1.Hydroxypropylmethylcellulose (HPMC)HPMC is een belangrijke cellulose-ether die veel wordt gebruikt in de bouw, farmacie, voeding, cosmetica en andere sectoren. HPMC heeft goede eigenschappen als verdikkingsmiddel, filmvormend middel, emulgerend middel, suspensiemiddel en waterretentiemiddel, waardoor het een sleutelrol speelt in veel industrieën. De productie van HPMC is voornamelijk gebaseerd op chemische modificatieprocessen. De laatste jaren, met de vooruitgang in de biotechnologie, is ook de aandacht gevestigd op productiemethoden op basis van microbiële fermentatie.
2. Fermentatieproductieprincipe van HPMC
Het traditionele HPMC-productieproces gebruikt natuurlijke cellulose als grondstof en wordt geproduceerd met behulp van chemische methoden zoals alkalisatie, verethering en raffinage. Dit proces vereist echter een grote hoeveelheid organische oplosmiddelen en chemische reagentia, wat een grote impact heeft op het milieu. Daarom is het gebruik van microbiële fermentatie om cellulose te synthetiseren en verder te veretheren een milieuvriendelijkere en duurzamere productiemethode geworden.
Microbiële synthese van cellulose (BC) is de laatste jaren een hot topic. Bacteriën zoals Komagataeibacter (zoals Komagataeibacter xylinus) en Gluconacetobacter kunnen direct cellulose met een hoge zuiverheidsgraad synthetiseren door middel van fermentatie. Deze bacteriën gebruiken glucose, glycerol of andere koolstofbronnen als substraat, fermenteren onder geschikte omstandigheden en scheiden cellulosenanovezels af. De resulterende bacteriële cellulose kan na hydroxypropyl- en methyleringsmodificatie worden omgezet in HPMC.
3. Productieproces
3.1 Fermentatieproces van bacteriële cellulose
Optimalisatie van het fermentatieproces is cruciaal voor het verbeteren van de opbrengst en kwaliteit van bacteriële cellulose. De belangrijkste stappen zijn als volgt:
Stamscreening en -cultivatie: selecteer cellulosestammen met een hoge opbrengst, zoals Komagataeibacter xylinus, voor domesticatie en optimalisatie.
Fermentatiemedium: Zorg voor koolstofbronnen (glucose, sucrose, xylose), stikstofbronnen (gistextract, pepton), anorganische zouten (fosfaten, magnesiumzouten, etc.) en regulatoren (azijnzuur, citroenzuur) om de bacteriegroei en de cellulosesynthese te bevorderen.
Controle van de fermentatieomstandigheden: temperatuur (28-30℃), pH (4,5-6,0), opgeloste zuurstofgehalte (roeren of statische cultuur), enz.
Verzamelen en zuiveren: Na de fermentatie wordt de bacteriële cellulose verzameld door middel van filteren, wassen, drogen en andere stappen. Ook worden resterende bacteriën en andere onzuiverheden verwijderd.
3.2 Hydroxypropylmethyleringsmodificatie van cellulose
De verkregen bacteriële cellulose moet chemisch worden gemodificeerd om de eigenschappen van HPMC te verkrijgen. De belangrijkste stappen zijn als volgt:
Alkalinisatiebehandeling: dompel in een geschikte hoeveelheid NaOH-oplossing om de celluloseketen te laten uitzetten en de reactieactiviteit van de daaropvolgende verethering te verbeteren.
Etherificatiereactie: onder specifieke temperatuur- en katalytische omstandigheden worden propyleenoxide (hydroxypropylering) en methylchloride (methylering) toegevoegd om de hydroxylgroep van cellulose te vervangen en HPMC te vormen.
Neutralisatie en raffinage: neutraliseer met zuur na de reactie om niet-gereageerde chemische reagentia te verwijderen. Door wassen, filteren en drogen verkrijgt u het eindproduct.
Breken en sorteren: HPMC wordt vermalen tot deeltjes die voldoen aan de specificaties, en vervolgens gezeefd en verpakt volgens verschillende viscositeitsklassen.
4. Belangrijkste technologieën en optimalisatiestrategieën
Stamverbetering: verbeter de opbrengst en kwaliteit van cellulose door genetische modificatie van microbiële stammen.
Optimalisatie van het fermentatieproces: gebruik bioreactoren voor dynamische controle om de efficiëntie van de celluloseproductie te verbeteren.
Groen etherificatieproces: verminder het gebruik van organische oplosmiddelen en ontwikkel milieuvriendelijkere etherificatietechnologieën, zoals enzymatische katalytische modificatie.
Productkwaliteitscontrole: door analyse van de substitutiegraad, oplosbaarheid, viscositeit en andere indicatoren van HPMC, wordt gegarandeerd dat het product voldoet aan de toepassingsvereisten.
De op fermentatie gebaseerdeHPMCDe productiemethode heeft de voordelen van hernieuwbaar, milieuvriendelijk en efficiënt te zijn, wat aansluit bij de trend van groene chemie en duurzame ontwikkeling. Met de vooruitgang van de biotechnologie wordt verwacht dat deze technologie de traditionele chemische methoden geleidelijk zal vervangen en de bredere toepassing van HPMC in de bouw, de voeding, de geneeskunde, enz. zal bevorderen.
Plaatsingstijd: 11 april 2025