Хемиски реакции во ферментацијата на хидроксипропил метилцелулоза

Хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)е полимерно соединение растворливо во вода што најчесто се користи во индустриските и медицинските полиња и има широк спектар на вредности на примена, како што се во ослободување од лекови, преработка на храна и градежни материјали. Хемиските реакции во неговиот процес на ферментација главно се поврзани со деградацијата и модификацијата на целулозата и метаболичките активности на микроорганизмите. За подобро да ги разбереме хемиските реакции на HPMC во процесот на ферментација, прво треба да ја разбереме неговата основна структура и процесот на деградација на целулозата.

1. Основна структура и својства на хидроксипропил метилцелулоза

HPMC е дериват добиен со хемиска модификација на природна целулоза (целулоза). Крбелот на неговиот молекуларен ланец е молекули на гликоза (C6H12O6) поврзани со β-1,4 гликозидни врски. Самата целулоза е тешко да се раствори во вода, но со воведување на метил (-OCH3) и хидроксипропил (-C3H7OH) групи, неговата растворливост на вода може да биде значително подобрена за да се формира растворлив полимер. Процесот на модификација на HPMC генерално вклучува реакција на целулоза со метил хлорид (CH3Cl) и пропилен алкохол (C3H6O) под алкални услови, а добиениот производ има силна хидрофилност и растворливост.

2. Хемиски реакции за време на ферментацијата

Процесот на ферментација на HPMC обично зависи од дејството на микроорганизмите, кои користат HPMC како извор на јаглерод и извор на хранливи материи. Процесот на ферментација на HPMC ги вклучува следниве главни фази:

2.1. Деградација на HPMC

Самата целулоза е составена од единици за гликоза поврзани, а HPMC ќе биде деградирана со микроорганизми за време на процесот на ферментација, прво се распадна во помали употребливи шеќери (како што се гликоза, ксилоза, итн.). Овој процес обично вклучува дејство на повеќе ензими за деградирање на целулоза. Главните реакции на деградација вклучуваат:

Реакција на хидролиза на целулоза: Гликозидните врски β-1,4 во молекулите на целулоза ќе бидат скршени со хидролази на целулоза (како што се целулаза, ендоцелулаза), производство на пократки ланци на шеќер (како што се олигосахариди, дисахариди, итн.). Овие шеќери ќе бидат дополнително метаболизирани и искористени со микроорганизми.

Хидролиза и деградација на HPMC: метил и хидроксипропил супституенти во молекулот на HPMC ќе бидат делумно отстранети со хидролиза. Специфичниот механизам на реакцијата на хидролиза сè уште не е целосно разбран, но може да се шпекулира дека во животната средина на ферментација, реакцијата на хидролиза е катализирана со ензими излачувани од микроорганизми (како што е хидроксил естераза). Овој процес доведува до кршење на молекуларните ланци на HPMC и отстранување на функционални групи, на крајот формирајќи помали молекули на шеќер.

2.2. Микробни метаболички реакции

Откако HPMC ќе се деградира во помали молекули на шеќер, микроорганизмите се во можност да ги претворат овие шеќери во енергија преку ензимски реакции. Поточно, микроорганизмите ја распаѓаат гликозата во етанол, млечна киселина или други метаболити преку патеки за ферментација. Различни микроорганизми можат да ги метаболизираат производите за деградација на HPMC преку различни патеки. Вообичаени метаболички патеки вклучуваат:

Патека на гликолиза: Гликозата се распаѓа во пироват со ензими и дополнително се претвора во енергија (АТП) и метаболити (како што се млечна киселина, етанол, итн.).

Генерација на производи за ферментација: Под анаеробни или хипоксични услови, микроорганизмите ја претвораат гликозата или неговите производи за деградација во органски киселини како што се етанол, млечна киселина, оцетна киселина, итн. Преку патеки за ферментација, кои се користат во различни индустриски процеси.

2.3. Редокс реакција

За време на процесот на ферментација на HPMC, некои микроорганизми можат дополнително да ги трансформираат средните производи преку реакции на редокс. На пример, процесот на производство на етанол е придружен со реакции на редокс, гликозата се оксидира за производство на пироват, а потоа пироват се претвора во етанол преку реакции на намалување. Овие реакции се од суштинско значење за одржување на метаболичката рамнотежа на клетките.

3 Контролни фактори во процесот на ферментација

За време на процесот на ферментација на HPMC, факторите на животната средина имаат важно влијание врз хемиските реакции. На пример, pH, температура, растворена содржина на кислород, концентрација на изворот на хранливи материи, итн. Ќе влијае на метаболичката стапка на микроорганизми и видот на производите. Особено температурата и pH вредноста, активноста на микробните ензими може значително да се разликува под различни услови на температура и pH, така што е неопходно точно да се контролираат условите за ферментација за да се обезбеди деградација на HPMC и непречен напредок на метаболичкиот процес на микроорганизми.

Процесот на ферментација наHPMCВклучува комплексни хемиски реакции, вклучително и хидролиза на целулоза, деградација на HPMC, метаболизам на шеќери и создавање производи за ферментација. Разбирањето на овие реакции не само што помага да се оптимизира процесот на ферментација на HPMC, туку исто така обезбедува теоретска поддршка за поврзаното индустриско производство. Со продлабочување на истражувањето, во иднина може да се развијат поефикасни и економски методи на ферментација за да се подобри ефикасноста на деградацијата на HPMC и приносот на производите и да се промовира примена на HPMC во био -трансформација, заштита на животната средина и други полиња.