1.Hydroxypropylméthylcellulose (HPMC)C'est un éther de cellulose important, largement utilisé dans la construction, l'industrie pharmaceutique, l'agroalimentaire, les cosmétiques et d'autres secteurs. L'HPMC possède de bonnes propriétés épaississantes, filmogènes, émulsifiantes, de suspension et de rétention d'eau, ce qui lui confère un rôle essentiel dans de nombreuses industries. Sa production repose principalement sur des procédés de modification chimique. Ces dernières années, avec les progrès des biotechnologies, les méthodes de production basées sur la fermentation microbienne ont également commencé à susciter l'intérêt.
2. Principe de production par fermentation de HPMC
Le procédé traditionnel de production d'HPMC utilise de la cellulose naturelle comme matière première et est produit par des procédés chimiques tels que l'alcalinisation, l'éthérification et le raffinage. Cependant, ce procédé utilise une grande quantité de solvants organiques et de réactifs chimiques, ce qui a un impact considérable sur l'environnement. Par conséquent, le recours à la fermentation microbienne pour synthétiser la cellulose et l'éthérifier davantage est devenu une méthode de production plus respectueuse de l'environnement et plus durable.
La synthèse microbienne de cellulose (BC) est un sujet brûlant ces dernières années. Des bactéries comme Komagataeibacter (comme Komagataeibacter xylinus) et Gluconacetobacter peuvent synthétiser directement de la cellulose de haute pureté par fermentation. Ces bactéries utilisent le glucose, le glycérol ou d'autres sources de carbone comme substrats, fermentent dans des conditions appropriées et sécrètent des nanofibres de cellulose. La cellulose bactérienne ainsi obtenue peut être convertie en HPMC après modification par hydroxypropylation et méthylation.
3. Processus de production
3.1 Processus de fermentation de la cellulose bactérienne
L'optimisation du processus de fermentation est essentielle pour améliorer le rendement et la qualité de la cellulose bactérienne. Les principales étapes sont les suivantes :
Criblage et culture de souches : sélectionnez des souches de cellulose à haut rendement, telles que Komagataeibacter xylinus, pour la domestication et l'optimisation.
Milieu de fermentation : Apporter des sources de carbone (glucose, saccharose, xylose), des sources d'azote (extrait de levure, peptone), des sels inorganiques (phosphates, sels de magnésium, etc.) et des régulateurs (acide acétique, acide citrique) pour favoriser la croissance bactérienne et la synthèse de cellulose.
Contrôle des conditions de fermentation : y compris la température (28-30℃), le pH (4,5-6,0), le niveau d'oxygène dissous (culture par agitation ou statique), etc.
Collecte et purification : Après fermentation, la cellulose bactérienne est collectée par filtration, lavage, séchage et autres étapes, et les bactéries résiduelles et autres impuretés sont éliminées.
3.2 Modification de la méthylation de l'hydroxypropylcellulose
La cellulose bactérienne obtenue doit être modifiée chimiquement pour lui conférer les caractéristiques de l'HPMC. Les principales étapes sont les suivantes :
Traitement d'alcalinisation : tremper dans une quantité appropriée de solution de NaOH pour étendre la chaîne cellulosique et améliorer l'activité réactionnelle de l'éthérification ultérieure.
Réaction d'éthérification : dans des conditions de température et de catalyse spécifiques, ajouter de l'oxyde de propylène (hydroxypropylation) et du chlorure de méthyle (méthylation) pour remplacer le groupe hydroxyle de la cellulose afin de former du HPMC.
Neutralisation et raffinage : neutraliser avec de l'acide après la réaction pour éliminer les réactifs chimiques n'ayant pas réagi, et obtenir le produit final par lavage, filtrage et séchage.
Concassage et calibrage : broyer le HPMC en particules répondant aux spécifications, puis les tamiser et les conditionner selon différents degrés de viscosité.
4. Technologies clés et stratégies d'optimisation
Amélioration des souches : améliorer le rendement et la qualité de la cellulose grâce au génie génétique des souches microbiennes.
Optimisation du processus de fermentation : utiliser des bioréacteurs pour le contrôle dynamique afin d'améliorer l'efficacité de la production de cellulose.
Procédé d'éthérification verte : réduire l'utilisation de solvants organiques et développer des technologies d'éthérification plus respectueuses de l'environnement, telles que la modification catalytique enzymatique.
Contrôle de la qualité du produit : en analysant le degré de substitution, la solubilité, la viscosité et d'autres indicateurs du HPMC, assurez-vous qu'il répond aux exigences de l'application.
Le procédé basé sur la fermentationHPMCCette méthode de production présente les avantages d'être renouvelable, respectueuse de l'environnement et efficace, ce qui s'inscrit dans la tendance de la chimie verte et du développement durable. Avec les progrès des biotechnologies, cette technologie devrait progressivement remplacer les méthodes chimiques traditionnelles et favoriser une application plus large de l'HPMC dans les secteurs de la construction, de l'agroalimentaire, de la médecine, etc.
Date de publication : 11 avril 2025