Pulbere de acid gluconic CAS 526-95-4

Această metodă utilizează oxidarea microorganismelor pentru a sintetiza acidul gluconic din glucoză, care poate fi împărțit în fermentație fungică, fermentație bacteriană, fermentație fungică, fermentație cu celule imobilizate și fermentație enzimatică imobilizată. În prezent, fermentația Aspergillus niger, celulele imobilizate și enzimele imobilizate sunt utilizate pe scară largă. Este o metodă dezvoltată în anii 1960. Metodele de imobilizare a enzimelor (celulelor) pot fi împărțite aproximativ în patru tipuri: metoda de adsorbție, metoda de cuplare covalentă, metoda de reticulare și metoda de încorporare.

Metoda de adsorbție: imobilizarea enzimei se realizează prin interacțiunea legăturilor secundare dintre suprafața purtătorului și suprafața enzimei.

Metoda de cuplare covalentă: Combină grupul activ al lanțului lateral al enzimei cu grupul funcțional al purtătorului prin legături covalente, astfel încât să se realizeze funcția de imobilizare a enzimei. Această metodă de imobilizare a enzimei prezintă o bună stabilitate și este favorabilă utilizării continue a enzimei.

Metoda de legare încrucișată: se referă la utilizarea de reactivi de grup bifuncționali sau multifuncționali pentru a lega și a lega moleculele de enzime, care este ușor de inactivat.

Metodele de încorporare includ încorporarea în grilă, încorporarea microîncapsulată și încorporarea lipozomilor. Metoda de încorporare poate obține o activitate enzimatică mai mare, deoarece enzima în sine nu participă la reacția de legare chimică; Cu toate acestea, difuzia celulelor imobilizate și a enzimelor imobilizate este limitată, astfel încât consumul de oxigen este uriaș, iar îmbunătățirea ratei de transfer de oxigen este o mare problemă.

Prin urmare, proiectarea și sinteza de noi materiale de imobilizare a enzimelor cu performanță excelentă și dezvoltarea unor metode simple și practice de imobilizare sunt unul dintre punctele centrale ale cercetării enzimelor imobilizate în prezent. În ultimii ani, biocataliza a fost dezvoltată și pentru a produce acid gluconic. Această metodă folosește membrane pentru a filtra acidul produs de reacție și transferă acidul din soluția de reacție în timp, reducând inhibarea produsului de reacție (acid) pe catalizator (bacterii). În comparație cu metodele tradiționale, reciclarea bacteriilor crește conținutul de bacterii, crescând astfel randamentul.

În prezent, cea mai mare parte a țării noastre utilizează fermentația pentru a produce gluconat de calciu, iar apoi utilizează gluconat de calciu pentru a sintetiza acidul gluconic prin schimb de ioni, evaporare și concentrare și cristalizare.

Metoda de fermentație biologică necesită multe procese, cum ar fi cultura, cernerea și sterilizarea și are cerințe stricte privind temperatură, multe produse secundare și un ciclu lung. În plus, puritatea produselor cu acid gluconic este afectată din cauza adăugării de impurități, cum ar fi celulele, în timpul producției de acid gluconic, astfel încât dezvoltarea sa trebuie să rezolve urgent multe probleme tehnice.

Există două mecanisme de oxidare chimică omogenă: unul este de a limita capacitatea de oxidare a oxidanților (cum ar fi hipocloritul de sodiu și peroxidul de hidrogen) prin ajustarea condițiilor de reacție la condiții alcaline puternice, astfel încât să se oxideze gruparea aldehidă a glucozei la gruparea carboxil; Al doilea este mecanismul Cannizarro propus de Ashida et al. pentru conversia glucozei în acid gluconic atunci când se adaugă acceptori de ioni de hidrogen (unele cetone, alchene și oxigen sunt acceptori de ioni de hidrogen adecvați în prezența Raney Ni). Ca oxidanți s-au folosit peroxid de hidrogen și hipoclorit de sodiu, iar randamentele au fost de 70%, respectiv 90%. S-a realizat testul pilot industrial.

Cu toate acestea, metoda de oxidare chimică omogenă trebuie să controleze strict conținutul de componente active ale catalizatorului din soluția de reacție, care depinde de temperatura și valoarea pH-ului soluției. Există mulți pași intermediari, multe produse secundare și este dificil să se separe produsele. Mai mult, sarea folosită ca catalizator este greu de regenerat, iar randamentul este scăzut. Timpul de reacție este lung și mediul este grav poluat.

În ceea ce privește metodele de electroliză, sinteza acidului gluconic prin oxidare electrolitică poate fi împărțită în sinteză electrolitică directă, sinteză electrolitică indirectă și sinteza „electroliză pereche”. În această metodă, se adaugă o anumită cantitate de soluție de glucoză în celula electrolitică și apoi se adaugă un electrolit corespunzător. Glucoza este electrolizată și oxidată la o anumită temperatură, tensiune și densitate de curent constantă. Principiul de reacție este obținerea unui „mediu de oxidare” adecvat prin electroliză și apoi utilizarea acestui „mediu de oxidare” pentru a oxida glucoza pentru a genera acid gluconic.

De exemplu, metoda de sinteză electrolitică indirectă este utilizarea mediului în stare redusă pentru a genera mediul în starea de oxidare la anod. Glucoza reacționează cu mediul generat în starea de oxidare pentru a genera acid gluconic, iar mediul revine la starea redusă inițială. Atât sinteza electrolitică directă, cât și sinteza electrolitică indirectă reacționează în zona anodului, în timp ce metoda „sintezei electrolitice împerecheate” reacționează atât în ​​zona catodică, cât și în cea a anodului în același timp, astfel încât eficiența electrolitică este relativ mare.

Oxidarea electrolitică a acidului gluconic a fost industrializată în străinătate, dar este încă în stadiu experimental acasă. Ruteniul este placat pe titan ca electrod de lucru. Densitatea curentului este de {{0}}.18A/m, concentrația de glucoză este de 0.02 mol/L, temperatura de reacție este de 50 de grade, iar concentrația de mediu este de 0,2 mol/L.

În această condiție, eficiența curentă (consumul teoretic de putere pe un mol de acid gluconic generat/consumul real de putere pe un mol de acid gluconic generat) poate ajunge la 76,50%, iar datele testului paralel sunt bune, ceea ce se așteaptă să realizeze industrial. test pilot. Deși metoda de oxidare electrochimică depășește dezavantajele metodei de fermentație biologică și ale metodei de oxidare chimică omogenă, cum ar fi multe produse secundare și procese, consumă energie mare în producția industrială, iar condițiile sunt dificil de controlat, așa că este rar utilizată în industria industrială. producție.

Prepararea acidului gluconic prin oxidare catalitică heterogenă constă în oxidarea glucozei la acid prin adăugarea unui catalizator în fază solidă a metalului suportat în soluția lichidă de glucoză și apoi folosind O ca oxidant.

În prezent, cercetările interne sunt încă în stadiu de laborator. Unele studii au introdus calea de sinteză și fluxul procesului de oxidare catalitică a acidului gluconic. Pe baza analizei rezultatelor testelor, a fost efectuat un studiu pilot al produsului. Pd studiat Rezultatele catalizatorului Co/C, XPS și BET arată că adăugarea de c0 modifică structura catalizatorului și este benefică pentru reducerea Pd, îmbunătățind astfel conversia și selectivitatea reacției ( conversia glucozei ajunge la 92% iar selectivitatea catalizatorului este de 94%).

Metoda de oxidare catalitică eterogenă poate sintetizapulbere de acid gluconicîntr-o singură etapă, iar condițiile de reacție sunt blânde (presiunea atmosferică, aproape de temperatura camerei), randamentul este mare, produsele secundare sunt puține, produsul este ușor de separat și catalizatorul poate fi reciclat. Este o metodă ecologică de sinteză a acidului gluconic. Cu toate acestea, studiul stabilității catalizatorului metalic Pd mai are nevoie de ceva timp pentru a obține o soluție bună. Deși catalizatorul Au compensează deficiențele catalizatorului Pd, are nevoie de cercetări pentru aplicații industriale.