527-07-1 / 葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)制備工藝及比較

葡萄糖酸鈉又稱五羥基己酸鈉，是一種白色或淡黃色結(jié)晶粉末，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚。其分子式為C6H11O7Na ，相對分子質(zhì)量為218. 14。

葡萄糖酸鈉是葡萄糖的深加工產(chǎn)品，也是制備葡萄糖酸內(nèi)酯、葡萄糖酸鹽(鋅、銅、亞鐵鹽) 等的基礎(chǔ)原料，在食品工業(yè)可用作營養(yǎng)增補劑、固化劑、緩沖劑等。

該產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好，無潮解性，由于其優(yōu)良的螯合性能而被廣泛用于水質(zhì)處理、電鍍、金屬與非金屬的表面清洗及水泥生產(chǎn)等多種工業(yè)部門，在化工、食品、醫(yī)藥、輕工等行業(yè)有著廣泛的用途。

葡萄糖酸鈉的制備工藝

目前葡萄糖酸鈉的生產(chǎn)方法主要有生物發(fā)酵法、相化學(xué)氧化法、電解氧化法、多相催化氧化法。

①生物發(fā)酵法

該方法包括真菌發(fā)酵和細菌發(fā)酵，另外還有固定細胞發(fā)酵工藝，其中較普遍采用的是黑曲霉菌發(fā)酵制葡萄糖酸鈉工藝。

該方法是在240-300g/L 的葡萄糖溶液中加入一定量的營養(yǎng)物質(zhì)，滅菌，冷卻至適宜溫度，接種體積分?jǐn)?shù)為10%的黑曲霉種子液，開動攪拌，通氣流，調(diào)整發(fā)鞘夜pH值維持在6.0 - 6.5,溫度保持在32 - 34OC 。發(fā)酵過程中滴加消泡劑，以消除發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的泡沫。 整個發(fā)酵過程約需20h，當(dāng)殘?zhí)墙抵?g/L時可以認(rèn)為發(fā)酵結(jié)束。菌體與發(fā)酵液分離后，發(fā)酵液經(jīng)真空濃縮、結(jié)晶可得葡萄糖酸鈉晶體， 或經(jīng)噴霧干燥后制得葡萄糖酸鈉粉狀產(chǎn)品。該方法具有發(fā)酵速度快、 發(fā)酵過程易于控制、產(chǎn)品易提取等特點，但同時也有一定缺陷，如產(chǎn)品色澤不易控制、無菌化要求程度高等。

②均相化學(xué)氧化法

結(jié)晶葡萄糖加水溶解后加入催化劑，控制一定的溫度，滴加次氯酸鈉溶液， 同時滴加離子膜液堿來控制反應(yīng)體系的p H 值，使平衡向生成葡萄糖酸鈉的方向移動。通過測定殘?zhí)橇縼泶_定反應(yīng)終點，然后過濾，將反應(yīng)液濃縮，利用氯化鈉溶解度比葡萄糖酸鈉溶解度低的特性，濃縮后先析出氯化鈉，后析出葡萄糖酸鈉來進行提純，可得葡萄糖酸鈉含量在95%( 質(zhì)量分?jǐn)?shù))以上的產(chǎn)品。

采用次氯酸鈉氧化法生產(chǎn)葡萄糖酸鈉具有轉(zhuǎn)化率高、工藝過程簡單、成本低的優(yōu)點，但是其中間步驟多，副產(chǎn)物多，產(chǎn)物難于分離， 因此在應(yīng)用上受到了限制。

高樹桐等在國外改進的次氯酸鈉氧化法的基礎(chǔ)上，又進行了改進，提高了物料濃度并在室溫進行反應(yīng)，具備了工業(yè)化生產(chǎn)的條件。于1989年10月在石家莊東華化工廠建成了100t/a中試裝置，收率在90%左右。但是副產(chǎn)物氯化鈉混在產(chǎn)品中，不易分離。為此必須將氧化后的反應(yīng)液用酸酸化，使生成的葡萄糖酸鈉轉(zhuǎn)化為內(nèi)酷，蒸出水后再用有機溶劑萃取，使氯化鈉與內(nèi)醋分離，然后再用堿中和，使內(nèi)醋轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸鈉。流程繁瑣，成本較高。

③電解氧化法

該方法是在電解槽中加入一定濃度的葡萄糖溶液，再加入適宜的電解質(zhì)，在一定溫度、一定電流密度下恒電流電解。其工業(yè)參數(shù)的確定因加入電解質(zhì)的不同而異。例如，以溴化鈉為電解質(zhì)時，葡萄糖濃度為23.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))溫度控制在40℃，電流密度為1 A .dm-2 ，電解質(zhì)濃度為2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，電解過程中碳酸鈉可一次性加入。電解結(jié)束后電解液經(jīng)濃縮、結(jié)晶，可得葡萄糖酸鈉晶體。

電解氧化法雖然克服了生物發(fā)酵法和均相化學(xué)氧化法的某些缺點，但在工業(yè)生產(chǎn)中能耗大，不易控制，因此工業(yè)化生產(chǎn)中很少采用。

④多相催化氧化法

配制一定量的葡萄糖溶液加入于四口燒瓶中，稱取適量催化劑加入到此燒瓶中，恒溫。向溶液中通入空氣，并不斷滴加一定濃度的NaOH 溶液來維持一定的pH值。反應(yīng)后的溶液經(jīng)冷卻、抽濾（催化劑回收)，濾液減壓蒸餾濃縮、結(jié)晶，風(fēng)干后得到葡萄糖酸鈉晶體。

該法工藝簡單，反應(yīng)平穩(wěn)，易于控制，反應(yīng)條件溫和，其葡萄糖轉(zhuǎn)化率在95%左右。缺點是所用催化劑在循環(huán)使用一定次數(shù)后，催化效率下降，使葡萄糖轉(zhuǎn)化率降低，反應(yīng)時間延長甚至基本無催化活性， 催化劑必須報廢更新，相應(yīng)提高了單位產(chǎn)品催化劑耗量，也使葡萄糖酸鈉產(chǎn)品生產(chǎn)成本較高。由此可見，催化劑性能的好壞是使用此法的關(guān)鍵。催化氧化法還是目前國內(nèi)葡萄糖酸鈉生產(chǎn)的主要方法，其產(chǎn)量占到80%以上。

制備方法的比較

葡萄糖氧化制備葡萄糖酸鈉的4 種方法，目前在中國均有廣泛研究。

在工業(yè)化生產(chǎn)上,生物發(fā)酵法和多相催化氧化法應(yīng)用較多。

其中多相催化氧化法具有工藝過程簡單、反應(yīng)條件溫和（各種氣-液-固三相混合的反應(yīng)器在常壓均可采用,反應(yīng)溫度一般控制在60 ℃以下）反應(yīng)時間短、轉(zhuǎn)化率高、三廢少且易處理的特點，此法關(guān)鍵是催化劑的性能及循環(huán)使用的次數(shù)。

只要選擇合適的催化劑體系，通過催化劑多次套用，克服貴重金屬價格昂貴和催化劑失活的缺點，多相催化氧化法將具有較大的優(yōu)越性和應(yīng)用潛力。