1.Hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC)Es un importante éter de celulosa, ampliamente utilizado en la construcción, la industria farmacéutica, la alimentación, la cosmética y otros sectores. El HPMC posee buenas propiedades espesantes, formadoras de película, emulsionantes, de suspensión y de retención de agua, por lo que desempeña un papel fundamental en numerosas industrias. La producción de HPMC se basa principalmente en procesos de modificación química. En los últimos años, con el avance de la biotecnología, los métodos de producción basados en la fermentación microbiana también han cobrado relevancia.
2. Principio de producción por fermentación de HPMC
El proceso tradicional de producción de HPMC utiliza celulosa natural como materia prima y se produce mediante métodos químicos como la alcalinización, la eterificación y el refinado. Sin embargo, este proceso implica una gran cantidad de disolventes orgánicos y reactivos químicos, lo que tiene un gran impacto ambiental. Por lo tanto, el uso de la fermentación microbiana para sintetizar celulosa y eterificarla se ha convertido en un método de producción más respetuoso con el medio ambiente y sostenible.
La síntesis microbiana de celulosa (BC) ha sido un tema de gran interés en los últimos años. Bacterias como Komagataeibacter (como Komagataeibacter xylinus) y Gluconacetobacter pueden sintetizar directamente celulosa de alta pureza mediante fermentación. Estas bacterias utilizan glucosa, glicerol u otras fuentes de carbono como sustratos, fermentan en condiciones adecuadas y secretan nanofibras de celulosa. La celulosa bacteriana resultante puede convertirse en HPMC tras la modificación con hidroxipropilo y metilación.
3. Proceso de producción
3.1 Proceso de fermentación de la celulosa bacteriana
La optimización del proceso de fermentación es crucial para mejorar el rendimiento y la calidad de la celulosa bacteriana. Los pasos principales son los siguientes:
Selección y cultivo de cepas: seleccionar cepas de celulosa de alto rendimiento, como Komagataeibacter xylinus, para su domesticación y optimización.
Medio de fermentación: Aportar fuentes de carbono (glucosa, sacarosa, xilosa), fuentes de nitrógeno (extracto de levadura, peptona), sales inorgánicas (fosfatos, sales de magnesio, etc.) y reguladores (ácido acético, ácido cítrico) para promover el crecimiento bacteriano y la síntesis de celulosa.
Control de las condiciones de fermentación: incluye temperatura (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), nivel de oxígeno disuelto (agitación o cultivo estático), etc.
Recolección y purificación: Después de la fermentación, la celulosa bacteriana se recolecta mediante filtración, lavado, secado y otros pasos, y se eliminan las bacterias residuales y otras impurezas.
3.2 Modificación de la metilación de hidroxipropilo de la celulosa
La celulosa bacteriana obtenida debe modificarse químicamente para conferirle las características de la HPMC. Los pasos principales son los siguientes:
Tratamiento de alcalinización: remojar en una cantidad adecuada de solución de NaOH para expandir la cadena de celulosa y mejorar la actividad de reacción de la eterificación posterior.
Reacción de eterificación: bajo condiciones catalíticas y de temperatura específicas, se agrega óxido de propileno (hidroxipropilación) y cloruro de metilo (metilación) para reemplazar el grupo hidroxilo de celulosa y formar HPMC.
Neutralización y refinación: neutralizar con ácido después de la reacción para eliminar los reactivos químicos que no reaccionaron y obtener el producto final mediante lavado, filtrado y secado.
Trituración y clasificación: triturar HPMC en partículas que cumplan con las especificaciones y tamizarlas y empaquetarlas según diferentes grados de viscosidad.
4. Tecnologías clave y estrategias de optimización
Mejoramiento de cepas: mejorar el rendimiento y la calidad de la celulosa mediante ingeniería genética de cepas microbianas.
Optimización del proceso de fermentación: uso de biorreactores para el control dinámico para mejorar la eficiencia de la producción de celulosa.
Proceso de eterificación verde: reducir el uso de disolventes orgánicos y desarrollar tecnologías de eterificación más respetuosas con el medio ambiente, como la modificación catalítica enzimática.
Control de calidad del producto: mediante el análisis del grado de sustitución, la solubilidad, la viscosidad y otros indicadores de HPMC, se garantiza que cumple con los requisitos de la aplicación.
La fermentación basadaHPMCEste método de producción ofrece las ventajas de ser renovable, respetuoso con el medio ambiente y eficiente, lo cual se alinea con la tendencia de la química verde y el desarrollo sostenible. Con el avance de la biotecnología, se espera que esta tecnología sustituya gradualmente a los métodos químicos tradicionales y promueva una aplicación más amplia de la HPMC en los sectores de la construcción, la alimentación, la medicina, etc.
Hora de publicación: 11 de abril de 2025