ग्लूकोनिक एसिड पाउडर CAS 526-95-4

यह विधि ग्लूकोज से ग्लूकोनिक एसिड को संश्लेषित करने के लिए सूक्ष्मजीवों के ऑक्सीकरण का उपयोग करती है, जिसे फंगल किण्वन, जीवाणु किण्वन, फंगल किण्वन, स्थिर कोशिका और स्थिर एंजाइम किण्वन में विभाजित किया जा सकता है। वर्तमान में, एस्परगिलस नाइजर किण्वन, स्थिर कोशिकाओं और स्थिर एंजाइमों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह 1960 के दशक में विकसित एक विधि है। एंजाइमों (कोशिकाओं) के स्थिरीकरण तरीकों को मोटे तौर पर चार प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: सोखना विधि, सहसंयोजक युग्मन विधि, क्रॉस-लिंकिंग विधि और एम्बेडिंग विधि।

सोखने की विधि: एंजाइम स्थिरीकरण वाहक सतह और एंजाइम सतह के बीच द्वितीयक बंधों की परस्पर क्रिया के माध्यम से प्राप्त किया जाता है।

सहसंयोजक युग्मन विधि: यह एंजाइम के सक्रिय साइड चेन समूह को सहसंयोजक बंधों के माध्यम से वाहक के कार्यात्मक समूह के साथ जोड़ती है, ताकि एंजाइम को स्थिर करने के कार्य को प्राप्त किया जा सके। एंजाइम को स्थिर करने की यह विधि अच्छी स्थिरता दिखाती है, और एंजाइम के निरंतर उपयोग के लिए अनुकूल है।

क्रॉस लिंकिंग विधि: यह क्रॉस लिंक और ब्रिज एंजाइम अणुओं के लिए द्विकार्यात्मक या बहुक्रियाशील समूह अभिकर्मकों के उपयोग को संदर्भित करता है, जिसे निष्क्रिय करना आसान है।

एम्बेडिंग विधियों में ग्रिड एम्बेडिंग, माइक्रोएन्कैप्सुलेटेड एम्बेडिंग और लिपोसोम एम्बेडिंग शामिल हैं। एम्बेडिंग विधि उच्च एंजाइम गतिविधि प्राप्त कर सकती है क्योंकि एंजाइम स्वयं रासायनिक बंधन प्रतिक्रिया में भाग नहीं लेता है; हालाँकि, स्थिर कोशिकाओं और स्थिर एंजाइमों का प्रसार सीमित है, इसलिए ऑक्सीजन की खपत बहुत अधिक है, और ऑक्सीजन स्थानांतरण दर में सुधार एक बड़ी समस्या है।

इसलिए, उत्कृष्ट प्रदर्शन के साथ नवीन एंजाइम स्थिरीकरण सामग्री का डिजाइन और संश्लेषण और सरल और व्यावहारिक स्थिरीकरण विधियों का विकास वर्तमान में स्थिर एंजाइम अनुसंधान के फोकस में से एक है। हाल के वर्षों में, ग्लूकोनिक एसिड का उत्पादन करने के लिए बायोकैटलिसिस भी विकसित किया गया है। यह विधि प्रतिक्रिया उत्पाद एसिड को फ़िल्टर करने के लिए झिल्लियों का उपयोग करती है, और समय पर प्रतिक्रिया समाधान से एसिड को स्थानांतरित करती है, जिससे उत्प्रेरक (बैक्टीरिया) पर प्रतिक्रिया उत्पाद (एसिड) का अवरोध कम हो जाता है। पारंपरिक तरीकों की तुलना में, बैक्टीरिया के पुनर्चक्रण से बैक्टीरिया की मात्रा बढ़ जाती है, जिससे उपज में वृद्धि होती है।

वर्तमान में, हमारे देश के अधिकांश लोग कैल्शियम ग्लूकोनेट का उत्पादन करने के लिए किण्वन का उपयोग करते हैं, और फिर आयन एक्सचेंज, वाष्पीकरण और एकाग्रता और क्रिस्टलीकरण के माध्यम से ग्लूकोनिक एसिड को संश्लेषित करने के लिए कैल्शियम ग्लूकोनेट का उपयोग करते हैं।

जैविक किण्वन विधि के लिए संस्कृति, स्क्रीनिंग और नसबंदी जैसी कई प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है, और इसमें तापमान, कई उप-उत्पादों और एक लंबे चक्र की सख्त आवश्यकता होती है। इसके अलावा, ग्लूकोनिक एसिड के उत्पादन के दौरान कोशिकाओं जैसी अशुद्धियों के शामिल होने के कारण ग्लूकोनिक एसिड उत्पादों की शुद्धता प्रभावित होती है, इसलिए इसके विकास के लिए कई तकनीकी समस्याओं को हल करने की तत्काल आवश्यकता है।

सजातीय रासायनिक ऑक्सीकरण के दो तंत्र हैं: एक है मजबूत क्षारीय स्थितियों के लिए प्रतिक्रिया स्थितियों को समायोजित करके ऑक्सीडेंट (जैसे सोडियम हाइपोक्लोराइट और हाइड्रोजन पेरोक्साइड) की ऑक्सीकरण क्षमता को सीमित करना, ताकि ग्लूकोज के एल्डिहाइड समूह को कार्बोक्सिल समूह में ऑक्सीकरण किया जा सके; दूसरा आशिदा एट अल द्वारा प्रस्तावित कैनिज़ारो तंत्र है। हाइड्रोजन आयन स्वीकर्ता जोड़ने पर ग्लूकोज को ग्लूकोनिक एसिड में बदलने के लिए (रेनी नी की उपस्थिति में कुछ कीटोन, एल्कीन और ऑक्सीजन उपयुक्त हाइड्रोजन आयन स्वीकर्ता हैं)। हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सोडियम हाइपोक्लोराइट का उपयोग क्रमशः ऑक्सीडेंट के रूप में किया गया था, और पैदावार क्रमशः 70% और 90% थी। औद्योगिक पायलट परीक्षण साकार हुआ।

हालाँकि, सजातीय रासायनिक ऑक्सीकरण विधि को प्रतिक्रिया समाधान में उत्प्रेरक के सक्रिय घटकों की सामग्री को सख्ती से नियंत्रित करने की आवश्यकता होती है, जो समाधान के तापमान और पीएच मान पर निर्भर है। कई मध्यवर्ती चरण हैं, कई उप-उत्पाद हैं, और उत्पादों को अलग करना मुश्किल है। इसके अलावा, उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाने वाले नमक को पुनर्जीवित करना मुश्किल होता है, और उपज कम होती है। प्रतिक्रिया का समय लंबा है और पर्यावरण गंभीर रूप से प्रदूषित है।

इलेक्ट्रोलिसिस विधियों के संदर्भ में, इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीकरण द्वारा ग्लूकोनिक एसिड के संश्लेषण को प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण, अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण और "युग्मित इलेक्ट्रोलिसिस" संश्लेषण में विभाजित किया जा सकता है। इस विधि में, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में एक निश्चित मात्रा में ग्लूकोज घोल डाला जाता है, और फिर एक उपयुक्त इलेक्ट्रोलाइट मिलाया जाता है। ग्लूकोज को निश्चित तापमान, वोल्टेज और निरंतर वर्तमान घनत्व के तहत इलेक्ट्रोलाइज्ड और ऑक्सीकृत किया जाता है। प्रतिक्रिया सिद्धांत इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा एक उपयुक्त "ऑक्सीकरण माध्यम" प्राप्त करना है, और फिर ग्लूकोनिक एसिड उत्पन्न करने के लिए ग्लूकोज को ऑक्सीकरण करने के लिए इस "ऑक्सीकरण माध्यम" का उपयोग करना है।

उदाहरण के लिए, अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण विधि एनोड पर ऑक्सीकरण अवस्था में माध्यम उत्पन्न करने के लिए कम अवस्था में माध्यम का उपयोग करना है। ग्लूकोज ऑक्सीकरण अवस्था में उत्पन्न माध्यम के साथ प्रतिक्रिया करके ग्लूकोनिक एसिड उत्पन्न करता है, और माध्यम मूल कम अवस्था में लौट आता है। प्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण और अप्रत्यक्ष इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण दोनों एनोड क्षेत्र में प्रतिक्रिया करते हैं, जबकि "युग्मित इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण" विधि एक ही समय में कैथोड और एनोड दोनों क्षेत्रों में प्रतिक्रिया करती है, इसलिए इलेक्ट्रोलाइटिक दक्षता अपेक्षाकृत अधिक होती है।

ग्लूकोनिक एसिड के इलेक्ट्रोलाइटिक ऑक्सीकरण का विदेशों में औद्योगिकीकरण किया गया है, लेकिन यह अभी भी घरेलू स्तर पर प्रायोगिक चरण में है। रूथेनियम को कार्यशील इलेक्ट्रोड के रूप में टाइटेनियम पर चढ़ाया जाता है। वर्तमान घनत्व है {0}}.18A/m, ग्लूकोज सांद्रता है 0.02 mol/L, प्रतिक्रिया तापमान है 50 डिग्री, और मध्यम सांद्रता है 0.2 mol/L.

इस स्थिति के तहत, वर्तमान दक्षता (ग्लूकोनिक एसिड के प्रति यूनिट मोल सैद्धांतिक बिजली की खपत / उत्पन्न ग्लूकोनिक एसिड के प्रति यूनिट मोल की वास्तविक बिजली की खपत) 76.50% तक पहुंच सकती है, और समानांतर परीक्षण का डेटा अच्छा है, जिससे औद्योगिक एहसास होने की उम्मीद है पायलट परीक्षण. यद्यपि इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण विधि जैविक किण्वन विधि और सजातीय रासायनिक ऑक्सीकरण विधि, जैसे कि कई उप-उत्पादों और प्रक्रियाओं के नुकसान को दूर करती है, यह औद्योगिक उत्पादन में बड़ी ऊर्जा की खपत करती है, और स्थितियों को नियंत्रित करना मुश्किल होता है, इसलिए इसका उपयोग शायद ही कभी औद्योगिक में किया जाता है। उत्पादन।

विषम उत्प्रेरक ऑक्सीकरण द्वारा ग्लूकोनिक एसिड की तैयारी तरल ग्लूकोज समाधान में समर्थित धातु के ठोस चरण उत्प्रेरक को जोड़कर ग्लूकोज को एसिड में ऑक्सीकरण करना है, और फिर ऑक्सीडेंट के रूप में ओ का उपयोग करना है।

वर्तमान में, घरेलू अनुसंधान अभी भी प्रयोगशाला चरण में है। कुछ अध्ययनों ने ग्लूकोनिक एसिड के उत्प्रेरक ऑक्सीकरण के संश्लेषण मार्ग और प्रक्रिया प्रवाह की शुरुआत की। परीक्षण परिणामों के विश्लेषण के आधार पर, उत्पाद का एक पायलट अध्ययन किया गया। पीडी का अध्ययन किया गया। सीओ/सी उत्प्रेरक, एक्सपीएस और बीईटी के परिणाम बताते हैं कि सी 0 के जुड़ने से उत्प्रेरक की संरचना बदल जाती है और पीडी की कमी के लिए फायदेमंद है, इस प्रकार प्रतिक्रिया के रूपांतरण और चयनात्मकता में सुधार होता है। ग्लूकोज का रूपांतरण 92% तक पहुँच जाता है और उत्प्रेरक की चयनात्मकता 94% है)।

विषमांगी उत्प्रेरक ऑक्सीकरण विधि संश्लेषित कर सकती हैग्लूकोनिक एसिड पाउडरकेवल एक चरण में, और प्रतिक्रिया की स्थिति हल्की होती है (वायुमंडलीय दबाव, कमरे के तापमान के करीब), उपज अधिक होती है, उप-उत्पाद कम होते हैं, उत्पाद को अलग करना आसान होता है, और उत्प्रेरक को पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है। यह ग्लूकोनिक एसिड को संश्लेषित करने की एक पर्यावरण अनुकूल विधि है। हालाँकि, पीडी धातु उत्प्रेरक के स्थिरता अध्ययन को एक अच्छा समाधान प्राप्त करने के लिए अभी भी कुछ समय की आवश्यकता है। यद्यपि एयू उत्प्रेरक पीडी उत्प्रेरक की कमियों को पूरा करता है, फिर भी इसे औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए कुछ शोध की आवश्यकता है।