1.Hydroxypropyl methylcellulose (HPMC)là một loại ete xenluloza quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, dược phẩm, thực phẩm, mỹ phẩm và các lĩnh vực khác. HPMC có đặc tính làm đặc, tạo màng, nhũ hóa, huyền phù và giữ nước tốt, vì vậy nó đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Việc sản xuất HPMC chủ yếu dựa vào các quy trình biến đổi hóa học. Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ của công nghệ sinh học, các phương pháp sản xuất dựa trên quá trình lên men vi sinh vật cũng bắt đầu thu hút sự chú ý.
2. Nguyên lý sản xuất lên men HPMC
Quy trình sản xuất HPMC truyền thống sử dụng cellulose tự nhiên làm nguyên liệu thô và được sản xuất bằng các phương pháp hóa học như kiềm hóa, ete hóa và tinh chế. Tuy nhiên, quy trình này liên quan đến một lượng lớn dung môi hữu cơ và thuốc thử hóa học, có tác động lớn đến môi trường. Do đó, việc sử dụng quá trình lên men vi sinh để tổng hợp cellulose và ete hóa nó đã trở thành một phương pháp sản xuất thân thiện với môi trường và bền vững hơn.
Tổng hợp cellulose (BC) bằng vi khuẩn là một chủ đề nóng trong những năm gần đây. Các vi khuẩn bao gồm Komagataeibacter (như Komagataeibacter xylinus) và Gluconacetobacter có thể trực tiếp tổng hợp cellulose có độ tinh khiết cao thông qua quá trình lên men. Các vi khuẩn này sử dụng glucose, glycerol hoặc các nguồn carbon khác làm chất nền, lên men trong điều kiện thích hợp và tiết ra các sợi nano cellulose. Cellulose vi khuẩn thu được có thể được chuyển đổi thành HPMC sau khi sửa đổi hydroxypropyl và metyl hóa.
3. Quy trình sản xuất
3.1 Quá trình lên men cellulose vi khuẩn
Việc tối ưu hóa quá trình lên men là rất quan trọng để cải thiện năng suất và chất lượng của cellulose vi khuẩn. Các bước chính như sau:
Sàng lọc và nuôi cấy chủng: Chọn các chủng cellulose năng suất cao, chẳng hạn như Komagataeibacter xylinus, để thuần hóa và tối ưu hóa.
Môi trường lên men: Cung cấp nguồn cacbon (glucose, sucrose, xylose), nguồn nitơ (chiết xuất nấm men, peptone), muối vô cơ (phosphate, muối magie, v.v.) và chất điều chỉnh (axit axetic, axit citric) để thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn và tổng hợp xenlulo.
Kiểm soát điều kiện lên men: bao gồm nhiệt độ (28-30℃), pH (4,5-6,0), mức oxy hòa tan (khuấy hoặc nuôi cấy tĩnh), v.v.
Thu thập và tinh chế: Sau khi lên men, xenluloza vi khuẩn được thu thập bằng cách lọc, rửa, sấy khô và các bước khác, đồng thời loại bỏ vi khuẩn còn sót lại và các tạp chất khác.
3.2 Biến đổi metyl hóa hydroxypropyl của xenluloza
Cellulose vi khuẩn thu được cần được biến đổi về mặt hóa học để tạo cho nó các đặc tính của HPMC. Các bước chính như sau:
Xử lý kiềm hóa: ngâm trong một lượng dung dịch NaOH thích hợp để mở rộng chuỗi xenlulo và cải thiện hoạt động phản ứng của quá trình ete hóa tiếp theo.
Phản ứng ete hóa: trong điều kiện nhiệt độ và xúc tác cụ thể, thêm propylen oxit (hydroxypropyl hóa) và metyl clorua (methyl hóa) để thay thế nhóm hydroxyl xenluloza để tạo thành HPMC.
Trung hòa và tinh chế: trung hòa bằng axit sau phản ứng để loại bỏ các chất phản ứng chưa phản ứng, rửa, lọc và sấy khô để thu được sản phẩm cuối cùng.
Nghiền và phân loại: nghiền HPMC thành các hạt đạt yêu cầu kỹ thuật, sàng lọc và đóng gói theo các cấp độ nhớt khác nhau.
4. Các công nghệ chính và chiến lược tối ưu hóa
Cải tiến giống: cải thiện năng suất và chất lượng xenluloza thông qua kỹ thuật di truyền các chủng vi khuẩn.
Tối ưu hóa quá trình lên men: sử dụng lò phản ứng sinh học để kiểm soát động nhằm cải thiện hiệu quả sản xuất xenlulo.
Quy trình ete hóa xanh: giảm việc sử dụng dung môi hữu cơ và phát triển các công nghệ ete hóa thân thiện hơn với môi trường, chẳng hạn như biến tính xúc tác bằng enzyme.
Kiểm soát chất lượng sản phẩm: bằng cách phân tích mức độ thay thế, độ hòa tan, độ nhớt và các chỉ số khác của HPMC, đảm bảo sản phẩm đáp ứng các yêu cầu ứng dụng.
Dựa trên quá trình lên menHPMCPhương pháp sản xuất có ưu điểm là có thể tái tạo, thân thiện với môi trường và hiệu quả, phù hợp với xu hướng hóa học xanh và phát triển bền vững. Với sự tiến bộ của công nghệ sinh học, công nghệ này dự kiến sẽ dần thay thế các phương pháp hóa học truyền thống và thúc đẩy ứng dụng rộng rãi hơn của HPMC trong các lĩnh vực xây dựng, thực phẩm, y học, v.v.
Thời gian đăng: 11-04-2025