SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST
Fructose is the sweetest natural sugar that widely used in the food industry as a dietary sweetener. It is also a key starting compound for the synthesis of wide variety biobased value-added intermediates. Isomerisation of glucose into fructose is already a large-scale industrial process performed...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2024
|
| Online Access: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/679 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Download file: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871466063292530688 |
|---|---|
| author | Levytska, Svitlana Brei, Volodymyr |
| author_facet | Levytska, Svitlana Brei, Volodymyr |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Svitlana Levytska",
"institution": "Institute for Sorption and Problems of Endoecology of the National Academy of Sciences of Ukraine, 13 General Naumov Str., Kyiv 03164, Ukraine"
},
{
"author": "Volodymyr Brei",
"institution": "Інститут сорбції та проблем ендоекології"
}
] |
| author_sort | Levytska, Svitlana |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:54Z |
| description | Fructose is the sweetest natural sugar that widely used in the food industry as a dietary sweetener. It is also a key starting compound for the synthesis of wide variety biobased value-added intermediates. Isomerisation of glucose into fructose is already a large-scale industrial process performed with about 1500 tof immobilized enzymes producing more than 10 million (dry matter) a glucose – fructose syrup per year. But this process requires considerable costs therefore the development of fast, cheap and reusable catalyst systems seems essential. Known solid catalysts are still significantly inferior to enzymes in process selectivity, so the search for effective catalysts for glucose isomerization remains relevant. The process of isomerization of 10–30% aqueous glucose solutions over alumina-supported mixed MgO-ZrO2 oxides in batch and flow mode at 90°C and atmospheric pressure was investigated. The supported mixed oxide MgO-ZrO2/Al2O3 was synthesized by a simple impregnation method which is important for the development of a simple and cheap catalyst for the target reaction. MgO-ZrO2/Al2O3 sample with a molar ratio of Mg/Zr= 4 and the deposited oxide phase content of 20 wt.% was synthesized by impregnation of commercial granular aluminum oxide with a compatible solution of magnesium and zirconium nitrates and subsequent heat treatment at 600 C for 2 h. It was found that the MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst provides glucose conversion up to 19%, with maximum fructose selectivity up to 100% in the flow mode. The possibility of processing of concentrated (30%) glucose solutions at 90 °Cwith catalyst productivity of 0,44–0.67 mmol fructose/gcat/h was shown. After 30 h processing MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst has been regenerated by calcination in air for 2 hours at 600 °C without loss of activity and selectivity. |
| doi_str_mv | 10.33609/2708-129X.90.7.2024.25-33 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
25
УДК 544.47 doi: 10.33609/2708-129X.90.7.2024.25-33
СЕЛЕКТИВНА ІЗОМЕРИЗАЦІЯ ГЛЮКОЗИ У ФРУКТОЗУ
НА MgO-ZrO2/Al2O3-КАТАЛІЗАТОРІ
С. І. Левицька, В. В. Брей
Інститут сорбції та проблем ендоекології НАН України,
вул. Генерала Наумова, 13, Київ 03164, Україна; тел.: (044) 594-13-77,
e-mail: s_levytska@ukr.net
Досліджено ізомеризацію 10–30% водних розчинів глюкози на нанесеному
MgO-ZrO2/Al2O3 каталізаторі в стаціонарному та проточному режимах за темпера-
тури 90 °С. Встановлено, що MgO-ZrO2/Al2O3-каталізатор забезпечує в проточному
режимі продуктивність за фруктозою до 0.67 ммоль/гкат /год при 19% конверсії глю
кози із селективністю за фруктозою 99–100%.
Ключові слова: фруктоза, ізомеризація глюкози, нанесені оксидні каталізатори.
ВСТУП. Фруктозу, яка майже в 1,5 рази
солодша за сахарозу і вдвічі за глюкозу, ши-
роко використовують у харчовій промисло-
вості як дієтичний підсолоджувач [1]. Вона
також може бути вихідною речовиною для
синтезу таких потрібних речовин, як етил-
лактат [2], метиллактат [3], левулінова кис-
лота [4] та низки інших.
Традиційно фруктозу одержують шля-
хом ферментативної ізомеризації глюкози
[1, 5, 6]. Це багатотоннажний промисловий
процес, в якому щорічно використовують
1500 т іммобілізованих ферментів, що за-
безпечує понад 10 млн т (у перерахунку на
суху речовину) продукції глюкозно-фрук-
тозного сиропу [5, 6]. Цим методом за 60 °С
одержують суміш із 42 мас.% фруктози,
50 мас.% глюкози та 8 мас.% інших саха-
ридів [7], що наближається до термодина-
мічної рівноваги цієї реакції ізомеризації
(константа рівноваги наближається до оди-
ниці за 60 °С).
Однак цей процес вимагає значних ви-
трат через високу вартість та нетривалу ак-
тивність глюкозоізомерази (half-life 80–150
днів [5]), її чутливість до температури, pH
середовища та необхідність використання
розчинів глюкози високої чистоти [6, 7].
У цьому контексті актуальним залишаєть-
ся пошук ефективних твердих оксидних
каталізаторів для селективної ізомеризації
глюкози у фруктозу.
В останні роки було проведено досить
багато досліджень з тестування потенцій-
них каталізаторів (твердих кислот Льюїса
[7–9] і твердих основ [10–13]) для виробни-
цтва фруктози. В процесі ізомеризації вод-
них розчинів глюкози за участі таких ка-
талізаторів вдається досягти виходу фрук-
този близько 35%, що менше порівняно з
26 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
СЕЛЕКТИВНА ІЗОМЕРИЗАЦІЯ ГЛЮКОЗИ У ФРУКТОЗУ НА MgO-ZrO2/Al2O3-КАТАЛІЗАТОРІ ФІЗИЧНА ХІМІЯ
ферментативним процесом. У цьому ви-
падку вихід фруктози обмежений не лише
через оборотність реакції ізомеризації, а
також через високу реакційну здатність
фруктози, яка зазнає наступних пере-
творень за присутності каталізаторів [7].
Утворення численних побічних продуктів
(близько 50 можливих речовин, переважно
кислот) зумовлює необхідність додатково-
го очищення, що потребуватиме додатко-
вих затрат у разі промислового застосуван-
ня. Тому потрібен насамперед високоселек-
тивний оксидний каталізатор.
У наших попередніх роботах було дослі-
джено ізомеризацію водних розчинів глю-
кози на зразках змішаних оксидів магнію
та цирконію (з різними атомними співвід-
ношеннями Mg/Zr) і знайдено, що каталі-
затор MgO-ZrO2 забезпечує найвищу се-
лективність за фруктозою у 88 % з її вихо-
дом до 30 % у проточному режимі за 90 °С
і з виходом 35 % в автоклаві за 120°С [13].
Проте синтез такого каталізатора шляхом
прожарювання гідроксидів, одержаних ме-
тодом співосадження з розчинів відповід-
них солей, є більш складним і витратним
порівняно із синтезом нанесеного каталі-
затора через просочення цими розчинами
оксидного носія з подальшим його термо-
обробленням.
У цьому повідомленні представлено ре-
зультати тестування нанесеного каталіза-
тора MgO-ZrO2/Al2O3 в реакції ізомериза-
ції глюкози у фруктозу в стаціонарному та
проточному режимах.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ РЕ-
ЗУЛЬТАТІВ. Зразок MgO-ZrO2/Al2O3 з мо
льним співвідношенням Mg/Zr = 4 і вмістом
нанесеної фази 20 мас.% синтезували ме
тодом просочення гранульованого γ-Al2O3
(ТОВ «Анаір», Україна) сумісним розчином
нітратів магнію і цирконію з подальшим
термообробленням для формування змі-
шаної оксидної фази. Для цього попередньо
просушену (за 250°С 1 год) фракцію (0,5–
2 мм) Al2O3 просочували розрахованою
кількістю розчину солей (Mg(NO3)2∙6H2O)
та ZrO(NO3)2∙хH2O), після чого висушува-
ли за 120 °C і кальцинували за 600 °С 2 год.
Для характеризації синтезованого нане-
сеного змішаного оксиду (рентгенофазо-
вий аналіз, текстурні параметри, сила (H−)
і сумарна концентрація основних центрів)
використовували ті ж самі методики, що й
для співосадженого MgO-ZrO2 [13].
У каталітичних експериментах вико-
ристовували водні розчини глюкози (ч, Ук
раїна) з концентрацією 10, 20 та 30 мас.%.
Досліди проводили двома методами: в ре-
акторі періодичної дії з перемішуванням та
в проточному режимі з нерухомим шаром
каталізатора за температури 90 °С та ат-
мосферного тиску. У першому випадку за-
стосовували термостатовану (гліцеринова
баня) скляну круглодонну колбу з перемі-
шуванням (500 rpm) за допомогою магніт-
ної мішалки. Після закінчення реакції про-
дукт відділяли від каталізатора фільтруван-
ням через паперовий фільтр. У проточному
режимі реакцію проводили в термостато-
ваному скляному реакторі з внутрішнім
діаметром 8 мм, 1.0 см3 (0.6 г) каталізатора
поміщали в ізотермічну зону реактора. Роз-
чин глюкози подавали за допомогою шпри-
цевого дозатора (Orion M361) з об’ємною
швидкістю 0.3–2 год-1.
Одержані продукти реакції аналізували
методом рідинної хроматографії за допомо-
гою системи Waters HPLC (Waters 1515 Iso
cratic HPLC Pump, Waters 717 plus Autosamp
27https://ucj.org.ua
С. І. Левицька, В. В. Брей УХЖ № 7 / ТОМ 90
ler), оснащеної детектором Waters 2414
RI (Waters 410 Differential Refractometer) і
колонкою Aminex HPX-87H Ion Exlusion
(300×7,8 мм). Внутрішня температура де-
тектора і колонки становила 40 °C і 65 °C від-
повідно. Елюентом був 0,004 М водний роз-
чин H2SO4 зі швидкістю потоку 0,55 мл/хв,
а загальний час аналізу проби становив
20 хв. Концентрацію продуктів в одержаних
зразках визначали за допомогою зовнішніх
калібрувальних кривих, створених за допо-
могою стандартних розчинів із відомими
концентраціями. Значення перетворення
глюкози (X) і селективності за фруктозою
(S) розраховували у масових %. Вихід фрук-
този розраховували як Y = S·X.
Для ідентифікації продуктів реакції
використовували також метод 13С ЯМР-
спектроскопії (Bruker Avance 400). Для від-
несення спостережуваних ліній використо-
вували базу даних спектрів органічних
сполук (SDBS, National Institute of Advanced
Industrial Science and Technology, Japan,
www.aist.go.jp).
У таблиці 1 представлено текстурні па-
раметри, силу та концентрацію основних
центрів синтезованого каталізатора. Дослі-
джуваний зразок характеризується досить
сильними основними центрами (H− ≤+15.0)
із концентрацією 1.45 ммоль/г (табл.). По-
рівняно з ним співосаджений 4MgO-ZrO2
[13] має більш сильні основні центри
(Н−≤+17.2), але меншу їхню загальну кон-
центрацію (табл. 1). Останнє може бути
зумовлено значно меншою площею спів-
осадженого зразка порівняно з нанесеним
(табл.1), а зниження сили основних центрів
може бути наслідком впливу поверхні но-
сія - γ-Al2O3 (табл. 1).
Табл. 1
Структурні характеристики та основність синтезованих каталізаторів
Table 1.
Structural characteristics and basicity of the synthesized catalysts.
Зразок Sпит (BET),
м2/г V пор, см3/г rсер., нм r(BJH desorption),
нм Н- (Н0 *)
С основ. (кисл*).
центрів,
ммоль/г
MgO-ZrO2/Al2O3 195 0.60 6.1 3.9 +15.0 1.5
4MgO-ZrO2 94 0.52 11.1 3.3 +17.2 1.3
γ-Al2O3 280 0.78 5.9 3.9 +3.3* 1.1*
За даними рентгеноструктурного ана-
лізу досліджуваного каталізатора MgO-
ZrO2, нанесений на γ-Al2O3 залишається в
аморфному стані (рис.1) На дифрактограмі
не фіксуються піки, що притаманні синте-
зованому масивному MgO-ZrO2, де присут-
ні дві фази: MgO у формі периклазу (піки
при 2θ = 42,9° та 62,2°) і Mg2Zr5O12 (піки при
2θ =30,6°; 35,1°; 50,9° та 60,8°) [13].
28 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
СЕЛЕКТИВНА ІЗОМЕРИЗАЦІЯ ГЛЮКОЗИ У ФРУКТОЗУ НА MgO-ZrO2/Al2O3-КАТАЛІЗАТОРІ ФІЗИЧНА ХІМІЯ
Рис 1. Дифрактограми: 1 – досліджуваного
каталізатора MgO-ZrO2/Al2O3, 2 – носія - γ-Al2O3
Fig. 1. Diffraction patterns: 1 – of the studied
catalyst MgO-ZrO2/Al2O3, 2 – carrier - γ-Al2O3
На першому етапі було досліджено ізо-
меризацію 10 % розчину глюкози в реак-
торі періодичної дії. Умови реакції було
обрано на підставі попереднього дослі-
дження цього процесу на співосадженому
MgO-ZrO2-каталізаторі [13]. Було показа-
но, що ізомеризацію глюкози доцільно про-
водити за 90°С протягом 2 годин, оскільки
збільшення часу і температури значною
мірою зумовлює утворення побічних про-
дуктів, а вихід фруктози практично не зро-
стає. Подібну тенденцію спостерігаємо для
нанесеного MgO-ZrO2/Al2O3-каталізатора
(табл. 2).
Табл. 2
Тестування MgO-ZrO2/Al2O3-каталізатора в реакції ізомеризації глюкози в стаціо-
нарних умовах*
Table 2.
Testing of MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst in glucose isomerization reaction under steady-state
conditions*.
Тривалість
реакції, год
pH продукту Конверсія
глюкози, %
Селективність за
фруктозою, %
Вихід фруктози, %
0.5 7.2 18.6 99 18.4
1 7.4 22.1 98 21.7
2 7.5 22.8 97 22.1
3 7.5 23.4 95 22.2
* 10 мл 10 мас.% водного розчину глюкози, 100 мг каталізатора, 90°C, 500 rpm
Наступні експерименти проводили в
проточному режимі, який є більш при-
йнятним для практики. Результати пока-
зали, що за подачі 10% розчину глюкози з
об’ємною швидкістю V=1 год-1 досліджува-
ний каталізатор забезпечує 19 % конверсію
глюкози з практично 100% селективністю
за фруктозою. В 13С ЯМР-спектрі (рис. 2,
крива 2) та на хроматограмі (рис. 3) цього
продукту присутні лише піки глюкози (1 –
9.99 хв) і фруктози (2 – 10.77 хв).
29https://ucj.org.ua
С. І. Левицька, В. В. Брей УХЖ № 7 / ТОМ 90
Рис. 2. 13С ЯМР-спектри глюкози (1) та продукту перетворення 10 % розчину глюкози на
MgO-ZrO2/Al2O3-каталізаторі (2) в проточному реакторі (90°C, V= 1 год-1)
Fig. 2. 13С NMR spectra of glucose (1) and the product of the conversion of a 10% glucose solution on
a MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst (2) in a flow reactor (90°C, V= 1 h-1).
Рис. 3. Хроматограма продукту перетворення
10 % розчину глюкози на MgO-ZrO2/Al2O3 в
проточному реакторі (90°C, V= 1 год-1)
Fig. 3. Chromatogram of the product of the
conversion of 10% glucose solution to MgO-ZrO2/
Al2O3 in a flow reactor (90°C, V= 1 h-1).
Результати вивчення впливу концентра-
ції водного розчину глюкози на вихід фрук-
този представлено в табл. 3. При збільшен-
ні концентрації вихідного розчину глюко-
зи від 10 до 30% конверсія глюкози і вихід
фруктози зменшуються з 19% до 16% при
100% селективності за фруктозою. Це дає
можливість підвищити продуктивність
за фруктозою. Так, при 30% концентра-
ції глюкози за даних умов продуктивність
MgO-ZrO2/Al2O3 каталізатора становить
0.44 ммоль фруктози/гкат/год.
30 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
СЕЛЕКТИВНА ІЗОМЕРИЗАЦІЯ ГЛЮКОЗИ У ФРУКТОЗУ НА MgO-ZrO2/Al2O3-КАТАЛІЗАТОРІ ФІЗИЧНА ХІМІЯ
Табл. 3
Утворення фруктози на MgO-ZrO2/Al2O3-каталізаторі в проточному реакторі за-
лежно від концентрації розчину глюкози (90°C, V= 1 год-1)
Table 3.
Fructose formation on MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst in a flow reactor depending on the
concentration of glucose solution (90°C, V= 1 h-1).
Початкова
концентрація
глюкози, мас.%
Навантаження
на каталізатор,
ммоль Гл/гкат/год
Конверсія
глюкози, %
Селективність за
фруктозою, %
Продуктивність
за фруктозою,
ммоль /гкат/год
10 0.92 19 99–100 0.17
20 1.85 18 99–100 0.33
30 2.78 16 99–100 0.44
Результати дослідження трансформації
30% розчину глюкози на MgO-ZrO2/Al2O3-
каталізаторі за різних об’ємних швидко-
стей подачі реакційної суміші (2.4–0.3 год-1)
показали, що зі збільшенням часу контакту
з 25 до 200 хв конверсія глюкози зростає з
10 до 20% (табл. 4). Однак при цьому змен-
шується селективність за фруктозою, що
знижує продуктивність процесу. Тому до-
цільним є використання об’ємної швидко-
сті подачі розчину глюкози 1 год-1 (час кон-
такту 60 хв), що забезпечує максимальний
вихід фруктози практично без побічних
продуктів.
Табл. 4
Перетворення 30 % водного розчину глюкози на MgO-ZrO2/Al2O3 залежно від
об’ємної швидкості подачі (90°С)
Table 4.
Conversion of 30% aqueous glucose solution to MgO-ZrO2/Al2O3 depending on the
volumetric feed rate (90°C).
Об’ємна
швидкість
реакційної
суміші, год-1
Час контакту з
каталізатором,
хв
Навантаження
на каталізатор,
ммоль Гл/гкат/год
Конверсія
глюкози, %
Селективність
за фруктозою,
%
Продуктивність
за фруктозою,
ммоль /гкат/год
0.3 200 0.83 20 96 0.16
0.5 120 1.39 18 98 0.25
1.0 60 2.78 16 100 0.44
1.5 40 4.17 12 100 0.50
2.4 25 6.67 10 100 0.67
31https://ucj.org.ua
С. І. Левицька, В. В. Брей УХЖ № 7 / ТОМ 90
Слід зазначити, що селективність за
фруктозою не змінювалися впродовж 30 год
роботи зазначеного каталізатора в проточ-
ному реакторі, хоча конверсія глюкози по-
ступово знижувалася від 16 до 11 %. При
цьому каталізатор набував коричневого ко-
льору, який зникав після прожарювання на
повітрі за 600 °C упродовж 2 годин. Після
регенерації каталізатор практично повністю
відновлював свою активність з конверсією
глюкози 16%. На основі цього можна припу-
стити, що зниження активності каталізатора
відбувається переважно за рахунок адсорб-
ції побічних продуктів на його поверхні, а не
через вимивання іонів магнію, що є відомою
проблемою для основних каталізаторів у
водному середовищі [10, 12].
ВИСНОВКИ. Досліджено ізомеризацію
10–30% водних розчинів глюкози на на-
несеному MgO-ZrO2/Al2O3-каталізаторі в
стаціонарному та проточному режимах за
90°С та атмосферному тиску. Встановлено,
що селективний MgO-ZrO2/Al2O3-каталіза-
тор забезпечує в проточному режимі про-
дуктивність за фруктозою до 0.67 ммоль/
гкат /год при 19% конверсії глюкози.
Роботу виконано в межах держбю-
джетної теми «Каталітична конвер-
сія вуглеводів у С2-С3 поліоли та ес-
тери гідроксикарбонових кислот»,
державний реєстраційний номер:
0122U000237.
SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO
FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST.
S.I. Levytska, V.V. Brei
Institute for Sorption and Problems of Endoeco-
logy of the National Academy of Sciences of
Ukraine,
13 General Naumov Str., 03164 Kyiv, Ukraine;
*e-mail: s_levytska@ukr.net
Fructose is the sweetest natural sugar that
widely used in the food industry as a dietary
sweetener. It is also a key starting compound
for the synthesis of wide variety biobased va
lue-added intermediates. Isomerisation of glu-
cose into fructose is already a large-scale in-
dustrial process performed with about 1500 t
of immobilized enzymes producing more
than 10 million (dry matter) a glucose – fruc-
tose syrup per year. But this process requires
considerable costs therefore the development
of fast, cheap and reusable catalyst systems
seems essential. Known solid catalysts are still
significantly inferior to enzymes in process
selectivity, so the search for effective cata
lysts for glucose isomerization remains rele-
vant. The process of isomerization of 10–30%
aqueous glucose solutions over alumina-sup-
ported mixed MgO-ZrO2 oxides in batch and
flow mode at 90°C and atmospheric pressure
was investigated. The supported mixed oxide
MgO-ZrO2/Al2O3 was synthesized by a simple
impregnation method which is important for
the development of a simple and cheap cata-
lyst for the target reaction. MgO-ZrO2/Al2O3
sample with a molar ratio of Mg/Zr= 4 and the
deposited oxide phase content of 20 wt.% was
synthesized by impregnation of commercial
granular aluminum oxide with a compatible
solution of magnesium and zirconium nitrates
32 ISSN 2708-129X. Укр. хім. журн., 2024
СЕЛЕКТИВНА ІЗОМЕРИЗАЦІЯ ГЛЮКОЗИ У ФРУКТОЗУ НА MgO-ZrO2/Al2O3-КАТАЛІЗАТОРІ ФІЗИЧНА ХІМІЯ
and subsequent heat treatment at 600 C for 2 h.
It was found that the MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst
provides glucose conversion up to 19%, with
maximum fructose selectivity up to 100% in
the flow mode. The possibility of processing of
concentrated (30%) glucose solutions at 90 °C
with catalyst productivity of 0,44–0.67 mmol
fructose/gcat /h was shown. After 30 h process-
ing MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst has been rege
nerated by calcination in air for 2 hours at
600 °C without loss of activity and selectivity.
Keywords: fructose, isomerization of glu-
cose, supported oxide catalysts.
ЛІТЕРАТУРА
1. Yu H., Guo Y., Wu D., Zhan W., Lu G. Immobi-
lization of glucose isomerase onto GAMM sup-
port for isomerization of glucose to fructose.
Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic,
2011. 72. P. 73–76.
doi:10.1016/j.molcatb.2011.05.006
2. Прудіус С. В., Вислогузова Н. М., Брей В.
В Конверсія D-фруктози в етиллактат на
SnO2-вмісних каталізаторах. Хімія, фізика
та технологія поверхні. 2019. 10(1). C. 67–74.
doi: 10.15407/hftp10.01.067
3. Prudius S.V., Hes N.L., Mylin A.M., Brei V.V.
Continuous conversion of fructose into methyl
lactate over SnO2–ZnO/Al2O3 catalyst. Jour-
nal of Chemistry and Technologies. 2021. 29(1).
P. 1–9.
4. Hes N., Mylin A., Prudius S. Catalytic pro
duction of levulinic and formic acids from
fructose over Superacid ZrO2–SiO2–SnO2 cata
lyst. Colloids Interfaces 2022. 6(1). 4 pp.
https://doi.org/10.3390/colloids6010004
5. Buchholz K., Seibel J., Industrial carbohydrate
biotransformations. Carbohydrate Research.
2008. 343. P. 1966–1979.
doi:10.1016/j.carres.2008.02.007
6. DiCosimo R., McAuliffe J., Poulose A.J., Bohl-
mann G. Industrial use of immobilized en-
zymes. Chemical Society Review. 2013. 42.
P. 6437–6474.
DOI: 10.1039/c3cs35506c
7. Moliner M., Román-Leshkov Y., Davis M.E.
Tin-containing zeolites are highly active cata
lysts for the isomerization of glucose in wa-
ter, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. 107(14).
P. 6164–6168.
https://doi.org/10.1073/pnas.1002358107.
8. Cho H. J., Gould N.S., Vattipalli V., Sabnis S.,
Chaikittisilp W., Okubo T., Xu B., Fan W. Fabri-
cation of hierarchical Lewis acid Sn-BEA with
tunable hydrophobicity for cellulosic sugar
isomerization. Microporous and Mesoporous
Materials. 2019. 278. P. 387–396.
https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.12.
046
9. Lu S., Lyu J., Han X., Bai P., Guo X., Effec-
tive isomerization of glucose to fructose by
Sn-MFI/MCM-41 composites as Lewis acid
catalysts. Journal of the Taiwan Institute of
Chemical Engineers. 2020. 116. P. 272–278.
https://doi.org/10.1016/j.jtice.2020.11.010
10. Delidovich I., Palkovits R. Structure–perfor-
mance correlations of Mg–Al hydrotalcite
catalysts for the isomerization of glucose into
fructose Journal of Catalysis. 2015. 327. P. 1–9.
http://dx.doi.org/10.1016/j.jcat.2015.04.012
11. Delidovich I. Recent progress in base-cataly
zed isomerization of Dglucose into D-fruc-
tose. Current Opinion in Green and Sustainable
Chemistry. 2021. 27. 100414 pp.
https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2020.100414
12. Rabee A. I. M, Le S.D, Nishimura S. MgO-ZrO2
mixed oxides as effective and reusable base
catalysts for glucose isomerization into fruc-
tose in aqueous media. Chem Asian J. 2020. 15.
P. 294–300.
https://doi.org/10.1002/asia.201901534.
13. Левицька С. І. Дослідження ізомеризації
глюкози у фруктозу на MgO-ZrO2 каталі
заторі в проточному режимі. Каталіз та
нафтохімія. 2017. 26. P. 46–52.
33https://ucj.org.ua
С. І. Левицька, В. В. Брей УХЖ № 7 / ТОМ 90
REFERENCES
1. Yu H., Guo Y., Wu D., Zhan W., Lu G. Immobi-
lization of glucose isomerase onto GAMM sup-
port for isomerization of glucose to fructose.
Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic.
2011. 72: 73– 76.
doi:10.1016/j.molcatb.2011.05.006
2. Prudius S.V., Vyslogusova N.M., Brei V.V. Con-
version of D-fructose into ethyl lactate over
SnO2-containing catalysts. Chemistry, Physics
and Technology of Surface. 2019. 10(1): 67–74.
(in Ukrainian).
doi: 10.15407/hftp10.01.067.
3. Prudius S.V., Hes N.L., Mylin A.M., Brei V.V.
Continuous conversion of fructose into methyl
lactate over SnO2–ZnO/Al2O3 catalyst. Jour-
nal of Chemistry and Technologies, 2021. 29(1):
1–9.
4. Hes N., Mylin A., Prudius S. Catalytic produc-
tion of levulinic and formic acids from fructose
over Superacid ZrO2–SiO2–SnO2 catalyst. Col-
loids Interfaces 2022. 6(1): 4.
https://doi.org/10.3390/colloids6010004
5. Buchholz K., Seibel J., Industrial carbohydrate
biotransformations. Carbohydrate Research.
2008. 343: 1966–1979.
doi:10.1016/j.carres.2008.02.007
6. DiCosimo R., McAuliffe J., Poulose A.J., Bohl-
mann G. Industrial use of immobilized en-
zymes. Chemical Society Review. 2013. 42:
6437–6474.
DOI: 10.1039/c3cs35506c
7. Moliner M., Román-Leshkov Y., Davis M.E.
Tin-containing zeolites are highly active cata
lysts for the isomerization of glucose in wa-
ter, Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010. 107(14):
6164–6168.
https://doi.org/10.1073/pnas.1002358107.
8. Cho H. J., Gould N.S., Vattipalli V., Sabnis S.,
Chaikittisilp W., Okubo T., Xu B., Fan W. Fabri-
cation of hierarchical Lewis acid Sn-BEA with
tunable hydrophobicity for cellulosic sugar
isomerization. Microporous and Mesoporous
Materials. 2019. 278: 387–396.
https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2018.12.
046
9. Lu S., Lyu J., Han X., Bai P., Guo X., Effective
isomerization of glucose to fructose by Sn-
MFI/MCM-41 composites as Lewis acid cata-
lysts. Journal of the Taiwan Institute of Chemical
Engineers. 2020. 116: 272–278.
https://doi.org/10.1016/j.jtice.2020.11.010
10. Delidovich I., Palkovits R. Structure–perfor-
mance correlations of Mg–Al hydrotalcite
catalysts for the isomerization of glucose into
fructose Journal of Catalysis. 2015. 327: 1–9.
http://dx.doi.org/10.1016/j.jcat.2015.04.012
11. Delidovich I. Recent progress in base-catalyz-
ed isomerization of D-glucose into D-fruc-
tose. Current Opinion in Green and Sustainable
Chemistry. 2021. 27: 100414.
https://doi.org/10.1016/j.cogsc.2020.100414
12. Rabee A. I. M, Le S.D, Nishimura S. MgO-ZrO2
mixed oxides as effective and reusable base ca
talysts for glucose isomerization into fructose
in aqueous media. Chem Asian J. 2020. 15:
294–300.
https://doi.org/10.1002/asia.201901534.
13. Levytska S. I. Investigation of glucose isomeri
zation into fructose on MgO-ZrO2 catalyst in
flow mode. Catalysis and Petrochemistry. 2017.
26: 46–52. (in Ukrainian).
Стаття надійшла 14.05.2024.
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-679 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:11:58Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/9b/6b5f63ce00388f6e0612885b9e045d9b.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-6792026-07-22T08:23:54Z SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST Levytska, Svitlana Brei, Volodymyr fructose, isomerization of glucose, supported oxide catalysts. Fructose is the sweetest natural sugar that widely used in the food industry as a dietary sweetener. It is also a key starting compound for the synthesis of wide variety biobased value-added intermediates. Isomerisation of glucose into fructose is already a large-scale industrial process performed with about 1500 tof immobilized enzymes producing more than 10 million (dry matter) a glucose – fructose syrup per year. But this process requires considerable costs therefore the development of fast, cheap and reusable catalyst systems seems essential. Known solid catalysts are still significantly inferior to enzymes in process selectivity, so the search for effective catalysts for glucose isomerization remains relevant. The process of isomerization of 10–30% aqueous glucose solutions over alumina-supported mixed MgO-ZrO2 oxides in batch and flow mode at 90°C and atmospheric pressure was investigated. The supported mixed oxide MgO-ZrO2/Al2O3 was synthesized by a simple impregnation method which is important for the development of a simple and cheap catalyst for the target reaction. MgO-ZrO2/Al2O3 sample with a molar ratio of Mg/Zr= 4 and the deposited oxide phase content of 20 wt.% was synthesized by impregnation of commercial granular aluminum oxide with a compatible solution of magnesium and zirconium nitrates and subsequent heat treatment at 600 C for 2 h. It was found that the MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst provides glucose conversion up to 19%, with maximum fructose selectivity up to 100% in the flow mode. The possibility of processing of concentrated (30%) glucose solutions at 90 °Cwith catalyst productivity of 0,44–0.67 mmol fructose/gcat/h was shown. After 30 h processing MgO-ZrO2/Al2O3 catalyst has been regenerated by calcination in air for 2 hours at 600 °C without loss of activity and selectivity. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2024-08-30 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/679 10.33609/2708-129X.90.7.2024.25-33 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 90 No. 7 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 25-33 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 90 ##issue.no## 7 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 25-33 Український хімічний журнал; Том 90 № 7 (2024): Ukrainian Chemistry Journal; 25-33 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/679/336 Copyright (c) 2024 Svitlana Levytska, Volodymyr Brei https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | Levytska, Svitlana Brei, Volodymyr SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST |
| title | SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST |
| title_full | SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST |
| title_fullStr | SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST |
| title_full_unstemmed | SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST |
| title_short | SELECTIVE ISOMERIZATION OF GLUCOSE INTO FRUCTOSE OVER MgO-ZrO2/Al2O3 CATALYST |
| title_sort | selective isomerization of glucose into fructose over mgo-zro2/al2o3 catalyst |
| topic_facet | fructose isomerization of glucose supported oxide catalysts. |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/679 |
| work_keys_str_mv | AT levytskasvitlana selectiveisomerizationofglucoseintofructoseovermgozro2al2o3catalyst AT breivolodymyr selectiveisomerizationofglucoseintofructoseovermgozro2al2o3catalyst |