目录
1前言 ................................................................................................................................ 2
1.1 葡萄糖酸钠概述 .............................................................................................. 2 1.2 葡萄糖酸钠的制备工艺 .................................................................................. 4 1.3 制备方法的比较 .............................................................................................. 6 1.4 葡萄糖酸钠的发展史 ...................................................................................... 6 2实验材料 ........................................................................................................................ 7
2.1菌种 ..................................................................................................................... 7 2.2培养基 ................................................................................................................. 7 2.3主要试剂 ............................................................................................................. 8 2.4主要仪器 ............................................................................................................. 8 3 试验方法 ..................................................................................................................... 8
3.1 发酵培养 .......................................................................................................... 8 3.2 检测 .................................................................................................................. 8
3.2.1 DNS测定总糖和还原糖 ....................................................................... 8 3.2.2 氨基氮的测定 ....................................................................................... 10 3.2.3 菌浓测定：离心体积和干重 ............................................................... 11 3.2.4 葡萄糖酸钠含量的测定 ....................................................................... 11
4实验结果与讨论 .......................................................................................................... 12
4.1 葡萄糖含量 .................................................................................................... 12 4.2 总糖和还原糖含量 ........................................................................................ 12 4.3 氨基氮 ............................................................................................................ 13 4.4 葡萄糖酸钠 .................................................................................................... 14 4.5 菌体浓度的测定 ............................................................................................ 15 4.6 菌体生长情况 ................................................................................................ 15
4.7 在线检测 ........................................................................................................ 16 5 展望 ............................................................................................................................. 19
1前言
1.1 葡萄糖酸钠概述
葡萄糖酸钠又称五羟基己酸钠，是一种白色或淡黄色结晶粉末，易溶于水，微溶于醇，不溶于醚。其分子式为C6H11O7Na ，相对分子质量为218.14。葡萄糖酸钠是葡萄糖的深加工产品，也是制备葡萄糖酸内酯、葡萄糖酸盐(锌、铜、亚铁盐) 等的基础原料。该产品热稳定性好，无潮解性，由于其优良的螯合性能而被广泛用于水质处理、电镀、金属与非金属的表面清洗及水泥生产等多种工业部门，在化工、食品、医药、轻工等行业有着广泛的用途。工业级的葡萄糖酸钠是建筑工业上混凝土的塑化剂，食品级的葡萄糖酸可作为食品行业的酸味剂。另外葡萄糖酸钠的毒性和腐蚀性极小，能与某些二价或三价金属离子形成水溶性络合物，因此在医疗和化工行业作为清洗剂被利用。美国及日本等国在20世纪50年代就开始工业化生产，我国自1955年由轻工业部上海工业试验所试制葡萄糖酸成功后发展迅速，目前全国已有几十家葡糖酸。葡萄糖酸钠的主要用途有：
用作钢铁表面清洗剂
钢铁表面如需要镀钵、镀铬、镀锡、镀镍以适应特殊用途时，如制造马口铁，镀锌板，表面镀铬（电度）等，其钢坯表面均需经过严格清洗，使镀层物与钢铁表面牢固结合，这时候其清洗药剂中添加葡萄糖酸钠将会达到十分理想的效果。这一点已经被国际上制造马口铁的大公司所证实。
用作水泥掺合剂
水泥中添加一定数量葡萄糖酸钠后，可增加混凝土的可塑性和强度，且有阻滞作用，即推迟混凝土的最初与最终凝固时期，例如添加0.15%的葡萄糖酸钠，可将 混凝土的初凝 固时间延长10倍以上，也就是将混凝土的可塑时间从几小时延长至几天，而不影响其牢 度。可塑性与延缓最初凝固时间在混凝土作业中是非常重要的问题，如在高温度季节施工及大型的工程作业中，延缓最初凝固时间则是个难题，葡萄糖酸钠可圆满解 决这个问题。另外高温时胶接油井是比较困难的，添加了葡萄糖酸钠后的混凝土在170℃高温下，在几个小时内可塑，因此也能圆满解决上述问题。因此葡萄糖酸 钠作为水泥掺合剂在国外已大量应用于重要的建筑工程，如中东的大量桥梁工程中。但是我们国内在这方面应用也还
未推广应用，据说有在造纸废水中提炼纤维素磺 酸钠，其效果与葡萄糖酸钠根本是不可相提并论的。
此外还可在电镀，胶卷制造工业中应用
作为一种多羟基羧酸型优良的缓蚀阻垢剂葡萄糖酸钠，由于具有上述诸多特异性质，如能在应用技术上肯下功夫，必将会被开发成一个很大的产业。
葡萄糖酸钠在建筑工业中的应用
混凝土是一种组合物料，由水泥、集料、掺合剂和水制成。混凝土是所有人工制造的物料中最大量的。混凝土中四分之三是集料，然而在混凝土中最具活性的成分是 水泥浆。混凝土的性质和性能主要决定于水泥浆的性质。混凝土中的掺合剂能提供一些有益的作用如加速凝固，延缓凝固，使空气成气泡状存在，减少用水量和增加 塑性等等。通常在水泥中同时使用数种掺合剂，各种不同的掺合剂在一些应用中能互相强化。葡萄糖酸钠可以作为掺合剂用在混凝土中，它在混凝土中的功能如下：减水剂和缓凝剂葡萄糖酸钠一般是单独使用，但是也可以与其它缓凝剂如碳水化合物和磷酸盐配合起来使用。葡萄糖酸钠是一种结晶的粉末。是在妥善规定和控制的条件下生产出来的。此化合物是化学纯的并且无腐蚀性。质量是恒定的。这些特点能保证它在应用中有可靠的和重复性的结果。
葡萄糖酸钠作为减水剂
通过加入减水剂，水对水泥比（W/C）能够减小。 通过加入葡萄糖酸钠能够获得如下的效果： 1、 增进工作性 在水对水泥比（W/C）不变的情况下，加入葡萄糖酸钠能增进工作性。这时，葡萄糖酸钠是起增塑剂的作用。在葡萄糖酸钠加量在0.1%以下时，其改进工作性 的程度与加入量成正比。 2、 增进强度 当水泥含量保持不变而混凝土中的水含量可降低（即W/C降低）。当葡萄糖酸钠的加入量为0.1%时，加水量可减少10%。 3、 降低水泥含量 水和水泥含量以同比例降低，W/C比保持不变。此时，葡萄糖酸钠作为水泥减量剂。 一般情况下，下列两方面对混凝土的性能说很为重要：收缩和产生热量。
葡萄糖酸钠作为缓凝剂
葡萄糖酸钠能够显著延缓混凝土的起始的和终了的凝固时间。在用量为0.15%以下时，起始凝固时间的对数与配加量成正比例关系，即配加量加一倍，起始凝固 的时间延迟到十倍，这就使能工作的时间从很少几个小时延长到几天而无损于强度。 特别是在热天和需要放置的时间较长时，这是一项重要的优点。
用作玻璃瓶专用清洗剂
饮料工业，食品工业，酿造工业的日数以亿万计的玻璃瓶，如汽水瓶，啤酒瓶，牛奶瓶，罐头瓶，酱油瓶，酒瓶等，其清洗工作是一项十分重要的事情，清洗剂的药 剂配方是一项难度较高的技术工作。目前国内尚未出现一种比较理想的药剂。主要存在问题有：去垢力不强，易堵塞洗瓶机的喷咀及管路；对瓶贴及瓶颈铁锈去染力 不理想；洗后微量残留物对食用安全性不理想（如磷酸盐残留）；洗涤水排放成公害（不能符合国家规定之标准）。如在其玻璃瓶清洗剂的药剂配方中改用葡萄糖酸 钠为主体，则上述问题均能迎刃而解。（八十年代已在上海汽水厂，上海啤酒厂做大型试验，有鉴定证明）这方面的应用国内尚未开发，若形成市场，潜力很大。
用作水质稳定剂
由于葡萄糖酸钠具有优异的缓蚀阻垢作用，所以被广泛用于水质稳定剂，例如作为石油化工企业循环冷却水系统，低压锅炉，内燃机冷却水系统等处理药剂。因为它 有以下特异优点： ⑴具有明显的协调效应。适用于钼、硅、磷、钨、亚硝酸盐等配方，由于协调效应影响，缓蚀效果大大提高。 ⑵缓蚀率随温度升高而增加。一般缓蚀剂随着温度升高而缓蚀率下降，甚至完全失去作用。但葡萄糖酸钠恰恰相反，缓蚀率在一定范围内随温度升高而提高，例如对 炭钢等材质的试验中，温度从77℃F于上升到120℃F，其缓冲率平均提高5%以上。所以葡萄糖酸钠这种奇异的特性，对较高温度的体系或从低温到高温的变 温体系 ，作缓蚀剂使用 是十分理想。 ⑶阻垢能力强：对钙，镁，铁盐具有很强的络合能力，所以阻垢能力很强，特别对Fe3+有极好的螯合作用，甚至在全PH范围内部有作用。 ⑷灭公害。使用葡萄糖酸钠作为循环冷却水缓蚀阻垢剂，达到灭公害，这是目前所使用的其他缓蚀阻垢剂无法比拟的优点。
用于医药方面
调节人体内酸碱平衡，以恢复神经正常作用，亦可基于同样目的， 用于食品添加剂。
1.2 葡萄糖酸钠的制备工艺
目前葡萄糖酸钠的生产方法主要有生物发酵法、相化学氧化法、 电解氧化法、 多相催化氧化法。
生物发酵法
该方法包括真菌发酵和细菌发酵，另外还有固定细胞发酵工艺， 其中较普遍采用的是黑曲霉菌发酵制葡萄糖酸钠工艺。
该方法是在240-300g/L 的葡萄糖溶液中加入一定量的营养物质，灭菌，冷却至适宜温度，接种体积分数为10%的黑曲霉种子液，开动搅拌，通气流，调整发鞘夜pH值维持在6.0 - 6.5，温度保持在32 - 34OC 。发酵过程中滴加消泡剂，以消除发酵过程中所产生的泡沫。 整个发酵过程约需20h，当残糖降至1g/L时可以认为发酵结束。菌体与发酵液分离后，发酵液经真空浓缩、结晶可得葡萄糖酸钠晶体， 或经喷雾干燥后制得葡萄糖酸钠粉状产品。该方法具有发酵速度快、 发酵过程易于控制、产品易提取等特点，但同时也有一定缺陷，如产品色泽不易控制、无菌化要求程度高等。
均相化学氧化法
结晶葡萄糖加水溶解后加入催化剂，控制一定的温度，滴加次氯酸钠溶液， 同时滴加离子膜液碱来控制反应体系的p H 值，使平衡向生成葡萄糖酸钠的方向移动。通过测定残糖量来确定反应终点，然后过滤，将反应液浓缩，利用氯化钠溶解度比葡萄糖酸钠溶解度低的特性，浓缩后先析出氯化钠，后析出葡萄糖酸钠来进行提纯，可得葡萄糖酸钠含量在95%( 质量分数)以上的产品。
采用次氯酸钠氧化法生产葡萄糖酸钠具有转化率高、工艺过程简单、成本低的优点，但是其中间步骤多，副产物多，产物难于分离， 因此在应用上受到了限制。
高树桐等在国外改进的次氯酸钠氧化法的基础上，又进行了改进，提高了物料浓度并在室温进行反应，具备了工业化生产的条件。于1989年10月在石家庄东华化工厂建成了100t/a中试装置，收率在90%左右。但是副产物氯化钠混在产品中，不易分离。为此必须将氧化后的反应液用酸酸化，使生成的葡萄糖酸钠转化为内酷，蒸出水后再用有机溶剂萃取，使氯化钠与内醋分离，然后再用碱中和，使内醋转化为葡萄糖酸钠。流程繁琐，成本较高。
电解氧化法
该方法是在电解槽中加入一定浓度的葡萄糖溶液，再加入适宜的电解质，在一定温度、一定电流密度下恒电流电解。其工业参数的确定因加入电解质的不同而异。例如，以溴化钠为电解质时， 葡萄糖浓度为23.5%(质量分数)温度控制在40℃，电流密度为1 A .dm-2 ， 电解质浓度为2%(质量分数)，电解过程中碳酸钠可一次性加入。电解结束后电解液经浓缩、结晶，可得葡萄糖酸钠晶体。
电解氧化法虽然克服了生物发酵法和均相化学氧化法的某些缺点，但在工业生产中能耗大，不易控制，因此工业化生产中很少采用。