[发明专利]一种以纤维素为原料制备葡萄糖酸的方法

说明书

本发明提供了一种以纤维素为原料制备葡萄糖酸的方法。步骤为：将市售纤维素与不同浓度的氯化铁溶液混合，通过控制反应温度和时间来获得不同收率的葡萄糖酸溶液，此溶液经装有硅胶柱的制备色谱进行分离，可分别得到富含葡萄糖酸、甲酸、乙酸以及FeCl₃的溶液，实现了在制得高附加值化工品的同时还能对FeCl₃溶液进行回用。与传统的葡萄糖生物发酵法制备葡萄糖酸相比，本发明不仅拓宽了生产葡萄糖酸的原料，而且工艺简单、成本低、生产周期较短，更适合于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种生物质高效转化与利用的方法，特别涉及一种以纤维素为原料制备葡萄糖酸的方法。

背景技术

葡萄糖酸(Gluconic acid)由β-D葡萄糖C1位上的醛基氧化所得，分子量为196，分子式C₆H₁₂O₇，在常温下呈白色结晶状，显弱酸性，易溶于水，微溶于醇，不溶于乙醚及大多数的有机溶剂，作为一种用途极广的多羟基有机酸，其被广泛应用于食品、化工、医药、轻工业等环境中。在食品工业中可用作酸味剂、膨松剂、营养添加剂等；在化工工业中，葡萄糖酸常用于配制除垢剂、pH调节剂，亦可用于石油、化工企业循环冷却水系统的水处理药剂和水泥强化剂等，同时葡萄糖酸也是制备葡萄糖酸内酯、葡萄糖酸盐等的基础原料，扩大了葡萄糖酸在各大行业中的应用。

目前常用的生产葡萄糖酸的方法主要是以葡萄糖为原料，采用生物发酵法或多相催化氧化法制备葡萄糖酸。生物发酵法是指利用黑曲酶菌等微生物将葡萄糖氧化成葡萄糖酸，因其需要菌种的筛选与培养，周期较长，且易混入杂质，进而影响葡萄糖酸的纯度。多相催化氧化法是指在液相葡萄糖溶液中,加入负载金属的固相催化剂,然后通入O₂作为氧化剂,从而把葡萄糖氧化成葡萄糖酸。多相催化氧化法因其产率高，产品易于分离，催化剂可以循环使用，环境友好，发展较快，但由于其催化剂制备成本较高，且在反应中热稳定性差，易于失活，限制了多相催化氧化制备葡萄糖酸的发展。目前为止，文献报道用于生产葡萄糖酸的原料主要是可溶性的碳水化合物(葡萄糖酸、纤维二糖)，关于纤维素直接转化为葡萄糖酸的报道较少，因此寻求一种高效地由纤维素制备葡萄糖酸的方法具有重大意义。

发明内容

本发明提供一种以纤维素为原料制备葡萄糖酸的方法，其可替代葡萄糖发酵生产葡萄糖酸，拓宽了生产葡萄糖酸的原料范围，简化了生产工艺，整个反应过程条件温和，因FeCl₃廉价易得，大大降低了葡萄糖酸的生产成本，且可提高生产效率，实现对纤维素以及生物质原料的资源化利用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

(1)将纤维素与不同浓度FeCl₃溶液置于密闭反应器中，在100～120℃下反应1～4h，分离，得到反应液与残渣；

(2)步骤(1)所得的反应液经制备色谱进行分离，可分别得到富含葡萄糖酸、甲酸、乙酸以及FeCl₃的溶液；

上述方法中，步骤(1)中所述纤维素为微晶纤维素。

上述方法中，步骤(1)中所述FeCl₃纯度为98％。

上述方法中，步骤(1)中所述FeCl₃溶液中FeCl₃与水的质量比为2/3～3/2。

上述方法中，步骤(1)所述分离为过滤或离心。

上述方法中，步骤(2)所述的制备色谱所用分离柱是硅胶柱。

上述方法实现了以纤维素为原料制备葡萄糖酸。

与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、本发明可替代传统的以葡萄糖为原料生产葡萄糖酸，拓宽了生产葡萄糖酸的原料范围。