一种高选择性的葡萄糖酸钙的制备方法

技术领域

本发明属于生物质化工技术领域，具体涉及一种高选择性的葡萄糖酸钙的制备方法。

背景技术

葡萄糖酸钙是一种有机钙盐，葡萄糖酸钙在医药、食品、化工、轻工业等领域有非常广泛的应用，可用于防止慢性钙缺乏症及儿童、孕妇、老年人钙的补充，还可作为食品添加剂添加至饮料、谷类和谷物制品中。葡萄糖酸钙还是一种常用的药物，可降低毛细血管渗透性，增加致密度，维持神经与肌肉的正常兴奋性，加强心肌收缩力，并用助于骨质形成，在临床上用于治疗骨质疏松、皮肤过敏等病症。

目前制备葡萄糖酸钙的方法有发酵法、电化学氧化法、金属氧化法和酶法等。发酵法是目前主要生产葡萄糖酸钙的制备方法，但是其易受杂菌污染，且分离纯化较为困难，使葡萄糖酸钙收率较低。金属催化的方法，一般使用的催化剂为贵金属催化剂，由于催化剂活性易降低，导致催化剂重复使用次数较少，导致催化剂成本较高。酶法的缺点是酶易失活，造成酶的重复使用次数较低。电化学氧化法产率较低，且废水量较大，难以实现工业化生产。专利CN105646179A中使用氯化铁处理纤维二糖获得葡萄糖酸，其产率较低，且制备过程中会产生甲酸、乙酸等大量副产物。为了满足市场的日益增长需求，开发一种高效率的葡萄糖酸钙制备工艺是促进其发展的技术关键。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种高选择性的葡萄糖酸钙的制备方法，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种高选择性的葡萄糖酸钙制备方法，其包括：

使葡萄糖与有机酸和/或有机酸酐反应，制得酯化物；

以及，使包含所述酯化物、钙源、氧源与催化剂的混合反应体系发生反应，制得葡萄糖酸钙；

其中，所述混合反应体系中钙离子的浓度低于15wt％。

在一些较为具体的实施方案中，所述制备方法具体包括：使葡萄糖与有机酸和/或有机酸酐反应于30～100℃反应30～240min，再加入钙离子水溶液、氧源与催化剂形成所述混合反应体系，之后在温度为50～120℃、压力为0.2～2MPa的条件下反应0.5～8h，制得所述葡萄糖酸钙。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明使用有机酸和/或有机酸酐将葡萄糖的羟基进行保护，在氧化过程中高选择性地氧化葡萄糖的醛基形成羧基，同时防止了氧化过程中自由基的淬灭；

(2)本发明中钙离子和葡萄糖酸钙结合形成葡萄糖酸钙从有机酸中析出，防止了葡萄糖酸的过氧化；

(3)本发明中使用的反应用溶剂和催化剂可回收套用，基本无三废产生；

(4)本发明采用一步法氧化葡萄糖制备葡萄糖酸钙，具有工艺环节少、操作简单、选择性高和环保等特点，为葡萄糖酸钙的制备提供了一种新方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明实施例1制备的葡萄糖酸钙的HPLC图谱。

具体实施方式

鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，其主要是将葡萄糖溶于有机酸和/或有机酸酐中，使葡萄糖羟基和有机酸和/或有机酸酐形成酯化物，从而保护羟基不被氧化；同时由于溶液中羟基的减少，提高了后续氧化过程中产生的自由基活性，提高了氧化速率；然后加入含有钙离子的水溶液，使用金属离子硝化物和/或金属离子卤化物产生的自由基对葡萄糖的醛基氧化形成羧基，氧化后的羧基和钙离子结合形成钙盐，同时由于体系中水的存在，反应过程中酯键会被打开，从而使葡萄糖酸钙从溶液中析出。

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体的，作为本发明技术方案的一个方面，其所涉及的一种高选择性的葡萄糖酸钙制备方法包括：

使葡萄糖与有机酸和/或有机酸酐反应，制得酯化物；

以及，使包含所述酯化物、钙源、氧源与催化剂的混合反应体系发生反应，制得葡萄糖酸钙；

其中，所述混合反应体系中钙离子的浓度低于15wt％。

在一些优选实施方案中，所述制备方法具体包括：使葡萄糖与有机酸和/或有机酸酐反应于30～100℃反应30～240min，再加入钙离子水溶液、氧源与催化剂形成所述混合反应体系，之后于温度为50～120℃、压力为0.2～2MPa的条件下反应0.5～8h，制得所述葡萄糖酸钙。

进一步地，所述钙源包括包含钙离子的水溶液；所述钙离子水溶液与有机酸和/或有机酸酐的质量比为0.2∶1-2∶1。

在一些优选实施方案中，所述有机酸包括一元羧酸，所述一元羧酸包括乙酸、丙酸、丁酸中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步地，所述一元羧酸包括乙酸，且不限于此。

在一些优选实施方案中，所述有机酸酐包括乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步地，所述有机酸酐包括乙酸酐，且不限于此。

在一些优选实施方案中，所述钙源包括氯化钙、硝酸钙、溴化钙、醋酸钙中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

在一些优选实施方案中，所述氧源包括分子氧，且不限于此。

进一步地，所述分子氧包括氧气浓度为5～100vol％的含氧气体和/或臭氧，且不限于此。

例如：含氧气体可以为空气(记为空氧)。

在一些优选实施方案中，所述葡萄糖的浓度为5～20wt％。

在一些优选实施方案中，所述催化剂包括金属离子硝化物和/或金属离子卤化物。

进一步地，所述催化剂还包括金属离子盐，例如：醋酸盐等。

进一步地，所述金属离子硝化物和/或金属离子卤化物中金属离子包括钯(Pd)离子、铂(Pt)离子、锰(Mn)离子、铁(Fe)离子、锆(Zr)离子、铈(Ce)离子、硒(Se)离子、铜(Cu)离子、钒(v)离子、钌(Ru)离子、镍(Ni)离子中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步地，所述金属离子硝化物和/或金属离子卤化物中金属具有不同的价态。

进一步地，所述混合反应体系中金属离子的浓度为200～2000ppm。

在一些优选实施方案中，所述钙源中的钙离子与葡萄糖的摩尔比0∶1～2∶1，当溶液中不添加钙离子时反应生成葡萄糖酸。

本发明中葡萄糖酸钙的选择性大于95％。

下面结合若干优选实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

下面所用的实施例中所采用的实验材料，如无特殊说明，均可由常规的生化试剂公司购买得到。

本发明实施例中分析方法和选择性计算公式如下：

葡萄糖和葡萄糖酸钙使用HPLC检测。

葡萄糖酸钙选择性＝葡萄糖酸钙摩尔量/(反应前葡萄糖摩尔量-反应后葡萄糖摩尔量)*100％。

实施例1

称取5g葡萄糖加入至85g乙酸中，加热至50℃搅拌1h后加入至反应釜，然后向反应釜内加入15g氯化钙水溶液(钙离子浓度40wt％)和0.05g氯化铁，升温至50℃后，通入含有5(v/v)％氧气的气体，压力维持在2MPa下进行氧化反应，反应7h后，停止通气并降温，检测固体和液体中葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为95.3％，制备的葡萄糖酸钙的HPLC图谱如图1所示。

实施例2

称取10g葡萄糖加入至65g丙酸中，加热至80℃搅拌1.5h后加入至反应釜，然后向反应釜内加入20g醋酸钙水溶液(钙离子浓度20wt％)、0.05g醋酸钴和0.2g氯化锰，升温至80℃后，在1.0MPa下通入空氧的气体进行氧化反应，反应5h后，停止通气并降温。检测固体和液体中葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为96.8％。

实施例3

称取20g葡萄糖加入至40g乙酸和10g乙酸酐混合溶液中，室温搅拌1h后加入至反应釜，然后向反应釜内加入30g硝酸钙水溶液(钙离子浓度15wt％)、0.1g硝酸铈和0.1g氯化铜，升温至100℃后，在常压下通入纯氧进行氧化，反应2h后，停止通气并降温。检测固体和液体中葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为96.9％。

实施例4

称取15g葡萄糖加入至70g丙酸和10g丙酸酐混合溶液中，室温搅拌1h后加入至反应釜，然后向反应釜内加入5g水、0.1g醋酸钴和0.1g溴化铈，升温至100℃后，在1.5MPa下通入空氧进行氧化，反应2h后，停止通气并降温。检测固体和液体中葡萄糖酸和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸选择性为97.6％。

实施例5

称取10g葡萄糖加入至30g乙酸酐中，室温搅拌1h后加入至反应釜，然后向反应釜内加入60g氯化钙水溶液(钙离子浓度10wt％)、0.1g硝酸钯和0.5g醋酸锆，升温至120℃后，在0.5MPa下通入空氧进行氧化，反应1h后，停止通气并降温。检测固体和液体中葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为95.7％。

实施例6

称取10g葡萄糖加入至80g丁酸中，50℃搅拌1h后加入至反应釜，然后向反应釜内加入10g硝酸钙水溶液(钙离子浓度40wt％)、0.1g溴化钴，升温至80℃后，在0.2MPa通入臭氧进行氧化，反应2h后，停止通气并降温。检测固体和液体中葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为96.1％。

实施例7

称取5g葡萄糖加入至85g丙酸酐中，加热至30℃搅拌4h后加入至反应釜，然后向反应釜内加入40g氯化钙水溶液(钙离子浓度20wt％)和0.05g氯化铜，升温至50℃后，通入含有20(v/v)％氧气的气体，压力维持在1.0MPa下进行氧化反应，反应8h后，停止通气并降温，检测固体和液体中葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为95.9％。

实施例8

称取5g葡萄糖加入至85g丁酸中，加热至100℃搅拌30min后加入至反应釜，然后向反应釜内加入15g氯化钙水溶液(钙离子浓度40wt％)和0.05g氯化锰，升温至120℃后，通入含有5(v/v)％氧气的气体，压力维持在0.2MPa下进行氧化反应，反应0.5h后，停止通气并降温，检测固体和液体中葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为96.8％。

对比例1

方法同实施例1，不同之处在于：将85g乙酸换为85g水，反应结束后检测葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为56.3％。

对比例2

方法同实施例1，不同之处在于：未加氯化铁，反应结束后检测葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为0.5％。

对比例3

方法同实施例1，不同之处在于：将反应气换为氮气，反应结束后检测葡萄糖酸钙和葡萄糖浓度，计算得葡萄糖酸钙选择性为0.0％。

此外，本案发明人还参照前述实施例，以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工艺条件进行了试验，并均获得了较为理想的结果。

应当理解，本发明的技术方案不限于上述具体实施案例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。