1.Hidroksipropil metilceluloza (HPMC)je pomemben celulozni eter, ki se pogosto uporablja v gradbeništvu, farmaciji, hrani, kozmetiki in na drugih področjih. HPMC ima dobre lastnosti zgoščevanja, tvorjenja filma, emulgiranja, suspenzije in zadrževanja vode, zato ima ključno vlogo v številnih industrijah. Proizvodnja HPMC temelji predvsem na postopkih kemične modifikacije. V zadnjih letih so z napredkom biotehnologije začele pozornost vzbujati tudi proizvodne metode, ki temeljijo na mikrobni fermentaciji.
2. Fermentacijski princip proizvodnje HPMC
Tradicionalni proizvodni proces HPMC uporablja naravno celulozo kot surovino in se proizvaja s kemičnimi metodami, kot so alkalizacija, eterifikacija in rafiniranje. Vendar ta proces vključuje veliko količino organskih topil in kemičnih reagentov, kar ima velik vpliv na okolje. Zato je uporaba mikrobne fermentacije za sintezo celuloze in njeno nadaljnje eterificiranje postala okolju prijaznejša in trajnostna proizvodna metoda.
Mikrobna sinteza celuloze (BC) je bila v zadnjih letih vroča tema. Bakterije, vključno s Komagataeibacter (kot je Komagataeibacter xylinus) in Gluconacetobacter, lahko neposredno sintetizirajo celulozo visoke čistosti s fermentacijo. Te bakterije kot substrat uporabljajo glukozo, glicerol ali druge vire ogljika, fermentirajo pod ustreznimi pogoji in izločajo celulozna nanovlakna. Nastala bakterijska celuloza se lahko pretvori v HPMC po hidroksipropilni in metilacijski modifikaciji.
3. Proizvodni proces
3.1 Postopek fermentacije bakterijske celuloze
Optimizacija procesa fermentacije je ključnega pomena za izboljšanje izkoristka in kakovosti bakterijske celuloze. Glavni koraki so naslednji:
Preverjanje in gojenje sevov: Izberite seve celuloze z visokim donosom, kot je Komagataeibacter xylinus, za udomačitev in optimizacijo.
Fermentacijski medij: zagotovite vire ogljika (glukoza, saharoza, ksiloza), vire dušika (kvasni ekstrakt, pepton), anorganske soli (fosfati, magnezijeve soli itd.) in regulatorje (ocetna kislina, citronska kislina) za spodbujanje rasti bakterij in sinteze celuloze.
Nadzor stanja fermentacije: vključno s temperaturo (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), nivojem raztopljenega kisika (mešanje ali statična kultura) itd.
Zbiranje in čiščenje: Po fermentaciji se bakterijska celuloza zbere s filtriranjem, pranjem, sušenjem in drugimi koraki, pri čemer se odstranijo preostale bakterije in druge nečistoče.
3.2 Hidroksipropil metilacijska modifikacija celuloze
Dobljeno bakterijsko celulozo je treba kemično modificirati, da ji damo lastnosti HPMC. Glavni koraki so naslednji:
Alkalinizacija: namočite v ustrezno količino raztopine NaOH, da razširite celulozno verigo in izboljšate reakcijsko aktivnost poznejšega eterifikacije.
Reakcija eterifikacije: pod določeno temperaturo in katalitskimi pogoji dodajte propilen oksid (hidroksipropilacija) in metil klorid (metilacija), da nadomestite celulozno hidroksilno skupino, da nastane HPMC.
Nevtralizacija in rafinacija: po reakciji nevtralizirajte s kislino, da odstranite nezreagirane kemične reagente, in pridobite končni produkt s pranjem, filtriranjem in sušenjem.
Drobljenje in razvrščanje: HPMC zdrobite v delce, ki ustrezajo specifikacijam, ter jih presejte in zapakirajte glede na različne stopnje viskoznosti.
4. Ključne tehnologije in optimizacijske strategije
Izboljšanje seva: izboljšajte donos in kakovost celuloze z genskim inženiringom mikrobnih sevov.
Optimizacija procesa fermentacije: uporaba bioreaktorjev za dinamično kontrolo za izboljšanje učinkovitosti proizvodnje celuloze.
Zeleni postopek eterifikacije: zmanjšajte uporabo organskih topil in razvijte okolju prijaznejše tehnologije eterifikacije, kot je encimska katalitična modifikacija.
Nadzor kakovosti izdelka: z analizo substitucijske stopnje, topnosti, viskoznosti in drugih indikatorjev HPMC zagotovite, da izpolnjuje zahteve uporabe.
Na osnovi fermentacijeHPMCproizvodni način ima prednosti, da je obnovljiv, okolju prijazen in učinkovit, kar je v skladu s trendom zelene kemije in trajnostnega razvoja. Z napredkom biotehnologije naj bi ta tehnologija postopoma nadomestila tradicionalne kemijske metode in spodbujala širšo uporabo HPMC na področju gradbeništva, hrane, medicine itd.
Čas objave: 11. aprila 2025