна дакладна кантраляваць умовы закісання, каб забяспечыць дэградацыю HPMC і плаўны прагрэс метабалічнага працэсу мікраарганізмаў.
Працэс закісанняHPMCУключае складаныя хімічныя рэакцыі, у тым ліку гідроліз цэлюлозы, дэградацыю HPMC, метабалізм цукру і выпрацоўку прадуктаў закісання. Разуменне гэтых рэакцый не толькі дапамагае аптымізаваць працэс закісання HPMC, але і забяспечвае тэарэтычную падтрымку адпаведнай прамысловай вытворчасці. З дапамогай паглыблення даследаванняў у будучыні могуць быць распрацаваны больш эфектыўныя і эканамічныя метады закісання для павышэння эфектыўнасці дэградацыі HPMC і ўраджайнасці прадуктаў, а таксама садзейнічання прымяненню HPMC у біятрансфармацыі, ахове навакольнага асяроддзя і іншых абласцей.
Час паведамлення: 17 лютага 2015 г.