糖产物及其制备方法
【专利摘要】本公开的一实施例，提供一种糖产物的制备方法，包括：混合甲酸与锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐或杂多酸，以形成一混合液；加入一纤维素生质物至该混合液中，以进行一溶解反应；以及加入水至该混合液中，以进行一水解反应，获得一糖产物。本公开另提供一种由上述方法所制备的糖产物。
【专利说明】糖产物及其制备方法
【技术领域】
[0001]本公开是涉及一种糖产物(Sugar products)及其制备方法，特别是涉及一种低温、快速且高产率的糖产物及其制备方法。
【背景技术】
[0002]全世界正面临石油蕴藏量渐被开采枯竭，与地球大气温室效应持续扩大的问题，为确保人类永续生存，逐渐减少使用化石能源与石油原料，开发新的可再生形式能源与原材料是世界潮流。
[0003]木质纤维素是生质物最主要成分，为地球上最丰富的有机物质。木质纤维素组成以纤维素、半纤维素及木质素为主，其比例依序约为:38~50%、23~32%及15~25%。纤维素水解后可生成葡萄糖，但由于纤维素分子间及分子内存在强烈氢键作用及范德华力，以及纤维素聚集态结构复杂，具有高结晶度，致化学药剂难以进入纤维素分子内部发生解聚作用。水解纤维素的最主要方法为酶水解与传统酸水解两种，然，此两种技术均存在诸多不完善之处，难以大规模应用。
[0004]一般而言，酶水解可于常温下反应，水解副产物少，不会产生抑制糖发酵物质，可与发酵制程搭配整合，属于环境友好方法。但，此种方法需复杂预处理制程、水解活性低、速度慢，且纤维素水解酶价格昂贵。
[0005]稀酸水解通常以相对便宜的硫酸为催化剂，但需在耐腐蚀的压力容器中以高温(大于200°C )进行操作，设备等级要求高；同时，稀酸水解温度高，副产物多，糖产率低。浓酸水解可在较低温度与常压下进行，但，存在浓酸强烈腐蚀性、水解液后处理制程复杂、酸耗大、回收困难等问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种低温常压、快速、不须使用抗强酸腐蚀材质反应器、且产糖率高的糖产物的制备方法。
[0007]本公开的一实施例，提供一种糖产物，包括:一糖类混合物，其重量百分比介于2~15wt%，包括葡萄糖、木糖与还原糖；一酸类化合物，其重量百分比介于6(T97wt% ;以及一盐类化合物，其重量百分比介于f50wt%。
[0008]本公开的一实施例，提供一种糖产物的制备方法，包括:混合甲酸与锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐或杂多酸，以形成一混合液；加入一纤维素生质物至该混合液中，以进行一溶解反应；以及加入水至该混合液中，以进行一水解反应，获得一糖产物。
[0009]本公开将甲酸(弱酸)与锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐混合作为溶剂，其具有低温(<90°C )快速(〈6小时)溶解纤维素形成均匀相液体的特性。本公开在4(T150°C且不需添加如盐酸或硫酸等无机强酸催化剂情况下，将纤维素溶解形成均匀相液体，并进一步加水水解获得糖产物，此方法可达低温常压、快速、高产糖率且不须使用抗强酸腐蚀材质反应器的技术指标。[0010]为让本公开的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，作详细说明如下:
【具体实施方式】
[0011]本公开的一实施例，提供一种糖产物，包括一糖类混合物、一酸类化合物以及一盐类化合物。上述糖类混合物包括葡萄糖、木糖与还原糖，其于糖产物中的重量百分比大体介于2~15wt%。上述酸类化合物可包括甲酸，其于糖产物中的重量百分比大体介于6(T97wt%。上述盐类化合物可包括锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐，其于糖产物中的重量百分比大体介于I~50wt%。
[0012]本公开的一实施例，提供一种糖产物的制备方法，包括下列步骤。首先，混合甲酸(formic acid)与锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐或杂多酸，以形成一混合液。接着,加入一纤维素生质物至混合液中，以进行一溶解反应。之后，加入水至混合液中，以进行一水解反应，获得一糖产物。
[0013]上述甲酸于混合液中的重量百分比大体介于6(T97wt%。
[0014]上述锂的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比大体介于5~20wt%，或10~20wt%。
[0015]上述镁的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比大体介于l(T30wt%，或15~20wt%。
[0016]上述钙的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比大体介于12~40wt%，*12~30wt%。
[0017]上述锌的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比大体介于5~45wt%，或20~30wt%。
[0018]上述铁的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比大体介于l~50wt%，或5"l0wt%o
[0019]上述杂多酸可包括H3PW1204。、H4Siff12O40, H3PMo12O40 或 H4SiMo12O4tl,其于混合液中的重量百分比大体介于I~5wt%,或2~5wt%。
[0020]上述纤维素生质物可源自木、草、叶、水藻、废纸、玉米杆、玉米芯、稻杆、稻壳、麦杆、蔗渣、竹或农作物秸梗。上述纤维素生质物可包括木质纤维素、木质半纤维素或木质素，其于混合液中的重量百分比大体介于I~20wt%，或5~15wt%。
[0021]上述溶解反应的温度大体介于4(T90°C或5(T70°C，时间大体介于20-360分钟或30~120分钟。
[0022]上述水解反应中，水的添加量大于纤维素生质物水解为单糖的总摩尔当量。
[0023]上述水解反应的温度大体介于5(Tl50°C或6(Tl05°C，时间大体介于3(Tl80分钟或3(Tl20分钟。
[0024]由上述方法所制备的糖产物可包括一糖类混合物、一酸类化合物与一盐类化合物。上述糖类混合物可包括葡萄糖、木糖与还原糖，其于糖产物中的重量百分比大体介于2^15wt%0上述酸类化合物可包括甲酸，其于糖产物中的重量百分比大体介于6(T97wt%。上述盐类化合物可包括锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐，其于糖产物中的重量百分比大体介于l~50wt%。在一实施例中，还包括对上述糖产物进行萃取、蒸懼或离子排斥色谱法(ion-exclusion chromatography),以移除酸类化合物与盐类化合物,此时,糖类混合物于糖产物中的重量百分比可提升至大体45飞Owt%，而酸类化合物与盐类化合物于糖产物中的残留量可下降至小于0.01飞wt%，其余为水分。
[0025]本公开将甲酸(弱酸)与锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐混合作为溶剂，其具有低温(<90°C )快速(〈6小时)溶解纤维素形成均匀相液体的特性。本公开在4(T150°C且不需添加如盐酸或硫酸等无机强酸催化剂情况下，将纤维素溶解形成均匀相液体，并进一步加水水解获得糖产物，此方法可达低温常压、快速、高产糖率且不须使用抗强酸腐蚀材质反应器的技术指标。
[0026]【实施例】
[0027]【实施例1-1】
[0028]首先，混合甲酸(formic acid)与氯化锌(ZnC12)并加热之，以形成一混合液(甲酸 60wt%，氯化锌 40wt%)。接着，加入 Avicel?纤维素(Sigma 公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicel?纤维素15wt%)，以进行一溶解反应(温度50°C，时间20分钟)，形成黄色均匀相透明液体，如表1所载。
[0029]【实施例1-2】
[0030]首先，混合甲酸(formic acid)与氯化锌(ZnCl2)并加热之，以形成一混合液(甲酸60wt%，氯化锌40wt%)。接着，加入α -纤维素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纤维素15wt%)，以进行一溶解反应(温度50°C，时间20分钟)，形成琥珀色均匀相透明液体，如表1所载。
[0031]【实施例1-3】
[0032]首先，混合甲酸(formic acid)与氯化钙(CaCl2)并加热之，以形成一混合液(甲酸 75wt%，氯化钙 25wt%)。接着，加入Avicel?纤维素(Sigma 公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicel?纤维素6wt%)，以进行一溶解反应(温度65°C，时间90分钟)，形成黄色均匀相透明液体，如表1所载。
[0033]【实施例1-4】
[0034]首先，混合甲酸(formic acid)与氯化钙(CaC12)并加热之，以形成一混合液(甲酸75wt%，氯化钙25wt%)。接着，加入α -纤维素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纤维素6wt%)，以进行一溶解反应(温度65°C，时间90分钟)，形成琥珀色均匀相透明液体，如表I所载。
[0035]【实施例1-5】
[0036]首先，混合甲酸(formic acid)与氯化镁(MgC12)并加热之，以形成一混合液(甲酸 80wt%，氯化镁 20wt%)。接着，加入Avicel?纤维素(Sigma 公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicel'?纤维素5wt%)，以进行一溶解反应(温度65°C，时间120分钟)，形成琥珀色均匀相透明液体，如表1所载。
[0037]【实施例1-6】
[0038]首先，混合甲酸(formic acid)与氯化镁(MgCl2)并加热之，以形成一混合液(甲酸80wt%，氯化镁20wt%)。接着，加入α -纤维素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纤维素5wt%)，以进行一溶解反应(温度65°C，时间120分钟)，形成琥珀色均匀相透明液体，如表1所载。
[0039]表1
[0040]
【权利要求】
1.一种糖产物，包括: 一糖类混合物，包括葡萄糖、木糖与还原糖，其重量百分比介于2~15wt% ； 一酸类化合物，其重量百分比介于6(T97wt% ;以及 一盐类化合物，其重量百分比介于f50wt%。
2.如权利要求1所述的糖产物，其中所述酸类化合物为甲酸。
3.如权利要求1所述的糖产物，其中所述盐类化合物为锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐。
4.一种糖产物的制备方法，包括: 混合甲酸与锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐或杂多酸，以形成一混合液； 加入一纤维素生质物至所述混合液中，以进行一溶解反应；以及 加入水至所述混合液中，以进行一水解反应，获得一糖产物。
5.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述甲酸于混合液中的重量百分比介于 60~99wt%。
6.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述锂的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比介于5~20wt%。
7.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述镁的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比介于10~30wt%。
8.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述钙的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比介于12~40wt%。
9.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述锌的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比介于5~45wt%。
10.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述铁的氯化盐或溴化盐于混合液中的重量百分比介于I~50wt%。
11.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述杂多酸为H3PW1204(1、H4Siff12O40,H3PMo12O40 或 H4SiMo12O4015
12.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述杂多酸于混合液中的重量百分比介于I~5wt%。
13.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述纤维素生质物为木质纤维素、木质半纤维素或木质素。
14.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述纤维素生质物于混合液中的重量百分比介于I~20wt%。
15.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述纤维素生质物源自木、草、叶、水藻、废纸、玉米杆、玉米芯、稻杆、稻壳、麦杆、蔗渣、竹或农作物秸梗。
16.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述溶解反应的温度介于4(T90°C。
17.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述溶解反应的时间介于20-360分钟。
18.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述水的添加量大于所述纤维素生质物水解为单糖的总摩尔当量。
19.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述水解反应的温度介于5(T150°C。
20.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述水解反应的时间介于3(Tl80分钟。
21.如权利要求4所述的糖产物的制备方法，其中所述糖产物包括一糖类混合物、一酸类化合物与一盐类化合物。
22.如权利要求21所述的糖产物的制备方法，其中所述糖类混合物包括葡萄糖、木糖与还原糖。
23.如权利要求21所述的糖产物的制备方法，其中所述糖类混合物于所述糖产物中的重量百分比介于2~15wt%。
24.如权利要求21所述的糖产物的制备方法，其中所述盐类化合物为锂、镁、钙、锌或铁的氯化盐或溴化盐。
25.如权利要求21所述的糖产物的制备方法，其中所述盐类化合物于所述糖产物中的重量百分比介于I~50wt%。
26.如权利要求21所述的糖产物的制备方法，还包括对所述糖产物进行萃取、蒸馏或离子排斥色谱法，以移除酸类化合物与盐类化合物。
27.如权利要求26所述的糖产物的制备方法，其中所述糖类混合物于所述糖产物中的重量百分比介于45~60wt%。
28.如权利 要求26所述的糖产物的制备方法，其中所述酸类化合物与所述盐类化合物于所述糖产物中的残留量小于0.01~5--%ο
【文档编号】C13K1/02GK103710471SQ201310032310
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年1月28日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】施瑞虎, 陈嘉元, 林惠聪, 李宏台, 万皓鹏, 洪伟钧 申请人:财团法人工业技术研究院