Glukonska kislina v prahu CAS 526-95-4

Ta metoda uporablja oksidacijo mikroorganizmov za sintezo gluconicacidaqsolna iz glukoze, ki jo lahko razdelimo na glivično fermentacijo, bakterijsko fermentacijo, glivično fermentacijo, imobilizirano celično in imobilizirano encimsko fermentacijo. Trenutno se pogosto uporabljajo fermentacija Aspergillus niger, imobilizirane celice in imobilizirani encimi. Gre za metodo, razvito v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Metode imobilizacije encimov (celic) lahko v grobem razdelimo na štiri vrste: adsorpcijska metoda, metoda kovalentne sklopitve, metoda navzkrižnega povezovanja in metoda vdelave.

Adsorpcijska metoda: imobilizacija encima se doseže z interakcijo sekundarnih vezi med nosilno površino in površino encima.

Metoda kovalentne sklopitve: združuje aktivno skupino stranske verige encima s funkcionalno skupino nosilca prek kovalentnih vezi, tako da doseže funkcijo imobilizacije encima. Ta metoda imobilizacije encima kaže dobro stabilnost in je ugodna za neprekinjeno uporabo encima.

Metoda navzkrižnega povezovanja: Nanaša se na uporabo bifunkcionalnih ali večfunkcionalnih skupinskih reagentov za navzkrižno povezovanje in premostitev encimskih molekul, ki jih je enostavno inaktivirati.

Metode vdelave vključujejo vgradnjo v mrežo, vdelavo z mikrokapsulami in vgradnjo liposomov. Metoda vdelave lahko doseže višjo aktivnost encima, ker sam encim ne sodeluje v reakciji kemične vezave; Vendar pa je difuzija imobiliziranih celic in imobiliziranih encimov omejena, zato je poraba kisika ogromna, izboljšanje hitrosti prenosa kisika pa velik problem.

Zato sta načrtovanje in sinteza novih encimskih imobilizacijskih materialov z odličnimi zmogljivostmi ter razvoj preprostih in praktičnih imobilizacijskih metod trenutno eno od središč raziskav imobiliziranih encimov. V zadnjih letih se je razvila tudi biokataliza za proizvodnjo glukonikacidaqsolna. Ta metoda uporablja membrane za filtriranje kisline reakcijskega produkta in pravočasen prenos kisline iz reakcijske raztopine, kar zmanjša inhibicijo reakcijskega produkta (kisline) na katalizator (bakterije). V primerjavi s tradicionalnimi metodami recikliranje bakterij poveča vsebnost bakterij in s tem poveča donos.

Trenutno večina naše države uporablja fermentacijo za proizvodnjo kalcijevega glukonata, nato pa uporablja kalcijev glukonat za sintezo gluconicacidaqsolna z ionsko izmenjavo, izhlapevanjem in koncentracijo ter kristalizacijo.

Metoda biološke fermentacije zahteva številne postopke, kot so gojenje, presejanje in sterilizacija, ter ima stroge zahteve glede temperature, veliko stranskih-produktov in dolg cikel. Poleg tega je čistost izdelkov gluconicacidaqsoln prizadeta zaradi dodajanja nečistoč, kot so celice med proizvodnjo gluconicacidaqsolna, zato je treba pri njegovem razvoju nujno rešiti številne tehnične težave.

Obstajata dva mehanizma homogene kemične oksidacije: eden je omejiti oksidacijsko sposobnost oksidantov (kot sta natrijev hipoklorit in vodikov peroksid) s prilagoditvijo reakcijskih pogojev na močne alkalne pogoje, tako da oksidira aldehidno skupino glukoze v karboksilno skupino; Drugi je mehanizem Cannizarro, ki so ga predlagali Ashida et al. za pretvorbo glukoze v gluconicacidaqsoln ob dodajanju akceptorjev vodikovih ionov (nekateri ketoni, alkeni in kisik so primerni akceptorji vodikovih ionov v prisotnosti Raney Ni). Kot oksidanta sta bila uporabljena vodikov peroksid in natrijev hipoklorit, dobitka pa sta bila 70 % oziroma 90 %. Industrijski pilotni test je bil realiziran.

Vendar mora metoda homogene kemične oksidacije strogo nadzorovati vsebnost aktivnih komponent katalizatorja v reakcijski raztopini, ki je odvisna od temperature in pH raztopine. Obstaja veliko vmesnih korakov, veliko stranskih-produktov in izdelke je težko ločiti. Poleg tega je sol, uporabljeno kot katalizator, težko regenerirati, izkoristek pa je nizek. Reakcijski čas je dolg in okolje resno onesnaženo.

Kar zadeva metode elektrolize, lahko sintezo glukonikacidaqsolna z elektrolitsko oksidacijo razdelimo na neposredno elektrolitsko sintezo, indirektno elektrolitsko sintezo in sintezo "elektrolize v paru". Pri tej metodi se v elektrolitsko celico doda določena količina raztopine glukoze, nato pa se doda ustrezen elektrolit. Glukoza se elektrolizira in oksidira pod določeno temperaturo, napetostjo in konstantno gostoto toka. Načelo reakcije je pridobiti ustrezen "oksidacijski medij" z elektrolizo in nato uporabiti ta "oksidacijski medij" za oksidacijo glukoze, da se ustvari glukonikacidaqsoln.

Na primer, metoda indirektne elektrolitske sinteze je uporaba medija v reduciranem stanju za ustvarjanje medija v oksidacijskem stanju na anodi. Glukoza reagira z ustvarjenim medijem v oksidacijskem stanju, da ustvari gluconicacidaqsoln, in medij se vrne v prvotno reducirano stanje. Tako direktna elektrolitska sinteza kot posredna elektrolitska sinteza reagirata v anodnem območju, medtem ko metoda "parne elektrolitske sinteze" reagira tako v katodnem kot anodnem območju hkrati, zato je elektrolitska učinkovitost relativno visoka.

Elektrolitska oksidacija gluconicacidaqsolna je bila industrializirana v tujini, vendar je doma še vedno v poskusni fazi. Rutenij je prevlečen na titan kot delovna elektroda. Gostota toka je 0,18 A/m, koncentracija glukoze je 0,02 mol/L, reakcijska temperatura je 50 stopinj, koncentracija medija pa 0,2 mol/L.

Pod tem pogojem lahko trenutni izkoristek (teoretična poraba energije na enoto ustvarjenega mol glukonikacidaqsolna/dejanska poraba energije na enoto ustvarjenega mol glukonikacidaqsolna) doseže 76,50 %, podatki vzporednega preskusa pa so dobri, kar naj bi uresničilo industrijski pilotni test. Čeprav metoda elektrokemične oksidacije premaga pomanjkljivosti metode biološke fermentacije in metode homogene kemične oksidacije, kot so številni stranski -proizvodi in procesi, porabi veliko energije v industrijski proizvodnji, pogoje pa je težko nadzorovati, zato se redko uporablja v industrijski proizvodnji.

Priprava gluconicacidaqsoln s heterogeno katalitično oksidacijo je oksidacija glukoze v kislino z dodajanjem katalizatorja trdne faze kovine na nosilcu v tekočo raztopino glukoze in nato z uporabo O kot oksidanta.

Trenutno so domače raziskave še v laboratorijski fazi. Nekatere študije so uvedle sintezno pot in potek procesa katalitične oksidacije glukonikacidaqsolna. Na podlagi analize rezultatov testiranja je bila izvedena pilotna študija izdelka. Študirani Pd. Rezultati katalizatorja Co/C, XPS in BET kažejo, da dodatek c0 spremeni strukturo katalizatorja in je koristen za redukcijo Pd, s čimer se izboljša pretvorba in selektivnost reakcije (pretvorba glukoze doseže 92 %, selektivnost katalizatorja pa 94 ​​%).

Metoda heterogene katalitične oksidacije lahko sintetiziraglukonska kislina v prahuv samo eni stopnji, reakcijski pogoji pa so blagi (atmosferski tlak, blizu sobne temperature), izkoristek je visok, stranskih-produktov je malo, produkt je enostavno ločiti, katalizator pa je mogoče reciklirati. Je okolju prijazna metoda za sintezo glukonikacidaqsolna. Vendar študija stabilnosti kovinskega katalizatorja Pd potrebuje še nekaj časa, da dobi dobro rešitev. Čeprav katalizator Au nadomesti pomanjkljivosti katalizatorja Pd, še vedno potrebuje nekaj raziskav za industrijsko uporabo.