糖產物及其制備方法
【專利摘要】本公開的一實施例，提供一種糖產物的制備方法，包括：混合甲酸與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液；加入一纖維素生質物至該混合液中，以進行一溶解反應；以及加入水至該混合液中，以進行一水解反應，獲得一糖產物。本公開另提供一種由上述方法所制備的糖產物。
【專利說明】糖產物及其制備方法
【技術領域】
[0001]本公開是涉及一種糖產物(Sugar products)及其制備方法，特別是涉及一種低溫、快速且高產率的糖產物及其制備方法。
【背景技術】
[0002]全世界正面臨石油蘊藏量漸被開采枯竭，與地球大氣溫室效應持續擴大的問題，為確保人類永續生存，逐漸減少使用化石能源與石油原料，開發新的可再生形式能源與原材料是世界潮流。
[0003]木質纖維素是生質物最主要成分，為地球上最豐富的有機物質。木質纖維素組成以纖維素、半纖維素及木質素為主，其比例依序約為:38~50%、23~32%及15~25%。纖維素水解后可生成葡萄糖，但由于纖維素分子間及分子內存在強烈氫鍵作用及范德華力，以及纖維素聚集態結構復雜，具有高結晶度，致化學藥劑難以進入纖維素分子內部發生解聚作用。水解纖維素的最主要方法為酶水解與傳統酸水解兩種，然，此兩種技術均存在諸多不完善之處，難以大規模應用。
[0004]一般而言，酶水解可于常溫下反應，水解副產物少，不會產生抑制糖發酵物質，可與發酵制程搭配整合，屬于環境友好方法。但，此種方法需復雜預處理制程、水解活性低、速度慢，且纖維素水解酶價格昂貴。
[0005]稀酸水解通常以相對便宜的硫酸為催化劑，但需在耐腐蝕的壓力容器中以高溫(大于200°C )進行操作，設備等級要求高；同時，稀酸水解溫度高，副產物多，糖產率低。濃酸水解可在較低溫度與常壓下進行，但，存在濃酸強烈腐蝕性、水解液后處理制程復雜、酸耗大、回收困難等問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種低溫常壓、快速、不須使用抗強酸腐蝕材質反應器、且產糖率高的糖產物的制備方法。
[0007]本公開的一實施例，提供一種糖產物，包括:一糖類混合物，其重量百分比介于2~15wt%，包括葡萄糖、木糖與還原糖；一酸類化合物，其重量百分比介于6(T97wt% ;以及一鹽類化合物，其重量百分比介于f50wt%。
[0008]本公開的一實施例，提供一種糖產物的制備方法，包括:混合甲酸與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液；加入一纖維素生質物至該混合液中，以進行一溶解反應；以及加入水至該混合液中，以進行一水解反應，獲得一糖產物。
[0009]本公開將甲酸(弱酸)與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽混合作為溶劑，其具有低溫(<90°C )快速(〈6小時)溶解纖維素形成均勻相液體的特性。本公開在4(T150°C且不需添加如鹽酸或硫酸等無機強酸催化劑情況下，將纖維素溶解形成均勻相液體，并進一步加水水解獲得糖產物，此方法可達低溫常壓、快速、高產糖率且不須使用抗強酸腐蝕材質反應器的技術指標。[0010]為讓本公開的上述目的、特征及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，作詳細說明如下:
【具體實施方式】
[0011]本公開的一實施例，提供一種糖產物，包括一糖類混合物、一酸類化合物以及一鹽類化合物。上述糖類混合物包括葡萄糖、木糖與還原糖，其于糖產物中的重量百分比大體介于2~15wt%。上述酸類化合物可包括甲酸，其于糖產物中的重量百分比大體介于6(T97wt%。上述鹽類化合物可包括鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽，其于糖產物中的重量百分比大體介于I~50wt%。
[0012]本公開的一實施例，提供一種糖產物的制備方法，包括下列步驟。首先，混合甲酸(formic acid)與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液。接著,加入一纖維素生質物至混合液中，以進行一溶解反應。之后，加入水至混合液中，以進行一水解反應，獲得一糖產物。
[0013]上述甲酸于混合液中的重量百分比大體介于6(T97wt%。
[0014]上述鋰的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比大體介于5~20wt%，或10~20wt%。
[0015]上述鎂的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比大體介于l(T30wt%，或15~20wt%。
[0016]上述鈣的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比大體介于12~40wt%，*12~30wt%。
[0017]上述鋅的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比大體介于5~45wt%，或20~30wt%。
[0018]上述鐵的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比大體介于l~50wt%，或5"l0wt%o
[0019]上述雜多酸可包括H3PW1204。、H4Siff12O40, H3PMo12O40 或 H4SiMo12O4tl,其于混合液中的重量百分比大體介于I~5wt%,或2~5wt%。
[0020]上述纖維素生質物可源自木、草、葉、水藻、廢紙、玉米桿、玉米芯、稻桿、稻殼、麥桿、蔗渣、竹或農作物秸梗。上述纖維素生質物可包括木質纖維素、木質半纖維素或木質素，其于混合液中的重量百分比大體介于I~20wt%，或5~15wt%。
[0021]上述溶解反應的溫度大體介于4(T90°C或5(T70°C，時間大體介于20-360分鐘或30~120分鐘。
[0022]上述水解反應中，水的添加量大于纖維素生質物水解為單糖的總摩爾當量。
[0023]上述水解反應的溫度大體介于5(Tl50°C或6(Tl05°C，時間大體介于3(Tl80分鐘或3(Tl20分鐘。
[0024]由上述方法所制備的糖產物可包括一糖類混合物、一酸類化合物與一鹽類化合物。上述糖類混合物可包括葡萄糖、木糖與還原糖，其于糖產物中的重量百分比大體介于2^15wt%0上述酸類化合物可包括甲酸，其于糖產物中的重量百分比大體介于6(T97wt%。上述鹽類化合物可包括鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽，其于糖產物中的重量百分比大體介于l~50wt%。在一實施例中，還包括對上述糖產物進行萃取、蒸懼或離子排斥色譜法(ion-exclusion chromatography),以移除酸類化合物與鹽類化合物,此時,糖類混合物于糖產物中的重量百分比可提升至大體45飛Owt%，而酸類化合物與鹽類化合物于糖產物中的殘留量可下降至小于0.01飛wt%，其余為水分。
[0025]本公開將甲酸(弱酸)與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽混合作為溶劑，其具有低溫(<90°C )快速(〈6小時)溶解纖維素形成均勻相液體的特性。本公開在4(T150°C且不需添加如鹽酸或硫酸等無機強酸催化劑情況下，將纖維素溶解形成均勻相液體，并進一步加水水解獲得糖產物，此方法可達低溫常壓、快速、高產糖率且不須使用抗強酸腐蝕材質反應器的技術指標。
[0026]【實施例】
[0027]【實施例1-1】
[0028]首先，混合甲酸(formic acid)與氯化鋅(ZnC12)并加熱之，以形成一混合液(甲酸 60wt%，氯化鋅 40wt%)。接著，加入 Avicel?纖維素(Sigma 公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicel?纖維素15wt%)，以進行一溶解反應(溫度50°C，時間20分鐘)，形成黃色均勻相透明液體，如表1所載。
[0029]【實施例1-2】
[0030]首先，混合甲酸(formic acid)與氯化鋅(ZnCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸60wt%，氯化鋅40wt%)。接著，加入α -纖維素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纖維素15wt%)，以進行一溶解反應(溫度50°C，時間20分鐘)，形成琥珀色均勻相透明液體，如表1所載。
[0031]【實施例1-3】
[0032]首先，混合甲酸(formic acid)與氯化鈣(CaCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸 75wt%，氯化鈣 25wt%)。接著，加入Avicel?纖維素(Sigma 公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicel?纖維素6wt%)，以進行一溶解反應(溫度65°C，時間90分鐘)，形成黃色均勻相透明液體，如表1所載。
[0033]【實施例1-4】
[0034]首先，混合甲酸(formic acid)與氯化鈣(CaC12)并加熱之，以形成一混合液(甲酸75wt%，氯化鈣25wt%)。接著，加入α -纖維素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纖維素6wt%)，以進行一溶解反應(溫度65°C，時間90分鐘)，形成琥珀色均勻相透明液體，如表I所載。
[0035]【實施例1-5】
[0036]首先，混合甲酸(formic acid)與氯化鎂(MgC12)并加熱之，以形成一混合液(甲酸 80wt%，氯化鎂 20wt%)。接著，加入Avicel?纖維素(Sigma 公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicel'?纖維素5wt%)，以進行一溶解反應(溫度65°C，時間120分鐘)，形成琥珀色均勻相透明液體，如表1所載。
[0037]【實施例1-6】
[0038]首先，混合甲酸(formic acid)與氯化鎂(MgCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸80wt%，氯化鎂20wt%)。接著，加入α -纖維素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纖維素5wt%)，以進行一溶解反應(溫度65°C，時間120分鐘)，形成琥珀色均勻相透明液體，如表1所載。
[0039]表1
[0040]
【權利要求】
1.一種糖產物，包括: 一糖類混合物，包括葡萄糖、木糖與還原糖，其重量百分比介于2~15wt% ； 一酸類化合物，其重量百分比介于6(T97wt% ;以及 一鹽類化合物，其重量百分比介于f50wt%。
2.如權利要求1所述的糖產物，其中所述酸類化合物為甲酸。
3.如權利要求1所述的糖產物，其中所述鹽類化合物為鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽。
4.一種糖產物的制備方法，包括: 混合甲酸與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液； 加入一纖維素生質物至所述混合液中，以進行一溶解反應；以及 加入水至所述混合液中，以進行一水解反應，獲得一糖產物。
5.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述甲酸于混合液中的重量百分比介于 60~99wt%。
6.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述鋰的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比介于5~20wt%。
7.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述鎂的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比介于10~30wt%。
8.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述鈣的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比介于12~40wt%。
9.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述鋅的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比介于5~45wt%。
10.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述鐵的氯化鹽或溴化鹽于混合液中的重量百分比介于I~50wt%。
11.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述雜多酸為H3PW1204(1、H4Siff12O40,H3PMo12O40 或 H4SiMo12O4015
12.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述雜多酸于混合液中的重量百分比介于I~5wt%。
13.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述纖維素生質物為木質纖維素、木質半纖維素或木質素。
14.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述纖維素生質物于混合液中的重量百分比介于I~20wt%。
15.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述纖維素生質物源自木、草、葉、水藻、廢紙、玉米桿、玉米芯、稻桿、稻殼、麥桿、蔗渣、竹或農作物秸梗。
16.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述溶解反應的溫度介于4(T90°C。
17.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述溶解反應的時間介于20-360分鐘。
18.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述水的添加量大于所述纖維素生質物水解為單糖的總摩爾當量。
19.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述水解反應的溫度介于5(T150°C。
20.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述水解反應的時間介于3(Tl80分鐘。
21.如權利要求4所述的糖產物的制備方法，其中所述糖產物包括一糖類混合物、一酸類化合物與一鹽類化合物。
22.如權利要求21所述的糖產物的制備方法，其中所述糖類混合物包括葡萄糖、木糖與還原糖。
23.如權利要求21所述的糖產物的制備方法，其中所述糖類混合物于所述糖產物中的重量百分比介于2~15wt%。
24.如權利要求21所述的糖產物的制備方法，其中所述鹽類化合物為鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽。
25.如權利要求21所述的糖產物的制備方法，其中所述鹽類化合物于所述糖產物中的重量百分比介于I~50wt%。
26.如權利要求21所述的糖產物的制備方法，還包括對所述糖產物進行萃取、蒸餾或離子排斥色譜法，以移除酸類化合物與鹽類化合物。
27.如權利要求26所述的糖產物的制備方法，其中所述糖類混合物于所述糖產物中的重量百分比介于45~60wt%。
28.如權利 要求26所述的糖產物的制備方法，其中所述酸類化合物與所述鹽類化合物于所述糖產物中的殘留量小于0.01~5--%ο
【文檔編號】C13K1/02GK103710471SQ201310032310
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年1月28日 優先權日:2012年9月28日
【發明者】施瑞虎, 陳嘉元, 林惠聰, 李宏臺, 萬皓鵬, 洪偉鈞 申請人:財團法人工業技術研究院