Poudre d'acide gluconique CAS 526-95-4

Cette méthode utilise l'oxydation de micro-organismes pour synthétiser l'acide gluconique à partir du glucose, qui peut être divisé en fermentation fongique, fermentation bactérienne, fermentation fongique, cellule immobilisée et fermentation enzymatique immobilisée. À l'heure actuelle, la fermentation d'Aspergillus niger, les cellules immobilisées et les enzymes immobilisées sont largement utilisées. C'est une méthode développée dans les années 1960. Les méthodes d'immobilisation des enzymes (cellules) peuvent être grossièrement divisées en quatre types : méthode d'adsorption, méthode de couplage covalent, méthode de réticulation et méthode d'intégration.

Méthode d'adsorption : l'immobilisation de l'enzyme est obtenue grâce à l'interaction de liaisons secondaires entre la surface du support et la surface de l'enzyme.

Méthode de couplage covalent : elle combine le groupe de chaîne latérale active de l'enzyme avec le groupe fonctionnel du support via des liaisons covalentes, de manière à réaliser la fonction d'immobilisation de l'enzyme. Cette méthode d'immobilisation de l'enzyme présente une bonne stabilité et favorise l'utilisation continue de l'enzyme.

Méthode de réticulation : elle fait référence à l'utilisation de réactifs de groupe bifonctionnels ou multifonctionnels pour réticuler et ponter des molécules enzymatiques, faciles à inactiver.

Les méthodes d'incorporation comprennent l'incorporation dans une grille, l'incorporation microencapsulée et l'incorporation dans des liposomes. La méthode d'incorporation peut obtenir une activité enzymatique plus élevée car l'enzyme elle-même ne participe pas à la réaction de liaison chimique ; Cependant, la diffusion des cellules et des enzymes immobilisées est limitée, la consommation d'oxygène est donc énorme et l'amélioration du taux de transfert d'oxygène constitue un gros problème.

Par conséquent, la conception et la synthèse de nouveaux matériaux d’immobilisation d’enzymes offrant d’excellentes performances et le développement de méthodes d’immobilisation simples et pratiques sont actuellement l’un des objectifs de la recherche sur les enzymes immobilisées. Ces dernières années, la biocatalyse s'est également développée pour produire de l'acide gluconique. Cette méthode utilise des membranes pour filtrer l'acide du produit de réaction et transfère l'acide de la solution de réaction dans le temps, réduisant ainsi l'inhibition du produit de réaction (acide) sur le catalyseur (bactéries). Par rapport aux méthodes traditionnelles, le recyclage des bactéries augmente la teneur en bactéries, augmentant ainsi le rendement.

À l'heure actuelle, la majeure partie de notre pays utilise la fermentation pour produire du gluconate de calcium, puis utilise le gluconate de calcium pour synthétiser l'acide gluconique par échange d'ions, évaporation, concentration et cristallisation.

La méthode de fermentation biologique nécessite de nombreux processus tels que la culture, le criblage et la stérilisation, et impose des exigences strictes en matière de température, de nombreux sous-produits et d'un long cycle. De plus, la pureté des produits à base d'acide gluconique est affectée en raison de l'ajout d'impuretés telles que des cellules lors de la production d'acide gluconique, son développement doit donc de toute urgence résoudre de nombreux problèmes techniques.

Il existe deux mécanismes d'oxydation chimique homogène : l'un consiste à limiter la capacité d'oxydation des oxydants (tels que l'hypochlorite de sodium et le peroxyde d'hydrogène) en ajustant les conditions de réaction à des conditions fortement alcalines, de manière à oxyder le groupe aldéhyde du glucose en groupe carboxyle ; Le second est le mécanisme de Cannizarro proposé par Ashida et al. pour la conversion du glucose en acide gluconique lors de l'ajout d'accepteurs d'ions hydrogène (certaines cétones, alcènes et oxygène sont des accepteurs d'ions hydrogène appropriés en présence de Raney Ni). Le peroxyde d'hydrogène et l'hypochlorite de sodium ont été utilisés respectivement comme oxydants, et les rendements étaient respectivement de 70 % et 90 %. Le test pilote industriel a été réalisé.

Cependant, la méthode d'oxydation chimique homogène doit contrôler strictement la teneur en composants actifs du catalyseur dans la solution réactionnelle, qui dépend de la température et du pH de la solution. Il existe de nombreuses étapes intermédiaires, de nombreux sous-produits et il est difficile de séparer les produits. De plus, le sel utilisé comme catalyseur est difficile à régénérer et le rendement est faible. Le temps de réaction est long et l’environnement est fortement pollué.

En termes de méthodes d'électrolyse, la synthèse de l'acide gluconique par oxydation électrolytique peut être divisée en synthèse électrolytique directe, synthèse électrolytique indirecte et synthèse « électrolyse couplée ». Dans cette méthode, une certaine quantité de solution de glucose est ajoutée dans la cellule électrolytique, puis un électrolyte approprié est ajouté. Le glucose est électrolysé et oxydé sous certaines températures, tensions et densités de courant constantes. Le principe de la réaction est d'obtenir un « milieu d'oxydation » approprié par électrolyse, puis d'utiliser ce « milieu d'oxydation » pour oxyder le glucose afin de générer de l'acide gluconique.

Par exemple, la méthode de synthèse électrolytique indirecte consiste à utiliser le milieu à l'état réduit pour générer le milieu à l'état d'oxydation à l'anode. Le glucose réagit avec le milieu généré à l'état d'oxydation pour générer de l'acide gluconique, et le milieu revient à son état réduit d'origine. La synthèse électrolytique directe et la synthèse électrolytique indirecte réagissent dans la zone anodique, tandis que la méthode de « synthèse électrolytique appariée » réagit à la fois dans les zones cathodiques et anodiques, de sorte que l'efficacité électrolytique est relativement élevée.

L’oxydation électrolytique de l’acide gluconique a été industrialisée à l’étranger, mais elle en est encore au stade expérimental dans le pays. Le ruthénium est plaqué sur du titane comme électrode de travail. La densité de courant est de {{0}},18 A/m, la concentration de glucose est de 0,02 mol/L, la température de réaction est de 50 degrés et la concentration du milieu est de 0,2 mol/L.

Dans ces conditions, l'efficacité actuelle (consommation d'énergie théorique par unité de mole d'acide gluconique générée/consommation d'énergie réelle par unité de mole d'acide gluconique générée) peut atteindre 76,50 %, et les données des tests parallèles sont bonnes, ce qui devrait permettre de réaliser des performances industrielles. essai pilote. Bien que la méthode d'oxydation électrochimique surmonte les inconvénients de la méthode de fermentation biologique et de la méthode d'oxydation chimique homogène, tels que de nombreux sous-produits et processus, elle consomme beaucoup d'énergie dans la production industrielle et les conditions sont difficiles à contrôler, elle est donc rarement utilisée dans l'industrie. production.

La préparation de l'acide gluconique par oxydation catalytique hétérogène consiste à oxyder le glucose en acide en ajoutant un catalyseur en phase solide de métal supporté dans la solution de glucose liquide, puis en utilisant O comme oxydant.

À l’heure actuelle, la recherche nationale en est encore au stade du laboratoire. Certaines études ont présenté la voie de synthèse et le déroulement du processus d’oxydation catalytique de l’acide gluconique. Sur la base de l'analyse des résultats des tests, une étude pilote du produit a été réalisée. Pd étudié Les résultats du catalyseur Co/C, XPS et BET montrent que l'ajout de c0 modifie la structure du catalyseur et est bénéfique à la réduction du Pd, améliorant ainsi la conversion et la sélectivité de la réaction (le la conversion du glucose atteint 92 % et la sélectivité du catalyseur est de 94 %).

La méthode d'oxydation catalytique hétérogène peut synthétiserpoudre d'acide gluconiqueen une seule étape, et les conditions de réaction sont douces (pression atmosphérique, proche de la température ambiante), le rendement est élevé, les sous-produits sont peu nombreux, le produit est facile à séparer et le catalyseur peut être recyclé. C'est une méthode respectueuse de l'environnement pour synthétiser l'acide gluconique. Cependant, l’étude de stabilité du catalyseur métallique Pd nécessite encore un certain temps pour obtenir une bonne solution. Bien que le catalyseur Au compense les défauts du catalyseur Pd, il nécessite encore quelques recherches pour une application industrielle.