1.Hidroxipropil metilceluloză (HPMC)este un important eter de celuloză, utilizat pe scară largă în construcții, produse farmaceutice, alimente, cosmetice și alte domenii. HPMC are proprietăți bune de îngroșare, formare de peliculă, emulsionare, suspensie și reținere a apei, deci joacă un rol cheie în multe industrii. Producția de HPMC se bazează în principal pe procese de modificare chimică. În ultimii ani, odată cu progresul biotehnologiei, și metodele de producție bazate pe fermentația microbiană au început să atragă atenția.
2. Principiul de producție prin fermentație a HPMC
Procesul tradițional de producție HPMC folosește celuloza naturală ca materie primă și este produsă prin metode chimice precum alcalinizarea, eterificarea și rafinarea. Cu toate acestea, acest proces implică o cantitate mare de solvenți organici și reactivi chimici, ceea ce are un impact mare asupra mediului. Prin urmare, utilizarea fermentației microbiene pentru a sintetiza celuloza și a o eterifica în continuare a devenit o metodă de producție mai ecologică și mai durabilă.
Sinteza microbiană a celulozei (BC) a fost un subiect fierbinte în ultimii ani. Bacteriile, inclusiv Komagataeibacter (cum ar fi Komagataeibacter xylinus) și Gluconacetobacter pot sintetiza direct celuloză de înaltă puritate prin fermentare. Aceste bacterii folosesc glucoză, glicerol sau alte surse de carbon ca substrat, fermentează în condiții adecvate și secretă nanofibre de celuloză. Celuloza bacteriană rezultată poate fi transformată în HPMC după hidroxipropil și modificarea metilării.
3. Procesul de producție
3.1 Procesul de fermentare a celulozei bacteriene
Optimizarea procesului de fermentare este crucială pentru îmbunătățirea randamentului și calității celulozei bacteriene. Pașii principali sunt următorii:
Selectarea și cultivarea tulpinilor: Selectați tulpini de celuloză cu randament ridicat, cum ar fi Komagataeibacter xylinus, pentru domesticire și optimizare.
Mediu de fermentare: Furnizează surse de carbon (glucoză, zaharoză, xiloză), surse de azot (extract de drojdie, peptonă), săruri anorganice (fosfați, săruri de magneziu etc.) și regulatori (acid acetic, acid citric) pentru a promova creșterea bacteriilor și sinteza celulozei.
Controlul stării de fermentație: inclusiv temperatura (28-30℃), pH (4,5-6,0), nivelul de oxigen dizolvat (agitare sau cultură statică), etc.
Colectare și purificare: După fermentare, celuloza bacteriană este colectată prin filtrare, spălare, uscare și alte etape, iar bacteriile reziduale și alte impurități sunt îndepărtate.
3.2 Modificarea metilării hidroxipropil a celulozei
Celuloza bacteriană obținută trebuie modificată chimic pentru a-i conferi caracteristicile HPMC. Pașii principali sunt următorii:
Tratament de alcalinizare: înmuiați într-o cantitate adecvată de soluție de NaOH pentru a extinde lanțul de celuloză și pentru a îmbunătăți activitatea de reacție a eterificării ulterioare.
Reacție de eterificare: în condiții de temperatură și catalitice specifice, se adaugă oxid de propilen (hidroxipropilare) și clorură de metil (metilare) pentru a înlocui gruparea hidroxil celuloză pentru a forma HPMC.
Neutralizare și rafinare: neutralizați cu acid după reacție pentru a îndepărta reactivii chimici nereacționați și obțineți produsul final prin spălare, filtrare și uscare.
Zdrobire și clasificare: zdrobiți HPMC în particule care îndeplinesc specificațiile și sortați și ambalați-le în funcție de diferite grade de vâscozitate.
4. Tehnologii cheie și strategii de optimizare
Îmbunătățirea tulpinilor: îmbunătățirea randamentului și a calității celulozei prin ingineria genetică a tulpinilor microbiene.
Optimizarea procesului de fermentație: utilizați bioreactoare pentru controlul dinamic pentru a îmbunătăți eficiența producției de celuloză.
Proces de eterificare verde: reduceți utilizarea solvenților organici și dezvoltați tehnologii de eterificare mai ecologice, cum ar fi modificarea catalitică a enzimelor.
Controlul calității produsului: analizând gradul de substituție, solubilitatea, vâscozitatea și alți indicatori ai HPMC, asigurați-vă că îndeplinește cerințele aplicației.
Pe bază de fermentațieHPMCMetoda de producție are avantajele de a fi regenerabilă, ecologică și eficientă, ceea ce este în conformitate cu tendința chimiei verzi și a dezvoltării durabile. Odată cu progresul biotehnologiei, se așteaptă ca această tehnologie să înlocuiască treptat metodele chimice tradiționale și să promoveze aplicarea mai largă a HPMC în domeniile construcțiilor, alimentației, medicinei etc.
Ora postării: 11-apr-2025