糖產物及其制備方法
【專利摘要】本發明的一實施例，提供一種糖產物及其制備方法，該制備方法包括：混合酸類化合物與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液；加入一纖維素生物質至該混合液中，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。本發明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]本發明是有關于一種糖產物的制備方法，特別是有關于一種低溫、快速且高產率的糖產物的制備方法。
【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]木質纖維素是生物質最主要成分，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%。木質纖維素可以水解方法生產葡萄糖與木糖等可發酵糖，以應用于發酵工藝轉換為生物乙醇或生物丁醇等生質燃料，或應用于產制丙二醇、味精、檸檬酸、乳酸、琥珀酸等的生質化工原料。但由于纖維素分子間及分子內存在強烈氫鍵作用及凡德瓦爾力，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，可與發酵工藝搭配整合，屬于環境友好方法。但，此種方法需復雜預處理工藝、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觸媒，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、水解液后處理工藝復雜、酸耗大、回收困難等問題。
【發明內容】
[0006]本發明的一實施例，提供一種糖產物，包括:一糖類混合物，所述糖類混合物的重量百分比介于2~15%(重量)，包括葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖與其寡聚糖；一酸類化合物，所述酸類化合物的重量百分比介于48~97%(重量)；以及一鹽類化合物，所述鹽類化合物的重量百分比介于I~50%(重量)。
[0007]本發明的一實施例，提供一種糖產物的制備方法，包括:混合甲酸或乙酸與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液；加入一纖維素生物質至該混合液中，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。
[0008]為讓本發明的上述目的、特征及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，并配合所附的圖式，作詳細說明如下。
【具體實施方式】[0009]本發明的一實施例，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、甘露糖、阿拉伯糖與它們的寡聚糖，所述糖類混合物于糖產物中的重量百分比大體介于2~15%(重量)。上述酸類化合物可包括甲酸或乙酸，所述酸類化合物于糖產物中的重量百分比大體介于48~97% (重量)。上述鹽類化合物可包括鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽，所述鹽類化合物于糖產物中的重量百分比大體介于I~50% (重量)。
[0010]本發明的一實施例，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)或乙酸與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液。加入一纖維素生物質(cellulosic biomass)至混合液中，以進行一溶解反應。加入水至混合液中，以進行一水解反應，獲得一糖產物。
[0011]上述甲酸于混合液中的重量百分比大體介于50~97%(重量)。
[0012]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5~20%(重量)，或10~20% (重量)。
[0013]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10~30%(重量)，或15~20% (重量)。
[0014]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12~40%(重量)，或12~30% (重量)。
[0015]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5~45% (重量),或20~30% (重量)。
[0016]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I~50% (重量)，或5~10% (重量)。
[0017]上述雜多酸可包括H3PW1204q、H4Siff12O40, H3PMo12O40 或 H4SiMo12O4tl,所述雜多酸于混合液中的重量百分比大體介于I~5%(重量)，或2~5%(重量)。
[0018]上述纖維素生物質可源自木、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。上述纖維素生物質可包括纖維素、半纖維素或木質素，所述纖維素生物質于混合液中的重量百分比大體介于I~20% (重量)，或5~15% (重量)。
[0019]上述溶解反應的溫度大體介于40~90°C或50~70°C，時間大體介于20~360分鐘或30~120分鐘。
[0020]上述水解反應中，水的添加量大于纖維素生物質水解為單糖的總摩爾當量。
[0021]上述水解反應的溫度大體介于50~150°C或60~105°C，時間大體介于30~180分鐘或30~120分鐘。
[0022]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、甘露糖、阿拉伯糖與其寡聚糖，所述糖類混合物于糖產物中的重量百分比大體介于2~15%(重量)。上述酸類化合物可包括甲酸或乙酸，所述酸類化合物于糖產物中的重量百分比大體介于48~97%(重量)。上述鹽類化合物可包括鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽，所述鹽類化合物于糖產物中的重量百分比大體介于I~50% (重量)。
[0023]在一實施例中，本發明還包括于上述溶解反應前，加入無機酸至混合液中。上述無機酸可包括硫酸或鹽酸，所述無機酸于混合液中的重量百分比大體介于I~2%(重量)。當添加無機酸時，可降低氯化鹽或溴化鹽的添加量，例如，氯化鎂、溴化鎂、氯化鈣或溴化鈣于混合液中的重量百分比可降低至約I~10%(重量)，以及氯化鋰、溴化鋰、氯化鋅、溴化鋅、氯化鐵或溴化鐵于混合液中的重量百分比可降低至約I~5%(重量)。
[0024]本發明將甲酸或乙酸(弱酸)與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽混合作為溶劑，所述溶劑具有低溫(<90°c )快速(〈6小時)溶解纖維素形成均勻相液體的特性。在本發明方法中，于40~150°C將纖維素溶解于氯化鹽或溴化鹽與甲酸或乙酸所形成的溶劑中形成一均勻相液體，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。
[0025]實施例1-1
[0026]混合甲酸(formic acid)與氯化鋅(ZnCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸60% (重量)，氯化鋅 40% (重量))。加入 Avicel? 纖維素(Sigma 公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicel?纖維素15%(重量))，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。
[0027]實施例1-2
[0028]混合甲酸(formic acid)與氯化鋅(ZnCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸60% (重量)，氯化鋅40% (重量))。加入α -纖維素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纖維素15%(重量))，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。
[0029]實施例1-3
[0030]混合甲酸(formic acid)與氯化鈣(CaCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸75% (重量)，氯化鈣25% (重量))。加入Avice嚴纖維素(Sigma公司，Avicel-pH-105_27NI)至混合液(Avicef纖維素6%(重量))，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。
[0031]實施例1-4
[0032]混合甲酸(formic acid)與氯化鈣(CaCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸75% (重量)，氯化鈣25% (重量))。加入α -纖維素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纖維素6%(重量))，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1所載。
[0033]實施例1-5
[0034]混合甲酸(formic acid)與氯化鎂(MgCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸80%(重量)，氯化鎂 20%(重量))。加入Avicel?纖維素(Sigma 公司，Avicel-pH-105-27NI)至混合液(Avicel?纖維素5%(重量))，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。
[0035]實施例1-6
[0036]混合甲酸(formic acid)與氯化鎂(MgCl2)并加熱之，以形成一混合液(甲酸80% (重量)，氯化鎂20% (重量))。加入α -纖維素(Sigma公司，C8002)至混合液(α -纖維素5%(重量))，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]表1
[0038]
【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、甘露糖、阿拉伯糖與其寡聚糖，所述糖類混合物重量百分比介于2~15%(重量)； 一酸類化合物，所述酸類化合物的重量百分比介于48~97%(重量)；以及 一鹽類化合物，所述鹽類化合物的重量百分比介于I~50%(重量)。
2.如權利要求1所述的糖產物，其中該酸類化合物包括:有機酸類化合物及無機酸類化合物。
3.如權利要求1所述的糖產物，其中該酸類化合物包括甲酸、乙酸或它們的混合物。
4.如權利要求1所述的糖產物，其中該鹽類化合物包括鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽。
5.一種糖產物的制備方法，包括: 混合一酸類化合物與鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽或雜多酸，以形成一混合液； 加入一纖維素生物質至該混合液中，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。
6.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，酸類化合物包括甲酸、乙酸或它們的混合物。
7.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該甲酸或乙酸于該混合液中的重量百分比介于50~97% (重量)。
8.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該鋰的氯化鹽或溴化鹽于該混合液中的重量百分比介于5~20%(重量)。
9.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該鎂的氯化鹽或溴化鹽于該混合液中的重量百分比介于10~30%(重量)。
10.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該鈣的氯化鹽或溴化鹽于該混合液中的重量百分比介于12~40% (重量)。
11.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該鋅的氯化鹽或溴化鹽于該混合液中的重量百分比介于5~45%(重量)。
12.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該鐵的氯化鹽或溴化鹽于該混合液中的重量百分比介于I~50%(重量)。
13.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該雜多酸包括H3PW1204(1、H4Siff12O40,H3PMo12O40 或 H4SiMo12O4015
14.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該雜多酸于該混合液中的重量百分比介于I~5%(重量)。
15.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該纖維素生物質包括纖維素、半纖維素或木質素。
16.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該纖維素生物質源自木、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。
17.如權利要求5項所述的糖產物的制備方法，其中該溶解反應的溫度介于40~90。。。
18.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該溶解反應的時間介于20~360分鐘。
19.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該水的添加量大于該纖維素生物質水解為單糖的總摩爾當量。
20.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該水解反應的溫度介于50~150°C。
21.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該水解反應的時間介于30~180分鐘。
22.如權利要求5所述的糖產物的制備方法，其中該糖產物包括一糖類混合物、一酸類化合物與一鹽類化合物。
23.如權利要求22所述的糖產物的制備方法，其中該糖類混合物包括葡萄糖、木糖、甘露糖、阿拉伯糖與它們的寡聚糖。
24.如權利要求22所述的糖產物的制備方法，其中該糖類混合物于該糖產物中的重量百分比介于2~15%(重量)。
25.如權利要求22所述的糖產物的制備方法，其中該鹽類化合物包括鋰、鎂、鈣、鋅或鐵的氯化鹽或溴化鹽。
26.如權利要求22所述的糖產物的制備方法，其中該鹽類化合物于該糖產物中的重量百分比介于I~50%(重量)。
27.如權利要求5所述·的糖產物的制備方法，還包括于該溶解反應前，加入無機酸至該混合液中。
28.如權利要求27所述的糖產物的制備方法，其中該無機酸包括硫酸或鹽酸。
29.如權利要求27所述的糖產物的制備方法，其中該無機酸于該混合液中的重量百分比介于I~2%(重量)。
30.如權利要求27所述的糖產物的制備方法，其中該鎂的氯化鹽或溴化鹽或該鈣的氯化鹽或溴化鹽于該混合液中的重量百分比介于I~10%(重量)。
31.如權利要求27所述的糖產物的制備方法，其中該鋰的氯化鹽或溴化鹽、該鋅的氯化鹽或溴化鹽或該鐵的氯化鹽或溴化鹽于該混合液中的重量百分比介于I~5%(重量)。
【文檔編號】C13K13/00GK103710472SQ201310435004
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年9月23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