1.Hydroxipropylmetylcellulosa (HPMC)är en viktig cellulosaeter som används i stor utsträckning inom konstruktion, läkemedel, livsmedel, kosmetika och andra områden. HPMC har goda förtjocknings-, filmbildande, emulgerande, suspensions- och vattenretentionsegenskaper, så det spelar en nyckelroll i många industrier. Produktionen av HPMC bygger huvudsakligen på kemiska modifieringsprocesser. Under de senaste åren, med bioteknikens framsteg, har även produktionsmetoder baserade på mikrobiell jäsning börjat väcka uppmärksamhet.
2. Jäsningsproduktionsprincip för HPMC
Den traditionella HPMC-produktionsprocessen använder naturlig cellulosa som råvara och produceras med kemiska metoder som alkalisering, företring och raffinering. Denna process involverar dock en stor mängd organiska lösningsmedel och kemiska reagenser, vilket har stor påverkan på miljön. Därför har användningen av mikrobiell jäsning för att syntetisera cellulosa och ytterligare företra den blivit en mer miljövänlig och hållbar produktionsmetod.
Mikrobiell syntes av cellulosa (BC) har varit ett hett ämne de senaste åren. Bakterier inklusive Komagataeibacter (som Komagataeibacter xylinus) och Gluconacetobacter kan direkt syntetisera högren cellulosa genom jäsning. Dessa bakterier använder glukos, glycerol eller andra kolkällor som substrat, fermenterar under lämpliga förhållanden och utsöndrar nanofibrer av cellulosa. Den resulterande bakteriella cellulosan kan omvandlas till HPMC efter hydroxipropyl- och metyleringsmodifiering.
3. Produktionsprocess
3.1 Fermenteringsprocess av bakteriell cellulosa
Optimeringen av jäsningsprocessen är avgörande för att förbättra utbytet och kvaliteten på bakteriell cellulosa. Huvudstegen är följande:
Stamscreening och odling: Välj högavkastande cellulosastammar, såsom Komagataeibacter xylinus, för domesticering och optimering.
Fermenteringsmedium: Tillhandahåll kolkällor (glukos, sackaros, xylos), kvävekällor (jästextrakt, pepton), oorganiska salter (fosfater, magnesiumsalter, etc.) och regulatorer (ättiksyra, citronsyra) för att främja bakterietillväxt och cellulosasyntes.
Jäsningskonditionskontroll: inklusive temperatur (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), nivå av löst syre (omrörning eller statisk odling), etc.
Uppsamling och rening: Efter jäsning samlas bakteriecellulosan upp genom filtrering, tvättning, torkning och andra steg, och kvarvarande bakterier och andra föroreningar avlägsnas.
3.2 Hydroxipropylmetyleringsmodifiering av cellulosa
Den erhållna bakteriella cellulosan måste modifieras kemiskt för att ge den egenskaperna hos HPMC. Huvudstegen är följande:
Alkaliseringsbehandling: blötlägg i en lämplig mängd NaOH-lösning för att expandera cellulosakedjan och förbättra reaktionsaktiviteten vid efterföljande företring.
Eterifieringsreaktion: under specifika temperaturer och katalytiska förhållanden, tillsätt propylenoxid (hydroxipropylering) och metylklorid (metylering) för att ersätta cellulosahydroxylgruppen för att bilda HPMC.
Neutralisering och raffinering: neutralisera med syra efter reaktionen för att avlägsna oreagerade kemiska reagenser och erhåll den slutliga produkten genom tvättning, filtrering och torkning.
Krossning och sortering: krossa HPMC till partiklar som uppfyller specifikationerna och sila och förpacka dem enligt olika viskositetsgrader.
4. Nyckelteknologier och optimeringsstrategier
Stamförbättring: förbättra cellulosautbytet och kvaliteten genom genteknik av mikrobiella stammar.
Fermenteringsprocessoptimering: använd bioreaktorer för dynamisk kontroll för att förbättra effektiviteten i cellulosaproduktionen.
Grön företringsprocess: minska användningen av organiska lösningsmedel och utveckla mer miljövänliga företringstekniker, såsom enzymkatalytisk modifiering.
Produktkvalitetskontroll: genom att analysera substitutionsgraden, lösligheten, viskositeten och andra indikatorer för HPMC, säkerställ att den uppfyller applikationskraven.
Den jäsningsbaseradeHPMCproduktionsmetoden har fördelarna av att vara förnybar, miljövänlig och effektiv, vilket är i linje med trenden med grön kemi och hållbar utveckling. Med bioteknikens framsteg förväntas denna teknik gradvis ersätta traditionella kemiska metoder och främja en bredare tillämpning av HPMC inom områdena konstruktion, mat, medicin, etc.
Posttid: 2025-apr-11