Irshad, Mobina;Lee, Seongwoo;Choi, Eunju;Kim, Jung Won
Applied Chemistry for Engineering
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v.30
no.3
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pp.280-289
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2019
5-hydroxymethylfurfural (HMF) and its derivatives, 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA) or 2,5-diformylfuran (DFF), are regarded as the "sleeping giants" owing to their wide range of applications and a good alternative source for the production of significant chemicals in almost all kind of industries. This mini-review briefly covers the aspects related to the syntheses, transformation, and applications for the biomass-derived platform chemicals from past to most recent. Many scientific efforts have continuously been made to find out the environmental benign applicable ways in order to achieve the full advantage of these renewable materials because of not only to protect the globe but also shield the future of new generations. One of the best solutions could be the development and utilization of platform chemicals from the natural biomass.
5-HMF(5-Hydroxymethylfurfural) and LA(levulinic acid) derived from biomass are green platform chemicals, which have a wide of potential applications as biofules and biochemicals. In this study, the kinetics of LA formation from glucose decomposition with various concentration of sulfuric acid at different temperature was investigated. The experiments were performed in a broad temperature (140-200 ℃), using H2SO4 (1-3 wt%) as the catalyst. Glucose solution was made by dissolving 1 g of glucose in 10 ml of H2SO4 solution. The reactions rates increased with temperature and the activation energy showed a similar tendency to previous reported values. Reaction time for maximum concentration of 5-HMF decreased as the temperature increased. Furthermore, the decomposition of 5-HMF was fast as the acid concentration increased. Reaction time to reach maximum concentration of levulinic acid was reduced as the acid concentration increased. Continuing to raise the temperature decreased the maximum concentration of levulinic acid and increased the amount of humins. On the basis of results, kinetic parameters help to understand mechanism of LA and 5-HMF. In addition, this study provides useful information to achieve high concentration of LA and 5-HMF from biomass.
Woo, Koan Sik;Kim, Hyun Young;Hwang, In Guk;Lee, Sang Hoon;Jeong, Heon Sang
Preventive Nutrition and Food Science
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v.20
no.2
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pp.102-109
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2015
In order to investigate the thermal degradation of glucose and maltose solutions after high temperature and high pressure (HTHP) treatment, the samples were treated at temperatures of 110, 120, 130, 140, and $150^{\circ}C$ for 1, 2, 3, 4, and 5 h in an apparatus for HTHP treatment. Glucose and maltose solutions (20% w/w) were prepared by weighing glucose and maltose and adding distilled water in the desired proportion. Chromaticity, pH, organic acids, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), free sugar contents, electron donating ability (EDA), and ascorbic acid equivalent antioxidant capacity (AEAC) were evaluated. With increasing heating temperatures and times, the L-, a-, and b-values decreased. The pH and free sugar contents decreased, and organic acids and HMF contents increased with greater temperatures and times. EDA (%) and the AEAC of the heating sugars increased with the increases in temperatures and times.
Thermal degradation characteristics of sucrose was investigated. A 20% sucrose solution was heated to temperatures of $110-150^{\circ}C$ for 1-5 hr. Chromaticity, pH, organic acids, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), free sugars, electron donating ability (EDA), and ascorbic acid equivalent antioxidant capacity (AEAC) of the heated sucrose solutions were evaluated. With increasing temperatures and times, the L-, a-, and b-values decreased; however, total color difference (${\Delta}E_{ab}$) increased. The pH and sucrose contents decreased, and fructose and glucose contents increased with increasing heating temperature and time. Organic acids, such as formic acid, lactic acid, and levulinic acid, and HMF contents increased with increasing heating temperatures and times. EDA (%) and the AEAC of the heated sucrose solutions increased with increasing heating temperature and time. The heated sucrose solution was more effective than unheated sucrose solution, having higher EDA (90 fold), and AEAC (13 fold).
Park, Yong Beom;Choi, Jae Hyung;Lim, Han-Kwon;Woo, Hee-Chul
Clean Technology
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v.20
no.2
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pp.108-115
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2014
Various metal chlorides and acid catalysts in ionic liquid solvent were investigated to directly convert cellulose into 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF). Metal chlorides containing Sn(II), Zn(II), Al(III), Fe(III), Cu(II), and Cr(III) were used and acidic ionic liquid immobilized on silica gel as an acid catalyst and commercial acid catalysts (sulfuric acid, chloric acid, Amberlyst-15,DOWEX50x8) were used for comparison studies. The acid strength and amount of acid catalysts were probed with Hammett indicator. The selectivity and yield of 5-HMF were determined with reaction temperature, reaction time and catalyst ratio. A catalyst containing $CrCl_3-6H_2O$ and $SiO_2-[ASBI]HSO_4$ showed the highest selectivity and it was found that this catalyst had higher activity than commercial solid acid catalysts such as Amberlyst-15 and DOWEX50x8. The selectivity of 5-HMF appeared to be mainly dependent on the acid strength and catalyst ratio, it was found that levulinic acid was produced from 5-HMF by rehydration.
Four Keggin-type heteropolyacids, $H_nXM_{12}O_{40}$(X = P and Si, M = W and Mo) that were substituted with heteroatom and polyatom were applied to the dehydration reaction of fructose to 5-hydroxymethylfurfural (HMF). The results showed that the acid became stronger when the heteroatom and polyatom were substituted with P and W than the cases of Si and Mo, respectively. However, the amount of acidic sites increased with the decrease in the acid strength, resulting in the change of the catalytic activity of heteropolyacids in the dehydration reaction. The experimental results revealed that four different heteropolyacids produced similar amounts of HMF via the dehydration reaction of fructose due to the counterbalancing effect between the amount of active sites, which is related to the catalytic activity of heteropolyacids, and the softness of polyanion. In addition, it was observed that the prepared heteropolyacids showed good structural stability after heat treatment at $200^{\circ}C$.
Seo, Chan Won;Hong, Shik;Shin, Yong Kook;Kang, Shin Ho
Food Science of Animal Resources
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v.38
no.5
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pp.995-1007
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2018
Changes in the physicochemical properties of ready-to-feed liquid infant formula (LIF) stored at different temperatures (10, 20, 30, and $40^{\circ}C$) for 6 mon, focusing on 5-hydroxymethylfurfural (HMF) content, color, pH, fat globule size distribution, and rheological properties were determined. The HMF content increased with storage time, and LIF stored at $40^{\circ}C$ had a higher HMF content than that of LIF stored at $10^{\circ}C$. The lightness ($L^*$) decreased while redness ($a^*$) and yellowness ($b^*$) increased with increasing HMF content. The fat globule size and pH of LIF stored at $10^{\circ}C$ did not change. However, in the case of LIF stored at $30^{\circ}C$ and $40^{\circ}C$, the fat globule size increased and the pH decreased during storage for 6 mon. LIF stored at $40^{\circ}C$ had a higher apparent viscosity (${\eta}_{a,10}$) than that of LIF stored at $10^{\circ}C$, and the shear-thinning behavior of LIF stored at higher temperature was stronger than that of LIF stored at low temperature. The physicochemical changes of LIF during storage were accelerated by Maillard reaction (MR) at higher storage temperatures. Therefore, even if LIF is aseptically manufactured, we recommend that sterilized LIF should be stored at low temperature in order to minimize quality changes during storage.
Reaction of glucose and xylose to secondary hydrolysis of concentrated acid hydrolysis was quantitatively analyzed by $^1H$-NMR spectroscopic method. Anomeric hydrogen, furan and formic acid peaks were selected for quantitative analysis. The glucose was converted to the formic acid and the levulinic acid via the 5-hydroxymethylfurfural (HMF) but the xylose was converted to the fufural, which further degraded to the formic acid. The conversion to furans was slower for the glucose than the xylose. But the 5-HMF formed from the glucose was unstable in acidic aqueous medium, resulted in fast conversion to the levulinic acid and the formic acid. The furfural was relatively stable than 5-HMF at acidic aqueous medium.
A total of 60 samples (38 domestic honeys and 22 foreign honeys) were collected from October in 2003 to May in 2004 in Incheon metropolitan area, and contents of important quality-related components in honeys were analyzed using methods of Korea Food Code. Most of the honeys were satisfied with Korean limit (21%) in moisture content even though 4 samples brought by Korean travellers and 1 sample in domestic honey (wild flower) were higher than the limit. The lowest mean level of moisture in the honeys was imported foreign honeys (16.95%). All of the samples were below of 0.6% in the analysis of ash contents. The highest content was imported foreign honey (0.19%) while the lowest content was in domestic acacia honey (0.05%). Acidity of domestic honeys (9.49-9.94meq/kg) was approximately half of that in foreign honeys. All samples were satisfied with Korean limit (40.0meq/kg). In the analysis of fructose and glucose, only three samples of foreign honeys were lower than Korean limit (sum of both ; 65%). The content of sucrose in all samples was less than 7%. Mean of Hydroxymethylfurfural (HMF) contents were 12.83-24.3mg/kg in domestic honey, and 31.34-45.58mg/kg in foreign honey. However, three samples brought by Korean travellers were not satisfied with Korean limit (${\leq}80mg/kg$). In conclusion, quality of domestic honey was better than that of foreign honey. Also, it may be needed that the honeys purchased by Korean travellers in foreign countries should be continuously monitored.
Park, Cheon-Woo;Kang, Kun-Og;Lee, Jung-Kun;Kim, Woo-Jung
Applied Biological Chemistry
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v.42
no.2
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pp.152-155
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1999
Effects of pH, amino acids, hydrolyzed protein and potassium phosphate on caramelization were investigated for improvement of its reaction rate. The caramelization was performed with starch syrup at $110^{\circ}C$ and the different color functions-metric saturation(Suv), 5-hydroxymethylfurfural (HMF) contents and absorbance at 420 nm were measured. As the pH was raised from 4 to 10, the reaction rate (Suv/hr) was increased by 31.9% along with significant increase in HMF content and absorbances at 420 nm. Among the several amino acids, arginine and glycine were very effective for improvement of caramelization, which may be due to Maillard reaction. When $K_2HPO_4$ were added in different ratio with arginine, glycine, HVP or HAP, the effects of arginine and HAP on thee rate were markedly enhanced while the effects of glycine and HVP were rather reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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