Gluconsäurepulver CAS 526-95-4

Diese Methode nutzt die Oxidation von Mikroorganismen, um Gluconicacidaqsoln aus Glucose zu synthetisieren, was in Pilzfermentation, Bakterienfermentation, Pilzfermentation, immobilisierte Zelle und immobilisierte Enzymfermentation unterteilt werden kann. Derzeit werden häufig Aspergillus niger-Fermentation, immobilisierte Zellen und immobilisierte Enzyme eingesetzt. Es handelt sich um eine Methode, die in den 1960er Jahren entwickelt wurde. Die Immobilisierungsmethoden von Enzymen (Zellen) können grob in vier Typen unterteilt werden: Adsorptionsmethode, kovalente Kopplungsmethode, Vernetzungsmethode und Einbettungsmethode.

Adsorptionsmethode: Die Enzymimmobilisierung wird durch die Wechselwirkung sekundärer Bindungen zwischen der Trägeroberfläche und der Enzymoberfläche erreicht.

Kovalente Kopplungsmethode: Sie verbindet die aktive Seitenkettengruppe des Enzyms mit der funktionellen Gruppe des Trägers über kovalente Bindungen, um die Funktion der Immobilisierung des Enzyms zu erreichen. Dieses Verfahren zur Immobilisierung des Enzyms weist eine gute Stabilität auf und begünstigt die kontinuierliche Verwendung des Enzyms.

Vernetzungsmethode: Es bezieht sich auf die Verwendung von bifunktionellen oder multifunktionalen Gruppenreagenzien zur Vernetzung und Brücke von Enzymmolekülen, die leicht zu inaktivieren sind.

Zu den Einbettungsmethoden gehören die Gittereinbettung, die mikroverkapselte Einbettung und die Liposomeneinbettung. Durch die Einbettungsmethode kann eine höhere Enzymaktivität erzielt werden, da das Enzym selbst nicht an der chemischen Bindungsreaktion teilnimmt. Allerdings ist die Diffusion immobilisierter Zellen und immobilisierter Enzyme begrenzt, sodass der Sauerstoffverbrauch enorm ist und die Verbesserung der Sauerstofftransferrate ein großes Problem darstellt.

Daher sind das Design und die Synthese neuartiger Enzymimmobilisierungsmaterialien mit hervorragender Leistung sowie die Entwicklung einfacher und praktischer Immobilisierungsmethoden derzeit einer der Schwerpunkte der Forschung zu immobilisierten Enzymen. In den letzten Jahren wurde auch die Biokatalyse zur Herstellung von Gluconicacidaqsoln entwickelt. Bei dieser Methode werden Membranen verwendet, um die Reaktionsproduktsäure herauszufiltern und die Säure rechtzeitig aus der Reaktionslösung zu transportieren, wodurch die Hemmung des Reaktionsprodukts (Säure) auf den Katalysator (Bakterien) verringert wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden erhöht das Bakterienrecycling den Bakteriengehalt und erhöht dadurch den Ertrag.

Gegenwärtig nutzen die meisten Menschen in unserem Land die Fermentation zur Herstellung von Calciumgluconat und anschließend Calciumgluconat zur Synthese von Gluconicacidaqsoln durch Ionenaustausch, Verdampfung und Konzentration sowie Kristallisation.

Die biologische Fermentationsmethode erfordert viele Prozesse wie Kultur, Screening und Sterilisation und stellt strenge Anforderungen an die Temperatur, viele Nebenprodukte und einen langen Zyklus. Darüber hinaus wird die Reinheit von Gluconicacidaqsoln-Produkten durch die Zugabe von Verunreinigungen wie Zellen während der Produktion von Gluconicacidaqsoln beeinträchtigt, sodass bei der Entwicklung dringend viele technische Probleme gelöst werden müssen.

Es gibt zwei Mechanismen der homogenen chemischen Oxidation: Der eine besteht darin, die Oxidationskapazität von Oxidationsmitteln (wie Natriumhypochlorit und Wasserstoffperoxid) zu begrenzen, indem die Reaktionsbedingungen an stark alkalische Bedingungen angepasst werden, um die Aldehydgruppe von Glucose zur Carboxylgruppe zu oxidieren. Der zweite ist der von Ashida et al. vorgeschlagene Cannizarro-Mechanismus. für die Umwandlung von Glucose in Gluconicacidaqsoln bei Zugabe von Wasserstoffionenakzeptoren (einige Ketone, Alkene und Sauerstoff sind geeignete Wasserstoffionenakzeptoren in Gegenwart von Raney Ni). Als Oxidationsmittel wurden Wasserstoffperoxid und Natriumhypochlorit verwendet, die Ausbeuten betrugen 70 % bzw. 90 %. Der industrielle Pilotversuch wurde durchgeführt.

Bei der Methode der homogenen chemischen Oxidation muss jedoch der Gehalt der aktiven Komponenten des Katalysators in der Reaktionslösung streng kontrolliert werden, der von der Temperatur und dem pH-Wert der Lösung abhängt. Es gibt viele Zwischenschritte, viele Nebenprodukte und es ist schwierig, die Produkte zu trennen. Darüber hinaus lässt sich das als Katalysator verwendete Salz nur schwer regenerieren und die Ausbeute ist gering. Die Reaktionszeit ist lang und die Umwelt wird stark belastet.

Hinsichtlich der Elektrolyseverfahren kann die Synthese von Gluconsäuresäure durch elektrolytische Oxidation in direkte elektrolytische Synthese, indirekte elektrolytische Synthese und „gepaarte Elektrolyse“-Synthese unterteilt werden. Bei dieser Methode wird eine bestimmte Menge Glucoselösung in die Elektrolysezelle gegeben und anschließend ein geeigneter Elektrolyt hinzugefügt. Die Glukose wird unter einer bestimmten Temperatur, Spannung und konstanter Stromdichte elektrolysiert und oxidiert. Das Reaktionsprinzip besteht darin, durch Elektrolyse ein geeignetes „Oxidationsmedium“ zu erhalten und dieses „Oxidationsmedium“ dann zur Oxidation von Glucose zu verwenden, um Gluconicacidaqsoln zu erzeugen.

Bei der indirekten elektrolytischen Synthesemethode wird beispielsweise das Medium im reduzierten Zustand verwendet, um das Medium im Oxidationszustand an der Anode zu erzeugen. Die Glucose reagiert mit dem erzeugten Medium im Oxidationszustand, um Gluconicacidaqsoln zu erzeugen, und das Medium kehrt in den ursprünglichen reduzierten Zustand zurück. Sowohl die direkte elektrolytische Synthese als auch die indirekte elektrolytische Synthese reagieren im Anodenbereich, während die Methode der „gepaarten elektrolytischen Synthese“ sowohl im Kathoden- als auch im Anodenbereich gleichzeitig reagiert, sodass die elektrolytische Effizienz relativ hoch ist.

Die elektrolytische Oxidation von Gluconicacidaqsoln wurde im Ausland industrialisiert, befindet sich jedoch im Inland noch im Versuchsstadium. Als Arbeitselektrode wird Ruthenium auf Titan plattiert. Die Stromdichte beträgt 0,18 A/m, die Glucosekonzentration beträgt 0,02 mol/L, die Reaktionstemperatur beträgt 50 Grad und die mittlere Konzentration beträgt 0,2 mol/L.

Unter dieser Bedingung kann der aktuelle Wirkungsgrad (theoretischer Stromverbrauch pro Moleinheit erzeugtem Gluconicacidaqsoln/tatsächlicher Stromverbrauch pro Moleinheit erzeugtem Gluconicacidaqsoln) 76,50 % erreichen, und die Daten des Paralleltests sind gut, wodurch ein industrieller Pilottest erwartet wird. Obwohl die elektrochemische Oxidationsmethode die Nachteile der biologischen Fermentationsmethode und der homogenen chemischen Oxidationsmethode, wie z. B. viele Nebenprodukte und Prozesse, überwindet, verbraucht sie in der industriellen Produktion viel Energie und die Bedingungen sind schwer zu kontrollieren, sodass sie in der industriellen Produktion selten eingesetzt wird.

Die Herstellung von Gluconicacidaqsoln durch heterogene katalytische Oxidation besteht darin, Glucose zu Säure zu oxidieren, indem der flüssigen Glucoselösung ein Festphasenkatalysator aus geträgertem Metall zugesetzt und dann O als Oxidationsmittel verwendet wird.

Derzeit befindet sich die heimische Forschung noch im Laborstadium. In einigen Studien wurden der Syntheseweg und der Prozessablauf der katalytischen Oxidation von Gluconicacidaqsoln vorgestellt. Basierend auf der Analyse der Testergebnisse wurde eine Pilotstudie des Produkts durchgeführt. Untersuchtes Pd Die Ergebnisse von Co/C-Katalysator, XPS und BET zeigen, dass die Zugabe von CO die Struktur des Katalysators verändert und sich positiv auf die Reduktion von Pd auswirkt, wodurch die Umwandlung und Selektivität der Reaktion verbessert wird (die Umwandlung von Glucose erreicht 92 % und die Selektivität des Katalysators beträgt 94 %).

Die heterogene katalytische Oxidationsmethode kann synthetisierenGluconsäure-Pulverin nur einem Schritt und die Reaktionsbedingungen sind mild (Atmosphärendruck, nahe Raumtemperatur), die Ausbeute ist hoch, die Nebenprodukte sind gering, das Produkt ist leicht abzutrennen und der Katalysator kann recycelt werden. Es handelt sich um eine umweltfreundliche Methode zur Synthese von Gluconsäuresäure. Allerdings benötigt die Stabilitätsstudie des Pd-Metallkatalysators noch einige Zeit, um eine gute Lösung zu finden. Obwohl der Au-Katalysator die Mängel des Pd-Katalysators ausgleicht, bedarf er für eine industrielle Anwendung noch einiger Forschung.