1.Hydroksypropylometyloceluloza (HPMC)jest ważnym eterem celulozy, szeroko stosowanym w budownictwie, farmaceutyce, żywności, kosmetykach i innych dziedzinach. HPMC ma dobre właściwości zagęszczające, filmotwórcze, emulgujące, zawieszające i zatrzymujące wodę, więc odgrywa kluczową rolę w wielu gałęziach przemysłu. Produkcja HPMC opiera się głównie na procesach modyfikacji chemicznej. W ostatnich latach, wraz z postępem biotechnologii, metody produkcji oparte na fermentacji mikrobiologicznej również zaczęły przyciągać uwagę.
2. Zasada produkcji fermentacji HPMC
Tradycyjny proces produkcji HPMC wykorzystuje naturalną celulozę jako surowiec i jest produkowany metodami chemicznymi, takimi jak alkalizacja, eteryfikacja i rafinacja. Jednak proces ten obejmuje dużą ilość rozpuszczalników organicznych i odczynników chemicznych, co ma duży wpływ na środowisko. Dlatego wykorzystanie fermentacji mikrobiologicznej do syntezy celulozy i jej dalszej eteryfikacji stało się bardziej przyjazną dla środowiska i zrównoważoną metodą produkcji.
Mikrobiologiczna synteza celulozy (BC) jest gorącym tematem w ostatnich latach. Bakterie, w tym Komagataeibacter (takie jak Komagataeibacter xylinus) i Gluconacetobacter, mogą bezpośrednio syntetyzować celulozę o wysokiej czystości poprzez fermentację. Bakterie te wykorzystują glukozę, glicerol lub inne źródła węgla jako substraty, fermentują w odpowiednich warunkach i wydzielają nanowłókna celulozowe. Powstała celuloza bakteryjna może zostać przekształcona w HPMC po modyfikacji hydroksypropylowej i metylacyjnej.
3. Proces produkcji
3.1 Proces fermentacji celulozy bakteryjnej
Optymalizacja procesu fermentacji jest kluczowa dla poprawy wydajności i jakości celulozy bakteryjnej. Główne kroki są następujące:
Badanie szczepów i hodowla: Wybierz szczepy celulozy o wysokiej wydajności, takie jak Komagataeibacter xylinus, w celu udomowienia i optymalizacji.
Podłoże fermentacyjne: dostarcza źródeł węgla (glukoza, sacharoza, ksyloza), źródeł azotu (ekstrakt drożdżowy, pepton), soli nieorganicznych (fosforany, sole magnezu itp.) i regulatorów (kwas octowy, kwas cytrynowy) w celu stymulacji wzrostu bakterii i syntezy celulozy.
Kontrola warunków fermentacji: w tym temperatura (28-30℃), pH (4,5-6,0), poziom rozpuszczonego tlenu (mieszanie lub kultura statyczna) itp.
Zbieranie i oczyszczanie: Po fermentacji celuloza bakteryjna jest zbierana poprzez filtrowanie, mycie, suszenie i inne etapy, a resztki bakterii i inne zanieczyszczenia są usuwane.
3.2 Modyfikacja celulozy poprzez metylację hydroksypropylową
Uzyskana celuloza bakteryjna musi zostać poddana modyfikacji chemicznej, aby uzyskać cechy HPMC. Główne kroki są następujące:
Obróbka alkalizująca: zanurzenie w odpowiedniej ilości roztworu NaOH w celu wydłużenia łańcucha celulozy i zwiększenia aktywności reakcji późniejszej eteryfikacji.
Reakcja eteryfikacji: w określonej temperaturze i warunkach katalitycznych dodaje się tlenek propylenu (hydroksypropylowanie) i chlorek metylu (metylacja), aby zastąpić grupę hydroksylową celulozy i utworzyć HPMC.
Neutralizacja i rafinacja: po reakcji neutralizuje się kwas, aby usunąć niereagujące odczynniki chemiczne, a produkt końcowy uzyskuje się przez mycie, filtrowanie i suszenie.
Kruszenie i sortowanie: kruszenie HPMC na cząstki zgodne ze specyfikacją, a następnie przesiewanie i pakowanie ich według różnych klas lepkości.
4. Kluczowe technologie i strategie optymalizacji
Ulepszanie szczepów: poprawa wydajności i jakości celulozy poprzez inżynierię genetyczną szczepów drobnoustrojów.
Optymalizacja procesu fermentacji: wykorzystanie bioreaktorów do dynamicznej kontroli w celu zwiększenia wydajności produkcji celulozy.
Zielony proces eteryfikacji: ograniczenie stosowania rozpuszczalników organicznych i opracowanie bardziej przyjaznych dla środowiska technologii eteryfikacji, takich jak katalityczna modyfikacja enzymów.
Kontrola jakości produktu: poprzez analizę stopnia podstawienia, rozpuszczalności, lepkości i innych wskaźników HPMC, należy upewnić się, że produkt spełnia wymagania zastosowania.
Oparte na fermentacjiHPMCmetoda produkcji ma zalety odnawialności, przyjazności dla środowiska i wydajności, co jest zgodne z trendem zielonej chemii i zrównoważonego rozwoju. Wraz z postępem biotechnologii oczekuje się, że technologia ta stopniowo zastąpi tradycyjne metody chemiczne i będzie promować szersze zastosowanie HPMC w budownictwie, żywności, medycynie itp.
Czas publikacji: 11-kwi-2025