1.Гідроксипропілметилцелюлоза (HPMC)є важливим ефіром целюлози, широко використовується в будівництві, фармацевтиці, харчовій, косметиці та інших галузях. HPMC має хороші властивості загущення, плівкоутворення, емульгування, суспензії та утримання води, тому він відіграє ключову роль у багатьох галузях промисловості. Виробництво HPMC в основному покладається на процеси хімічної модифікації. Останніми роками з розвитком біотехнологій почали привертати увагу методи виробництва, засновані на мікробній ферментації.
2. Принцип виробництва ферментації HPMC
Традиційний процес виробництва HPMC використовує натуральну целюлозу як сировину та виробляється хімічними методами, такими як підлужнення, етерифікація та рафінування. Однак цей процес включає велику кількість органічних розчинників і хімічних реагентів, що має великий вплив на навколишнє середовище. Таким чином, використання мікробної ферментації для синтезу целюлози та подальшої її ефіризації стало більш екологічно чистим і стійким методом виробництва.
Мікробний синтез целюлози (BC) був гарячою темою в останні роки. Бактерії, включаючи Komagataeibacter (такі як Komagataeibacter xylinus) і Gluconacetobacter, можуть безпосередньо синтезувати високочисту целюлозу шляхом ферментації. Ці бактерії використовують глюкозу, гліцерин або інші джерела вуглецю як субстрати, ферментують у відповідних умовах і виділяють целюлозні нановолокна. Отримана бактеріальна целюлоза може бути перетворена в HPMC після гідроксипропілу та модифікації метилювання.
3. Виробничий процес
3.1 Процес ферментації бактеріальної целюлози
Оптимізація процесу бродіння має вирішальне значення для підвищення виходу та якості бактеріальної целюлози. Основні кроки такі:
Скринінг та культивування штамів: Виберіть високоврожайні штами целюлози, такі як Komagataeibacter xylinus, для одомашнення та оптимізації.
Ферментаційне середовище: джерела вуглецю (глюкоза, сахароза, ксилоза), джерела азоту (дріжджовий екстракт, пептон), неорганічні солі (фосфати, солі магнію тощо) і регулятори (оцтова кислота, лимонна кислота) для сприяння росту бактерій і синтезу целюлози.
Контроль умов бродіння: включаючи температуру (28-30 ℃), pH (4,5-6,0), рівень розчиненого кисню (перемішування або статична культура) тощо.
Збір і очищення: після ферментації бактеріальна целюлоза збирається шляхом фільтрації, промивання, сушіння та інших етапів, а залишкові бактерії та інші домішки видаляються.
3.2 Модифікація целюлози гідроксипропілметилюванням
Отриману бактеріальну целюлозу потрібно хімічно модифікувати, щоб надати їй характеристики HPMC. Основні кроки такі:
Обробка підлуженням: замочіть у відповідній кількості розчину NaOH для розширення целюлозного ланцюга та покращення реакційної активності подальшої етерифікації.
Реакція етерифікації: за певних температурних і каталітичних умов додайте пропіленоксид (гідроксипропілювання) і метилхлорид (метилювання), щоб замінити гідроксильну групу целюлози з утворенням HPMC.
Нейтралізація та очищення: нейтралізуйте кислотою після реакції, щоб видалити хімічні реагенти, що не прореагували, і отримайте кінцевий продукт шляхом промивання, фільтрування та сушіння.
Дроблення та класифікація: подрібнюйте HPMC на частинки, які відповідають специфікаціям, просіюйте та упаковуйте їх відповідно до різних ступенів в’язкості.
4. Ключові технології та стратегії оптимізації
Покращення штаму: покращення виходу целюлози та якості за допомогою генної інженерії мікробних штамів.
Оптимізація процесу ферментації: використовуйте біореактори для динамічного контролю для підвищення ефективності виробництва целюлози.
Екологічний процес етерифікації: зменшіть використання органічних розчинників і розробте більш екологічні технології етерифікації, такі як каталітична модифікація ферментів.
Контроль якості продукту: шляхом аналізу ступеня заміщення, розчинності, в'язкості та інших показників HPMC переконайтеся, що він відповідає вимогам застосування.
На основі бродінняHPMCМетод виробництва має переваги в тому, що він є відновлюваним, екологічно чистим та ефективним, що відповідає тенденціям екологічної хімії та сталого розвитку. Очікується, що з розвитком біотехнології ця технологія поступово замінить традиційні хімічні методи та сприятиме більш широкому застосуванню HPMC у сферах будівництва, харчових продуктів, медицини тощо.
Час публікації: 11 квітня 2025 р