由葡萄糖制取果糖的方法技術

本發明專利技術公開了一種由葡萄糖制取果糖的方法，該方法為：在酸催化劑和低碳醇的存在下，將葡萄糖在高壓密閉環境中進行異構化反應以制得果糖；其中，酸催化劑選自鎢鹽、鋁鹽、鉻鹽、磷鎢酸和硅鎢酸中的一種或多種。該方法條件溫和、工序簡單且轉化效率高。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及單糖異構化，具體地，涉及由葡萄糖制取果糖的方法。
技術介紹
葡萄糖作為自然界中最為重要的一種單糖，來源豐富，廣泛存在于纖維素類植物中，比如玉米、甜菜、甜薯等，這些植物通過光合作用產生葡萄糖。工業上制取葡萄糖主要利用淀粉酶和糖化酶降解淀粉或纖維素。將低成本的葡萄糖轉化為更高價值的精細化學品的前景十分廣闊，比如果糖。果糖的應用價值極高，可用于果糖漿制備、食品行業以及能源燃料前驅體等領域。目前，工業上制取果糖最主要來自生物酶解蔗糖，得到果糖和葡萄糖的混合溶液，經分離提純最后得到果糖的結晶體。同時，采用葡萄糖為糖源，在使用葡萄糖異構化酶的作用下，葡萄糖可經異構轉化為果糖。這兩種方式得到果糖的生產效率取決于生物酶的活性，同時，在反應過程中葡萄糖和果糖受可逆反應的影響，導致葡萄糖轉化效率較低。值得注意的是，生物酶在反應過程中的穩定性對糖轉化效率影響顯著，需在一定的酸性環境下這些生物酶才能得以存活，對反應關鍵參數的控制極為嚴格，同時這些生物酶的生產成本非常高，使得果糖在其合成工藝上受到一定程度的限制。為解決生物酶法制取果糖工藝中存在的技術問題，利用催化技術使葡萄糖異構化引起關注。在水相體系中，Mg-Al水滑石和混合堿催化劑等被證實對葡萄糖異構具有一定的促進作用，但實際生產效果有待提高。近年來，一些有機相如二甲基亞砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)等被用于葡萄糖異構，葡萄糖的轉化率有所改善。Liu等(ACSCatalysis,2014,4:4295-4298)報道，在三乙胺的反應介質中，果糖的最高收率達到32％。Yang等(JournalofCatalysis，2015，330：474–484)報道，研究了在1,5,7-三氮雜二環癸-5-烯的反應介質中葡萄糖制取果糖，采用一種含鐵基磁性有機堿催化劑，在120℃反應2h后，果糖最高收率達到27％。由于這些有機胺類或氮類溶劑的使用，對反應設備要求較高，且對環境造成一定的污染，因而使得該工藝的大量生產收到明顯制約。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種由葡萄糖制取果糖的方法，該方法條件溫和、工序簡單且轉化效率高。為了實現上述目的，本專利技術提供了一種由葡萄糖制取果糖的方法，該方法為：在酸催化劑和有機溶劑的存在下，將葡萄糖在高壓密閉環境中進行異構化反應以制得果糖；其中，酸催化劑選自鎢鹽、鋁鹽、鉻鹽、磷鎢酸和硅鎢酸中的一種或多種。通過上述技術方案，本專利技術一方面通過所采用的低碳醇(C1-C6的醇)為反應介質，有利于調控葡萄糖與果糖分子之間的可逆平衡，提高葡萄糖轉化效率和果糖生成；另一方面通過所采用的酸催化劑(無需載體負載)，有利于促進葡萄糖分子內H轉移成果糖，大大提高反應效率(果糖的收率可高達39.0％)和果糖的選擇性。同時，本專利技術提供的異構化方法的反應條件溫和，操作方便，有利于簡化果糖生產工藝，進而使得該方法具有較高的經濟效益和廣闊的應用前景。本專利技術的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。附圖說明附圖是用來提供對本專利技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本專利技術，但并不構成對本專利技術的限制。在附圖中：圖1是實施例1中高效液相色譜圖。具體實施方式以下對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本專利技術，并不用于限制本專利技術。本專利技術提供了一種由葡萄糖制取果糖的方法，該方法為：在酸催化劑和低碳醇的存在下，將葡萄糖在高壓密閉環境中進行異構化反應以制得果糖；其中，酸催化劑選自鎢鹽、鋁鹽、鉻鹽、磷鎢酸和硅鎢酸中的一種或多種。在本專利技術中，低碳醇的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高葡萄糖的轉化率，優選地，低碳醇可以選自C1-C4的醇，如選自甲醇、乙醇或丙醇中一種或多種。在本專利技術中，原料的用量可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高葡萄糖的轉化率，優選地，相對于100重量份的葡萄糖，酸催化劑的用量為1-20重量份，有機溶劑的用量為300-2500重量份；更優選地，相對于100重量份的葡萄糖，酸催化劑的用量為1-10重量份，有機溶劑的用量為400-2000重量份。同時，本專利技術的反應條件可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高葡萄糖的轉化率，優選地，異構化反應至少滿足以下條件：反應溫度為80-120℃，反應時間為0.5-20h；更優選地，反應時間為0.5-12h。此外，鎢鹽的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高葡萄糖的轉化率，優選地，鎢鹽選自氯化鎢。相同地，鋁鹽的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高葡萄糖的轉化率，優選地，鋁鹽選自氯化鋁、硫酸鋁、氧化鋁、硝酸鋁、氟化鋁中的一種或多種；更優選地，鋁鹽為氯化鋁。同理，鉻鹽的具體種類可以在寬的范圍內選擇，但是為了進一步提高葡萄糖的轉化率，優選地，鉻鹽選自氯化鉻。以下將通過實施例對本專利技術進行詳細描述。實施例1將3g葡萄糖、0.15g氯化鎢和60g乙醇置于間歇式高壓反應釜中，接著密閉反應釜并將反應溫度控制為100℃下反應0.5h，反應結束后，將反應液冷卻并采用高效液相色譜分析(高效液相色譜圖見圖1)，結果表明，果糖的收率為37.2％。實施例2按照實施例1的方法進行，果糖的收率為37.6％，不同的是將反應時間延長至2h。實施例3按照實施例2的方法進行，果糖的收率為32.3％，不同的是將反應溫度改為80℃。實施例4按照實施例2的方法進行，果糖的收率為26.8％，不同的是將氯化鎢更換為氯化鉻。實施例5按照實施例2的方法進行，果糖的收率為29.1％，不同的是將氯化鎢更換為氯化鋁。實施例6按照實施例2的方法進行，果糖的收率為33.2％，不同的是將氯化鎢更換為磷鎢酸。實施例7按照實施例2的方法進行，果糖的收率為25.0％，不同的是將氯化鎢更換為硅鎢酸。實施例8按照實施例2的方法進行，果糖的收率為38.6％，不同的是將乙醇更換為甲醇。實施例9按照實施例2的方法進行，果糖的收率為34.4％，不同的是將乙醇更換為丙醇。實施例10按照實施例2的方法進行，果糖的收率為21.7％，不同的是將反應溫度改為120℃。實施例11按照實施例2的方法進行，果糖的收率為39.0％，不同的是將氯化鎢的重量由0.15g改換為0.6g。實施例12按照實施例2的方法進行，果糖的收率為31.9％，不同的是將葡萄糖的重量由3g改換為15g。對比例1按照實施例2的方法進行，產物中無果糖生成，不同的是將乙醇全部更換為水。對比例2按照實施例2的方法進行，果糖的收率為7.1％，不同的是將60g乙醇更換為30g水和30g乙醇。對比例3按照實施例2的方法進行，果糖的收率為6.4％，不同的是未使用酸催化劑。通過上述實施例和對比例間接地證明了：通過所采用的醇為反應介質，可以有利于調控葡萄糖與果糖分子之間的可逆平衡，提高葡萄糖轉化效率和果糖生成；酸催化劑(無需載體負載)，可以有利于促進葡萄糖分子內H轉移成果糖，大大提高反應效率和果糖的選擇性。以上詳細描述了本專利技術的優選實施方式，但是，本專利技術并不限于上述實施方式中的具體細節，在本專利技術的技術構思范圍內，可以對本專利技術的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本專利技術的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種由葡萄糖制取果糖的方法，其特征在于，所述方法為：在酸催化劑和低碳醇的存在下，將所述葡萄糖在高壓密閉環境中進行異構化反應以制得所述果糖；其中，所述酸催化劑選自鎢鹽、鋁鹽、鉻鹽、磷鎢酸和硅鎢酸中的一種或多種。

【技術特征摘要】
1.一種由葡萄糖制取果糖的方法，其特征在于，所述方法為：在酸催化劑和低碳醇的存在下，將所述葡萄糖在高壓密閉環境中進行異構化反應以制得所述果糖；其中，所述酸催化劑選自鎢鹽、鋁鹽、鉻鹽、磷鎢酸和硅鎢酸中的一種或多種。2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述低碳醇選自甲醇、乙醇或丙醇中一種或多種。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，相對于100重量份的所述葡萄糖，所述酸催化劑的用量為1-20重量份，所述低碳醇的用量為300-2500重量份。4.根據權利要求3所述的方法，其中，相對于100重...

【專利技術屬性】
技術研發人員：章青，李路微，李兵，沈培友，周雙六，商永嘉，
申請(專利權)人：安徽師范大學，
類型：發明
國別省市：安徽;34