हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज का किण्वन और उत्पादन

1.हाइड्रोक्सीप्रोपाइल मिथाइलसेलुलोज (एचपीएमसी)एक महत्वपूर्ण सेल्यूलोज ईथर है, जिसका व्यापक रूप से निर्माण, फार्मास्यूटिकल्स, भोजन, सौंदर्य प्रसाधन और अन्य क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। HPMC में अच्छा गाढ़ापन, फिल्म बनाने, पायसीकारी, निलंबन और जल प्रतिधारण गुण होते हैं, इसलिए यह कई उद्योगों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। HPMC का उत्पादन मुख्य रूप से रासायनिक संशोधन प्रक्रियाओं पर निर्भर करता है। हाल के वर्षों में, जैव प्रौद्योगिकी की प्रगति के साथ, माइक्रोबियल किण्वन पर आधारित उत्पादन विधियों ने भी ध्यान आकर्षित करना शुरू कर दिया है।

2. एचपीएमसी का किण्वन उत्पादन सिद्धांत

पारंपरिक एचपीएमसी उत्पादन प्रक्रिया कच्चे माल के रूप में प्राकृतिक सेल्यूलोज का उपयोग करती है और इसे क्षारीकरण, ईथरीकरण और शोधन जैसे रासायनिक तरीकों से उत्पादित किया जाता है। हालांकि, इस प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में कार्बनिक सॉल्वैंट्स और रासायनिक अभिकर्मकों का उपयोग होता है, जिसका पर्यावरण पर बहुत अधिक प्रभाव पड़ता है। इसलिए, सेल्यूलोज को संश्लेषित करने और इसे आगे ईथरीकृत करने के लिए माइक्रोबियल किण्वन का उपयोग अधिक पर्यावरण के अनुकूल और टिकाऊ उत्पादन विधि बन गया है।

सेल्यूलोज (बीसी) का माइक्रोबियल संश्लेषण हाल के वर्षों में एक गर्म विषय रहा है। कोमागाटाइबैक्टर (जैसे कोमागाटाइबैक्टर ज़ाइलिनस) और ग्लूकोनासेटोबैक्टर सहित बैक्टीरिया किण्वन के माध्यम से सीधे उच्च शुद्धता वाले सेल्यूलोज को संश्लेषित कर सकते हैं। ये बैक्टीरिया सब्सट्रेट के रूप में ग्लूकोज, ग्लिसरॉल या अन्य कार्बन स्रोतों का उपयोग करते हैं, उपयुक्त परिस्थितियों में किण्वन करते हैं, और सेल्यूलोज नैनोफाइबर का स्राव करते हैं। परिणामी बैक्टीरियल सेल्यूलोज को हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल और मिथाइलेशन संशोधन के बाद एचपीएमसी में परिवर्तित किया जा सकता है।

3. उत्पादन प्रक्रिया

3.1 जीवाणु सेलुलोज़ की किण्वन प्रक्रिया

जीवाणु सेलुलोज़ की उपज और गुणवत्ता में सुधार के लिए किण्वन प्रक्रिया का अनुकूलन महत्वपूर्ण है। मुख्य चरण इस प्रकार हैं:

स्ट्रेन स्क्रीनिंग और खेती: पालतू बनाने और अनुकूलन के लिए उच्च उपज वाले सेल्यूलोज स्ट्रेन, जैसे कोमागाटाबैक्टर ज़ाइलिनस का चयन करें।

किण्वन माध्यम: जीवाणु वृद्धि और सेल्यूलोज संश्लेषण को बढ़ावा देने के लिए कार्बन स्रोत (ग्लूकोज, सुक्रोज, ज़ाइलोज़), नाइट्रोजन स्रोत (यीस्ट एक्सट्रैक्ट, पेप्टोन), अकार्बनिक लवण (फॉस्फेट, मैग्नीशियम लवण, आदि) और नियामक (एसिटिक एसिड, साइट्रिक एसिड) प्रदान करते हैं।

किण्वन स्थिति नियंत्रण: तापमान (28-30 ℃), पीएच (4.5-6.0), घुलित ऑक्सीजन स्तर (सरगर्मी या स्थिर संस्कृति), आदि सहित।

संग्रहण एवं शुद्धिकरण: किण्वन के बाद, जीवाणु सेलुलोज़ को छानने, धोने, सुखाने और अन्य चरणों द्वारा एकत्र किया जाता है, और अवशिष्ट बैक्टीरिया और अन्य अशुद्धियों को हटा दिया जाता है।

3.2 सेल्यूलोज़ का हाइड्रॉक्सीप्रोपाइल मिथाइलेशन संशोधन

प्राप्त बैक्टीरियल सेलुलोज़ को HPMC की विशेषताएँ देने के लिए रासायनिक रूप से संशोधित करने की आवश्यकता होती है। मुख्य चरण इस प्रकार हैं:

क्षारीयकरण उपचार: सेल्यूलोज श्रृंखला का विस्तार करने और बाद में ईथरीकरण की प्रतिक्रिया गतिविधि में सुधार करने के लिए NaOH समाधान की उचित मात्रा में भिगोएँ।

ईथरीकरण अभिक्रिया: विशिष्ट तापमान और उत्प्रेरक स्थितियों के अंतर्गत, एचपीएमसी बनाने के लिए सेल्यूलोज हाइड्रॉक्सिल समूह को प्रतिस्थापित करने के लिए प्रोपिलीन ऑक्साइड (हाइड्रॉक्सीप्रोपाइलेशन) और मिथाइल क्लोराइड (मिथाइलेशन) मिलाएं।

उदासीनीकरण और शोधन: प्रतिक्रिया के बाद अम्ल से उदासीनीकरण कर अप्रत्युत्तरित रासायनिक अभिकर्मकों को हटाया जाता है, तथा धोने, छानने और सुखाने के द्वारा अंतिम उत्पाद प्राप्त किया जाता है।

क्रशिंग और ग्रेडिंग: एचपीएमसी को ऐसे कणों में कुचलें जो विनिर्देशों को पूरा करते हों, और उन्हें अलग-अलग चिपचिपाहट ग्रेड के अनुसार स्क्रीन करें और पैकेज करें।

4. प्रमुख प्रौद्योगिकियां और अनुकूलन रणनीतियाँ

स्ट्रेन सुधार: सूक्ष्मजीवी स्ट्रेन की आनुवंशिक इंजीनियरिंग के माध्यम से सेल्यूलोज की उपज और गुणवत्ता में सुधार करना।

किण्वन प्रक्रिया अनुकूलन: सेल्यूलोज़ उत्पादन दक्षता में सुधार के लिए गतिशील नियंत्रण हेतु बायोरिएक्टर का उपयोग करें।

हरित ईथरीकरण प्रक्रिया: कार्बनिक विलायकों के उपयोग को कम करना तथा अधिक पर्यावरण अनुकूल ईथरीकरण प्रौद्योगिकियों का विकास करना, जैसे एंजाइम उत्प्रेरक संशोधन।

उत्पाद गुणवत्ता नियंत्रण: एचपीएमसी के प्रतिस्थापन डिग्री, घुलनशीलता, चिपचिपाहट और अन्य संकेतकों का विश्लेषण करके, सुनिश्चित करें कि यह अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करता है।

किण्वन आधारितएचपीएमसीउत्पादन पद्धति में नवीकरणीय, पर्यावरण के अनुकूल और कुशल होने के फायदे हैं, जो हरित रसायन विज्ञान और सतत विकास की प्रवृत्ति के अनुरूप है। जैव प्रौद्योगिकी की उन्नति के साथ, इस तकनीक से धीरे-धीरे पारंपरिक रासायनिक तरीकों की जगह लेने और निर्माण, भोजन, चिकित्सा आदि के क्षेत्रों में एचपीएमसी के व्यापक अनुप्रयोग को बढ़ावा देने की उम्मीद है।