1.Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)er en vigtig celluloseether, der er meget udbredt i byggeri, farmaceutiske produkter, fødevarer, kosmetik og andre områder. HPMC har gode fortykkelses-, filmdannende, emulgerende, suspensions- og vandretentionsegenskaber, så det spiller en nøglerolle i mange industrier. Produktionen af HPMC er hovedsageligt afhængig af kemiske modifikationsprocesser. I de senere år, med bioteknologiens fremskridt, er produktionsmetoder baseret på mikrobiel fermentering også begyndt at tiltrække sig opmærksomhed.
2. Gæringsproduktionsprincip for HPMC
Den traditionelle HPMC-produktionsproces bruger naturlig cellulose som råmateriale og fremstilles ved kemiske metoder som alkalisering, etherificering og raffinering. Denne proces involverer dog en stor mængde organiske opløsningsmidler og kemiske reagenser, som har stor indvirkning på miljøet. Derfor er brugen af mikrobiel fermentering til at syntetisere cellulose og yderligere foretre den blevet en mere miljøvenlig og bæredygtig produktionsmetode.
Mikrobiel syntese af cellulose (BC) har været et varmt emne i de senere år. Bakterier inklusive Komagataeibacter (såsom Komagataeibacter xylinus) og Gluconacetobacter kan direkte syntetisere højrenhedscellulose gennem fermentering. Disse bakterier bruger glucose, glycerol eller andre kulstofkilder som substrater, fermenterer under passende forhold og udskiller cellulosenanofibre. Den resulterende bakterielle cellulose kan omdannes til HPMC efter hydroxypropyl- og methyleringsmodifikation.
3. Produktionsproces
3.1 Fermenteringsproces af bakteriel cellulose
Optimeringen af fermenteringsprocessen er afgørende for at forbedre udbyttet og kvaliteten af bakteriel cellulose. De vigtigste trin er som følger:
Stammescreening og dyrkning: Vælg højudbytte cellulosestammer, såsom Komagataeibacter xylinus, til domesticering og optimering.
Fermenteringsmedium: Giv kulstofkilder (glucose, saccharose, xylose), nitrogenkilder (gærekstrakt, pepton), uorganiske salte (phosphater, magnesiumsalte osv.) og regulatorer (eddikesyre, citronsyre) for at fremme bakterievækst og cellulosesyntese.
Kontrol af fermenteringsbetingelser: inklusive temperatur (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), niveau af opløst ilt (omrøring eller statisk kultur) osv.
Opsamling og rensning: Efter fermentering opsamles bakteriecellulosen ved filtrering, vask, tørring og andre trin, og resterende bakterier og andre urenheder fjernes.
3.2 Hydroxypropylmethyleringsmodifikation af cellulose
Den opnåede bakterielle cellulose skal modificeres kemisk for at give den HPMC's egenskaber. De vigtigste trin er som følger:
Alkaliseringsbehandling: opblød i en passende mængde NaOH-opløsning for at udvide cellulosekæden og forbedre reaktionsaktiviteten ved efterfølgende etherificering.
Etherificeringsreaktion: under specifikke temperatur- og katalytiske betingelser tilsættes propylenoxid (hydroxypropylering) og methylchlorid (methylering) for at erstatte cellulosehydroxylgruppen for at danne HPMC.
Neutralisering og raffinering: neutraliser med syre efter reaktionen for at fjerne uomsatte kemiske reagenser, og opnå det endelige produkt ved vask, filtrering og tørring.
Knusning og klassificering: knus HPMC til partikler, der opfylder specifikationerne, og sigt og pak dem i henhold til forskellige viskositetsgrader.
4. Nøgleteknologier og optimeringsstrategier
Stammeforbedring: forbedre celluloseudbyttet og kvaliteten gennem genteknologi af mikrobielle stammer.
Optimering af fermenteringsprocessen: brug bioreaktorer til dynamisk kontrol for at forbedre celluloseproduktionseffektiviteten.
Grøn foretringsproces: Reducer brugen af organiske opløsningsmidler og udvikle mere miljøvenlige foretringsteknologier, såsom enzymkatalytisk modifikation.
Produktkvalitetskontrol: ved at analysere substitutionsgraden, opløseligheden, viskositeten og andre indikatorer for HPMC, sikres det, at det opfylder applikationskravene.
Den gæringsbaseredeHPMCproduktionsmetoden har fordelene ved at være vedvarende, miljøvenlig og effektiv, hvilket er i tråd med trenden med grøn kemi og bæredygtig udvikling. Med bioteknologiens fremskridt forventes denne teknologi gradvist at erstatte traditionelle kemiske metoder og fremme den bredere anvendelse af HPMC inden for byggeri, fødevarer, medicin osv.
Indlægstid: 11-apr-2025