하이드 록시 프로필 메틸 셀룰로스의 발효에서의 화학 반응

하이드 록시 프로필 메틸 셀룰로스 (HPMC)산업 및 의료 분야에서 일반적으로 사용되는 수용성 중합체 화합물이며, 약물 제어 방출, 식품 가공 및 건축 자재와 같은 광범위한 적용 값을 갖는다. 발효 과정에서의 화학적 반응은 주로 셀룰로오스의 분해 및 변형 및 미생물의 대사 활성과 관련이있다. 발효 과정에서 HPMC의 화학 반응을 더 잘 이해하려면 먼저 기본 구조와 셀룰로오스의 분해 과정을 이해해야합니다.

1. 하이드 록시 프로필 메틸 셀룰로스의 기본 구조 및 특성

HPMC는 천연 셀룰로오스 (셀룰로오스)의 화학적 변형에 의해 수득 된 유도체이다. 그의 분자 사슬의 골격은 β-1,4 글리코 시드 결합에 의해 연결된 포도당 분자 (C6H12O6)이다. 셀룰로오스 자체는 물에 용해되기가 어렵지만, 메틸 (-OCH3) 및 하이드 록시 프로필 (-C3H7OH)기를 도입함으로써, 수용성이 상당히 개선되어 가용성 중합체를 형성 할 수있다. HPMC의 변형 과정은 일반적으로 알칼리성 조건 하에서 클로라이드 (CH3CL) 및 프로필렌 알코올 (C3H6O)과의 셀룰로스와 반응을 포함하고, 생성 된 생성물은 강한 친수성 및 용해도를 갖는다.

2. 발효 중 화학 반응

HPMC의 발효 과정은 일반적으로 HPMC를 탄소 공급원 및 영양소 원으로 사용하는 미생물의 작용에 의존합니다. HPMC의 발효 과정에는 다음과 같은 주요 단계가 포함됩니다.

2.1. HPMC의 저하

셀룰로오스 자체는 연결된 포도당 단위로 구성되며, 발효 과정에서 미생물에 의해 HPMC가 분해되며, 먼저 더 작은 유용한 당 (예 : 포도당, 자일 로스 등)으로 분해됩니다. 이 과정은 일반적으로 다수의 셀룰로오스 분해 효소의 작용을 포함한다. 주요 저하 반응은 다음과 같습니다.

셀룰로오스 가수 분자 반응 : 셀룰로스 분자의 β-1,4 글리코 시드 결합은 셀룰로스 가수 분해 효소 (예 : 셀룰라 제, 엔도 셀룰라 제)에 의해 파손되어 더 짧은 당 사슬 (예 : 올리고당, 과당 차별화물 등)을 생성합니다. 이 설탕은 미생물에 의해 추가로 대사되고 활용 될 것이다.

HPMC 분자에서 HPMC의 가수 분해 및 분해 : HPMC 분자에서 메틸 및 하이드 록시 프로필 치환기는 가수 분해에 의해 부분적으로 제거 될 것이다. 가수 분해 반응의 특정 메커니즘은 아직 완전히 이해되지 않았지만, 발효 환경에서, 가수 분해 반응은 미생물 (예 : 하이드 록실 에스 테라 제)에 의해 분비 된 효소에 의해 촉매되는 것으로 추측 될 수있다. 이 과정은 HPMC 분자 사슬의 파손과 기능 그룹의 제거로 이어져 궁극적으로 더 작은 당 분자를 형성한다.

2.2. 미생물 대사 반응

일단 HPMC가 더 작은 당 분자로 분해되면, 미생물은 효소 반응을 통해 이러한 당을 에너지로 전환 할 수있다. 구체적으로, 미생물은 발효 경로를 통해 포도당을 에탄올, 젖산 또는 기타 대사 산물로 분해합니다. 상이한 미생물은 상이한 경로를 통해 HPMC 분해 생성물을 대사 할 수있다. 일반적인 대사 경로는 다음과 같습니다.

당분 해 경로 : 포도당은 효소에 의해 피루 베이트로 분해되고 에너지 (ATP) 및 대사 산물 (예 : 젖산, 에탄올 등)으로 전환된다.

발효 생성 생성물 생성 : 혐기성 또는 저산소 조건 하에서 미생물은 다른 산업 공정에서 널리 사용되는 발효 경로를 통해 에탄올, 젖산, 아세트산 등과 같은 유기산으로 포도당 또는 분해 생성물을 전환합니다.

2.3. 산화 환원 반응

HPMC의 발효 과정 동안, 일부 미생물은 산화 환원 반응을 통해 중간 생성물을 추가로 변형시킬 수있다. 예를 들어, 에탄올의 생산 공정은 산화 환원 반응을 동반하고 포도당은 산화되어 피루 베이트를 생성 한 다음, 피루 베이트는 환원 반응을 통해 에탄올로 전환된다. 이러한 반응은 세포의 대사 균형을 유지하는 데 필수적입니다.

3. 발효 과정의 제어 요인

HPMC의 발효 과정에서 환경 적 요인은 화학 반응에 중요한 영향을 미칩니다. 예를 들어, pH, 온도, 용존 산소 함량, 영양원 농도 등은 미생물의 대사 속도와 제품의 유형에 영향을 미칩니다. 특히 온도 및 pH, 미생물 효소의 활성은 상이한 온도 및 pH 조건에 따라 크게 변할 수 있으므로 발효 조건을 정확하게 제어하여 HPMC의 분해 및 미생물의 대사 과정의 원활한 진행을 보장 할 필요가있다.

발효 과정HPMC셀룰로오스의 가수 분해, HPMC의 분해, 당의 대사 및 발효 생성 생성물을 포함한 복잡한 화학 반응을 포함한다. 이러한 반응을 이해하면 HPMC의 발효 과정을 최적화하는 데 도움이 될뿐만 아니라 관련 산업 생산에 대한 이론적 지원을 제공합니다. 연구가 심화되면서, HPMC의 분해 효율과 생성물의 수율을 향상시키기 위해보다 효율적이고 경제적 인 발효 방법이 개발 될 수 있으며, 생체 형성, 환경 보호 및 기타 분야에서 HPMC의 적용을 촉진 할 수 있습니다.