Serbuk Asid Glukonik CAS 526-95-4

Kaedah ini menggunakan pengoksidaan mikroorganisma untuk mensintesis asid glukonik daripada glukosa, yang boleh dibahagikan kepada penapaian kulat, penapaian bakteria, penapaian kulat, sel tidak bergerak dan penapaian enzim tidak bergerak. Pada masa ini, penapaian Aspergillus niger, sel tidak bergerak dan enzim tidak bergerak digunakan secara meluas. Ia adalah kaedah yang dibangunkan pada tahun 1960-an. Kaedah imobilisasi enzim (sel) boleh dibahagikan secara kasar kepada empat jenis: kaedah penjerapan, kaedah gandingan kovalen, kaedah silang silang dan kaedah pembenaman.

Kaedah penjerapan: imobilisasi enzim dicapai melalui interaksi ikatan sekunder antara permukaan pembawa dan permukaan enzim.

Kaedah gandingan kovalen: Ia menggabungkan kumpulan rantai sisi aktif enzim dengan kumpulan berfungsi pembawa melalui ikatan kovalen, untuk mencapai fungsi melumpuhkan enzim. Kaedah melumpuhkan enzim ini menunjukkan kestabilan yang baik, dan kondusif untuk penggunaan berterusan enzim.

Kaedah penghubung silang: Ia merujuk kepada penggunaan reagen kumpulan dwifungsi atau pelbagai fungsi untuk pautan silang dan merapatkan molekul enzim, yang mudah dinyahaktifkan.

Kaedah benam termasuk benam grid, benam mikroenkapsul dan benam liposom. Kaedah benam boleh memperoleh aktiviti enzim yang lebih tinggi kerana enzim itu sendiri tidak mengambil bahagian dalam tindak balas pengikatan kimia; Walau bagaimanapun, penyebaran sel tidak bergerak dan enzim tidak bergerak adalah terhad, jadi penggunaan oksigen adalah besar, dan peningkatan kadar pemindahan oksigen adalah masalah besar.

Oleh itu, reka bentuk dan sintesis bahan imobilisasi enzim baru dengan prestasi cemerlang dan pembangunan kaedah imobilisasi yang mudah dan praktikal adalah salah satu fokus penyelidikan enzim tidak bergerak pada masa ini. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, biocatalysis juga telah dibangunkan untuk menghasilkan asid glukonik. Kaedah ini menggunakan membran untuk menapis asid produk tindak balas, dan memindahkan asid daripada larutan tindak balas dalam masa, mengurangkan perencatan produk tindak balas (asid) pada mangkin (bakteria). Berbanding dengan kaedah tradisional, kitar semula bakteria meningkatkan kandungan bakteria, dengan itu meningkatkan hasil.

Pada masa ini, kebanyakan negara kita menggunakan penapaian untuk menghasilkan kalsium glukonat, dan kemudian menggunakan kalsium glukonat untuk mensintesis asid glukonat melalui pertukaran ion, penyejatan dan kepekatan, dan penghabluran.

Kaedah penapaian biologi memerlukan banyak proses seperti kultur, saringan dan pensterilan, dan mempunyai keperluan ketat pada suhu, banyak produk sampingan, dan kitaran yang panjang. Di samping itu, ketulenan produk asid glukonik terjejas disebabkan oleh penambahan kekotoran seperti sel semasa pengeluaran asid glukonik, jadi pembangunannya dengan segera perlu menyelesaikan banyak masalah teknikal.

Terdapat dua mekanisme pengoksidaan kimia homogen: satu adalah untuk mengehadkan kapasiti pengoksidaan oksidan (seperti natrium hipoklorit dan hidrogen peroksida) dengan melaraskan keadaan tindak balas kepada keadaan alkali yang kuat, supaya dapat mengoksidakan kumpulan aldehid glukosa kepada kumpulan karboksil; Yang kedua ialah mekanisme Cannizarro yang dicadangkan oleh Ashida et al. untuk penukaran glukosa kepada asid glukonik apabila menambah penerima ion hidrogen (sesetengah keton, alkena dan oksigen adalah penerima ion hidrogen yang sesuai dengan kehadiran Raney Ni). Hidrogen peroksida dan natrium hipoklorit masing-masing digunakan sebagai oksidan, dan hasil adalah 70% dan 90%, masing-masing. Ujian perintis industri telah direalisasikan.

Walau bagaimanapun, kaedah pengoksidaan kimia homogen perlu mengawal ketat kandungan komponen aktif mangkin dalam larutan tindak balas, yang bergantung kepada suhu dan nilai pH larutan. Terdapat banyak langkah perantaraan, banyak produk sampingan, dan sukar untuk memisahkan produk. Selain itu, garam yang digunakan sebagai pemangkin sukar untuk dijana semula, dan hasil yang rendah. Masa tindak balas adalah panjang dan alam sekitar tercemar dengan serius.

Dari segi kaedah elektrolisis, sintesis asid glukonik melalui pengoksidaan elektrolitik boleh dibahagikan kepada sintesis elektrolitik langsung, sintesis elektrolitik tidak langsung dan sintesis "elektrolisis berpasangan". Dalam kaedah ini, sejumlah larutan glukosa ditambah ke dalam sel elektrolitik, dan kemudian elektrolit yang sesuai ditambah. Glukosa dielektrolisis dan teroksida di bawah suhu tertentu, voltan dan ketumpatan arus malar. Prinsip tindak balas adalah untuk mendapatkan "medium pengoksidaan" yang sesuai melalui elektrolisis, dan kemudian menggunakan "medium pengoksidaan" ini untuk mengoksidakan glukosa untuk menghasilkan asid glukonik.

Sebagai contoh, kaedah sintesis elektrolitik tidak langsung adalah menggunakan medium dalam keadaan terkurang untuk menghasilkan medium dalam keadaan pengoksidaan di anod. Glukosa bertindak balas dengan medium yang dijana dalam keadaan pengoksidaan untuk menghasilkan asid glukonik, dan medium kembali kepada keadaan berkurangan asal. Kedua-dua sintesis elektrolitik langsung dan sintesis elektrolitik tidak langsung bertindak balas di kawasan anod, manakala kaedah "sintesis elektrolitik berpasangan" bertindak balas dalam kedua-dua kawasan katod dan anod pada masa yang sama, jadi kecekapan elektrolitik adalah agak tinggi.

Pengoksidaan elektrolitik asid glukonik telah diindustrikan di luar negara, tetapi ia masih dalam peringkat percubaan di rumah. Ruthenium disalut pada titanium sebagai elektrod kerja. Ketumpatan semasa ialah {{0}}.18A/m, kepekatan glukosa ialah 0.02 mol/L, suhu tindak balas ialah 50 darjah, dan kepekatan sederhana ialah 0.2 mol/L.

Di bawah keadaan ini, kecekapan semasa (penggunaan kuasa teoritis per unit mol asid glukonik yang dijana/penggunaan kuasa sebenar per unit mol asid glukonik yang dihasilkan) boleh mencapai 76.50%, dan data ujian selari adalah baik, yang dijangka merealisasikan industri. ujian rintis. Walaupun kaedah pengoksidaan elektrokimia mengatasi kelemahan kaedah penapaian biologi dan kaedah pengoksidaan kimia homogen, seperti banyak produk sampingan dan proses, ia menggunakan tenaga yang besar dalam pengeluaran perindustrian, dan keadaannya sukar dikawal, jadi ia jarang digunakan dalam industri. pengeluaran.

Penyediaan asid glukonik melalui pengoksidaan pemangkin heterogen adalah untuk mengoksidakan glukosa kepada asid dengan menambahkan pemangkin fasa pepejal logam yang disokong ke dalam larutan glukosa cecair, dan kemudian menggunakan O sebagai pengoksida.

Pada masa ini, penyelidikan domestik masih dalam peringkat makmal. Beberapa kajian memperkenalkan laluan sintesis dan aliran proses pengoksidaan katalitik asid glukonik. Berdasarkan analisis keputusan ujian, kajian rintis terhadap produk telah dijalankan. Pd Dikaji Keputusan mangkin Co/C, XPS dan BET menunjukkan bahawa penambahan c0 mengubah struktur mangkin dan bermanfaat kepada pengurangan Pd, sekali gus meningkatkan penukaran dan selektiviti tindak balas (the penukaran glukosa mencapai 92% dan selektiviti mangkin ialah 94%).

Kaedah pengoksidaan pemangkin heterogen boleh mensintesisserbuk asid glukonathanya dalam satu langkah, dan keadaan tindak balas adalah ringan (tekanan atmosfera, hampir dengan suhu bilik), hasil adalah tinggi, hasil sampingan sedikit, produk mudah diasingkan, dan pemangkin boleh dikitar semula. Ia adalah kaedah mesra alam untuk mensintesis asid glukonik. Walau bagaimanapun, kajian kestabilan mangkin logam Pd masih memerlukan sedikit masa untuk mendapatkan penyelesaian yang baik. Walaupun pemangkin Au menebus kekurangan pemangkin Pd, ia masih memerlukan beberapa kajian untuk aplikasi industri.