1.Hidroksipropilmetilceliuliozė (HPMC)yra svarbus celiuliozės eteris, plačiai naudojamas statybose, farmacijoje, maiste, kosmetikoje ir kitose srityse. HPMC pasižymi geromis tirštinimo, plėvelę formuojančiomis, emulsinimo, suspensijos ir vandens sulaikymo savybėmis, todėl atlieka pagrindinį vaidmenį daugelyje pramonės šakų. HPMC gamyba daugiausia priklauso nuo cheminių modifikacijų procesų. Pastaraisiais metais, tobulėjant biotechnologijoms, dėmesį pradėjo traukti ir gamybos metodai, pagrįsti mikrobų fermentacija.
2. HPMC fermentacijos gamybos principas
Tradiciniame HPMC gamybos procese kaip žaliava naudojama natūrali celiuliozė, kuri gaminama cheminiais metodais, tokiais kaip šarminimas, eterinimas ir rafinavimas. Tačiau šis procesas apima daug organinių tirpiklių ir cheminių reagentų, o tai daro didelį poveikį aplinkai. Todėl mikrobinės fermentacijos naudojimas celiuliozės sintezei ir tolesniam eterinimui tapo ekologiškesniu ir tvaresniu gamybos metodu.
Mikrobinė celiuliozės (BC) sintezė pastaraisiais metais buvo karšta tema. Bakterijos, įskaitant Komagataeibacter (pvz., Komagataeibacter xylinus) ir Gluconacetobacter, gali tiesiogiai susintetinti labai gryną celiuliozę fermentacijos būdu. Šios bakterijos kaip substratą naudoja gliukozę, glicerolį ar kitus anglies šaltinius, fermentuojasi tinkamomis sąlygomis, išskiria celiuliozės nanopluoštus. Po hidroksipropilo ir metilinimo modifikavimo gauta bakterinė celiuliozė gali būti paversta HPMC.
3. Gamybos procesas
3.1 Bakterinės celiuliozės fermentacijos procesas
Fermentacijos proceso optimizavimas yra labai svarbus siekiant pagerinti bakterinės celiuliozės išeigą ir kokybę. Pagrindiniai žingsniai yra tokie:
Padermių atranka ir auginimas: prijaukinti ir optimizuoti pasirinkite didelio derlingumo celiuliozės padermes, tokias kaip Komagataeibacter xylinus.
Fermentacijos terpė: Pateikite anglies šaltinių (gliukozės, sacharozės, ksilozės), azoto šaltinių (mielių ekstrakto, peptono), neorganinių druskų (fosfatų, magnio druskų ir kt.) ir reguliatorių (acto rūgšties, citrinos rūgšties), kad paskatintumėte bakterijų augimą ir celiuliozės sintezę.
Fermentacijos sąlygų kontrolė: įskaitant temperatūrą (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), ištirpusio deguonies lygį (maišymas arba statinė kultūra) ir kt.
Surinkimas ir valymas: Po fermentacijos bakterinė celiuliozė surenkama filtruojant, plaunant, džiovinant ir kitais etapais, pašalinamos likusios bakterijos ir kitos priemaišos.
3.2 Celiuliozės hidroksipropilo metilinimo modifikavimas
Gautą bakterinę celiuliozę reikia chemiškai modifikuoti, kad ji įgytų HPMC savybes. Pagrindiniai žingsniai yra tokie:
Šarminimas: pamirkykite atitinkamame NaOH tirpalo kiekyje, kad išplėstumėte celiuliozės grandinę ir pagerintumėte vėlesnio eterinimo reakcijos aktyvumą.
Eterifikavimo reakcija: esant tam tikrai temperatūrai ir katalizinėms sąlygoms, įpilkite propileno oksido (hidroksipropilinimas) ir metilo chlorido (metilinimas), kad pakeistumėte celiuliozės hidroksilo grupę ir susidarytų HPMC.
Neutralizavimas ir rafinavimas: pasibaigus reakcijai neutralizuoti rūgštimi, kad būtų pašalinti nesureagavę cheminiai reagentai, o galutinis produktas gaunamas plaunant, filtruojant ir džiovinant.
Smulkinimas ir rūšiavimas: susmulkinkite HPMC į specifikacijas atitinkančias daleles ir jas siekite bei supakuokite pagal skirtingas klampumo klases.
4. Pagrindinės technologijos ir optimizavimo strategijos
Padermės gerinimas: pagerinkite celiuliozės išeigą ir kokybę taikant mikrobų padermių genų inžineriją.
Fermentacijos proceso optimizavimas: dinaminiam valdymui naudokite bioreaktorius, kad pagerintumėte celiuliozės gamybos efektyvumą.
Žaliasis eterinimo procesas: sumažinti organinių tirpiklių naudojimą ir sukurti ekologiškesnes eterinimo technologijas, pvz., fermentinį katalizinį modifikavimą.
Produkto kokybės kontrolė: analizuodami HPMC pakeitimo laipsnį, tirpumą, klampumą ir kitus rodiklius, įsitikinkite, kad jis atitinka naudojimo reikalavimus.
Fermentacijos pagrinduHPMCgamybos metodo privalumai yra atsinaujinantys, ekologiški ir efektyvūs, o tai atitinka žaliosios chemijos ir tvaraus vystymosi tendencijas. Tikimasi, kad tobulėjant biotechnologijoms ši technologija palaipsniui pakeis tradicinius cheminius metodus ir skatins platesnį HPMC taikymą statybos, maisto, medicinos ir kt.
Paskelbimo laikas: 2025-04-11