תסיסה וייצור של הידרוקסיפרופיל מתילצלולוזה

1.Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC)הוא אתר תאית חשוב, בשימוש נרחב בבנייה, תרופות, מזון, קוסמטיקה ותחומים אחרים. ל- HPMC תכונות טובות של עיבוי, יצירת סרט, מתחלב, השעיה ואגירת מים, ולכן היא ממלאת תפקיד מפתח בתעשיות רבות. הייצור של HPMC מסתמך בעיקר על תהליכי שינוי כימיים. בשנים האחרונות, עם התקדמות הביוטכנולוגיה, החלו למשוך תשומת לב גם שיטות ייצור המבוססות על תסיסה מיקרוביאלית.

2. עקרון ייצור תסיסה של HPMC

תהליך הייצור המסורתי של HPMC עושה שימוש בתאית טבעית כחומר גלם ומיוצר בשיטות כימיות כגון אלקליזציה, האתריפיקציה וזיקוק. עם זאת, תהליך זה כרוך בכמות גדולה של ממיסים אורגניים וריאגנטים כימיים, אשר להם השפעה רבה על הסביבה. לכן, השימוש בתסיסה מיקרוביאלית כדי לסנתז תאית ולהוסיף אותה לאתר הפך לשיטת ייצור ידידותית יותר לסביבה ובת קיימא.

סינתזה מיקרוביאלית של תאית (BC) הייתה נושא חם בשנים האחרונות. חיידקים הכוללים Komagataeibacter (כגון Komagataeibacter xylinus) ו- Gluconacetobacter יכולים לסנתז ישירות תאית בטוהר גבוה באמצעות תסיסה. חיידקים אלו משתמשים בגלוקוז, גליצרול או מקורות פחמן אחרים כמצעים, מתסיסים בתנאים מתאימים ומפרישים ננו-סיבי תאית. ניתן להמיר את התאית החיידקית המתקבלת ל- HPMC לאחר שינוי הידרוקסיפרופיל ומתילציה.

3. תהליך ייצור

3.1 תהליך תסיסה של תאית חיידקית

האופטימיזציה של תהליך התסיסה חיונית לשיפור התפוקה והאיכות של תאית חיידקית. השלבים העיקריים הם כדלקמן:

סינון זנים וטיפוח: בחר זני תאית בעלי תשואה גבוהה, כגון Komagataeibacter xylinus, לצורך ביות ואופטימיזציה.

מצע תסיסה: ספק מקורות פחמן (גלוקוז, סוכרוז, קסילוז), מקורות חנקן (תמצית שמרים, פפטון), מלחים אנאורגניים (פוספטים, מלחי מגנזיום וכו') ומווסתים (חומצה אצטית, חומצת לימון) לקידום גידול חיידקים וסינתזה של תאית.

בקרת מצב התסיסה: כולל טמפרטורה (28-30℃), pH (4.5-6.0), רמת חמצן מומס (בחישה או תרבית סטטית) וכו'.

איסוף וטיהור: לאחר התסיסה, אוספים את התאית החיידקית על ידי סינון, כביסה, ייבוש ועוד שלבים, ומוסרים שאריות חיידקים וזיהומים אחרים.

3.2 שינוי מתילציה של הידרוקסיפרופיל של תאית

יש לשנות כימית את התאית החיידקית שהתקבלה כדי לתת לה את המאפיינים של HPMC. השלבים העיקריים הם כדלקמן:

טיפול אלקליניזציה: ספוג בכמות מתאימה של תמיסת NaOH להרחבת שרשרת התאית ושיפור פעילות התגובה של האetherification שלאחר מכן.

תגובת אתריפיקציה: בטמפרטורה ותנאים קטליטיים ספציפיים, הוסף תחמוצת פרופילן (הידרוקסיפרופילציה) ומתיל כלוריד (מתילציה) כדי להחליף את קבוצת ההידרוקסיל התאית ליצירת HPMC.

ניטרול וזיקוק: לנטרל עם חומצה לאחר התגובה להסרת ריאגנטים כימיים שלא הגיבו, ולהשיג את התוצר הסופי על ידי כביסה, סינון וייבוש.

ריסוק ודירוג: מרסקים את HPMC לחלקיקים העומדים במפרט, ומסננים וארוזים אותם לפי דרגות צמיגות שונות.

4. טכנולוגיות מפתח ואסטרטגיות אופטימיזציה

שיפור זנים: שיפור תפוקת ואיכות תאית באמצעות הנדסה גנטית של זני חיידקים.

אופטימיזציה של תהליך התסיסה: השתמש בביוריאקטורים לבקרה דינמית כדי לשפר את יעילות ייצור התאית.

תהליך האתריפיקציה ירוק: צמצם את השימוש בממיסים אורגניים ופיתוח טכנולוגיות האתריפיקציה ידידותיות יותר לסביבה, כגון שינוי קטליטי של אנזים.

בקרת איכות המוצר: על ידי ניתוח מידת ההחלפה, המסיסות, הצמיגות ואינדיקטורים אחרים של HPMC, ודא שהוא עומד בדרישות היישום.

המבוסס על תסיסהHPMCלשיטת הייצור יש את היתרונות של להיות מתחדשת, ידידותית לסביבה ויעילה, מה שעולה בקנה אחד עם המגמה של כימיה ירוקה ופיתוח בר קיימא. עם התקדמות הביוטכנולוגיה, טכנולוגיה זו צפויה להחליף בהדרגה את השיטות הכימיות המסורתיות ולקדם את היישום הרחב של HPMC בתחומי הבנייה, המזון, הרפואה וכו'.