专利摘要

本发明属于生化分离技术领域，涉及一种利用离子液体双水相体系萃取分离5‑羟甲基糠醛和果糖的方法；步骤如下：配置5‑羟甲基糠醛和果糖的混合溶液，加入1‑丁基‑3‑甲基咪唑三氟甲磺酸盐和二水合磷酸二氢钠，组成离子液体双水相体系，混合后放在恒温水浴锅中静置反应；分相完成后，分别取富集离子液相和富集无机盐相溶液进行5‑羟甲基糠醛和果糖含量的测定，5‑羟甲基糠醛被萃取到富集离子液相，果糖被萃取到富集无机盐相；本发明构建的离子液体双水相体系操作简单、萃取率高、萃取时间短、能耗低、绿色高效，同时萃取的5‑羟甲基糠醛品质好，解决了传统萃取分离方法操作复杂、成本和设备要求高以及传统液液萃取高挥发性、高毒性的缺点。

权利要求

1.一种利用离子液体双水相体系萃取分离5-羟甲基糠醛和果糖的方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）离子液体双水相体系的构建：将含有5-羟甲基糠醛和果糖的混合溶液与离子液体和无机盐混合，组成离子液体双水相体系；所述混合溶液、离子液体和无机盐的质量比为3：3：4；所述无机盐为二水合磷酸二氢钠；所述混合溶液中5-羟甲基糠醛的浓度为1.0~3.5mg/mL，果糖的浓度为25~150mg/ mL；所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐；

（2）体系组分均加入完毕以后，放在涡旋震荡器上震荡，保证整个体系的均匀混合；震荡结束后放在恒温水浴锅中静置反应，待体系分相完成；

（3）分相完成后，分别取富集离子液体相和富集无机盐相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖含量的测定，果糖被萃取到富集无机盐相，5-羟甲基糠醛被萃取到富集离子液体相。

2.根据权利要求1所述的一种利用离子液体双水相体系萃取分离5-羟甲基糠醛和果糖的方法，其特征在于，步骤（2）所述静置反应的温度为25~45℃，时间为1h。

说明书

技术领域

本发明属于生化分离技术领域，涉及一种利用离子液体双水相体系萃取分离果糖和5-羟甲基糠醛的方法。

背景技术

全球的石油、天然气等不可再生资源日益减少，开始出现能源危机，而对于能源的需求却日益增加，随着绿色可持续发展的战略不断深入人心，开发绿色可再生的资源被人们所关注。其中5-羟甲基糠醛作为一种极具代表性的生物质能源材料单体，被认为是生物质衍生燃料的原料物质。5-羟甲基糠醛分子中含有呋喃环、醛基、羟甲基等活泼基团，能够作为氧化、氢化、缩合等众多反应的中间体，合成大环化合物、高分子材料等等，是连接生物质能源的和化工工程的重要平台化合物。

5-羟甲基糠醛制备有多种方法，但是制备高品质5-羟甲基糠醛对于原料有较高的要求，其中果糖是最优的原料，且其他原料生产5-羟甲基糠醛也是异构成果糖并脱水而成。由于制备方法的局限，不能够使果糖100％转化为5-羟甲基糠醛，使得所得5-羟甲基糠醛含有杂质--果糖，目前并没有较为有效的方法，可以将其从果糖类中分离开来；并且5-羟甲基糠醛需求量越来越大、质量要求越来越高，对于新的生产工艺需求就越来越强烈。由此可见，对5-羟甲基糠醛和果糖的分离萃取显得尤其重要，这将为今后解决化石原料枯竭和化石原料所应用带来的环境污染问题提供可能。

离子液体双水相体系(ILs-ATPS)，是将一定浓度的、两种不同水溶性的离子液与无机盐的水溶液相互混合，体系会自动分成互不相溶的两相所构成的体系。离子液体双水相体系，既具有传统双水相体系的优势，如工艺简单、成本低、单级分离提纯效率高等的优点，又具有离子液体的优势，如液态范围宽、蒸汽压小、不易挥发、电化学窗口大，可以形成双水相等特点。离子液体与传统有机溶剂相比，突出的特殊性质和表现使其获得了“绿色溶剂”的称号，在电化学、溶剂萃取、有机反应、高分子合成、分离纯化和生物传感器等多个领域得到了广泛的研究与应用，受到了越来越多研究者的关注。对于离子液和无机盐进行选择，可以形成真正无毒无害的绿色萃取体系，具有广泛应用前景。

传统双水相分离纯化方法会用到高挥发性的有机溶剂，这些有机溶剂有毒且易对环境造成很大污染；一些其他分离方法主要如色谱分离法，溶剂法，反胶团萃取，盐溶法及盐析法等，操作复杂、设备要求高、成本昂贵；因此，寻找绿色高效的萃取分离方法就更加迫切。

目前由果糖生产出5-羟甲基糠醛后，并没有高效的方法，将其从果糖中分离开来，既得不到高品质的5-羟甲基糠醛，对于果糖同样是种浪费；而且，对于使用离子液体双水相体系萃取分离5-羟甲基糠醛和果糖的研究鲜有报道，因此研究基于离子液体的双水相体系萃取高纯度的5-羟甲基糠醛具有重要的应用价值。

发明内容

针对传统萃取分离的方法的成本高、有毒有害、操作复杂、分离成本高的缺点，本发明旨在解决上述问题之一；本发明提供一种利用离子液体双水相体系萃取分离5-羟甲基糠醛和果糖的方法。

为了实现上述目的，按照下述步骤进行：

(1)离子液体双水相体系的构建：

将含有5-羟甲基糠醛和果糖的混合溶液与离子液体和无机盐混合，组成离子液体双水相体系，组成离子液体双水相体系；

(2)体系组分均加入完毕以后，放在涡旋震荡器上震荡，保证整个体系的均匀混合；震荡结束后放在恒温水浴锅中静置反应，待体系分相完成；

(3)分相完成后，分别取富集离子液体相和富集无机盐相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖含量的测定，果糖被萃取到富集无机盐相，5-羟甲基糠醛被萃取到富集离子液体相。

采用紫外可见光分光光度法测定5-羟甲基糠醛含量，通过紫外分光光度计扫描一定浓度的5-羟甲基糠醛，得到5-羟甲基糠醛的最大吸收波长为284nm，通过标准曲线计算出富集离子液相对5-羟甲基糠醛的萃取率。

采用苯酚硫酸法测定果糖含量，首先进行果糖标准曲线的测定，其次用苯酚硫酸法测定富集离子液相和富集无机盐相的果糖，并通过标准曲线计算出富集无机盐相对果糖的萃取率。

优选的，所述混合溶液中5-羟甲基糠醛的浓度为1.0～3.5mg/mL，果糖浓度为25～150mg/mL。

优选的，所述离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐。

优选的，所述无机盐为二水合磷酸二氢钠。

优选的，所述混合溶液、离子液体和无机盐的质量比为3：3：4。

优选的，步骤(2)所述静置反应的温度为25～45℃，时间1h。

本发明的有益效果：

(1)本发明构建的离子液体双水相体系，萃取时间短，一个小时内即可将5-羟甲基糠醛和果糖分开；适用范围广，5-羟甲基糠醛在1.0～2.5mg/mL范围内，果糖在25～150mg/mL范围内，富集离子液相对于5-羟甲基糠醛的萃取率均在97.26％以上；富集无机盐相对果糖的萃取率均达到89.48％以上；其能耗低，在常温25℃即可完成萃取，且不需要任何外力辅助，即可自行完成分离。

(2)本发明所用的离子液体化学稳定性好，对环境很友好；离子液体双水相体系绿色高效，萃取率高，对于5-羟甲基糠醛的最高萃取率达到了98.48％，对于果糖的萃取率的最高萃取率达到了95.51％。

(3)本发明的操作条件温和，所需设备简单，方便进行操作，易于放大应用于工业生产；由于本体系条件温和和萃取率高，不会对5-羟甲基糠醛性质产生影响，并能得到高品质的5-羟甲基糠醛。

(4)本发明构建的离子液体双水相体系，既具有传统双水相体系的优势，即工艺简单、成本低、单级分离提纯效率高等的优点；能耗低，传质速率快，过程容易放大；又具有离子液体的优势，如液态范围宽、蒸汽压小、不易挥发、电化学窗口大，可以形成双水相等特点，解决了传统液液萃取有机溶剂的高挥发性和毒性的缺点，对环境非常友好。

附图说明

图1是利用微量紫外分光光度计扫描一定浓度5-羟甲基糠醛溶液得到的图谱。

图2是利用微量紫外分光光度计扫描一定浓度1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐溶液得到的图谱。

图3是不同浓度的5-羟甲基糠醛在富集离子液相中的萃取率图谱。

图4是不同浓度的果糖在富集无机盐相中的萃取率图谱。

具体实施方式

以下结合具体实例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：

(1)向试管中加入3g的[C4mim][CF3SO3]溶液，加入4g的NaH2PO4·2H2O，然后加入3g预先配制好的质量浓度为1.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和25mg/mL的果糖混合溶液。

为了试验数据的准确性，每一样品配三组平行试验。

(2)离子液体双水相体系配制完成后，放在涡旋震荡器上震荡5min，保证整个体系混合均匀，随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置1h。待分相完成后，分别取上相和下相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖浓度的测定。

(3)本发明中，5-羟甲基糠醛浓度的测定方法为紫外分光光度法，根据紫外扫描图观察到，有两个波峰，考虑到[C4mim][CF3SO3]离子液体在200nm～240nm有吸收波长，影响5-羟甲基糠醛的吸收，所以选择284nm紫外吸收波长，如图1、图2所示，提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为1.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和25mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算5-羟甲基糠醛的含量，计算出萃取率，如图3A柱所示，萃取率为97.45％。

果糖浓度的测定方法为苯酚硫酸法，将样品置于试管中，加入DNS，混匀后于沸水浴中加热15min，取出后立即置于冰水中冷却至室温，再用蒸馏水定容至20m L，混匀后利用分光光度计于540nm下进行测定。提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为1.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和25mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算果糖的含量，计算出萃取率，如图4A柱所示，萃取率为89.48％。

实施例2：

(1)向试管中加入3g的[C4mim][CF3SO3]溶液，加入4g的NaH2PO4·2H2O，然后加入3g预先配制好的质量浓度为1.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和50mg/mL的果糖混合溶液。

为了试验数据的准确性，每一样品配三组平行试验。

(2)离子液体双水相体系配制完成后，放在涡旋震荡器上震荡5min，保证整个体系混合均匀，随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置1h。待分相完成后，分别取上相和下相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖浓度的测定。

(3)本发明中，5-羟甲基糠醛浓度的测定方法为紫外分光光度法，根据紫外扫描图观察到，有两个波峰，考虑到[C4mim][CF3SO3]离子液体在200nm～240nm有吸收波长，影响5-羟甲基糠醛的吸收，所以选择284nm紫外吸收波长，如图1、图2所示，提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为1.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和50mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算5-羟甲基糠醛的含量，计算出萃取率，如图3B柱所示，萃取率为97.26％。

果糖浓度的测定方法为苯酚硫酸法，将样品置于试管中，加入DNS，混匀后于沸水浴中加热15min，取出后立即置于冰水中冷却至室温，再用蒸馏水定容至20m L，混匀后利用分光光度计于540nm下进行测定。提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为1.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和50mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算果糖的含量，计算出萃取率，如图4B柱所示，萃取率为91.76％。

实施例3：

(1)向试管中加入3g的[C4mim][CF3SO3]溶液，加入4g的NaH2PO4·2H2O，然后加入3g预先配制好的质量浓度为2.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和75mg/mL的果糖混合溶液。

为了试验数据的准确性，每一样品配三组平行试验。

(2)离子液体双水相体系配制完成后，放在涡旋震荡器上震荡5min，保证整个体系混合均匀，随后放入温度为30℃的恒温水浴锅中静置1h。待分相完成后，分别取上相和下相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖浓度的测定。

(3)本发明中，5-羟甲基糠醛浓度的测定方法为紫外分光光度法，根据紫外扫描图观察到，有两个波峰，考虑到[C4mim][CF3SO3]离子液体在200nm～240nm有吸收波长，影响5-羟甲基糠醛的吸收，所以选择284nm紫外吸收波长，如图1、图2所示，提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为2.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和75mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算5-羟甲基糠醛的含量，计算出萃取率，如图3C柱所示，萃取率为97.73％。

果糖浓度的测定方法为苯酚硫酸法，将样品置于试管中，加入DNS，混匀后于沸水浴中加热15min，取出后立即置于冰水中冷却至室温，再用蒸馏水定容至20m L，混匀后利用分光光度计于540nm下进行测定。提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为2.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和75mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算果糖的含量，计算出萃取率，如图4C柱所示，萃取率为92.69％。

实施例4：

(1)向试管中加入3g的[C4mim][CF3SO3]溶液，加入4g的NaH2PO4·2H2O，然后加入3g预先配制好的质量浓度为2.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和100mg/mL的果糖混合溶液。

为了试验数据的准确性，每一样品配三组平行试验。

(2)离子液体双水相体系配制完成后，放在涡旋震荡器上震荡5min，保证整个体系混合均匀，随后放入温度为45℃的恒温水浴锅中静置1h。待分相完成后，分别取上相和下相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖浓度的测定。

(3)本发明中，5-羟甲基糠醛浓度的测定方法为紫外分光光度法，根据紫外扫描图观察到，有两个波峰，考虑到[C4mim][CF3SO3]离子液体在200nm～240nm有吸收波长，影响5-羟甲基糠醛的吸收，所以选择284nm紫外吸收波长，如图1、图2所示，提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为2.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和100mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算5-羟甲基糠醛的含量，计算出萃取率，如图3D柱所示，萃取率为97.80％。

果糖浓度的测定方法为苯酚硫酸法，将样品置于试管中，加入DNS，混匀后于沸水浴中加热15min，取出后立即置于冰水中冷却至室温，再用蒸馏水定容至20m L，混匀后利用分光光度计于540nm下进行测定。提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为2.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和100mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算果糖的含量，计算出萃取率，如图4D柱所示，萃取率为92.21％。

实施例5：

(1)向试管中加入3g的[C4mim][CF3SO3]溶液，加入4g的NaH2PO4·2H2O，然后加入3g预先配制好的质量浓度为3.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和125mg/mL的果糖混合溶液。

为了试验数据的准确性，每一样品配三组平行试验。

(2)离子液体双水相体系配制完成后，放在涡旋震荡器上震荡5min，保证整个体系混合均匀，随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置1h。待分相完成后，分别取上相和下相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖浓度的测定。

(3)本发明中，5-羟甲基糠醛浓度的测定方法为紫外分光光度法，根据紫外扫描图观察到，有两个波峰，考虑到[C4mim][CF3SO3]离子液体在200nm～240nm有吸收波长，影响5-羟甲基糠醛的吸收，所以选择284nm紫外吸收波长，如图1、图2所示，提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为3.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和125mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算5-羟甲基糠醛的含量，计算出萃取率，如图3E柱所示，萃取率为98.48％。

果糖浓度的测定方法为苯酚硫酸法，将样品置于试管中，加入DNS，混匀后于沸水浴中加热15min，取出后立即置于冰水中冷却至室温，再用蒸馏水定容至20m L，混匀后利用分光光度计于540nm下进行测定。提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为3.0mg/mL的5-羟甲基糠醛和125mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算果糖的含量，计算出萃取率，如图4E柱所示，萃取率为94.17％。

实施例6：

(1)向试管中加入3g的[C4mim][CF3SO3]溶液，加入4g的NaH2PO4·2H2O，然后加入3g预先配制好的质量浓度为3.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和150mg/mL的果糖混合溶液。

为了试验数据的准确性，每一样品配三组平行试验。

(2)离子液体双水相体系配制完成后，放在涡旋震荡器上震荡5min，保证整个体系混合均匀，随后放入温度为25℃的恒温水浴锅中静置1h。待分相完成后，分别取上相和下相溶液进行5-羟甲基糠醛和果糖浓度的测定。

(3)本发明中，5-羟甲基糠醛浓度的测定方法为紫外分光光度法，根据紫外扫描图观察到，有两个波峰，考虑到[C4mim][CF3SO3]离子液体在200nm～240nm有吸收波长，影响5-羟甲基糠醛的吸收，所以选择284nm紫外吸收波长，如图1、图2所示，提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为3.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和150mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算5-羟甲基糠醛的含量，计算出萃取率，如图3F柱所示，萃取率为98.47％。

果糖浓度的测定方法为苯酚硫酸法，将样品置于试管中，加入DNS，混匀后于沸水浴中加热15min，取出后立即置于冰水中冷却至室温，再用蒸馏水定容至20m L，混匀后利用分光光度计于540nm下进行测定。提前做好标准曲线(相关系数达到0.999方可使用)。空白样品：(1)中3g质量浓度为3.5mg/mL的5-羟甲基糠醛和150mg/mL的果糖混合溶液替代为3g蒸馏水，其他不变。用空白对照测定样品的吸光度值，根据标准曲线计算果糖的含量，计算出萃取率，如图4F柱所示，萃取率为95.51％。

图1是利用微量紫外分光光度计扫描一定浓度5-羟甲基糠醛溶液得到的图谱；5-羟甲基糠醛溶液的浓度为：1.0～3.5mg/mL。

图2是利用微量紫外分光光度计扫描一定浓度1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐溶液得到的图谱；1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐溶液的浓度为：25～150mg/mL。

图-3不同浓度的5-羟甲基糠醛在富集离子液相中的萃取率图谱；离子液体双水相体系是由30wt％[C4mim][CF3SO3]+40wt％NaH2PO4·2H2O构成的。

图4是不同浓度的果糖在富集无机盐相中的萃取率图谱；离子液体双水相体系是由30wt％[C4mim][CF3SO3]+40wt％NaH2PO4·2H2O构成的。

一种利用离子液体双水相体系萃取分离5-羟甲基糠醛和果糖的方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。