Àcid gluconic en pols CAS 526-95-4

Aquest mètode utilitza l'oxidació de microorganismes per sintetitzar àcid glucònic a partir de glucosa, que es pot dividir en fermentació fúngica, fermentació bacteriana, fermentació fúngica, cèl·lula immobilitzada i fermentació enzimàtica immobilitzada. Actualment, la fermentació d'Aspergillus niger, les cèl·lules immobilitzades i els enzims immobilitzats s'utilitzen àmpliament. És un mètode desenvolupat als anys 60. Els mètodes d'immobilització d'enzims (cèl·lules) es poden dividir aproximadament en quatre tipus: mètode d'adsorció, mètode d'acoblament covalent, mètode de reticulació i mètode d'incrustació.

Mètode d'adsorció: la immobilització de l'enzim s'aconsegueix mitjançant la interacció d'enllaços secundaris entre la superfície portadora i la superfície de l'enzim.

Mètode d'acoblament covalent: combina el grup de cadena lateral activa de l'enzim amb el grup funcional del portador mitjançant enllaços covalents, per aconseguir la funció d'immobilització de l'enzim. Aquest mètode d'immobilització de l'enzim mostra una bona estabilitat i és propici per a l'ús continu de l'enzim.

Mètode d'enllaç creuat: es refereix a l'ús de reactius de grup bifuncionals o multifuncionals per enllaçar i fer pont entre molècules enzimàtiques, que és fàcil d'inactivar.

Els mètodes d'incrustació inclouen incrustació de quadrícula, incrustació microencapsulada i incrustació de liposomes. El mètode d'incrustació pot obtenir una major activitat enzimàtica perquè l'enzim en si no participa en la reacció d'unió química; Tanmateix, la difusió de cèl·lules immobilitzades i enzims immobilitzats és limitada, de manera que el consum d'oxigen és enorme i la millora de la velocitat de transferència d'oxigen és un gran problema.

Per tant, el disseny i la síntesi de nous materials d'immobilització d'enzims amb un rendiment excel·lent i el desenvolupament de mètodes d'immobilització senzills i pràctics són un dels focus de la investigació d'enzims immobilitzats actualment. En els darrers anys, també s'ha desenvolupat la biocatàlisi per produir àcid glucònic. Aquest mètode utilitza membranes per filtrar l'àcid del producte de reacció i transfereix l'àcid de la solució de reacció en el temps, reduint la inhibició del producte de reacció (àcid) sobre el catalitzador (bacteris). En comparació amb els mètodes tradicionals, el reciclatge de bacteris augmenta el contingut de bacteris, augmentant així el rendiment.

Actualment, la major part del nostre país utilitza la fermentació per produir gluconat de calci, i després utilitza gluconat de calci per sintetitzar àcid glucònic mitjançant l'intercanvi d'ions, l'evaporació i la concentració i la cristal·lització.

El mètode de fermentació biològica requereix molts processos com ara cultiu, cribratge i esterilització, i té requisits estrictes de temperatura, molts subproductes i un cicle llarg. A més, la puresa dels productes d'àcid glucònic es veu afectada a causa de l'addició d'impureses com les cèl·lules durant la producció d'àcid glucònic, de manera que el seu desenvolupament necessita urgentment resoldre molts problemes tècnics.

Hi ha dos mecanismes d'oxidació química homogènia: un és limitar la capacitat d'oxidació dels oxidants (com ara hipoclorit de sodi i peròxid d'hidrogen) ajustant les condicions de reacció a condicions alcalines fortes, per oxidar el grup aldehid de la glucosa al grup carboxil; El segon és el mecanisme de Cannizarro proposat per Ashida et al. per a la conversió de glucosa en àcid glucònic quan s'afegeixen acceptors d'ions d'hidrogen (algunes cetones, alquens i oxigen són acceptors d'ions d'hidrogen adequats en presència de Raney Ni). El peròxid d'hidrogen i l'hipoclorit de sodi es van utilitzar com a oxidants respectivament, i els rendiments van ser del 70% i el 90%, respectivament. Es va realitzar la prova pilot industrial.

Tanmateix, el mètode d'oxidació química homogeni ha de controlar estrictament el contingut dels components actius del catalitzador a la solució de reacció, que depèn de la temperatura i el valor del pH de la solució. Hi ha molts passos intermedis, molts subproductes i és difícil separar els productes. A més, la sal utilitzada com a catalitzador és difícil de regenerar i el rendiment és baix. El temps de reacció és llarg i el medi ambient està greument contaminat.

Pel que fa als mètodes d'electròlisi, la síntesi d'àcid glucònic per oxidació electrolítica es pot dividir en síntesi electrolítica directa, síntesi electrolítica indirecta i síntesi "electròlisi aparellada". En aquest mètode, s'afegeix una certa quantitat de solució de glucosa a la cel·la electrolítica i, a continuació, s'afegeix un electròlit adequat. La glucosa s'electrolitza i s'oxida a una determinada temperatura, voltatge i densitat de corrent constant. El principi de reacció és obtenir un "medi d'oxidació" adequat per electròlisi, i després utilitzar aquest "mitjà d'oxidació" per oxidar la glucosa per generar àcid glucònic.

Per exemple, el mètode de síntesi electrolítica indirecta és utilitzar el medi en estat reduït per generar el medi en estat d'oxidació a l'ànode. La glucosa reacciona amb el medi generat en estat d'oxidació per generar àcid glucònic, i el medi torna a l'estat reduït original. Tant la síntesi electrolítica directa com la síntesi electrolítica indirecta reaccionen a la zona de l'ànode, mentre que el mètode de "síntesi electrolítica aparellada" reacciona alhora a la zona del càtode i de l'ànode, de manera que l'eficiència electrolítica és relativament alta.

L'oxidació electrolítica de l'àcid glucònic s'ha industrialitzat a l'estranger, però encara es troba en fase experimental a casa. El ruteni està xapat sobre titani com a elèctrode de treball. La densitat de corrent és de {{0}},18A/m, la concentració de glucosa és de 0,02 mol/L, la temperatura de reacció és de 50 graus i la concentració del mitjà és de 0,2 mol/L.

En aquesta condició, l'eficiència actual (consum d'energia teòric per unitat mol d'àcid glucònic generat/consum d'energia real per unitat mol d'àcid glucònic generat) pot arribar al 76,50% i les dades de la prova paral·lela són bones, que s'espera que siguin industrials. prova pilot. Tot i que el mètode d'oxidació electroquímica supera els inconvenients del mètode de fermentació biològica i del mètode d'oxidació química homogènia, com ara molts subproductes i processos, consumeix gran energia en la producció industrial i les condicions són difícils de controlar, per la qual cosa s'utilitza poques vegades en la indústria. producció.

La preparació de l'àcid glucònic per oxidació catalítica heterogènia consisteix a oxidar la glucosa a àcid afegint un catalitzador en fase sòlida de metall suportat a la solució líquida de glucosa i després utilitzant O com a oxidant.

Actualment, la investigació domèstica encara es troba en fase de laboratori. Alguns estudis van introduir la ruta de síntesi i el flux del procés d'oxidació catalítica de l'àcid glucònic. A partir de l'anàlisi dels resultats de les proves, es va realitzar un estudi pilot del producte. Pd estudiat Els resultats del catalitzador Co/C, XPS i BET mostren que l'addició de c0 canvia l'estructura del catalitzador i és beneficiosa per a la reducció de Pd, millorant així la conversió i la selectivitat de la reacció (el la conversió de glucosa arriba al 92% i la selectivitat del catalitzador és del 94%).

El mètode d'oxidació catalítica heterogeni pot sintetitzaràcid glucònic en polsen només un pas, i les condicions de reacció són suaus (pressió atmosfèrica, propera a la temperatura ambient), el rendiment és alt, els subproductes són pocs, el producte és fàcil de separar i el catalitzador es pot reciclar. És un mètode respectuós amb el medi ambient per sintetitzar àcid glucònic. Tanmateix, l'estudi d'estabilitat del catalitzador metàl·lic Pd encara necessita temps per obtenir una bona solució. Tot i que el catalitzador Au compensa les deficiències del catalitzador Pd, encara necessita una mica d'investigació per a l'aplicació industrial.