本發(fā)明涉及木糖酸生產(chǎn)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種木糖酸的合成方法。

背景技術(shù)：

木糖酸是近年出現(xiàn)的一種新化工產(chǎn)品，能夠有效調(diào)節(jié)維生素c在體內(nèi)的有效循環(huán)與代謝，可以作為植物生長的調(diào)節(jié)劑和水產(chǎn)養(yǎng)殖的添加劑使用，還可作為水泥粘結(jié)劑等。

目前，木糖酸的合成由木糖氧化得到，主要方法有碘氧化法、鈀氧化法、生物催化氧化法。

thedevelopmentofcementandconcreteadditive文獻重點介紹了鈀氧化法和微生物氧化法，由于重金屬價格昂貴、環(huán)境污染大、反應(yīng)條件苛刻，天然菌株培養(yǎng)周期長、培養(yǎng)條件苛刻，限制了其大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用。

申請?zhí)枮?01210191920.7公開了一種全細胞高效催化木糖轉(zhuǎn)化制取木糖酸(鹽)的方法，以及申請?zhí)枮?01210539717.4公開了一種生物法合成木糖酸的方法，這兩篇專利文獻重點講述了基因工程手段構(gòu)建工程菌進行生物合成木糖酸，由于分子實驗具有一些不確定性，且費用較高，使其無法大規(guī)模生產(chǎn)。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種木糖酸的合成方法，催化劑使用活性炭，比傳統(tǒng)重金屬成本低且不會失活，可重復(fù)使用；氧氣氧化反應(yīng)速度快，效 率高，得到的木糖酸晶體的純度為99％以上；有效地降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約資源提高效益。

為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：

一種木糖酸的合成方法，以d-木糖溶液作為反應(yīng)液，活性炭作為催化劑，通入氧氣，并調(diào)節(jié)反應(yīng)液ph至8-10，進行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，經(jīng)分離純化得到木糖酸。

本發(fā)明提供的一種木糖酸的合成方法，是以木糖為原料，活性炭作為催化劑，在ph為8-10時，經(jīng)過氧氣氧化后分離純化得到木糖酸。本發(fā)明的催化劑使用活性炭，比傳統(tǒng)重金屬成本低且不會失活，可重復(fù)使用；氧氣氧化反應(yīng)速度快，效率高；從而有效地降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約資源提高效益。

經(jīng)驗證，在一定溫度條件下更利于氧氣對木糖的氧化，優(yōu)選地，所述反應(yīng)的溫度為35-60℃，優(yōu)選為45-55℃，更優(yōu)選為48-50℃。

為了防止其他難處理的成分生成，且達到很好的調(diào)節(jié)ph效果，優(yōu)選地，采用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)反應(yīng)液的ph。

為了便于調(diào)節(jié)反應(yīng)液的ph值，為木糖的氧化反應(yīng)提供良好的反應(yīng)環(huán)境，優(yōu)選地，所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為10％-40％。

更優(yōu)選地，所述氫氧化鈉溶液的質(zhì)量濃度為20％-30％。

反應(yīng)液ph在8-10能夠達到氧氣氧化木糖的效果，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)液ph為9.2-9.8能夠進一步提高木糖的氧化效率，優(yōu)選地，調(diào)節(jié)所述反應(yīng)液ph至9.2-9.8。

一定濃度的木糖溶液為木糖的氧化反應(yīng)提供良好的環(huán)境。優(yōu)選地，所述d-木糖溶液的質(zhì)量濃度為5％-40％。

為了使木糖更充分的反應(yīng)，更優(yōu)選地，所述d-木糖溶液的質(zhì)量濃度為 15％-25％。

為了更充分地發(fā)揮活性炭的催化性能，優(yōu)選地，所述活性炭的粒徑不小于100目。一般地，試驗在四口燒瓶中進行時，通入的氧氣見到咕嚕咕嚕冒泡即可；在反應(yīng)釜中進行反應(yīng)的時候，通入氧氣時，使反應(yīng)釜的壓力為0.1mpa左右，不超過0.2mpa。

為了更利于氧氣的氧化反應(yīng)，優(yōu)選地，所述氧氣為高純液氧。

為了增加氧氣在反應(yīng)液中的溶解度，并且使氧氣較為均一的分布，優(yōu)選地，通入氧氣時攪拌。攪拌可以采用人工攪拌或者是機械攪拌。

優(yōu)選地，所述活性炭的添加量為d-木糖重量的0.5倍以上?；钚蕴孔鳛榇呋瘎?，一般活性炭的添加量為d-木糖重量的0.5倍以上即可達到較好的催化效果。

為了充分的將木糖催化，更優(yōu)選地，所述活性炭的添加量為d-木糖重量的1-1.5倍。其中，活性炭的添加量為d-木糖重量的1倍最為經(jīng)濟。

優(yōu)選地，反應(yīng)時間為4h以上，優(yōu)選為5-8h，更優(yōu)選為5-6h。經(jīng)試驗驗證，反應(yīng)4h以上，木糖已被大部分氧化，隨著時間的延長，木糖被更充分的氧化，一般條件合適的話，反應(yīng)時間6h，木糖的轉(zhuǎn)化率為80％以上。

上述反應(yīng)生成的是含有木糖酸的溶液，若得到純的木糖酸，還需要進一步地分離純化，分離純化采用一般的方法進行即可得到木糖酸。

優(yōu)選地，所述分離純化為：先采用732陽離子交換樹脂進行處理，得到木糖酸溶液；

然后將所述木糖酸溶液進行結(jié)晶，得到木糖酸。

進一步地，所述結(jié)晶為：將所述木糖酸溶液用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮到質(zhì)量分數(shù)為65％-75％，加入晶種，溫度控制在45-50℃進行結(jié)晶20-28h。

本發(fā)明提供的木糖酸的合成方法，生成的木糖酸溶液經(jīng)結(jié)晶，得到的 木糖酸晶體的純度為99％以上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)本發(fā)明提供的木糖酸的合成方法，以木糖溶液為原料，以活性炭作為催化劑，經(jīng)過氧氣氧化后分離純化而得；催化劑使用活性炭，比傳統(tǒng)重金屬成本低且不會失活，可重復(fù)使用；氧氣氧化反應(yīng)速度快，效率高；從而有效地降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約資源提高效益。

(2)本發(fā)明還限定了反應(yīng)的溫度和d-木糖溶液的濃度，以使木糖更好的被氧化，生成木糖酸。

(3)本發(fā)明還限定了活性炭的添加量和反應(yīng)的時間，以使木糖充分氧化，生成木糖酸。

(4)本發(fā)明還限定了后續(xù)分離純化的步驟，以高效得到木糖酸晶體；本發(fā)明提供的木糖酸的合成方法，生成的木糖酸溶液經(jīng)結(jié)晶，得到的木糖酸晶體的純度99％以上。

具體實施方式

下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。

實施例1

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖30.51g，用水定容至150g；

混勻后加入活性炭45.76g，攪拌下通入氧氣，油浴控溫48-50℃，用質(zhì)量濃度為25％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液ph在9.5-9.8；

反應(yīng)6h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為3.8％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為81.32％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測木糖酸溶液，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為15.32％。

實施例2

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖30.30g，用水定容至150g；

混勻后加入顆粒狀活性炭30.30g，攪拌下通入氧氣，油浴控溫45-48℃，用質(zhì)量濃度為25％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液ph在9.5-9.8；

反應(yīng)6h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為5.8％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為71.29％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為12.18％。

實施例3

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖46.05g，用水定容至150g；

混勻后加入顆粒狀活性炭69.08g，攪拌下通入氧氣，油浴控溫48-50℃，用質(zhì)量濃度為25％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在9.2-9.5；

反應(yīng)6h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為4.3％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為85.99％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得 到木糖酸含量為25.3％。

實施例4

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖5g，用水定容至100g；

混勻后加入活性炭10g，攪拌下通入高純液氧，油浴控溫35-40℃，用質(zhì)量濃度為10％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在8.0-8.5；

反應(yīng)10h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為1.6％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為68％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為3.2％。

實施例5

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖15g，用水定容至100g；

混勻后加入活性炭22.5g，攪拌下通入高純液氧，油浴控溫40-45℃，用質(zhì)量濃度為15％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在8.5-9.0；

反應(yīng)8h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為3.3％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為78％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為10.8％。

實施例6

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

400ml四口燒瓶中加入d-木糖50g，用水定容至200g；

混勻后加入活性炭50g，攪拌下通入氧氣，油浴控溫48-50℃，用質(zhì)量濃度為20％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在9.0-9.2；

反應(yīng)6h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為4.5％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為82％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為19.8％。

實施例7

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖40g，用水定容至100g；

混勻后加入顆粒狀活性炭60g，攪拌下通入高純液氧，油浴控溫50-52℃，用質(zhì)量濃度為40％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在9.2-9.5；

反應(yīng)8h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為7.58％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為81.05％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為29.84％。

實施例8

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖20g，用水定容至100g；

混勻后加入顆粒狀活性炭40g，攪拌下通入氧氣，油浴控溫45-48℃，用質(zhì)量濃度為30％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在9.2-9.5；

反應(yīng)5h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為3.5％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為82.5％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為15.35％。

實施例9

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖25g，用水定容至100g；

混勻后加入顆粒狀活性炭25g，攪拌下通入高純液氧，油浴控溫45-48℃，用質(zhì)量濃度為30％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在8.5-9.0；

反應(yīng)7h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為5.0％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為80％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為18.75％。

實施例10

一種木糖酸的合成方法，包括以下步驟：

250ml四口燒瓶中加入d-木糖22g，用水定容至100g；

混勻后加入顆粒狀活性炭44g，攪拌下通入高純液氧，油浴控溫40-45℃，用質(zhì)量濃度為25％的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)ph在9.5-10；

反應(yīng)5h后，過濾活性炭，得到的液體采用高效液相色譜法測定其中的木糖含量，測得溶液中木糖含量為5.5％，計算木糖轉(zhuǎn)化率為75％；

過濾得到的木糖酸鈉溶液通過732陽離子交換樹脂，得到木糖酸溶液；

用色譜柱ailtechc18檢測，大約在10min處出峰，與標準品對比得到木糖酸含量為15.23％。

實施例1-10中，測定木糖含量的高效液相色譜條件為：色譜柱sp0810 (8.0mm×300mm，7μm)，流動相為超純水，流速0.7ml/min，進樣量10μl，柱溫80℃；測定木糖酸溶液的高效液相色譜條件均為：色譜柱ailtechc18(4.6mm×250mm，5μm)，流動相為30％的甲醇和0.04mol/l磷酸二氫鉀溶液，ph3.6(磷酸調(diào)節(jié))，流速0.7ml/min，檢測波長為215nm，進樣量20μl，柱溫為室溫。

實施例1-10制得的木糖酸溶液根據(jù)溶液的情況進行結(jié)晶，一般將木糖酸溶液先用真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮到質(zhì)量分數(shù)為65％-75％，加入晶種，溫度控制在45-50℃進行結(jié)晶20-28h，即可得到木糖酸。

本發(fā)明采用傳統(tǒng)的化學法催化氧化木糖生產(chǎn)木糖酸，是以木糖溶液為原料，以活性炭作為催化劑，經(jīng)過氧氣氧化后分離純化得到木糖酸晶體，木糖酸晶體的純度為99％以上。本發(fā)明的催化劑使用活性炭，比傳統(tǒng)重金屬成本低且不會失活，可重復(fù)使用；氧氣氧化反應(yīng)速度快，效率高；從而有效地降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約資源提高效益。

盡管已用具體實施例來說明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識到，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有這些變化和修改。