1.Hidroksipropilmetilceluloze (HPMC)ir svarīgs celulozes ēteris, ko plaši izmanto celtniecībā, farmācijā, pārtikā, kosmētikā un citās jomās. HPMC piemīt labas sabiezēšanas, plēvi veidojošas, emulģējošas, suspensijas un ūdens aiztures īpašības, tāpēc tam ir galvenā loma daudzās nozarēs. HPMC ražošana galvenokārt balstās uz ķīmiskās modifikācijas procesiem. Pēdējos gados, attīstoties biotehnoloģijai, uzmanību ir sākušas piesaistīt arī ražošanas metodes, kuru pamatā ir mikrobu fermentācija.
2. HPMC fermentācijas ražošanas princips
Tradicionālajā HPMC ražošanas procesā kā izejvielu tiek izmantota dabīgā celuloze, un to ražo ar ķīmiskām metodēm, piemēram, sārmināšanu, ēterizāciju un attīrīšanu. Tomēr šajā procesā tiek izmantots liels daudzums organisko šķīdinātāju un ķīmisko reaģentu, kam ir liela ietekme uz vidi. Tāpēc mikrobu fermentācijas izmantošana celulozes sintezēšanai un tālākai ēterēšanai ir kļuvusi par videi draudzīgāku un ilgtspējīgāku ražošanas metodi.
Celulozes (BC) mikrobu sintēze pēdējos gados ir bijusi aktuāla tēma. Baktērijas, tostarp Komagataeibacter (piemēram, Komagataeibacter xylinus) un Gluconacetobacter, fermentācijas ceļā var tieši sintezēt augstas tīrības celulozi. Šīs baktērijas kā substrātus izmanto glikozi, glicerīnu vai citus oglekļa avotus, fermentē piemērotos apstākļos un izdala celulozes nanošķiedras. Iegūto baktēriju celulozi pēc hidroksipropila un metilēšanas modifikācijas var pārvērst par HPMC.
3. Ražošanas process
3.1. Baktēriju celulozes fermentācijas process
Fermentācijas procesa optimizācija ir ļoti svarīga, lai uzlabotu baktēriju celulozes ražu un kvalitāti. Galvenās darbības ir šādas:
Celmu skrīnings un kultivēšana: pieradināšanai un optimizācijai izvēlieties augstas ražības celulozes celmus, piemēram, Komagataeibacter xylinus.
Fermentācijas vide: nodrošina oglekļa avotus (glikozi, saharozi, ksilozi), slāpekļa avotus (rauga ekstraktu, peptonu), neorganiskos sāļus (fosfātus, magnija sāļus utt.) un regulatorus (etiķskābi, citronskābi), lai veicinātu baktēriju augšanu un celulozes sintēzi.
Fermentācijas stāvokļa kontrole: ieskaitot temperatūru (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), izšķīdušā skābekļa līmeni (maisīšana vai statiskā kultūra) utt.
Savākšana un attīrīšana: Pēc fermentācijas baktēriju celuloze tiek savākta, filtrējot, mazgājot, žāvējot un citos posmos, un tiek noņemtas atlikušās baktērijas un citi piemaisījumi.
3.2. Celulozes hidroksipropilmetilēšanas modifikācija
Iegūtā bakteriālā celuloze ir ķīmiski jāpārveido, lai tai piešķirtu HPMC īpašības. Galvenās darbības ir šādas:
Sārmināšanas apstrāde: mērcēt atbilstošā daudzumā NaOH šķīduma, lai paplašinātu celulozes ķēdi un uzlabotu turpmākās ēterizācijas reakcijas aktivitāti.
Ēterifikācijas reakcija: īpašā temperatūrā un katalītiskajos apstākļos pievienojiet propilēna oksīdu (hidroksipropilēšana) un metilhlorīdu (metilēšana), lai aizstātu celulozes hidroksilgrupu, veidojot HPMC.
Neitralizācija un rafinēšana: pēc reakcijas neitralizē ar skābi, lai noņemtu nereaģējušos ķīmiskos reaģentus, un galaproduktu iegūst, mazgājot, filtrējot un žāvējot.
Sasmalcināšana un šķirošana: sasmalciniet HPMC daļiņās, kas atbilst specifikācijām, un sijājiet un iesaiņojiet tās atbilstoši dažādām viskozitātes pakāpēm.
4. Galvenās tehnoloģijas un optimizācijas stratēģijas
Celmu uzlabošana: uzlabojiet celulozes ražu un kvalitāti, izmantojot mikrobu celmu gēnu inženieriju.
Fermentācijas procesa optimizācija: izmantojiet bioreaktorus dinamiskai kontrolei, lai uzlabotu celulozes ražošanas efektivitāti.
Zaļais ēterizācijas process: samaziniet organisko šķīdinātāju izmantošanu un izstrādājiet videi draudzīgākas ēterizācijas tehnoloģijas, piemēram, enzīmu katalītisko modifikāciju.
Produkta kvalitātes kontrole: analizējot HPMC aizstāšanas pakāpi, šķīdību, viskozitāti un citus rādītājus, pārliecinieties, ka tas atbilst lietošanas prasībām.
Uz fermentācijas bāzesHPMCražošanas metodes priekšrocības ir atjaunojamas, videi draudzīgas un efektīvas, kas atbilst zaļās ķīmijas un ilgtspējīgas attīstības tendencei. Paredzams, ka, attīstoties biotehnoloģijai, šī tehnoloģija pakāpeniski aizstās tradicionālās ķīmiskās metodes un veicinās HPMC plašāku pielietojumu būvniecības, pārtikas, medicīnas u.c.
Publicēšanas laiks: 11.04.2025