1.Хидроксипропил метилцелулоза (НРМС)е важен целулозен етер, широко използван в строителството, фармацевтиката, храните, козметиката и други области. HPMC има добри свойства за сгъстяване, филмообразуване, емулгиране, суспензия и задържане на вода, така че играе ключова роля в много индустрии. Производството на HPMC разчита главно на процеси на химическа модификация. През последните години, с напредването на биотехнологиите, производствените методи, базирани на микробна ферментация, също започнаха да привличат вниманието.
2. Ферментационен производствен принцип на HPMC
Традиционният производствен процес на HPMC използва естествена целулоза като суровина и се произвежда чрез химически методи като алкализиране, етерификация и рафиниране. Този процес обаче включва голямо количество органични разтворители и химични реагенти, което оказва голямо въздействие върху околната среда. Следователно използването на микробна ферментация за синтезиране на целулоза и нейното допълнително етерифициране се е превърнало в по-екологичен и устойчив метод на производство.
Микробният синтез на целулоза (BC) е гореща тема през последните години. Бактериите, включително Komagataeibacter (като Komagataeibacter xylinus) и Gluconacetobacter, могат директно да синтезират целулоза с висока чистота чрез ферментация. Тези бактерии използват глюкоза, глицерол или други въглеродни източници като субстрати, ферментират при подходящи условия и отделят целулозни нановлакна. Получената бактериална целулоза може да бъде превърната в HPMC след хидроксипропилова и метилираща модификация.
3. Производствен процес
3.1 Процес на ферментация на бактериална целулоза
Оптимизирането на процеса на ферментация е от решаващо значение за подобряване на добива и качеството на бактериалната целулоза. Основните стъпки са както следва:
Скрининг и култивиране на щамове: Изберете целулозни щамове с висок добив, като Komagataeibacter xylinus, за опитомяване и оптимизиране.
Ферментационна среда: Осигурете източници на въглерод (глюкоза, захароза, ксилоза), източници на азот (екстракт от дрожди, пептон), неорганични соли (фосфати, магнезиеви соли и др.) и регулатори (оцетна киселина, лимонена киселина) за насърчаване на бактериалния растеж и синтеза на целулоза.
Контрол на условията на ферментация: включително температура (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), ниво на разтворен кислород (разбъркване или статична култура) и др.
Събиране и пречистване: След ферментацията бактериалната целулоза се събира чрез филтриране, измиване, сушене и други стъпки, като остатъчните бактерии и други примеси се отстраняват.
3.2 Хидроксипропил метилираща модификация на целулоза
Получената бактериална целулоза трябва да бъде химически модифицирана, за да й се придадат характеристиките на HPMC. Основните стъпки са както следва:
Алкализираща обработка: накиснете в подходящо количество разтвор на NaOH, за да разширите целулозната верига и да подобрите реакционната активност на последващата етерификация.
Реакция на етерификация: при специфична температура и каталитични условия добавете пропилей оксид (хидроксипропилиране) и метил хлорид (метилиране), за да замените целулозната хидроксилна група, за да образувате HPMC.
Неутрализиране и рафиниране: неутрализирайте с киселина след реакцията, за да отстраните нереагиралите химични реагенти и да получите крайния продукт чрез промиване, филтриране и сушене.
Натрошаване и класифициране: раздробява HPMC на частици, които отговарят на спецификациите, и ги пресява и опакова според различни степени на вискозитет.
4. Ключови технологии и стратегии за оптимизация
Подобряване на щама: подобряване на добива и качеството на целулоза чрез генно инженерство на микробни щамове.
Оптимизиране на процеса на ферментация: използвайте биореактори за динамичен контрол, за да подобрите ефективността на производството на целулоза.
Зелен процес на етерификация: намалете употребата на органични разтворители и разработете по-щадящи околната среда технологии за етерификация, като ензимна каталитична модификация.
Контрол на качеството на продукта: чрез анализиране на степента на заместване, разтворимостта, вискозитета и други показатели на HPMC, уверете се, че отговаря на изискванията за приложение.
На базата на ферментацияHPMCпроизводственият метод има предимствата да бъде възобновяем, екологичен и ефективен, което е в съответствие с тенденцията на зелена химия и устойчиво развитие. С напредъка на биотехнологиите се очаква тази технология постепенно да замени традиционните химични методи и да насърчи по-широкото приложение на HPMC в областта на строителството, храните, медицината и др.
Време на публикуване: 11 април 2025 г