Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC)adalah sebatian polimer larut air yang biasa digunakan dalam bidang perindustrian dan perubatan, dan mempunyai pelbagai nilai aplikasi, seperti dalam pelepasan dadah, pemprosesan makanan dan bahan binaan. Reaksi kimia dalam proses penapaiannya terutamanya berkaitan dengan kemerosotan dan pengubahsuaian selulosa dan aktiviti metabolik mikroorganisma. Untuk lebih memahami reaksi kimia HPMC dalam proses penapaian, kita perlu memahami struktur asasnya dan proses degradasi selulosa.
1. Struktur asas dan sifat hidroksipropil metilcellulose
HPMC adalah derivatif yang diperolehi oleh pengubahsuaian kimia selulosa semulajadi (selulosa). Tulang belakang rantaian molekulnya adalah molekul glukosa (C6H12O6) yang dihubungkan dengan ikatan β-1,4 glikosid. Selulosa sendiri sukar dibubarkan di dalam air, tetapi dengan memperkenalkan kumpulan metil (-och3) dan hidroksipropil (-c3H7OH), kelarutan airnya dapat diperbaiki untuk membentuk polimer larut. Proses pengubahsuaian HPMC secara amnya termasuk tindak balas selulosa dengan metil klorida (CH3CL) dan alkohol propilena (C3H6O) di bawah keadaan alkali, dan produk yang dihasilkan mempunyai hidrofilik dan kelarutan yang kuat.
2. Reaksi kimia semasa penapaian
Proses penapaian HPMC biasanya bergantung kepada tindakan mikroorganisma, yang menggunakan HPMC sebagai sumber karbon dan sumber nutrien. Proses penapaian HPMC termasuk peringkat utama berikut:
2.1. Degradasi HPMC
Selulosa sendiri terdiri daripada unit glukosa yang disambungkan, dan HPMC akan direndahkan oleh mikroorganisma semasa proses penapaian, yang pertama diuraikan ke dalam gula yang boleh digunakan yang lebih kecil (seperti glukosa, xilosa, dan lain -lain). Proses ini biasanya melibatkan tindakan pelbagai enzim yang merendahkan selulosa. Reaksi degradasi utama termasuk:
Reaksi hidrolisis selulosa: ikatan β-1,4 glikosid dalam molekul selulosa akan dipecahkan oleh hidrolase selulosa (seperti selulase, endoselulase), menghasilkan rantai gula yang lebih pendek (seperti oligosakarida, disakarida, dan lain-lain). Gula -gula ini akan dimetabolisme dan digunakan oleh mikroorganisma.
Hidrolisis dan degradasi HPMC: substituen metil dan hidroksipropil dalam molekul HPMC akan dikeluarkan sebahagiannya oleh hidrolisis. Mekanisme spesifik tindak balas hidrolisis belum difahami sepenuhnya, tetapi ia dapat berspekulasi bahawa dalam persekitaran penapaian, tindak balas hidrolisis dipangkin oleh enzim yang dirembes oleh mikroorganisma (seperti hidroksil esterase). Proses ini membawa kepada kerosakan rantai molekul HPMC dan penyingkiran kumpulan berfungsi, akhirnya membentuk molekul gula yang lebih kecil.
2.2. Reaksi metabolik mikrob
Sebaik sahaja HPMC degradasi menjadi molekul gula yang lebih kecil, mikroorganisma dapat menukar gula ini menjadi tenaga melalui reaksi enzimatik. Khususnya, mikroorganisma menguraikan glukosa ke dalam etanol, asid laktik atau metabolit lain melalui laluan penapaian. Mikroorganisma yang berbeza boleh memetabolisme produk degradasi HPMC melalui laluan yang berbeza. Laluan metabolik biasa termasuk:
Laluan glikolisis: Glukosa dibusuk ke dalam piruvat oleh enzim dan selanjutnya ditukar menjadi tenaga (ATP) dan metabolit (seperti asid laktik, etanol, dan lain -lain).
Generasi produk penapaian: Di bawah keadaan anaerobik atau hipoksia, mikroorganisma menukar glukosa atau produk degradasinya ke dalam asid organik seperti etanol, asid laktik, asid asetik, dan lain -lain melalui laluan penapaian, yang digunakan secara meluas dalam proses perindustrian yang berlainan.
2.3. Reaksi redoks
Semasa proses penapaian HPMC, sesetengah mikroorganisma boleh mengubah produk perantaraan melalui reaksi redoks. Sebagai contoh, proses pengeluaran etanol disertai dengan tindak balas redoks, glukosa dioksidakan untuk menghasilkan piruvat, dan kemudian piruvat ditukar menjadi etanol melalui tindak balas pengurangan. Reaksi ini adalah penting untuk mengekalkan keseimbangan metabolik sel.
3. Faktor kawalan dalam proses penapaian
Semasa proses penapaian HPMC, faktor persekitaran mempunyai pengaruh penting terhadap tindak balas kimia. Sebagai contoh, pH, suhu, kandungan oksigen terlarut, kepekatan sumber nutrien, dan lain -lain akan menjejaskan kadar metabolik mikroorganisma dan jenis produk. Terutama suhu dan pH, aktiviti enzim mikrob mungkin berbeza -beza dengan ketara di bawah suhu dan keadaan pH yang berbeza, jadi perlu untuk mengawal keadaan penapaian dengan tepat untuk memastikan kemerosotan HPMC dan kemajuan lancar proses metabolik mikroorganisma.
Proses penapaianHPMCMelibatkan tindak balas kimia yang kompleks, termasuk hidrolisis selulosa, kemerosotan HPMC, metabolisme gula, dan penjanaan produk penapaian. Memahami tindak balas ini bukan sahaja membantu mengoptimumkan proses penapaian HPMC, tetapi juga menyediakan sokongan teoritis untuk pengeluaran perindustrian yang berkaitan. Dengan mendalamkan penyelidikan, kaedah penapaian yang lebih cekap dan ekonomik boleh dibangunkan pada masa akan datang untuk meningkatkan kecekapan kemerosotan HPMC dan hasil produk, dan mempromosikan penerapan HPMC dalam biotransformasi, perlindungan alam sekitar dan bidang lain.
Masa Post: Feb-17-2025