1.Хидроксипропил метилцелулоза (HPMC)је важан целулозни етар, који се широко користи у грађевинарству, фармацеутској, прехрамбеној, козметичкој и другим областима. ХПМЦ има добра својства згушњавања, стварања филма, емулгирања, суспензије и задржавања воде, тако да игра кључну улогу у многим индустријама. Производња ХПМЦ-а се углавном ослања на процесе хемијске модификације. Последњих година, са напретком биотехнологије, почеле су да привлаче пажњу и методе производње засноване на микробној ферментацији.
2. Принцип производње HPMC-а ферментацијом
Традиционални процес производње HPMC користи природну целулозу као сировину и производи се хемијским методама као што су алкализација, етерификација и рафинација. Међутим, овај процес укључује велику количину органских растварача и хемијских реагенса, што има велики утицај на животну средину. Стога је употреба микробне ферментације за синтезу целулозе и њену даљу етерификацију постала еколошки прихватљивија и одрживија метода производње.
Микробна синтеза целулозе (BC) је последњих година била актуелна тема. Бактерије, укључујући Komagataeibacter (као што је Komagataeibacter xylinus) и Gluconacetobacter, могу директно синтетизовати целулозу високе чистоће путем ферментације. Ове бактерије користе глукозу, глицерол или друге изворе угљеника као супстрате, ферментишу под одговарајућим условима и луче целулозна нановлакна. Добијена бактеријска целулоза може се претворити у HPMC након модификације хидроксипропилом и метилацијом.
3. Процес производње
3.1 Процес ферментације бактеријске целулозе
Оптимизација процеса ферментације је кључна за побољшање приноса и квалитета бактеријске целулозе. Главни кораци су следећи:
Скрининг и култивација сојева: Изаберите сојеве целулозе са високим приносом, као што је Komagataeibacter xylinus, за доместикацију и оптимизацију.
Ферментациони медијум: Обезбедити изворе угљеника (глукоза, сахароза, ксилоза), изворе азота (екстракт квасца, пептон), неорганске соли (фосфати, магнезијумове соли, итд.) и регулаторе (сирћетна киселина, лимунска киселина) за подстицање раста бактерија и синтезе целулозе.
Контрола услова ферментације: укључујући температуру (28-30℃), pH (4,5-6,0), ниво раствореног кисеоника (мешање или статичка култура) итд.
Сакупљање и пречишћавање: Након ферментације, бактеријска целулоза се сакупља филтрирањем, прањем, сушењем и другим корацима, а преостале бактерије и друге нечистоће се уклањају.
3.2 Модификација целулозе хидроксипропил метилацијом
Добијена бактеријска целулоза мора бити хемијски модификована да би јој се дале карактеристике HPMC-а. Главни кораци су следећи:
Третман алкалинизацијом: потопити у одговарајућу количину раствора NaOH да би се проширио целулозни ланац и побољшала реакциона активност накнадне етерификације.
Реакција етерификације: под одређеном температуром и каталитичким условима, додати пропилен оксид (хидроксипропилација) и метил хлорид (метилација) да би се заменила хидроксилна група целулозе и формирао ХПМЦ.
Неутрализација и рафинирање: неутрализовати киселином након реакције да би се уклонили нереаговани хемијски реагенси, а коначни производ се добија прањем, филтрирањем и сушењем.
Дробљење и сортирање: дробљење ХПМЦ-а у честице које испуњавају спецификације, а затим њихово сепарирање и паковање према различитим степеновима вискозности.
4. Кључне технологије и стратегије оптимизације
Побољшање сојева: побољшати принос и квалитет целулозе генетским инжењерингом микробних сојева.
Оптимизација процеса ферментације: коришћење биореактора за динамичку контролу ради побољшања ефикасности производње целулозе.
Зелени процес етерификације: смањити употребу органских растварача и развити еколошки прихватљивије технологије етерификације, као што је ензимска каталитичка модификација.
Контрола квалитета производа: анализом степена супституције, растворљивости, вискозности и других индикатора ХПМЦ-а, осигурава се да испуњава захтеве примене.
На бази ферментацијеХПМЦМетод производње има предности обновљивости, еколошки прихватљивости и ефикасности, што је у складу са трендом зелене хемије и одрживог развоја. Са напретком биотехнологије, очекује се да ће ова технологија постепено заменити традиционалне хемијске методе и промовисати ширу примену HPMC-а у областима грађевинарства, хране, медицине итд.
Време објаве: 11. април 2025.