Hidroksipropil metilselülozun fermentasiyasında kimyəvi reaksiyalar

Hidroksipropil metilselüloz (HPMC)sənaye və tibb sahələrində tez-tez istifadə olunan suda həll olunan polimer birləşməsidir və dərman nəzarəti altında buraxılma, qida emalı və tikinti materialları kimi geniş tətbiq dəyərlərinə malikdir. Onun fermentasiya prosesində baş verən kimyəvi reaksiyalar əsasən sellülozun parçalanması və modifikasiyası və mikroorqanizmlərin metabolik fəaliyyətləri ilə bağlıdır. Fermentasiya prosesində HPMC-nin kimyəvi reaksiyalarını daha yaxşı başa düşmək üçün ilk növbədə onun əsas strukturunu və sellülozun parçalanma prosesini başa düşməliyik.

1. Hidroksipropilmetilselülozun əsas quruluşu və xassələri

HPMC təbii sellülozun (selüloz) kimyəvi modifikasiyası ilə əldə edilən törəmədir. Onun molekulyar zəncirinin əsasını β-1,4 qlikozid bağları ilə birləşdirən qlükoza molekulları (C6H12O6) təşkil edir. Selülozun özünü suda həll etmək çətindir, lakin metil (-OCH3) və hidroksipropil (-C3H7OH) qruplarını tətbiq etməklə, həll olunan polimer əmələ gətirmək üçün suda həllolma qabiliyyətini xeyli yaxşılaşdırmaq olar. HPMC-nin modifikasiya prosesi ümumiyyətlə qələvi şəraitdə sellülozanın metil xlorid (CH3Cl) və propilen spirti (C3H6O) ilə reaksiyasını əhatə edir və nəticədə əldə edilən məhsul güclü hidrofillik və həllediciliyə malikdir.

2. Fermentasiya zamanı kimyəvi reaksiyalar

HPMC-nin fermentasiya prosesi adətən HPMC-dən karbon mənbəyi və qida mənbəyi kimi istifadə edən mikroorqanizmlərin fəaliyyətindən asılıdır. HPMC-nin fermentasiya prosesi aşağıdakı əsas mərhələləri əhatə edir:

2.1. HPMC-nin deqradasiyası

Selülozun özü birləşdirilmiş qlükoza bölmələrindən ibarətdir və HPMC fermentasiya prosesi zamanı mikroorqanizmlər tərəfindən parçalanacaq, əvvəlcə daha kiçik istifadə edilə bilən şəkərlərə (məsələn, qlükoza, ksiloza və s.) parçalanacaq. Bu proses adətən çoxlu sellülozu parçalayan fermentlərin təsirini əhatə edir. Əsas deqradasiya reaksiyalarına aşağıdakılar daxildir:

Selülozun hidroliz reaksiyası: Selüloz molekullarındakı β-1,4 qlikozid bağları sellüloza hidrolazaları (selülaz, endoselülaz kimi) tərəfindən qırılaraq daha qısa şəkər zəncirləri (oliqosakkaridlər, disakaridlər və s.) əmələ gələcək. Bu şəkərlər daha da metabolizə olunacaq və mikroorqanizmlər tərəfindən istifadə ediləcək.

HPMC-nin hidrolizi və deqradasiyası: HPMC molekulundakı metil və hidroksipropil əvəzediciləri hidroliz yolu ilə qismən çıxarılacaq. Hidroliz reaksiyasının spesifik mexanizmi hələ tam başa düşülməmişdir, lakin fermantasiya mühitində hidroliz reaksiyasının mikroorqanizmlər tərəfindən ifraz olunan fermentlər (məsələn, hidroksil esteraza) tərəfindən katalizləşdirildiyini güman etmək olar. Bu proses HPMC molekulyar zəncirlərinin qırılmasına və funksional qrupların çıxarılmasına gətirib çıxarır, nəticədə daha kiçik şəkər molekulları əmələ gəlir.

2.2. Mikrobların metabolik reaksiyaları

HPMC daha kiçik şəkər molekullarına parçalandıqdan sonra mikroorqanizmlər fermentativ reaksiyalar vasitəsilə bu şəkərləri enerjiyə çevirə bilirlər. Xüsusilə, mikroorqanizmlər fermentasiya yolları ilə qlükozanı etanola, laktik turşuya və ya digər metabolitlərə parçalayır. Fərqli mikroorqanizmlər HPMC deqradasiya məhsullarını müxtəlif yollarla metabolizə edə bilər. Ümumi metabolik yollara aşağıdakılar daxildir:

Qlikoliz yolu: Qlükoza fermentlər tərəfindən piruvata parçalanır və daha sonra enerjiyə (ATP) və metabolitlərə (məsələn, laktik turşu, etanol və s.) çevrilir.

Fermentasiya məhsulunun yaranması: Anaerob və ya hipoksik şəraitdə mikroorqanizmlər müxtəlif sənaye proseslərində geniş istifadə olunan fermentasiya yolları vasitəsilə qlükozanı və ya onun parçalanma məhsullarını etanol, laktik turşu, sirkə turşusu və s. kimi üzvi turşulara çevirir.

2.3. Redoks reaksiyası

HPMC-nin fermentasiya prosesi zamanı bəzi mikroorqanizmlər redoks reaksiyaları vasitəsilə ara məhsulları daha da çevirə bilər. Məsələn, etanolun istehsal prosesi redoks reaksiyaları ilə müşayiət olunur, qlükoza piruvat hasil etmək üçün oksidləşir və sonra reduksiya reaksiyaları vasitəsilə piruvat etanola çevrilir. Bu reaksiyalar hüceyrələrin metabolik balansını qorumaq üçün vacibdir.

3. Fermentasiya prosesində nəzarət amilləri

HPMC-nin fermentasiya prosesi zamanı ətraf mühit faktorları kimyəvi reaksiyalara mühüm təsir göstərir. Məsələn, pH, temperatur, həll olunmuş oksigen miqdarı, qida mənbəyi konsentrasiyası və s. mikroorqanizmlərin metabolik sürətinə və məhsulların növünə təsir edəcəkdir. Xüsusilə temperatur və pH, mikrob fermentlərinin fəaliyyəti müxtəlif temperatur və pH şəraitində əhəmiyyətli dərəcədə dəyişə bilər, buna görə də HPMC-nin deqradasiyasını və mikroorqanizmlərin metabolik prosesinin düzgün gedişatını təmin etmək üçün fermentasiya şərtlərinə dəqiq nəzarət etmək lazımdır.

Fermentasiya prosesiHPMCsellülozun hidrolizi, HPMC-nin deqradasiyası, şəkərlərin mübadiləsi və fermentasiya məhsullarının əmələ gəlməsi də daxil olmaqla mürəkkəb kimyəvi reaksiyaları əhatə edir. Bu reaksiyaların başa düşülməsi yalnız HPMC-nin fermentasiya prosesini optimallaşdırmağa kömək etmir, həm də əlaqəli sənaye istehsalına nəzəri dəstək verir. Tədqiqatın dərinləşdirilməsi ilə gələcəkdə HPMC-nin deqradasiya səmərəliliyini və məhsulların məhsuldarlığını yaxşılaşdırmaq və HPMC-nin biotransformasiya, ətraf mühitin mühafizəsi və digər sahələrdə tətbiqini təşviq etmək üçün daha səmərəli və qənaətcil fermentasiya üsulları hazırlana bilər.