Gluconzuurpoeder CAS 526-95-4

Deze methode maakt gebruik van de oxidatie van micro-organismen om gluconicacidaqsoln uit glucose te synthetiseren, wat kan worden onderverdeeld in schimmelfermentatie, bacteriële fermentatie, schimmelfermentatie, geïmmobiliseerde cel- en geïmmobiliseerde enzymfermentatie. Momenteel worden Aspergillus niger-fermentatie, geïmmobiliseerde cellen en geïmmobiliseerde enzymen op grote schaal gebruikt. Het is een methode die in de jaren zestig is ontwikkeld. De immobilisatiemethoden van enzymen (cellen) kunnen grofweg in vier typen worden verdeeld: adsorptiemethode, covalente koppelingsmethode, verknopingsmethode- en inbeddingsmethode.

Adsorptiemethode: enzymimmobilisatie wordt bereikt door de interactie van secundaire bindingen tussen het drageroppervlak en het enzymoppervlak.

Covalente koppelingsmethode: Het combineert de actieve zijketengroep van het enzym met de functionele groep van de drager via covalente bindingen, om de functie van het immobiliseren van het enzym te bereiken. Deze methode voor het immobiliseren van het enzym vertoont een goede stabiliteit en is bevorderlijk voor het continue gebruik van het enzym.

Verknopingsmethode: het verwijst naar het gebruik van bifunctionele of multifunctionele groepsreagentia om enzymmoleculen te verknopen en te overbruggen, wat gemakkelijk te inactiveren is.

De inbeddingsmethoden omvatten grid-inbedding, micro-ingekapselde inbedding en liposoom-inbedding. De inbeddingsmethode kan een hogere enzymactiviteit verkrijgen omdat het enzym zelf niet deelneemt aan de chemische bindingsreactie; De diffusie van geïmmobiliseerde cellen en geïmmobiliseerde enzymen is echter beperkt, dus het zuurstofverbruik is enorm en de verbetering van de zuurstofoverdrachtssnelheid is een groot probleem.

Daarom zijn het ontwerp en de synthese van nieuwe enzymimmobilisatiematerialen met uitstekende prestaties en de ontwikkeling van eenvoudige en praktische immobilisatiemethoden momenteel een van de aandachtspunten van het onderzoek naar geïmmobiliseerde enzymen. De afgelopen jaren is ook biokatalyse ontwikkeld om gluconicacidaqsoln te produceren. Deze methode maakt gebruik van membranen om het zuur van het reactieproduct eruit te filteren en brengt het zuur tijdig uit de reactieoplossing over, waardoor de remming van het reactieproduct (zuur) op de katalysator (bacteriën) wordt verminderd. Vergeleken met traditionele methoden verhoogt het recyclen van bacteriën het bacteriegehalte, waardoor de opbrengst toeneemt.

Momenteel gebruikt het grootste deel van ons land fermentatie om calciumgluconaat te produceren, en gebruikt vervolgens calciumgluconaat om gluconicacidaqsoln te synthetiseren door middel van ionenuitwisseling, verdamping en concentratie, en kristallisatie.

De biologische fermentatiemethode vereist veel processen, zoals kweken, screening en sterilisatie, en stelt strenge eisen aan de temperatuur, veel bij-bijproducten en een lange cyclus. Bovendien wordt de zuiverheid van gluconicacidaqsoln-producten aangetast door de toevoeging van onzuiverheden zoals cellen tijdens de productie van gluconicacidaqsoln, dus de ontwikkeling ervan moet dringend veel technische problemen oplossen.

Er zijn twee mechanismen voor homogene chemische oxidatie: de ene is het beperken van de oxidatiecapaciteit van oxidatiemiddelen (zoals natriumhypochloriet en waterstofperoxide) door de reactieomstandigheden aan te passen aan sterke alkalische omstandigheden, om zo de aldehydegroep van glucose te oxideren tot een carboxylgroep; Het tweede is het Cannizarro-mechanisme voorgesteld door Ashida et al. voor de omzetting van glucose in gluconicacidaqsoln bij toevoeging van waterstofionacceptoren (sommige ketonen, alkenen en zuurstof zijn geschikte waterstofionacceptoren in aanwezigheid van Raney Ni). Als oxidanten werden respectievelijk waterstofperoxide en natriumhypochloriet gebruikt en de opbrengsten waren respectievelijk 70% en 90%. De industriële pilotproef werd gerealiseerd.

De homogene chemische oxidatiemethode moet echter het gehalte aan actieve componenten van de katalysator in de reactieoplossing strikt controleren, wat afhankelijk is van de temperatuur en de pH-waarde van de oplossing. Er zijn veel tussenstappen, veel bijproducten-, en het is moeilijk om de producten van elkaar te scheiden. Bovendien is het als katalysator gebruikte zout moeilijk te regenereren en is de opbrengst laag. De reactietijd is lang en het milieu is ernstig vervuild.

In termen van elektrolysemethoden kan de synthese van gluconicacidaqsoln door elektrolytische oxidatie worden onderverdeeld in directe elektrolytische synthese, indirecte elektrolytische synthese en "gepaarde elektrolyse" -synthese. Bij deze methode wordt een bepaalde hoeveelheid glucose-oplossing aan de elektrolytische cel toegevoegd en vervolgens wordt een geschikte elektrolyt toegevoegd. De glucose wordt geëlektrolyseerd en geoxideerd onder een bepaalde temperatuur, spanning en constante stroomdichtheid. Het reactieprincipe is om door elektrolyse een geschikt "oxidatiemedium" te verkrijgen en dit "oxidatiemedium" vervolgens te gebruiken om glucose te oxideren om gluconicacidaqsoln te genereren.

De indirecte elektrolytische synthesemethode is bijvoorbeeld om het medium in de gereduceerde toestand te gebruiken om het medium in de oxidatietoestand aan de anode te genereren. De glucose reageert met het gegenereerde medium in de oxidatietoestand om gluconicacidaqsoln te genereren, en het medium keert terug naar de oorspronkelijke gereduceerde toestand. Zowel de directe elektrolytische synthese als de indirecte elektrolytische synthese reageren in het anodegebied, terwijl de "gepaarde elektrolytische synthese"-methode tegelijkertijd in zowel het kathode- als het anodegebied reageert, dus het elektrolytische rendement is relatief hoog.

De elektrolytische oxidatie van gluconicacidaqsoln is in het buitenland geïndustrialiseerd, maar bevindt zich thuis nog in de experimentele fase. Ruthenium is op titanium geplateerd als werkelektrode. De stroomdichtheid is 0,18 A/m, de glucoseconcentratie is 0,02 mol/L, de reactietemperatuur is 50 graden en de mediumconcentratie is 0,2 mol/L.

Onder deze omstandigheden kan de huidige efficiëntie (theoretisch energieverbruik per mol gegenereerde gluconicacidaqsoln/werkelijk energieverbruik per mol gegenereerde gluconicacidaqsoln) 76,50% bereiken, en de gegevens van de parallelle test zijn goed, wat naar verwachting een industriële pilottest zal opleveren. Hoewel de elektrochemische oxidatiemethode de nadelen van de biologische fermentatiemethode en de homogene chemische oxidatiemethode, zoals veel bijproducten en processen, overwint, verbruikt deze veel energie bij de industriële productie en zijn de omstandigheden moeilijk te controleren. Daarom wordt deze methode zelden gebruikt in de industriële productie.

De bereiding van gluconicacidaqsoln door heterogene katalytische oxidatie bestaat uit het oxideren van glucose tot zuur door het toevoegen van een vaste-fase-katalysator van gedragen metaal aan de vloeibare glucose-oplossing, en vervolgens het gebruik van O als oxidatiemiddel.

Momenteel bevindt het binnenlandse onderzoek zich nog in de laboratoriumfase. Sommige onderzoeken introduceerden de syntheseroute en processtroom van katalytische oxidatie van gluconicacidaqsoln. Op basis van de analyse van de testresultaten werd een pilotstudie van het product uitgevoerd. Bestudeerde Pd De resultaten van Co/C-katalysator, XPS en BET laten zien dat de toevoeging van c0 de structuur van de katalysator verandert en gunstig is voor de reductie van Pd, waardoor de conversie en selectiviteit van de reactie worden verbeterd (de conversie van glucose bereikt 92% en de selectiviteit van de katalysator is 94%).

De heterogene katalytische oxidatiemethode kan synthetiserengluconzuur poederin slechts één stap, en de reactieomstandigheden zijn mild (atmosferische druk, dichtbij kamertemperatuur), de opbrengst is hoog, er zijn weinig bijproducten, het product is gemakkelijk te scheiden en de katalysator kan worden gerecycled. Het is een milieuvriendelijke methode om gluconicacidaqsoln te synthetiseren. Het stabiliteitsonderzoek van de Pd-metaalkatalysator heeft echter nog enige tijd nodig om tot een goede oplossing te komen. Hoewel de Au-katalysator de tekortkomingen van de Pd-katalysator compenseert, is er nog steeds wat onderzoek nodig voor industriële toepassing.