1.Hydroksipropyylimetyyliselluloosa (HPMC)on tärkeä selluloosaeetteri, jota käytetään laajasti rakentamisessa, lääkkeissä, elintarvikkeissa, kosmetiikassa ja muilla aloilla. HPMC:llä on hyvät sakeuttamis-, kalvonmuodostus-, emulgointi-, suspensio- ja vedenpidätysominaisuudet, joten sillä on keskeinen rooli monilla teollisuudenaloilla. HPMC:n tuotanto perustuu pääasiassa kemiallisiin modifiointiprosesseihin. Viime vuosina biotekniikan edistyessä myös mikrobikäymiseen perustuvat tuotantomenetelmät ovat alkaneet herättää huomiota.
2. HPMC:n fermentointituotannon periaate
Perinteisessä HPMC:n tuotantoprosessissa käytetään raaka-aineena luonnollista selluloosaa, ja se tuotetaan kemiallisilla menetelmillä, kuten alkaloinnilla, eetteröinnillä ja jalostamalla. Tämä prosessi kuitenkin sisältää suuren määrän orgaanisia liuottimia ja kemiallisia reagensseja, millä on suuri vaikutus ympäristöön. Siksi mikrobifermentoinnin käytöstä selluloosan syntetisoimiseksi ja sen edelleen eetteröimiseksi on tullut ympäristöystävällisempi ja kestävämpi tuotantomenetelmä.
Selluloosan (BC) mikrobisynteesi on ollut kuuma aihe viime vuosina. Bakteerit, mukaan lukien Komagataeibacter (kuten Komagataeibacter xylinus) ja Gluconacetobacter, voivat syntetisoida suoraan erittäin puhdasta selluloosaa käymisen kautta. Nämä bakteerit käyttävät substraatteina glukoosia, glyserolia tai muita hiililähteitä, käyvät sopivissa olosuhteissa ja erittävät selluloosan nanokuituja. Tuloksena oleva bakteeriselluloosa voidaan muuttaa HPMC:ksi hydroksipropyyli- ja metylaatiomodifioinnin jälkeen.
3. Tuotantoprosessi
3.1 Bakteeriselluloosan käymisprosessi
Fermentointiprosessin optimointi on ratkaisevan tärkeää bakteeriselluloosan saannon ja laadun parantamiseksi. Päävaiheet ovat seuraavat:
Kantojen seulonta ja viljely: Valitse korkeatuottoisia selluloosakantoja, kuten Komagataeibacter xylinus, kesytystä ja optimointia varten.
Käymisalusta: Tarjoa hiilen lähteitä (glukoosi, sakkaroosi, ksyloosi), typen lähteitä (hiivauute, peptoni), epäorgaanisia suoloja (fosfaatteja, magnesiumsuoloja jne.) ja säätelyaineita (etikkahappoa, sitruunahappoa) bakteerien kasvun ja selluloosasynteesin edistämiseksi.
Käymisolosuhteiden valvonta: mukaan lukien lämpötila (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), liuenneen hapen taso (sekoitus tai staattinen viljely) jne.
Keräys ja puhdistus: Käymisen jälkeen bakteeriselluloosa kerätään talteen suodattamalla, pesemällä, kuivaamalla ja muilla vaiheilla, ja jäännösbakteerit ja muut epäpuhtaudet poistetaan.
3.2 Selluloosan hydroksipropyylimetylaatiomuunnos
Saatua bakteeriselluloosaa on modifioitava kemiallisesti, jotta sille saadaan HPMC:n ominaisuudet. Päävaiheet ovat seuraavat:
Alkalisointikäsittely: liota sopivaan määrään NaOH-liuosta selluloosaketjun laajentamiseksi ja myöhemmän eetteröinnin reaktioaktiivisuuden parantamiseksi.
Eetteröintireaktio: lisää tietyissä lämpötiloissa ja katalyyttisissä olosuhteissa propyleenioksidia (hydroksipropylointi) ja metyylikloridia (metylointi) selluloosan hydroksyyliryhmän korvaamiseksi HPMC:n muodostamiseksi.
Neutralointi ja raffinointi: neutraloi hapolla reaktion jälkeen reagoimattomien kemiallisten reagenssien poistamiseksi ja lopputuotteen saamiseksi pesemällä, suodattamalla ja kuivaamalla.
Murskaus ja lajittelu: murskaa HPMC vaatimukset täyttäviksi hiukkasiksi ja seulo ja pakkaa ne eri viskositeettiluokkien mukaan.
4. Keskeiset tekniikat ja optimointistrategiat
Kantojen parantaminen: parantaa selluloosan saantoa ja laatua mikrobikantojen geenitekniikan avulla.
Fermentointiprosessin optimointi: käytä bioreaktoreita dynaamiseen ohjaukseen selluloosan tuotannon tehokkuuden parantamiseksi.
Vihreä eetteröintiprosessi: vähennä orgaanisten liuottimien käyttöä ja kehitä ympäristöystävällisempiä eetteröintitekniikoita, kuten entsyymikatalyyttistä modifiointia.
Tuotteen laadunvalvonta: analysoimalla HPMC:n substituutioastetta, liukoisuutta, viskositeettia ja muita indikaattoreita varmista, että se täyttää käyttövaatimukset.
KäymispohjainenHPMCtuotantomenetelmän etuna on uusiutuva, ympäristöystävällinen ja tehokas, mikä on vihreän kemian ja kestävän kehityksen trendin mukaista. Biotekniikan edistymisen myötä tämän tekniikan odotetaan vähitellen korvaavan perinteiset kemialliset menetelmät ja edistävän HPMC:n laajempaa käyttöä rakentamisen, ruoan, lääketieteen jne.
Postitusaika: 11.4.2025