1.Υδροξυπροπυλομεθυλοκυτταρίνη (HPMC)είναι ένας σημαντικός αιθέρας κυτταρίνης, που χρησιμοποιείται ευρέως στις κατασκευές, τα φαρμακευτικά προϊόντα, τα τρόφιμα, τα καλλυντικά και άλλους τομείς. Το HPMC έχει καλές ιδιότητες πάχυνσης, σχηματισμού φιλμ, γαλακτωματοποίησης, εναιώρησης και κατακράτησης νερού, επομένως παίζει βασικό ρόλο σε πολλές βιομηχανίες. Η παραγωγή HPMC βασίζεται κυρίως σε διαδικασίες χημικής τροποποίησης. Τα τελευταία χρόνια, με την πρόοδο της βιοτεχνολογίας, έχουν αρχίσει να τραβούν την προσοχή και οι μέθοδοι παραγωγής που βασίζονται στη μικροβιακή ζύμωση.
2. Αρχή ζύμωσης παραγωγής HPMC
Η παραδοσιακή διαδικασία παραγωγής HPMC χρησιμοποιεί φυσική κυτταρίνη ως πρώτη ύλη και παράγεται με χημικές μεθόδους όπως αλκαλοποίηση, αιθεροποίηση και διύλιση. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει μεγάλη ποσότητα οργανικών διαλυτών και χημικών αντιδραστηρίων, γεγονός που έχει μεγάλη επίδραση στο περιβάλλον. Ως εκ τούτου, η χρήση της μικροβιακής ζύμωσης για τη σύνθεση κυτταρίνης και την περαιτέρω αιθεροποίησή της έχει γίνει μια πιο φιλική προς το περιβάλλον και βιώσιμη μέθοδος παραγωγής.
Η μικροβιακή σύνθεση της κυτταρίνης (BC) είναι ένα καυτό θέμα τα τελευταία χρόνια. Τα βακτήρια που περιλαμβάνουν το Komagataeibacter (όπως το Komagataeibacter xylinus) και το Gluconacetobacter μπορούν να συνθέσουν απευθείας κυτταρίνη υψηλής καθαρότητας μέσω ζύμωσης. Αυτά τα βακτήρια χρησιμοποιούν γλυκόζη, γλυκερόλη ή άλλες πηγές άνθρακα ως υποστρώματα, ζυμώνουν υπό κατάλληλες συνθήκες και εκκρίνουν νανοΐνες κυτταρίνης. Η προκύπτουσα βακτηριακή κυτταρίνη μπορεί να μετατραπεί σε HPMC μετά από τροποποίηση υδροξυπροπυλίου και μεθυλίωσης.
3. Διαδικασία παραγωγής
3.1 Διαδικασία ζύμωσης βακτηριακής κυτταρίνης
Η βελτιστοποίηση της διαδικασίας ζύμωσης είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της απόδοσης και της ποιότητας της βακτηριακής κυτταρίνης. Τα κύρια βήματα είναι τα εξής:
Έλεγχος και καλλιέργεια στελεχών: Επιλέξτε στελέχη κυτταρίνης υψηλής απόδοσης, όπως το Komagataeibacter xylinus, για εξημέρωση και βελτιστοποίηση.
Μέσο ζύμωσης: Παρέχετε πηγές άνθρακα (γλυκόζη, σακχαρόζη, ξυλόζη), πηγές αζώτου (εκχύλισμα ζύμης, πεπτόνη), ανόργανα άλατα (φωσφορικά άλατα, άλατα μαγνησίου κ.λπ.) και ρυθμιστές (οξικό οξύ, κιτρικό οξύ) για την προώθηση της ανάπτυξης βακτηρίων και της σύνθεσης κυτταρίνης.
Έλεγχος συνθηκών ζύμωσης: συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας (28-30℃), του pH (4,5-6,0), του επιπέδου διαλυμένου οξυγόνου (ανάδευση ή στατική καλλιέργεια) κ.λπ.
Συλλογή και καθαρισμός: Μετά τη ζύμωση, η βακτηριακή κυτταρίνη συλλέγεται με διήθηση, πλύση, ξήρανση και άλλα στάδια, και τα υπολειμματικά βακτήρια και άλλες ακαθαρσίες απομακρύνονται.
3.2 Τροποποίηση μεθυλίωσης υδροξυπροπυλίου της κυτταρίνης
Η λαμβανόμενη βακτηριακή κυτταρίνη χρειάζεται να τροποποιηθεί χημικά για να της δώσει τα χαρακτηριστικά της HPMC. Τα κύρια βήματα είναι τα εξής:
Επεξεργασία αλκαλοποίησης: εμποτίστε σε κατάλληλη ποσότητα διαλύματος NaOH για επέκταση της αλυσίδας κυτταρίνης και βελτίωση της δραστηριότητας αντίδρασης της επακόλουθης αιθεροποίησης.
Αντίδραση αιθεροποίησης: κάτω από συγκεκριμένες θερμοκρασίες και καταλυτικές συνθήκες, προσθέστε οξείδιο προπυλενίου (υδροξυπροπυλίωση) και χλωριούχο μεθύλιο (μεθυλίωση) για να αντικαταστήσετε την ομάδα υδροξυλίου κυτταρίνης για να σχηματίσετε HPMC.
Εξουδετέρωση και εξευγενισμός: εξουδετερώστε με οξύ μετά την αντίδραση για να αφαιρέσετε τα χημικά αντιδραστήρια που δεν αντέδρασαν και λάβετε το τελικό προϊόν με πλύσιμο, διήθηση και ξήρανση.
Θρυμματισμός και ταξινόμηση: συνθλίβετε το HPMC σε σωματίδια που πληρούν τις προδιαγραφές, και τα πλένονται και συσκευάζονται σύμφωνα με διαφορετικούς βαθμούς ιξώδους.
4. Βασικές τεχνολογίες και στρατηγικές βελτιστοποίησης
Βελτίωση στελέχους: βελτίωση της απόδοσης και της ποιότητας της κυτταρίνης μέσω της γενετικής μηχανικής μικροβιακών στελεχών.
Βελτιστοποίηση διαδικασίας ζύμωσης: χρησιμοποιήστε βιοαντιδραστήρες για δυναμικό έλεγχο για βελτίωση της απόδοσης παραγωγής κυτταρίνης.
Διαδικασία πράσινης αιθεροποίησης: μειώστε τη χρήση οργανικών διαλυτών και αναπτύξτε πιο φιλικές προς το περιβάλλον τεχνολογίες αιθεροποίησης, όπως η ενζυμική καταλυτική τροποποίηση.
Έλεγχος ποιότητας προϊόντος: αναλύοντας τον βαθμό υποκατάστασης, τη διαλυτότητα, το ιξώδες και άλλους δείκτες του HPMC, βεβαιωθείτε ότι πληροί τις απαιτήσεις εφαρμογής.
Το με βάση τη ζύμωσηHPMCΗ μέθοδος παραγωγής έχει τα πλεονεκτήματα ότι είναι ανανεώσιμη, φιλική προς το περιβάλλον και αποτελεσματική, η οποία είναι σύμφωνη με την τάση της πράσινης χημείας και της αειφόρου ανάπτυξης. Με την πρόοδο της βιοτεχνολογίας, η τεχνολογία αυτή αναμένεται να αντικαταστήσει σταδιακά τις παραδοσιακές χημικές μεθόδους και να προωθήσει την ευρύτερη εφαρμογή της HPMC στους τομείς των κατασκευών, των τροφίμων, της ιατρικής κ.λπ.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-11-2025