专利名称：一种利用葡萄糖制取甘露醇的方法
技术领域：
本发明涉及一种六元醇的制备方法，具体地说是一种以葡萄糖为原料制取甘露醇的方法。
背景技术：
现有技术中，甘露醇可以通过甘露糖或果糖加氢制得。而将葡萄糖转化为甘露糖(利用钼酸盐为催化剂)的工艺方法在20世纪70年代就有报道(Chem.Zvesti.，26，P183-186(1972))。美国专利4173514公开了一种以钼酸盐为催化剂，利用葡萄糖制备甘露醇的方法。其制备包括以下步骤葡萄糖先经钼酸盐催化产生甘露糖，剩余葡萄糖经葡萄糖异构酶作用，部分生成果糖，将上述混合溶液加氢，可得到含甘露醇的混合醇溶液。但是，该方法制备甘露醇，其收率很低，仅为40-42％。
中国专利ZL97106616.7公开了一种D-甘露醇的制备方法D-葡萄糖先以钼酸盐为催化剂，部分转化为D-甘露糖，所得混合糖液通过固定化葡萄糖异构酶柱床，生成甘露糖、果糖和葡萄糖的混合液，所得混合液采用固定床或连续色谱进行分离，分别得到富含甘露糖和果糖的组分和富含葡萄糖的组分。将富含葡萄糖的组分再经固定化葡萄糖异构化酶柱床重新异构化。而将富含甘露糖和果糖的组分经浓缩、高压加氢后得混合醇，再经精制、浓缩、结晶后分离出甘露醇。该方法较之美国专利4173514的实质，是增加了色谱分离步骤，将分离所得葡萄糖重新异构，以提高甘露醇的收率。但是，进行色谱分离后，所得溶液总干物质浓度较低。由此导致后续工艺中不得不增加蒸发浓缩的步骤。如此，不仅使工艺复杂，成本升高；而且在工业生产中，利用色谱分离技术进行分离时，还要经常利用酸、碱、氯化钙等化学试剂对所用树脂进行转型，由此增加了三废的排放，不利于环境保护。另外，在进行工业化生产时，随着生产的进行，树脂中的钙不断丢失，因此，分离效果会随着树脂的不断再生而有较大的波动，不利于生产中工艺条件的控制。
发明内容
本发明的目的就是提供一种工艺简单、适合工业化生产的、以葡萄糖为原料制取甘露醇的方法。
本发明利用葡萄糖制取甘露醇的方法的工艺步骤为1、葡萄糖溶液在酸性条件下，温度60-160℃下，以钼酸盐为催化剂，部分转化为甘露糖；2、向上述所得混合液加入葡萄糖晶种，使溶液中的部分葡萄糖结晶析出；3、通过葡萄糖异构酶柱将结晶析出后所得母液中剩余的葡萄糖部分转化为果糖，得到葡萄糖、甘露糖和果糖的混合液；4、将上述含葡萄糖、甘露糖和果糖的混合液加氢，制得含山梨醇和甘露醇的混合醇溶液，该混合液经结晶、精制得甘露醇晶体。
在本发明方法中，第一步是将葡萄糖溶液(浓度65-75％)用钼酸盐差向异构成葡萄糖和甘露糖混合液。甘露糖的转化率为29-31％。在现有技术中，由于其后续工艺是采用色谱分离，因此，葡萄糖的料液浓度只能控制在较低的范围内(重量百分比为40-50％)。而本发明由于是在后续工艺中采用结晶法对混合液中的葡萄糖进行分离，故不需对葡萄糖料液的浓度进行限制。因此，葡萄糖料液的浓度可高达65-75％，生产效率得以提高。
在本发明方法中，第二步是向前述所得混合液中加入葡萄糖晶种，使溶液中的葡萄糖结晶析出。所加入的葡萄糖晶种可以是干葡萄糖晶种，也可以是湿葡萄糖晶种。
在结晶过程中，晶种的加入量为混合液中干物质总重量的2-15％。其加入量超过15％，则造成溶液中的葡萄糖含量增高；其加入量低于2％，则影响结晶时的晶体生长速度。晶种加入量优选为9-12％。
结晶过程中，投入晶种时溶液温度的高低，也是影响结晶的一个重要因素。温度过低，则溶液本身已有结晶形成，所形成的晶体晶粒细小；温度过高，则会将晶种溶解，同样不利于结晶的正常进行。在本发明中投入晶种时，溶液温度的合适范围是36-43℃，优选温度是38-41℃。
结晶过程中的结晶温度，直接影响结晶的质量与速度。结晶温度过高，则溶液达不到饱和度要求，形不成饱和溶液，不易结晶；结晶温度过低，则所形成的晶体颗粒太小，不利于将来的分离。本发明中合适的结晶过程是在43℃至15℃范围内进行，优选是在41℃至20℃范围内进行。
结晶过程中，降温梯度为0.3-1.5℃/h。降温梯度的快慢，影响结晶的晶形、粒度。降温梯度过高，形成的晶粒太小，不易分离；降温梯度过低，则影响生产效率。结晶时间可在42-48小时之间，在此过程中，可按某一降温梯度值进行连续降温；也可按某一降温梯度值进行间断的分次降温，还可选择不同降温梯度值进行间断的分次降温，在两次降温之间可保温若干小时。
结晶过程中，结晶时的搅拌速度为0.5-10转/分。搅拌速度太快，容易打坏已形成的晶种；反之，则造成结晶溶液的温度分布不均，不利于结晶的进行。搅拌速度优选为0.5-5转/分。
经本结晶步骤后，在葡萄糖和甘露糖混合液中会有部分葡萄糖结晶析出。在析出后的母液中，葡萄糖组分将由初始的约69-71％降到64-65％，而甘露糖含量则由初始的约29-31％提高到34-41％，溶液浓度可达60-65％。
本发明方法的第三步是将上步葡萄糖结晶分离后所得母液通过葡萄糖异构酶柱的作用，将剩余的葡萄糖部分转化为果糖，所得混合液中葡萄糖组分占32.4-37.2％，果糖组分占26.6-28.8％，甘露糖组分占34-41％。该溶液浓度为55-58％。
本发明方法的第四步是将上述所得混合溶液在镍催化剂存在的情况下氢化后，经常规方式精制，得混合醇溶液。混合醇溶液中含甘露醇48.4％-53.8％，山梨醇44.7％-50.7％。该技术为已知技术，但现有技术中，进行氢化前，需将混合液蒸发浓缩，使其浓度浓缩至含干物质达20-30％之间时，方可进行氢化。而本发明方法则省去了该蒸发浓缩工序。
由上述可见，由于本发明制备方法，是采用结晶法从葡萄糖和甘露糖混合溶液中先分离出部分葡萄糖，使溶液中的葡萄糖含量降低，甘露糖含量升高，所得母液度为60-65％。所得溶液经葡萄糖异构酶的作用后所得的混合液浓度可达55-58％，再经催化加氢得甘露醇混合溶液。本发明方法不使用色谱分离技术，避免了现有技术中采用色谱分离造成的物料浓度偏低的缺陷。在实际生产中，物料得以保持在较高的浓度范围内，由此，提高了设备使用效率和生产效率。另外，该方法省去了蒸发浓缩工序，在工业化生产中，不用购置蒸发设备，可降低固定资产投资。而在实际生产中，省去蒸发浓缩工序，则起到简化工艺，降低生产成本，降低能源消耗的作用。在本发明中，结晶分离法属物理分离方法，所使用的结晶分离设备可采用普通的化工分离设备，因而便于实现工业化生产。而且在结晶分离过程中，无须使用化学试剂和树脂等物质，从而减少了生产过程中三废量的排放，有利于环境保护。另外，本发明中所使用的结晶分离工序，不会出现在原有色谱分离中，随着钙的丢失造成分离效果下降的问题，在工业化生产时分离效果可以长时间地保持稳定，从而利于在生产过程中对工艺条件的控制。
具体实施例方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1在一个500ml反应瓶中加入300ml的浓度为69％的葡萄糖溶液，向溶液中按葡萄糖干物质重量的0.25％加入钼酸铵，待其溶解后，用30％的盐酸将溶液PH值调至4.0，加热至105℃，保温2小时进行差向异构。取样以高效液相色谱仪(岛津RID-10A)检测，甘露糖组分占30.7％，葡萄糖的组分占69.3％。
将所得溶液加入到500ml烧杯中，烧杯放于TDA-8002型调温水浴槽，利用D-7401无级调速电动搅拌器进行搅拌，搅拌速度为8转/分。待温度降至43℃时，向溶液中投入占混合液中干物质总重量2％的干葡萄糖晶种(石家庄市华营葡萄糖厂生产)，再将溶液温度以0.5℃/h的梯度降温结晶。结晶42小时后，将所得葡萄糖晶体采用真空过滤方式，将结晶物滤出，结晶母液中甘露糖组分占40.9％，母液中的总糖的回收率为44％。将该母液通过一个50ml葡萄糖异构酶柱(诺和诺得公司生产)异构，得到甘露糖组分占40％、果糖组分占27.5％、葡萄糖组分占32.5％的混合溶液，溶液浓度为55％。将该溶液加入到实验用高压反应釜(GSH-3)中，按溶液重量的10％加入雷尼镍催化剂，将压力调至6MPa，在145℃下，加氢110分钟后，经常规方式精制，得混合醇溶液。将混合醇溶液取样，用高效液相色谱仪检测，其中甘露醇占53.8％，山梨醇占45.2％。该混合液经结晶、精制即得甘露醇晶体。
实施例2按实施例1所示方法，将浓度为71.7％的300ml葡萄糖溶液，差向异构成葡萄糖、甘露糖混合溶液。其中甘露糖组分占30.4％、葡萄糖组分占69.6％。将所得溶液加入到500ml烧杯中，烧杯放于调温水浴槽中，用无级调速电动搅拌器进行搅拌，搅拌速度为2转/分。待温度降至36℃，向溶液中投入4％的干葡萄糖晶种，恒温保持4小时。再将溶液温度以0.4℃/h的梯度降温结晶。结晶48小时后，将所得葡萄糖晶体采用真空过滤方式，滤出结晶物。结晶母液中甘露糖组分占37.6％，母液中的总糖的回收率为57％。将该母液通过一个50ml葡萄糖异构酶柱(诺和诺得公司生产)异构，得到甘露糖组分占37％、果糖组分占28.4％、葡萄糖组分占34.6％的混合溶液。按实施例1的方法催化加氢、精制，得混合醇溶液。所得混合醇溶液中甘露醇占51.2％，山梨醇占47.6％。该混合液经结晶、精制即得甘露醇晶体。
实施例3按实施例1所示方法，将浓度为72％的300ml葡萄糖溶液，差向异构成葡萄糖、甘露糖混合溶液。其中甘露糖组分占29.3％、葡萄糖组分占70.7％。将所得溶液加入到500ml烧杯中，烧杯放于调温水浴槽中，用无级调速电动搅拌器进行搅拌，搅拌速度为5转/分。待温度降至38℃，向溶液中投入10％的湿葡萄糖晶种(石家庄市华兴医药化工厂产)，恒温保持4小时。再将溶液温度以0.5℃/h的梯度降温结晶。结晶42小时后，将所得葡萄糖晶体采用真空过滤方式，滤出结晶物。结晶母液中甘露糖组分占36.2％，母液中的总糖的回收率为63％。按实施例1的方法异构、催化加氢、精制，得混合醇溶液。所得混合醇溶液中甘露醇占50％，山梨醇占49.1％。该混合液经结晶、精制即得甘露醇晶体。
实施例4按实施例1所示方法，将浓度为73％的300ml葡萄糖溶液，差向异构成葡萄糖、甘露糖混合溶液。其中甘露糖组分占30.8％、葡萄糖组分占69.2％。将所得溶液加入到500ml烧杯中，烧杯放于调温水浴槽中，用无级调速电动搅拌器进行搅拌，搅拌速度为0.5转/分。待温度降至40℃，向溶液中投入5％的干葡萄糖晶种，恒温保持4小时。再将溶液温度以1.3℃/h的梯度降温结晶。5小时后保温8小时。然后再以1.3℃/h的梯度降温，5小时后，保温6小时。然后再以1.3℃/h的梯度降温7小时，然后保温11小时。将所得葡萄糖晶体采用真空过滤方式，滤出结晶物。结晶母液中甘露糖组分占35.2％，母液中的总糖的回收率为73％。按实施例1的方法异构、催化加氢、精制，得混合醇溶液。所得混合醇溶液中甘露醇占49.6％，山梨醇占49.5％。该混合液经结晶、精制即得甘露醇晶体。
权利要求
1.一种利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于该方法的工艺步骤为(1)葡萄糖溶液在酸性条件下，温度60-160℃下，以钼酸盐为催化剂，部分转化为甘露糖；(2)向上述所得混合液加入葡萄糖晶种，使溶液中的部分葡萄糖结晶析出；(3)通过葡萄糖异构酶柱将结晶析出后所得母液中剩余的葡萄糖部分转化为果糖，得到葡萄糖、甘露糖和果糖的混合液；(4)将上述含葡萄糖、甘露糖和果糖的混合液加氢，制得含山梨醇和甘露醇的混合醇溶液，该混合液经结晶、精制得甘露醇晶体。
2.根据权利要求1所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于加入的葡萄糖晶种可以是干葡萄糖晶种，也可以是湿葡萄糖晶种。
3.根据权利要求2所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于晶种加入量为混合液中干物质总重量的2-15％(百分比)。
4.根据权利要求3所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于晶种加入量优选为9-12％。
5.根据权利要求1所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于结晶过程中投入晶种时的溶液温度为36-43℃。
6.根据权利要求5所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于结晶过程中投入晶种时的溶液温度优选为38-41℃。
7.根据权利要求1所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于结晶过程是在43℃至15℃范围内进行，降温梯度为0.3-1.5℃/h，结晶时间为42-48小时。
8.根据权利要求7所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于结晶过程优选是在41℃至20℃范围内进行，降温梯度为0.4-0.8℃/h。
9.根据权利要求1所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于结晶时搅拌速度为0.5-10转/分。
10.根据权利要求9所述的利用葡萄糖制取甘露醇的方法，其特征在于结晶时搅拌速度优选为0.5-5转/分。
全文摘要
本发明是一种以葡萄糖为原料制取甘露醇的方法。工艺步骤为葡萄糖溶液在酸性条件下，温度60－160℃下，以钼酸盐为催化剂，部分转化为甘露糖；向上述所得混合液加入葡萄糖晶种，使溶液中的部分葡萄糖结晶析出；通过葡萄糖异构酶柱将结晶析出后所得母液中剩余的葡萄糖部分转化为果糖，得到葡萄糖、甘露糖和果糖的混合液；将上述含葡萄糖、甘露糖和果糖的混合液加氢，制得含山梨醇和甘露醇的混合醇溶液，该混合液经结晶、精制得甘露醇晶体。本发明方法不使用色谱分离技术，物料得以保持在较高的浓度范围内，省去了蒸发浓缩工序，可降低固定资产投资，简化工艺，降低生产成本，降低能源消耗的作用。而且结晶属物理分离，无三废排放。
文档编号C07C31/26GK1524837SQ0314329
公开日2004年9月1日 申请日期2003年9月17日 优先权日2003年9月17日
发明者容文谦 申请人:谭卫星