1.Hidroksipropil metilselulosa (HPMC)merupakan eter selulosa penting yang banyak digunakan dalam konstruksi, farmasi, makanan, kosmetik, dan bidang lainnya. HPMC memiliki sifat pengental, pembentuk film, pengemulsi, suspensi, dan retensi air yang baik, sehingga memegang peranan penting dalam banyak industri. Produksi HPMC terutama bergantung pada proses modifikasi kimia. Dalam beberapa tahun terakhir, dengan kemajuan bioteknologi, metode produksi berdasarkan fermentasi mikroba juga mulai menarik perhatian.
2. Prinsip produksi fermentasi HPMC
Proses produksi HPMC tradisional menggunakan selulosa alami sebagai bahan baku dan diproduksi dengan metode kimia seperti alkalisasi, eterifikasi, dan pemurnian. Namun, proses ini melibatkan sejumlah besar pelarut organik dan reagen kimia, yang berdampak besar pada lingkungan. Oleh karena itu, penggunaan fermentasi mikroba untuk mensintesis selulosa dan selanjutnya melakukan eterifikasi telah menjadi metode produksi yang lebih ramah lingkungan dan berkelanjutan.
Sintesis selulosa (BC) oleh mikroba telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun terakhir. Bakteri termasuk Komagataeibacter (seperti Komagataeibacter xylinus) dan Gluconacetobacter dapat secara langsung mensintesis selulosa dengan kemurnian tinggi melalui fermentasi. Bakteri ini menggunakan glukosa, gliserol atau sumber karbon lainnya sebagai substrat, melakukan fermentasi dalam kondisi yang sesuai, dan mengeluarkan serat nano selulosa. Selulosa bakteri yang dihasilkan dapat diubah menjadi HPMC setelah modifikasi hidroksipropil dan metilasi.
3. Proses produksi
3.1 Proses Fermentasi Selulosa Bakteri
Optimalisasi proses fermentasi sangat penting untuk meningkatkan hasil dan kualitas selulosa bakteri. Langkah-langkah utamanya adalah sebagai berikut:
Penyaringan dan budidaya strain: Pilih strain selulosa hasil tinggi, seperti Komagataeibacter xylinus, untuk domestikasi dan pengoptimalan.
Media fermentasi: Menyediakan sumber karbon (glukosa, sukrosa, xilosa), sumber nitrogen (ekstrak ragi, pepton), garam anorganik (fosfat, garam magnesium, dll.) dan pengatur (asam asetat, asam sitrat) untuk meningkatkan pertumbuhan bakteri dan sintesis selulosa.
Kontrol kondisi fermentasi: termasuk suhu (28-30℃), pH (4,5-6,0), tingkat oksigen terlarut (pengadukan atau kultur statis), dll.
Pengumpulan dan pemurnian: Setelah fermentasi, selulosa bakteri dikumpulkan melalui penyaringan, pencucian, pengeringan dan langkah-langkah lainnya, dan bakteri sisa serta kotoran lainnya dihilangkan.
3.2 Modifikasi metilasi hidroksipropil selulosa
Selulosa bakteri yang diperoleh perlu dimodifikasi secara kimia untuk memberikan karakteristik HPMC. Langkah-langkah utamanya adalah sebagai berikut:
Perlakuan alkalisasi: rendam dalam larutan NaOH secukupnya untuk memperluas rantai selulosa dan meningkatkan aktivitas reaksi eterifikasi selanjutnya.
Reaksi eterifikasi: pada suhu dan kondisi katalitik tertentu, tambahkan propilena oksida (hidroksipropilasi) dan metil klorida (metilasi) untuk menggantikan gugus hidroksil selulosa untuk membentuk HPMC.
Netralisasi dan pemurnian: netralisasi dengan asam setelah reaksi untuk menghilangkan reagen kimia yang tidak bereaksi, dan dapatkan produk akhir dengan pencucian, penyaringan, dan pengeringan.
Penghancuran dan pemilahan: hancurkan HPMC menjadi partikel yang memenuhi spesifikasi, lalu saring dan kemas sesuai dengan tingkat kekentalan yang berbeda.
4. Teknologi utama dan strategi optimasi
Peningkatan strain: meningkatkan hasil dan kualitas selulosa melalui rekayasa genetika strain mikroba.
Optimalisasi proses fermentasi: gunakan bioreaktor untuk kontrol dinamis guna meningkatkan efisiensi produksi selulosa.
Proses eterifikasi hijau: mengurangi penggunaan pelarut organik dan mengembangkan teknologi eterifikasi yang lebih ramah lingkungan, seperti modifikasi katalitik enzim.
Kontrol kualitas produk: dengan menganalisis tingkat substitusi, kelarutan, viskositas dan indikator HPMC lainnya, memastikannya memenuhi persyaratan aplikasi.
Berbasis fermentasiHPMCMetode produksi ini memiliki keunggulan berupa energi terbarukan, ramah lingkungan, dan efisien, yang sejalan dengan tren kimia hijau dan pembangunan berkelanjutan. Dengan kemajuan bioteknologi, teknologi ini diharapkan dapat secara bertahap menggantikan metode kimia tradisional dan mendorong penerapan HPMC yang lebih luas di bidang konstruksi, makanan, obat-obatan, dll.
Waktu posting: 11-Apr-2025