1.Hydroxypropylmethylcelulóza (HPMC)je důležitý éter celulózy, široce používaný ve stavebnictví, farmacii, potravinářství, kosmetice a dalších oborech. HPMC má dobré zahušťovací, filmotvorné, emulgační, suspenzní a vodu zadržující vlastnosti, takže hraje klíčovou roli v mnoha průmyslových odvětvích. Výroba HPMC spoléhá hlavně na procesy chemické modifikace. V posledních letech s pokrokem biotechnologie začínají přitahovat pozornost také výrobní metody založené na mikrobiální fermentaci.
2. Fermentační princip výroby HPMC
Tradiční proces výroby HPMC využívá přírodní celulózu jako surovinu a vyrábí se chemickými metodami, jako je alkalizace, etherifikace a rafinace. Tento proces však zahrnuje velké množství organických rozpouštědel a chemických činidel, což má velký dopad na životní prostředí. Proto se použití mikrobiální fermentace k syntéze celulózy a její další etherifikaci stalo ekologičtější a udržitelnější výrobní metodou.
Mikrobiální syntéza celulózy (BC) je v posledních letech žhavým tématem. Bakterie včetně Komagataeibacter (jako je Komagataeibacter xylinus) a Gluconacetobacter mohou přímo syntetizovat vysoce čistou celulózu prostřednictvím fermentace. Tyto bakterie využívají glukózu, glycerol nebo jiné zdroje uhlíku jako substráty, fermentují za vhodných podmínek a vylučují celulózová nanovlákna. Výsledná bakteriální celulóza může být převedena na HPMC po hydroxypropylové a methylační modifikaci.
3. Výrobní proces
3.1 Fermentační proces bakteriální celulózy
Optimalizace fermentačního procesu je zásadní pro zlepšení výtěžku a kvality bakteriální celulózy. Hlavní kroky jsou následující:
Screening a kultivace kmenů: Vyberte vysoce výnosné celulózové kmeny, jako je Komagataeibacter xylinus, pro domestikaci a optimalizaci.
Fermentační médium: Poskytněte zdroje uhlíku (glukóza, sacharóza, xylóza), zdroje dusíku (kvasnicový extrakt, pepton), anorganické soli (fosfáty, hořečnaté soli atd.) a regulátory (kyselina octová, kyselina citrónová) pro podporu růstu bakterií a syntézu celulózy.
Kontrola podmínek fermentace: včetně teploty (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), hladiny rozpuštěného kyslíku (míchání nebo statická kultura) atd.
Sběr a čištění: Po fermentaci se bakteriální celulóza shromáždí filtrací, promýváním, sušením a dalšími kroky a odstraní se zbytkové bakterie a další nečistoty.
3.2 Hydroxypropylmethylační modifikace celulózy
Získaná bakteriální celulóza musí být chemicky modifikována, aby získala vlastnosti HPMC. Hlavní kroky jsou následující:
Alkalinizační úprava: namočte do vhodného množství roztoku NaOH pro rozšíření celulózového řetězce a zlepšení reakční aktivity následné etherifikace.
Etherifikační reakce: za specifických teplotních a katalytických podmínek přidejte propylenoxid (hydroxypropylace) a methylchlorid (methylace), abyste nahradili hydroxylovou skupinu celulózy za vzniku HPMC.
Neutralizace a rafinace: po reakci neutralizovat kyselinou, aby se odstranila nezreagovaná chemická činidla, a získat konečný produkt promytím, filtrací a sušením.
Drcení a třídění: rozdrťte HPMC na částice, které splňují specifikace, a prosévejte a balte je podle různých stupňů viskozity.
4. Klíčové technologie a optimalizační strategie
Zlepšení kmene: zlepšit výtěžek a kvalitu celulózy pomocí genetického inženýrství mikrobiálních kmenů.
Optimalizace fermentačního procesu: využití bioreaktorů pro dynamickou regulaci ke zlepšení účinnosti výroby celulózy.
Proces zelené etherifikace: omezte používání organických rozpouštědel a vyviňte ekologičtější technologie etherifikace, jako je enzymová katalytická modifikace.
Kontrola kvality produktu: analýzou stupně substituce, rozpustnosti, viskozity a dalších ukazatelů HPMC se ujistěte, že splňuje požadavky aplikace.
Na bázi fermentaceHPMCvýrobní metoda má výhody v tom, že je obnovitelná, šetrná k životnímu prostředí a efektivní, což je v souladu s trendem zelené chemie a udržitelného rozvoje. S rozvojem biotechnologie se očekává, že tato technologie postupně nahradí tradiční chemické metody a podpoří širší uplatnění HPMC v oblasti stavebnictví, potravinářství, lékařství atd.
Čas odeslání: duben-11-2025