1.Гидроксипропилметилцеллюлоза (ГПМЦ)является важным эфиром целлюлозы, широко используемым в строительстве, фармацевтике, пищевой промышленности, косметике и других областях. ГПМЦ обладает хорошими загущающими, пленкообразующими, эмульгирующими, суспензирующими и водоудерживающими свойствами, поэтому он играет ключевую роль во многих отраслях промышленности. Производство ГПМЦ в основном основано на процессах химической модификации. В последние годы, с развитием биотехнологии, методы производства, основанные на микробной ферментации, также начали привлекать внимание.
2. Принцип ферментационного производства ГПМЦ
Традиционный процесс производства HPMC использует в качестве сырья натуральную целлюлозу и производится химическими методами, такими как алкализация, этерификация и рафинирование. Однако этот процесс включает в себя большое количество органических растворителей и химических реагентов, что оказывает большое влияние на окружающую среду. Поэтому использование микробной ферментации для синтеза целлюлозы и ее дальнейшей этерификации стало более экологически чистым и устойчивым методом производства.
Микробный синтез целлюлозы (БЦ) стал горячей темой в последние годы. Бактерии, включая Komagataeibacter (например, Komagataeibacter xylinus) и Gluconacetobacter, могут напрямую синтезировать высокочистую целлюлозу путем ферментации. Эти бактерии используют глюкозу, глицерин или другие источники углерода в качестве субстратов, ферментируют в подходящих условиях и выделяют нановолокна целлюлозы. Полученная бактериальная целлюлоза может быть преобразована в ГПМЦ после модификации гидроксипропилом и метилированием.
3. Производственный процесс
3.1 Процесс ферментации бактериальной целлюлозы
Оптимизация процесса ферментации имеет решающее значение для повышения выхода и качества бактериальной целлюлозы. Основные этапы следующие:
Скрининг и культивирование штаммов: выбор высокопродуктивных штаммов целлюлозы, таких как Komagataeibacter xylinus, для одомашнивания и оптимизации.
Среда ферментации: обеспечить источники углерода (глюкоза, сахароза, ксилоза), источники азота (дрожжевой экстракт, пептон), неорганические соли (фосфаты, соли магния и т. д.) и регуляторы (уксусная кислота, лимонная кислота) для стимуляции роста бактерий и синтеза целлюлозы.
Контроль условий ферментации: включая температуру (28-30℃), pH (4,5-6,0), уровень растворенного кислорода (перемешивание или статическое культивирование) и т. д.
Сбор и очистка: После ферментации бактериальная целлюлоза собирается путем фильтрации, промывки, сушки и других этапов, а остаточные бактерии и другие примеси удаляются.
3.2 Модификация гидроксипропилметилирования целлюлозы
Полученную бактериальную целлюлозу необходимо химически модифицировать, чтобы придать ей характеристики HPMC. Основные этапы следующие:
Обработка подщелачиванием: замачивание в соответствующем количестве раствора NaOH для расширения цепи целлюлозы и улучшения реакционной активности последующей этерификации.
Реакция этерификации: при определенной температуре и каталитических условиях добавляют пропиленоксид (гидроксипропилирование) и метилхлорид (метилирование) для замены гидроксильной группы целлюлозы с образованием ГПМЦ.
Нейтрализация и очистка: нейтрализовать кислотой после реакции, чтобы удалить непрореагировавшие химические реагенты, и получить конечный продукт путем промывки, фильтрации и сушки.
Дробление и сортировка: измельчают ГПМЦ до частиц, соответствующих спецификациям, просеивают и упаковывают их в соответствии с различными классами вязкости.
4. Ключевые технологии и стратегии оптимизации
Улучшение штаммов: повышение выхода и качества целлюлозы посредством генной инженерии штаммов микроорганизмов.
Оптимизация процесса ферментации: использование биореакторов для динамического управления с целью повышения эффективности производства целлюлозы.
Экологичный процесс этерификации: сокращение использования органических растворителей и разработка более экологически чистых технологий этерификации, таких как ферментно-каталитическая модификация.
Контроль качества продукции: путем анализа степени замещения, растворимости, вязкости и других показателей ГПМЦ обеспечивается ее соответствие требованиям применения.
На основе ферментацииГПМЦМетод производства имеет преимущества возобновляемости, экологичности и эффективности, что соответствует тенденции зеленой химии и устойчивого развития. Ожидается, что с развитием биотехнологий эта технология постепенно заменит традиционные химические методы и будет способствовать более широкому применению HPMC в строительстве, пищевой промышленности, медицине и т. д.
Время публикации: 11 апреля 2025 г.