Proszek kwasu glukonowego CAS 526-95-4

Metoda ta wykorzystuje utlenianie mikroorganizmów do syntezy kwasu glukonowego z glukozy, które można podzielić na fermentację grzybową, fermentację bakteryjną, fermentację grzybową, unieruchomioną komórkę i unieruchomioną fermentację enzymatyczną. Obecnie powszechnie stosuje się fermentację Aspergillus niger, unieruchomione komórki i unieruchomione enzymy. Jest to metoda opracowana w latach 60. XX wieku. Metody immobilizacji enzymów (komórek) można z grubsza podzielić na cztery typy: metoda adsorpcji, metoda sprzęgania kowalencyjnego, metoda sieciowania i metoda osadzania.

Metoda adsorpcyjna: unieruchomienie enzymu uzyskuje się poprzez oddziaływanie wiązań wtórnych pomiędzy powierzchnią nośnika a powierzchnią enzymu.

Metoda sprzęgania kowalencyjnego: Łączy aktywną grupę łańcucha bocznego enzymu z grupą funkcyjną nośnika poprzez wiązania kowalencyjne, aby osiągnąć funkcję unieruchomienia enzymu. Ta metoda immobilizacji enzymu wykazuje dobrą stabilność i sprzyja ciągłemu stosowaniu enzymu.

Metoda sieciowania: odnosi się do stosowania dwufunkcyjnych lub wielofunkcyjnych odczynników grupowych do sieciowania i mostkowania cząsteczek enzymów, co jest łatwe do inaktywacji.

Metody osadzania obejmują osadzanie w siatce, osadzanie w mikrokapsułkach i osadzanie w liposomach. Metoda osadzania pozwala uzyskać wyższą aktywność enzymu, ponieważ sam enzym nie bierze udziału w reakcji wiązania chemicznego; Jednakże dyfuzja unieruchomionych komórek i unieruchomionych enzymów jest ograniczona, więc zużycie tlenu jest ogromne, a poprawa szybkości transferu tlenu stanowi duży problem.

Dlatego projektowanie i synteza nowych materiałów do unieruchamiania enzymów o doskonałych parametrach oraz rozwój prostych i praktycznych metod unieruchamiania są obecnie jednym z głównych celów badań nad unieruchomionymi enzymami. W ostatnich latach rozwinęła się również biokataliza do produkcji kwasu glukonowego. Metoda ta wykorzystuje membrany do odfiltrowania kwasu będącego produktem reakcji i przeniesienia kwasu z roztworu reakcyjnego w odpowiednim czasie, zmniejszając hamowanie produktu reakcji (kwasu) na katalizatorze (bakterie). W porównaniu z metodami tradycyjnymi, recykling bakterii zwiększa ich zawartość, zwiększając w ten sposób wydajność.

Obecnie w większości naszego kraju stosuje się fermentację do produkcji glukonianu wapnia, a następnie glukonian wapnia do syntezy kwasu glukonowego poprzez wymianę jonową, odparowanie i zatężanie oraz krystalizację.

Metoda fermentacji biologicznej wymaga wielu procesów, takich jak hodowla, przesiewanie i sterylizacja, a także ma rygorystyczne wymagania dotyczące temperatury, wielu produktów ubocznych i długiego cyklu. Ponadto na czystość produktów kwasu glukonowego wpływa dodawanie zanieczyszczeń, takich jak komórki, podczas produkcji kwasu glukonowego, dlatego jego rozwój wymaga pilnego rozwiązania wielu problemów technicznych.

Istnieją dwa mechanizmy jednorodnego utleniania chemicznego: jeden polega na ograniczeniu zdolności utleniającej utleniaczy (takich jak podchloryn sodu i nadtlenek wodoru) poprzez dostosowanie warunków reakcji do warunków silnie zasadowych, tak aby utlenić grupę aldehydową glukozy do grupy karboksylowej; Drugi to mechanizm Cannizarro zaproponowany przez Ashidę i in. do konwersji glukozy do kwasu glukonowego po dodaniu akceptorów jonów wodorowych (niektóre ketony, alkeny i tlen są odpowiednimi akceptorami jonów wodorowych w obecności Ni Raneya). Jako utleniacze zastosowano odpowiednio nadtlenek wodoru i podchloryn sodu, a wydajności wyniosły odpowiednio 70% i 90%. Przeprowadzono pilotażowy test przemysłowy.

Jednakże jednorodna metoda utleniania chemicznego wymaga ścisłej kontroli zawartości aktywnych składników katalizatora w roztworze reakcyjnym, która jest zależna od temperatury i wartości pH roztworu. Istnieje wiele etapów pośrednich, wiele produktów ubocznych i trudno jest oddzielić produkty. Ponadto sól stosowana jako katalizator jest trudna do regeneracji, a wydajność jest niska. Czas reakcji jest długi, a środowisko poważnie zanieczyszczone.

Pod względem metod elektrolizy syntezę kwasu glukonowego poprzez utlenianie elektrolityczne można podzielić na bezpośrednią syntezę elektrolityczną, pośrednią syntezę elektrolityczną i syntezę „elektrolizy sparowanej”. W metodzie tej do ogniwa elektrolitycznego wprowadza się pewną ilość roztworu glukozy, a następnie dodaje się odpowiedni elektrolit. Glukoza ulega elektrolizie i utlenianiu w określonej temperaturze, napięciu i stałej gęstości prądu. Zasada reakcji polega na uzyskaniu odpowiedniego „środowiska utleniania” poprzez elektrolizę, a następnie wykorzystaniu tego „środowiska utleniania” do utlenienia glukozy w celu wytworzenia kwasu glukonowego.

Na przykład metoda pośredniej syntezy elektrolitycznej polega na wykorzystaniu ośrodka w stanie zredukowanym do wytworzenia ośrodka na stopniu utlenienia na anodzie. Glukoza reaguje z wytworzonym środowiskiem na stopniu utlenienia, tworząc kwas glukonowy, a środowisko powraca do pierwotnego stanu zredukowanego. Zarówno bezpośrednia synteza elektrolityczna, jak i pośrednia synteza elektrolityczna reagują w obszarze anody, natomiast metoda „sparowanej syntezy elektrolitycznej” reaguje jednocześnie w obszarze katody i anody, dzięki czemu wydajność elektrolityczna jest stosunkowo wysoka.

Elektrolityczne utlenianie kwasu glukonowego zostało uprzemysłowione za granicą, ale w kraju nadal znajduje się w fazie eksperymentalnej. Ruten jest nakładany na tytan jako elektrodę roboczą. Gęstość prądu wynosi {{0}},18 A/m, stężenie glukozy wynosi 0,02 mol/L, temperatura reakcji wynosi 50 stopni, a stężenie ośrodka wynosi 0,2 mol/L.

W tych warunkach wydajność prądowa (teoretyczne zużycie energii na jednostkę mola wytworzonego kwasu glukonowego/rzeczywiste zużycie energii na jednostkę mola wytworzonego kwasu glukonowego) może osiągnąć 76,50%, a dane z testu równoległego są dobre, co ma spełnić wymagania przemysłowe test pilotażowy. Chociaż metoda utleniania elektrochemicznego przezwycięża wady metody fermentacji biologicznej i jednorodnej metody utleniania chemicznego, takie jak wiele produktów ubocznych i procesów, zużywa dużo energii w produkcji przemysłowej, a warunki są trudne do kontrolowania, dlatego jest rzadko stosowana w przemyśle produkcja.

Wytwarzanie kwasu glukonowego metodą heterogenicznego utleniania katalitycznego polega na utlenieniu glukozy do kwasu poprzez dodanie katalizatora w fazie stałej z metalu na nośniku do ciekłego roztworu glukozy, a następnie zastosowanie O jako utleniacza.

Obecnie badania krajowe są jeszcze w fazie laboratoryjnej. W niektórych badaniach przedstawiono drogę syntezy i przebieg procesu katalitycznego utleniania kwasu glukonowego. Na podstawie analizy wyników badań przeprowadzono pilotażowe badanie produktu. Badany Pd Wyniki katalizatora Co/C, XPS i BET pokazują, że dodatek c0 zmienia strukturę katalizatora i korzystnie wpływa na redukcję Pd, poprawiając w ten sposób konwersję i selektywność reakcji (tzw. konwersja glukozy sięga 92%, a selektywność katalizatora wynosi 94%.

Można syntetyzować heterogeniczną metodę utleniania katalitycznegoproszek kwasu glukonowegotylko w jednym etapie i warunki reakcji są łagodne (ciśnienie atmosferyczne, temperatura zbliżona do pokojowej), wydajność jest wysoka, produkty uboczne są nieliczne, produkt jest łatwy do oddzielenia, a katalizator można poddać recyklingowi. Jest to przyjazna dla środowiska metoda syntezy kwasu glukonowego. Jednak badanie stabilności katalizatora metalicznego Pd nadal wymaga trochę czasu, aby uzyskać dobre rozwiązanie. Chociaż katalizator Au rekompensuje wady katalizatora Pd, nadal wymaga pewnych badań pod kątem zastosowania przemysłowego.