[发明专利]一种果糖的化学制备方法

说明书

本发明涉及一种果糖的化学制备方法，是将葡萄糖加入到醇溶剂中，并加入催化剂进行反应，所述催化剂为Al‑TUD‑1；反应后进行冷却，之后加水进行反应，反应完成后分离出催化剂，制得含果糖产物。本发明方法不仅具有果糖收率高、催化剂易分离回收和可重复利用等特点，而且对反应过程中生成的有色杂质具有良好的脱除效果。

技术领域

本发明属于果糖制备领域，具体涉及一种果糖的化学制备方法。

背景技术

果糖（fructose）为五羟基-2-己酮糖，与葡萄糖互为异构体，熔点为103-105℃，白色晶体。果糖在人体内的代谢比葡萄糖快，容易被机体吸收，且不依赖胰岛素，因此果糖是糖尿病人、肥胖病人、儿童食品的理想甜味剂；另外，果糖作为糖类中化学活性最高的糖，能高效制备5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸等平台化学品。

目前工业上果糖的大规模生产主要是生物酶法，葡萄糖在异构化酶（GI）作用下转化为果糖含量42%的果葡糖浆，然后经分离、结晶得到果糖，但也存在以下不足：葡萄糖异构化酶的价格较为昂贵且易失活、葡萄糖的纯度要求较高、生产工艺条件要求较为苛刻、生产周期较长。化学法由于成本低、易操作等优点，已成为现阶段葡萄糖异构化的重要研究方向。但是常用的NaOH、NaAlO₂、吡啶、三乙胺等碱催化剂或AlCl₃、CrCl₃等Lewis酸催化剂存在着腐蚀性较强、催化剂与反应体系难分离等问题。另外，在化学催化过程中果糖容易受热分解发生焦糖化反应生成一定量的有色杂质，在后续的果糖纯化阶段需要增加脱色工艺，从而增加了生产成本。

专利CN106336437A公开了一种由葡萄糖制取果糖的方法，该方法为：在酸催化剂和低碳醇的存在下，将葡萄糖在高压密闭环境中进行异构化反应以制得果糖；其中，酸催化剂选自钨盐、铝盐、铬盐、磷钨酸和硅钨酸中的一种或多种。该方法条件温和、工序简单且转化效率高，但是存在催化剂与反应体系难分离和设备腐蚀等问题，而且在化学催化过程中焦糖化反应的有色杂质影响产物质量。

专利CN106632522A公开了一种碱性离子液体催化葡萄糖异构制备果糖的方法。该方法以碱性离子液体和葡萄糖为原料，加入水为溶剂；葡萄糖在体系中浓度为0.1-1mol/L；离子液体催化剂对葡萄糖浓度为10-30mol%；反应温度为70-120℃；反应时间为10-60min；所得葡萄糖转化率为47-59%，果糖收率为35-37%。所述离子液体催化剂为由阳离子和阴离子构成的碱性功能化离子液体；所述阳离子为烷基取代咪唑、季铵或烷基取代吗啡啉；阴离子为羧酸根、氢氧根、碳酸根或脯氨酸根。该发明离子液体催化剂还具备“绿色性”和不挥发性，且可实现循环实验，具有显著的环境友好优越性。但该方法同样存在催化剂与反应体系不能彻底分离的难点，且在化学催化过程中生成的有色杂质不能得到有效脱除。

专利CN104262416A公开了一种用化学方法催化葡萄糖异构为果糖的方法，将含有硝酸镁、硝酸铝以及硝酸锆（或硝酸锡或硝酸铜）的水溶液与NaOH和Na₂CO₃的水溶液混合，金属组分摩尔质量比为Mg:Al:M=3:1:1，M为Zr，Sn或Cu，pH为8-10，温度60℃，沉淀在母液中老化，再静态晶化后干燥，即得到三元金属类水滑石，再加入到葡萄糖溶液中反应，经过滤得到异构化糖液和固体催化剂，回收催化剂，滤液经真空旋蒸浓缩得到果糖浓缩液，反应原料按质量比为三元金属类水滑石：葡萄糖：溶剂水=（1-4）：（1-10）：40，果糖得率为6.7%-29.4%。该方法的优点是催化剂易与反应体系分离且可重复利用，但存在水滑石催化剂会被反应过程中生成的乙酰丙酸等酸性副产物腐蚀、发生Mg金属流失等情况。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种果糖的化学制备方法。本发明采用醇/水两步反应并结合使用Al-TUD-1催化剂，具有果糖收率高、催化剂易分离回收和可重复利用等特点，而且对反应过程中生成的有色杂质具有良好的脱除效果。