Hüdroksüpropüülmetüültselluloos (HPMC)on vees lahustuv polümeerühend, mida tavaliselt kasutatakse tööstuslikes ja meditsiinilistes valdkondades, ning sellel on lai valik rakendusväärtusi, näiteks ravimite kontrollitud vabanemisel, toiduainete töötlemisel ja ehitusmaterjalidel. Keemilised reaktsioonid selle käärimisprotsessis on peamiselt seotud tselluloosi lagunemise ja modifitseerimisega ning mikroorganismide metaboolse aktiivsusega. HPMC keemiliste reaktsioonide paremaks mõistmiseks fermentatsiooniprotsessis peame kõigepealt mõistma selle põhistruktuuri ja tselluloosi lagunemisprotsessi.
1. Hüdroksüpropüülmetüültselluloosi põhistruktuur ja omadused
HPMC on derivaat, mis saadakse loodusliku tselluloosi (tselluloos) keemilise modifikatsiooni teel. Selle molekulaarse ahela selgroog on glükoosimolekulid (C6H12O6), mis on ühendatud β-1,4 glükosiidsidemetega. Tselluloosi ise on vees keeruline lahustuda, kuid metüül- (-och3) ja hüdroksüpropüülrühmade (-c3H7OH) rühmade sissetoomisel saab selle vee lahustuvust lahustuva polümeeri moodustamiseks oluliselt parandada. HPMC modifitseerimisprotsess hõlmab üldiselt tselluloosi reaktsiooni metüülkloriidi (CH3Cl) ja propüleenkoholi (C3H6O) abil aluselistes tingimustes ning sellest tuleneval produktil on tugev hüdrofiilsus ja lahustuvus.
2. keemilised reaktsioonid kääritamise ajal
HPMC käärimisprotsess sõltub tavaliselt mikroorganismide toimest, mis kasutavad HPMC -d süsinikuallikana ja toitaineallikana. HPMC käärimisprotsess sisaldab järgmisi põhietappe:
2.1. HPMC lagunemine
Tselluloos ise koosneb ühendatud glükoosiüksustest ja HPMC laguneb mikroorganismide abil kääritamisprotsessi ajal, mis laguneb kõigepealt väiksemateks kasutatavateks suhkruteks (näiteks glükoos, ksüloos jne). See protsess hõlmab tavaliselt mitme tselluloosi laguneva ensüümi toimet. Peamised lagunemisreaktsioonid hõlmavad järgmist:
Tselluloosi hüdrolüüsi reaktsioon: tselluloosi molekulides sisalduvad β-1,4 glükosiidsed sidemed purunevad tselluloosi hüdrolaaside (näiteks tsellulaas, endotsellulaasi) abil, tekitades lühemaid suhkruahelaid (näiteks oligosahhariidid, dishahhariidid jne). Neid suhkruid metaboliseeritakse ja kasutavad mikroorganismid.
HPMC hüdrolüüs ja lagunemine: metüül- ja hüdroksüpropüülsendid HPMC molekulis eemaldatakse osaliselt hüdrolüüsi teel. Hüdrolüüsireaktsiooni spetsiifiline mehhanism ei ole veel täielikult mõistetav, kuid võib spekuleerida, et kääritamiskeskkonnas katalüüsivad hüdrolüüsi reaktsiooni ensüümid, mida erivad mikroorganismid (näiteks hüdroksüülterseraas). See protsess viib HPMC molekulaarsete ahelate purunemiseni ja funktsionaalsete rühmade eemaldamiseni, moodustades lõpuks väiksemad suhkrumolekulid.
2.2. Mikroobsed metaboolsed reaktsioonid
Kui HPMC on lagunenud väiksemateks suhkrumolekulideks, on mikroorganismid võimelised neid suhkruid ensümaatiliste reaktsioonide abil energiaks muundama. Täpsemalt, mikroorganismid lagundavad glükoosi etanooliks, piimhappeks või muudeks metaboliitideks kääritamisradade kaudu. Erinevad mikroorganismid võivad HPMC lagunemisprodukte metaboliseerida erinevate radade kaudu. Tavalised metaboolsed teed hõlmavad:
Glükolüüsi rada: ensüümide abil lagundatakse glükoos püruvaadiks ja muundatakse veelgi energiaks (ATP) ja metaboliitideks (näiteks piimhape, etanool jne).
Kermenteerimisproduktide genereerimine: anaeroobsetes või hüpoksilistes tingimustes muudavad mikroorganismid glükoosi või selle lagunemistooteid orgaanilisteks hapeteks nagu etanool, piimhape, äädikhape jne. Fermentatsiooniteede kaudu, mida kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusprotsessides.
2.3. Redoksreaktsioon
HPMC käärimisprotsessi ajal võivad mõned mikroorganismid vahepealseid tooteid redoksreaktsioonide kaudu veelgi muuta. Näiteks kaasnevad etanooli tootmisprotsessiga redoksreaktsioonid, glükoos oksüdeeritakse püruvaadi saamiseks ja seejärel muundatakse püruvaat etanooliks redutseerimisreaktsioonide abil. Need reaktsioonid on olulised rakkude metaboolse tasakaalu säilitamiseks.
3. Käärimisprotsessi kontrollitegurid
HPMC käärimisprotsessi ajal mõjutavad keskkonnategurid keemilisi reaktsioone oluliselt. Näiteks mõjutavad pH, temperatuur, lahustunud hapnikusisaldus, toitaineallika kontsentratsioon jne mikroorganismide metaboolset kiirust ja toodete tüüpi. Eriti temperatuur ja pH, võib mikroobsete ensüümide aktiivsus erinevatel temperatuuri- ja pH -tingimustel märkimisväärselt erineda, seetõttu on vaja kääritamistingimusi täpselt kontrollida, et tagada HPMC lagunemine ja mikroorganismide metaboolse protsessi sujuv progress.
KäärimisprotsessHpmchõlmab keerulisi keemilisi reaktsioone, sealhulgas tselluloosi hüdrolüüs, HPMC lagunemine, suhkrute metabolism ja kääritamistoodete tekitamine. Nende reaktsioonide mõistmine aitab mitte ainult optimeerida HPMC kääritusprotsessi, vaid pakub ka teoreetilist tuge seotud tööstusliku tootmise jaoks. Uuringute süvenemisega võib tulevikus välja töötada tõhusamaid ja ökonoomsemaid kääritamismeetodeid, et parandada HPMC ja toodete saagikust ning HPMC rakendamist biotransformatsioonis, keskkonnakaitses ja muudes valdkondades.
Postiaeg:-17-2025