1.Hydroksypropylmetylcellulose (HPMC)er en viktig celluloseeter, mye brukt i konstruksjon, farmasøytiske produkter, mat, kosmetikk og andre felt. HPMC har gode fortyknings-, filmdannende, emulgerende, suspensjons- og vannretensjonsegenskaper, så det spiller en nøkkelrolle i mange bransjer. Produksjonen av HPMC er hovedsakelig avhengig av kjemiske modifikasjonsprosesser. De siste årene, med fremskritt innen bioteknologi, har produksjonsmetoder basert på mikrobiell gjæring også begynt å tiltrekke seg oppmerksomhet.
2. Gjæringsproduksjonsprinsippet til HPMC
Den tradisjonelle HPMC-produksjonsprosessen bruker naturlig cellulose som råmateriale og produseres ved kjemiske metoder som alkalisering, foretring og raffinering. Denne prosessen involverer imidlertid en stor mengde organiske løsemidler og kjemiske reagenser, som har stor innvirkning på miljøet. Derfor har bruken av mikrobiell gjæring for å syntetisere cellulose og ytterligere foretre den blitt en mer miljøvennlig og bærekraftig produksjonsmetode.
Mikrobiell syntese av cellulose (BC) har vært et hett tema de siste årene. Bakterier inkludert Komagataeibacter (som Komagataeibacter xylinus) og Gluconacetobacter kan syntetisere cellulose med høy renhet direkte gjennom fermentering. Disse bakteriene bruker glukose, glyserol eller andre karbonkilder som substrater, fermenterer under passende forhold og skiller ut cellulosenanofibre. Den resulterende bakterielle cellulosen kan omdannes til HPMC etter hydroksypropyl- og metyleringsmodifikasjon.
3. Produksjonsprosess
3.1 Fermenteringsprosess av bakteriell cellulose
Optimalisering av fermenteringsprosessen er avgjørende for å forbedre utbyttet og kvaliteten på bakteriell cellulose. Hovedtrinnene er som følger:
Stammescreening og dyrking: Velg høyytende cellulosestammer, som Komagataeibacter xylinus, for domestisering og optimalisering.
Fermenteringsmedium: Gi karbonkilder (glukose, sukrose, xylose), nitrogenkilder (gjærekstrakt, pepton), uorganiske salter (fosfater, magnesiumsalter, etc.) og regulatorer (eddiksyre, sitronsyre) for å fremme bakterievekst og cellulosesyntese.
Fermenteringstilstandskontroll: inkludert temperatur (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), nivå av oppløst oksygen (omrøring eller statisk kultur), etc.
Innsamling og rensing: Etter gjæring samles bakteriecellulosen opp ved filtrering, vasking, tørking og andre trinn, og rester av bakterier og andre urenheter fjernes.
3.2 Hydroksypropylmetyleringsmodifikasjon av cellulose
Den oppnådde bakterielle cellulosen må modifiseres kjemisk for å gi den egenskapene til HPMC. Hovedtrinnene er som følger:
Alkaliseringsbehandling: bløtlegg i en passende mengde NaOH-løsning for å utvide cellulosekjeden og forbedre reaksjonsaktiviteten ved etterfølgende foretring.
Foretringsreaksjon: under spesifikke temperaturer og katalytiske forhold, tilsett propylenoksid (hydroksypropylering) og metylklorid (metylering) for å erstatte cellulosehydroksylgruppen for å danne HPMC.
Nøytralisering og raffinering: nøytraliser med syre etter reaksjonen for å fjerne ureagerte kjemiske reagenser, og oppnå sluttproduktet ved å vaske, filtrere og tørke.
Knusing og sortering: knus HPMC til partikler som oppfyller spesifikasjonene, og sil og pakk dem i henhold til forskjellige viskositetsgrader.
4. Nøkkelteknologier og optimaliseringsstrategier
Stammeforbedring: forbedre celluloseutbytte og kvalitet gjennom genteknologi av mikrobielle stammer.
Fermenteringsprosessoptimalisering: bruk bioreaktorer for dynamisk kontroll for å forbedre celluloseproduksjonseffektiviteten.
Grønn foretringsprosess: reduser bruken av organiske løsemidler og utvikler mer miljøvennlige foretringsteknologier, for eksempel enzymkatalytisk modifikasjon.
Produktkvalitetskontroll: ved å analysere substitusjonsgraden, løseligheten, viskositeten og andre indikatorer for HPMC, sikre at den oppfyller applikasjonskravene.
Den gjæringsbaserteHPMCproduksjonsmetoden har fordeler av å være fornybar, miljøvennlig og effektiv, noe som er i tråd med trenden med grønn kjemi og bærekraftig utvikling. Med utviklingen av bioteknologi forventes denne teknologien gradvis å erstatte tradisjonelle kjemiske metoder og fremme den bredere anvendelsen av HPMC innen konstruksjon, mat, medisin, etc.
Innleggstid: 11-apr-2025