1.Hidroxipropilmetilcelulose (HPMC)É um importante éter de celulose, amplamente utilizado na construção civil, farmacêutica, alimentícia, cosmética e outras áreas. O HPMC possui boas propriedades de espessamento, formação de filme, emulsificação, suspensão e retenção de água, desempenhando um papel fundamental em diversas indústrias. A produção de HPMC depende principalmente de processos de modificação química. Nos últimos anos, com o avanço da biotecnologia, métodos de produção baseados em fermentação microbiana também começaram a atrair atenção.
2. Princípio de produção de fermentação de HPMC
O processo tradicional de produção de HPMC utiliza celulose natural como matéria-prima e é produzido por métodos químicos como alcalinização, eterificação e refino. No entanto, esse processo envolve uma grande quantidade de solventes orgânicos e reagentes químicos, o que causa um grande impacto ambiental. Portanto, o uso da fermentação microbiana para sintetizar celulose e posteriormente eterificá-la tornou-se um método de produção mais sustentável e ecologicamente correto.
A síntese microbiana de celulose (BC) tem sido um tema em alta nos últimos anos. Bactérias como Komagataeibacter (como Komagataeibacter xylinus) e Gluconacetobacter podem sintetizar celulose de alta pureza diretamente por meio de fermentação. Essas bactérias utilizam glicose, glicerol ou outras fontes de carbono como substratos, fermentam em condições adequadas e secretam nanofibras de celulose. A celulose bacteriana resultante pode ser convertida em HPMC após modificação com hidroxipropil e metilação.
3. Processo de produção
3.1 Processo de fermentação da celulose bacteriana
A otimização do processo de fermentação é crucial para melhorar o rendimento e a qualidade da celulose bacteriana. As principais etapas são as seguintes:
Triagem e cultivo de cepas: selecione cepas de celulose de alto rendimento, como Komagataeibacter xylinus, para domesticação e otimização.
Meio de fermentação: Fornecer fontes de carbono (glicose, sacarose, xilose), fontes de nitrogênio (extrato de levedura, peptona), sais inorgânicos (fosfatos, sais de magnésio, etc.) e reguladores (ácido acético, ácido cítrico) para promover o crescimento bacteriano e a síntese de celulose.
Controle das condições de fermentação: incluindo temperatura (28-30℃), pH (4,5-6,0), nível de oxigênio dissolvido (cultura agitada ou estática), etc.
Coleta e purificação: Após a fermentação, a celulose bacteriana é coletada por filtragem, lavagem, secagem e outras etapas, e bactérias residuais e outras impurezas são removidas.
3.2 Modificação da metilação da hidroxipropilcelulose
A celulose bacteriana obtida precisa ser quimicamente modificada para adquirir as características de HPMC. As principais etapas são as seguintes:
Tratamento de alcalinização: imersão em uma quantidade apropriada de solução de NaOH para expandir a cadeia de celulose e melhorar a atividade de reação da eterificação subsequente.
Reação de eterificação: sob condições específicas de temperatura e catalíticas, adicione óxido de propileno (hidroxipropilação) e cloreto de metila (metilação) para substituir o grupo hidroxila da celulose e formar HPMC.
Neutralização e refino: neutralizar com ácido após a reação para remover reagentes químicos não reagidos e obter o produto final por lavagem, filtragem e secagem.
Britagem e classificação: britar o HPMC em partículas que atendam às especificações, peneirá-las e embalá-las de acordo com diferentes graus de viscosidade.
4. Principais tecnologias e estratégias de otimização
Melhoramento de linhagens: melhora o rendimento e a qualidade da celulose por meio da engenharia genética de linhagens microbianas.
Otimização do processo de fermentação: use biorreatores para controle dinâmico para melhorar a eficiência da produção de celulose.
Processo de eterificação verde: reduza o uso de solventes orgânicos e desenvolva tecnologias de eterificação mais ecológicas, como a modificação catalítica enzimática.
Controle de qualidade do produto: analisando o grau de substituição, solubilidade, viscosidade e outros indicadores do HPMC, garanta que ele atenda aos requisitos da aplicação.
A fermentação baseadaHPMCO método de produção tem as vantagens de ser renovável, ecologicamente correto e eficiente, o que está em linha com a tendência da química verde e do desenvolvimento sustentável. Com o avanço da biotecnologia, espera-se que essa tecnologia substitua gradualmente os métodos químicos tradicionais e promova a aplicação mais ampla do HPMC nas áreas de construção, alimentos, medicina, etc.
Horário da publicação: 11/04/2025