1.Hydroxypropylmetylcelulóza (HPMC)je dôležitý éter celulózy, široko používaný v stavebníctve, farmácii, potravinárstve, kozmetike a iných oblastiach. HPMC má dobré zahusťovacie, filmotvorné, emulgačné, suspenzné a vodu zadržiavajúce vlastnosti, takže hrá kľúčovú úlohu v mnohých priemyselných odvetviach. Výroba HPMC sa spolieha hlavne na procesy chemickej modifikácie. V posledných rokoch, s pokrokom biotechnológie, začali priťahovať pozornosť aj výrobné metódy založené na mikrobiálnej fermentácii.
2. Fermentačný princíp výroby HPMC
Tradičný výrobný proces HPMC využíva ako surovinu prírodnú celulózu a vyrába sa chemickými metódami, ako je alkalizácia, éterifikácia a rafinácia. Tento proces však zahŕňa veľké množstvo organických rozpúšťadiel a chemických činidiel, čo má veľký vplyv na životné prostredie. Preto sa použitie mikrobiálnej fermentácie na syntézu celulózy a jej ďalšiu éterifikáciu stalo ekologickejšou a udržateľnejšou výrobnou metódou.
Mikrobiálna syntéza celulózy (BC) je v posledných rokoch horúcou témou. Baktérie vrátane Komagataeibacter (ako je Komagataeibacter xylinus) a Gluconacetobacter môžu priamo syntetizovať vysoko čistú celulózu prostredníctvom fermentácie. Tieto baktérie využívajú glukózu, glycerol alebo iné zdroje uhlíka ako substráty, fermentujú za vhodných podmienok a vylučujú celulózové nanovlákna. Výsledná bakteriálna celulóza sa môže previesť na HPMC po hydroxypropylovej a metylačnej modifikácii.
3. Výrobný proces
3.1 Proces fermentácie bakteriálnej celulózy
Optimalizácia fermentačného procesu je rozhodujúca pre zlepšenie výťažku a kvality bakteriálnej celulózy. Hlavné kroky sú nasledovné:
Skríning a kultivácia kmeňov: Vyberte vysoko výnosné celulózové kmene, ako je Komagataeibacter xylinus, na domestikáciu a optimalizáciu.
Fermentačné médium: Poskytnite zdroje uhlíka (glukóza, sacharóza, xylóza), zdroje dusíka (kvasnicový extrakt, peptón), anorganické soli (fosfáty, horečnaté soli atď.) a regulátory (kyselina octová, kyselina citrónová) na podporu rastu baktérií a syntézu celulózy.
Kontrola stavu fermentácie: vrátane teploty (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), hladiny rozpusteného kyslíka (miešanie alebo statická kultúra) atď.
Zber a čistenie: Po fermentácii sa bakteriálna celulóza zbiera filtráciou, premývaním, sušením a ďalšími krokmi a odstránia sa zvyškové baktérie a iné nečistoty.
3.2 Hydroxypropylmetylačná modifikácia celulózy
Získanú bakteriálnu celulózu je potrebné chemicky modifikovať, aby získala vlastnosti HPMC. Hlavné kroky sú nasledovné:
Alkalizačná úprava: namočiť do vhodného množstva roztoku NaOH, aby sa rozšíril reťazec celulózy a zlepšila sa reakčná aktivita následnej éterifikácie.
Eterifikačná reakcia: za špecifických teplotných a katalytických podmienok pridajte propylénoxid (hydroxypropylácia) a metylchlorid (metylácia), aby ste nahradili hydroxylovú skupinu celulózy za vzniku HPMC.
Neutralizácia a rafinácia: po reakcii neutralizovať kyselinou, aby sa odstránili nezreagované chemické činidlá, a získať konečný produkt premytím, filtráciou a sušením.
Drvenie a triedenie: rozdrvte HPMC na častice, ktoré spĺňajú špecifikácie, a preosievajte a balte ich podľa rôznych stupňov viskozity.
4. Kľúčové technológie a optimalizačné stratégie
Zlepšenie kmeňa: zlepšenie výťažku a kvality celulózy prostredníctvom genetického inžinierstva mikrobiálnych kmeňov.
Optimalizácia fermentačného procesu: použitie bioreaktorov na dynamickú kontrolu na zlepšenie účinnosti výroby celulózy.
Proces zelenej eterifikácie: znížte používanie organických rozpúšťadiel a vyvíjajte ekologickejšie technológie eterifikácie, ako je napríklad enzýmová katalytická modifikácia.
Kontrola kvality produktu: analýzou stupňa substitúcie, rozpustnosti, viskozity a iných ukazovateľov HPMC zaistite, že spĺňa aplikačné požiadavky.
Na báze fermentácieHPMCvýrobná metóda má výhody v tom, že je obnoviteľná, šetrná k životnému prostrediu a efektívna, čo je v súlade s trendom zelenej chémie a trvalo udržateľného rozvoja. S pokrokom v biotechnológii sa očakáva, že táto technológia postupne nahradí tradičné chemické metódy a podporí širšie uplatnenie HPMC v oblasti stavebníctva, potravinárstva, medicíny atď.
Čas odoslania: 11. apríla 2025