پودر گلوکونیک اسید CAS 526-95-4

این روش از اکسیداسیون میکروارگانیسم ها برای سنتز گلوکونیکاسیداکسولن از گلوکز استفاده می کند که می تواند به تخمیر قارچی، تخمیر باکتریایی، تخمیر قارچی، سلول بی حرکت و تخمیر آنزیمی بی حرکت تقسیم شود. در حال حاضر، تخمیر آسپرژیلوس نیجر، سلول های بی حرکت و آنزیم های بی حرکت به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. این روشی است که در دهه 1960 توسعه یافت. روش‌های بی‌حرکتی آنزیم‌ها (سلول‌ها) را می‌توان تقریباً به چهار نوع تقسیم کرد: روش جذب، روش جفت کووالانسی، روش پیوند متقابل و روش جاسازی.

روش جذب: تثبیت آنزیم از طریق برهمکنش پیوندهای ثانویه بین سطح حامل و سطح آنزیم حاصل می شود.

روش جفت کووالانسی: گروه زنجیره جانبی فعال آنزیم را با گروه عاملی حامل از طریق پیوندهای کووالانسی ترکیب می کند تا به عملکرد بی حرکت آنزیم دست یابد. این روش بی حرکت کردن آنزیم پایداری خوبی را نشان می دهد و برای استفاده مداوم از آنزیم مفید است.

روش پیوند متقاطع: به استفاده از معرف های گروهی دو کاره یا چند منظوره برای پیوند متقابل و پل زدن مولکول های آنزیم اشاره دارد که غیرفعال شدن آسان است.

روش‌های تعبیه‌سازی شامل تعبیه شبکه‌ای، جاسازی میکروکپسوله‌شده و تعبیه لیپوزوم است. روش جاسازی می تواند فعالیت آنزیمی بالاتری را به دست آورد زیرا خود آنزیم در واکنش اتصال شیمیایی شرکت نمی کند. با این حال، انتشار سلول های بی حرکت و آنزیم های بی حرکت محدود است، بنابراین مصرف اکسیژن بسیار زیاد است و بهبود سرعت انتقال اکسیژن یک مشکل بزرگ است.

بنابراین، طراحی و سنتز مواد بیحرکتی آنزیمی جدید با عملکرد عالی و توسعه روش‌های تثبیت ساده و کاربردی یکی از کانون‌های تحقیقات آنزیم تثبیت‌شده در حال حاضر است. در سال های اخیر، بیوکاتالیز برای تولید گلوکونیکاسیداکسولن نیز توسعه یافته است. این روش از غشاها برای فیلتر کردن اسید محصول واکنش استفاده می کند و اسید را از محلول واکنش به موقع منتقل می کند و باعث کاهش مهار محصول واکنش (اسید) روی کاتالیزور (باکتری) می شود. در مقایسه با روش های سنتی، بازیافت باکتری ها باعث افزایش محتوای باکتری ها و در نتیجه افزایش عملکرد می شود.

در حال حاضر بیشتر کشور ما از تخمیر برای تولید گلوکونات کلسیم استفاده می‌کند و سپس از کلسیم گلوکونات برای سنتز گلوکونیکاسیداکسولن از طریق تبادل یونی، تبخیر و تغلیظ و کریستالیزاسیون استفاده می‌کند.

روش تخمیر بیولوژیکی به فرآیندهای زیادی مانند کشت، غربالگری و عقیم‌سازی نیاز دارد و دارای الزامات سختگیرانه در مورد دما، بسیاری از محصولات جانبی-و یک چرخه طولانی است. علاوه بر این، خلوص محصولات gluconicacidaqsoln به دلیل افزودن ناخالصی هایی مانند سلول ها در طول تولید گلوکونیکاسیداکسولن تحت تأثیر قرار می گیرد، بنابراین توسعه آن نیاز فوری به حل بسیاری از مشکلات فنی دارد.

دو مکانیسم اکسیداسیون شیمیایی همگن وجود دارد: یکی محدود کردن ظرفیت اکسیداسیون اکسیدان ها (مانند هیپوکلریت سدیم و پراکسید هیدروژن) با تنظیم شرایط واکنش به شرایط قلیایی قوی، به طوری که گروه آلدهیدی گلوکز را به گروه کربوکسیل اکسید کنید. دومین مکانیسم Cannizarro است که توسط Ashida و همکارانش پیشنهاد شده است. برای تبدیل گلوکز به گلوکونیکاسیداکسولن هنگام افزودن گیرنده های یون هیدروژن (بعضی از کتون ها، آلکن ها و اکسیژن پذیرنده های مناسب یون هیدروژن در حضور رانی نیکل هستند). از پراکسید هیدروژن و هیپوکلریت سدیم به عنوان اکسیدان استفاده شد و بازده به ترتیب 70 و 90 درصد بود. آزمایش پایلوت صنعتی محقق شد.

با این حال، روش اکسیداسیون شیمیایی همگن نیاز به کنترل دقیق محتوای اجزای فعال کاتالیزور در محلول واکنش دارد که به دما و مقدار pH محلول بستگی دارد. مراحل میانی بسیاری وجود دارد،-محصولات بسیاری وجود دارد، و جدا کردن محصولات دشوار است. علاوه بر این، نمک مورد استفاده به عنوان کاتالیزور به سختی احیا می شود و بازده آن پایین است. زمان واکنش طولانی است و محیط زیست به طور جدی آلوده است.

از نظر روش های الکترولیز، سنتز گلوکونیکاسیداکسولن توسط اکسیداسیون الکترولیتی را می توان به سنتز الکترولیتی مستقیم، سنتز الکترولیتی غیرمستقیم و سنتز "الکترولیز جفتی" تقسیم کرد. در این روش مقدار معینی محلول گلوکز به سلول الکترولیتی اضافه شده و سپس الکترولیت مناسب اضافه می شود. گلوکز تحت دما، ولتاژ و چگالی جریان ثابت الکترولیز و اکسید می شود. اصل واکنش این است که یک "محیط اکسیداسیون" مناسب با الکترولیز بدست آوریم و سپس از این "محیط اکسیداسیون" برای اکسید کردن گلوکز برای تولید گلوکونیکاسیداکسولن استفاده کنیم.

به عنوان مثال، روش سنتز الکترولیتی غیرمستقیم استفاده از محیط در حالت احیا شده برای تولید محیط در حالت اکسیداسیون در آند است. گلوکز با محیط تولید شده در حالت اکسیداسیون واکنش می دهد و گلوکونیکاسیداکسولن تولید می کند و محیط به حالت کاهش یافته اولیه باز می گردد. هر دو سنتز الکترولیتی مستقیم و سنتز الکترولیتی غیرمستقیم در ناحیه آند واکنش نشان می دهند، در حالی که روش "سنتز الکترولیتی جفتی" در هر دو ناحیه کاتد و آند به طور همزمان واکنش می دهد، بنابراین بازده الکترولیتی نسبتاً بالا است.

اکسیداسیون الکترولیتی gluconicacidaqsoln در خارج از کشور صنعتی شده است، اما هنوز در مرحله آزمایشی در داخل است. روتنیوم به عنوان الکترود کار روی تیتانیوم آبکاری می شود. چگالی جریان 0.18A/m، غلظت گلوکز 0.02 mol/L، دمای واکنش 50 درجه و غلظت متوسط ​​0.2 mol/L است.

تحت این شرایط، راندمان فعلی (مصرف نظری توان به ازای هر واحد مول گلوکونیکاسیداکسولن تولید شده/مصرف توان واقعی به ازای هر واحد مول گلوکونیکاسیداکسولن تولید شده) می تواند به 76.50 درصد برسد و داده های آزمایش موازی خوب است، که انتظار می رود آزمایش آزمایشی صنعتی محقق شود. اگرچه روش اکسیداسیون الکتروشیمیایی بر معایب روش تخمیر بیولوژیکی و روش اکسیداسیون شیمیایی همگن مانند بسیاری از محصولات و فرآیندها غلبه می کند، اما در تولید صنعتی انرژی زیادی مصرف می کند و کنترل شرایط دشوار است، بنابراین به ندرت در تولید صنعتی استفاده می شود.

آماده‌سازی گلوکونیکاسیداکسولن با اکسیداسیون کاتالیزوری ناهمگن، اکسید کردن گلوکز به اسید با افزودن کاتالیزور فاز جامد فلزی به محلول گلوکز مایع و سپس استفاده از O به عنوان اکسیدان است.

در حال حاضر تحقیقات داخلی هنوز در مرحله آزمایشگاهی است. برخی از مطالعات مسیر سنتز و جریان فرآیند اکسیداسیون کاتالیزوری گلوکونیکاسیداکسولن را معرفی کردند. بر اساس تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش، یک مطالعه آزمایشی از محصول انجام شد. Pd مورد مطالعه نتایج کاتالیزور Co/C، XPS و BET نشان می‌دهد که افزودن c0 ساختار کاتالیزور را تغییر می‌دهد و برای کاهش Pd مفید است، بنابراین تبدیل و گزینش‌پذیری واکنش را بهبود می‌بخشد (تبدیل گلوکز به 92٪ و گزینش پذیری کاتالیزور 94٪ است).

روش اکسیداسیون کاتالیزوری ناهمگن می تواند سنتز کندپودر گلوکونیک اسیدتنها در یک مرحله، و شرایط واکنش ملایم است (فشار اتمسفر، نزدیک به دمای اتاق)، بازده بالا است، محصولات جانبی کمی هستند، محصول به راحتی جدا می شود، و کاتالیزور را می توان بازیافت کرد. این یک روش سازگار با محیط زیست برای سنتز گلوکونیکاسیداکسولن است. با این حال، مطالعه پایداری کاتالیزور فلز Pd هنوز به زمان نیاز دارد تا یک راه حل خوب به دست آید. اگرچه کاتالیزور طلا کاستی‌های کاتالیزور Pd را جبران می‌کند، اما هنوز برای کاربردهای صنعتی نیاز به تحقیقات دارد.