1.Hidroksipropil metilselulosa (HPMC)merupakan eter selulosa yang penting, digunakan secara meluas dalam pembinaan, farmaseutikal, makanan, kosmetik dan bidang lain. HPMC mempunyai sifat penebalan, pembentukan filem, pengemulsi, penggantungan dan pengekalan air yang baik, jadi ia memainkan peranan penting dalam banyak industri. Pengeluaran HPMC terutamanya bergantung pada proses pengubahsuaian kimia. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, dengan kemajuan bioteknologi, kaedah pengeluaran berdasarkan penapaian mikrob juga mula menarik perhatian.
2. Prinsip pengeluaran penapaian HPMC
Proses pengeluaran HPMC tradisional menggunakan selulosa semula jadi sebagai bahan mentah dan dihasilkan melalui kaedah kimia seperti pengalkilan, pengeteran dan penapisan. Walau bagaimanapun, proses ini melibatkan sejumlah besar pelarut organik dan reagen kimia, yang mempunyai kesan yang besar terhadap alam sekitar. Oleh itu, penggunaan penapaian mikrob untuk mensintesis selulosa dan mengeterkannya selanjutnya telah menjadi kaedah pengeluaran yang lebih mesra alam dan lestari.
Sintesis mikrob selulosa (BC) telah menjadi topik hangat sejak kebelakangan ini. Bakteria termasuk Komagataeibacter (seperti Komagataeibacter xylinus) dan Gluconacetobacter boleh mensintesis selulosa berketulenan tinggi secara langsung melalui penapaian. Bakteria ini menggunakan glukosa, gliserol atau sumber karbon lain sebagai substrat, ditapai di bawah keadaan yang sesuai, dan merembeskan gentian nano selulosa. Selulosa bakteria yang terhasil boleh ditukar menjadi HPMC selepas pengubahsuaian hidroksipropil dan metilasi.
3. Proses pengeluaran
3.1 Proses penapaian selulosa bakteria
Pengoptimuman proses penapaian adalah penting untuk meningkatkan hasil dan kualiti selulosa bakteria. Langkah-langkah utama adalah seperti berikut:
Penyaringan dan penanaman strain: Pilih strain selulosa hasil tinggi, seperti Komagataeibacter xylinus, untuk penjinakan dan pengoptimuman.
Medium penapaian: Menyediakan sumber karbon (glukosa, sukrosa, xilosa), sumber nitrogen (ekstrak yis, pepton), garam tak organik (fosfat, garam magnesium, dll.) dan pengawal selia (asid asetik, asid sitrik) untuk menggalakkan pertumbuhan bakteria dan sintesis selulosa.
Kawalan keadaan penapaian: termasuk suhu (28-30℃), pH (4.5-6.0), tahap oksigen terlarut (pengacauan atau kultur statik), dsb.
Pengumpulan dan penulenan: Selepas penapaian, selulosa bakteria dikumpulkan melalui penapisan, pencucian, pengeringan dan langkah-langkah lain, dan bakteria sisa serta bendasing lain dibuang.
3.2 Pengubahsuaian metilasi hidroksipropil selulosa
Selulosa bakteria yang diperoleh perlu diubah suai secara kimia untuk memberikannya ciri-ciri HPMC. Langkah-langkah utama adalah seperti berikut:
Rawatan pengalkalian: rendam dalam jumlah larutan NaOH yang sesuai untuk mengembangkan rantai selulosa dan meningkatkan aktiviti tindak balas pengeteran berikutnya.
Tindak balas eterifikasi: di bawah suhu dan keadaan pemangkinan tertentu, tambah propilena oksida (hidroksipropil) dan metil klorida (metilasi) untuk menggantikan kumpulan hidroksil selulosa bagi membentuk HPMC.
Peneutralan dan penapisan: meneutralkan dengan asid selepas tindak balas untuk membuang reagen kimia yang tidak bertindak balas, dan mendapatkan produk akhir dengan mencuci, menapis dan mengeringkan.
Penghancuran dan penggredan: hancurkan HPMC menjadi zarah yang memenuhi spesifikasi, dan tapis serta bungkuskannya mengikut gred kelikatan yang berbeza.
4. Teknologi utama dan strategi pengoptimuman
Penambahbaikan strain: meningkatkan hasil dan kualiti selulosa melalui kejuruteraan genetik strain mikrob.
Pengoptimuman proses penapaian: gunakan bioreaktor untuk kawalan dinamik bagi meningkatkan kecekapan pengeluaran selulosa.
Proses eterifikasi hijau: mengurangkan penggunaan pelarut organik dan membangunkan teknologi eterifikasi yang lebih mesra alam, seperti pengubahsuaian pemangkin enzim.
Kawalan kualiti produk: dengan menganalisis tahap penggantian, kelarutan, kelikatan dan penunjuk lain HPMC, pastikan ia memenuhi keperluan aplikasi.
Berasaskan penapaianHPMCKaedah pengeluaran ini mempunyai kelebihan iaitu boleh diperbaharui, mesra alam dan cekap, selaras dengan trend kimia hijau dan pembangunan lestari. Dengan kemajuan bioteknologi, teknologi ini dijangka akan secara beransur-ansur menggantikan kaedah kimia tradisional dan menggalakkan aplikasi HPMC yang lebih luas dalam bidang pembinaan, makanan, perubatan, dan sebagainya.
Masa siaran: 11-Apr-2025