Postopki transglikozidacije z uporabo D-glukoze kot surovine.

Fischerjeva glikozidacija je edina metoda kemijske sinteze, ki je omogočila razvoj današnjih ekonomskih in tehnično dovršenih rešitev za obsežno proizvodnjo alkil poliglukozidov. Proizvodni obrati z zmogljivostjo več kot 20.000 t/leto so že bili realizirani in širijo paleto izdelkov industrije površinsko aktivnih snovi s površinsko aktivnimi snovmi na osnovi obnovljivih surovin. D-glukoza in linearni maščobni alkoholi C8-C16 so se izkazali za prednostne surovine. Te edukte je mogoče pretvoriti v površinsko aktivne alkil poliglikozide z direktno Fischerjevo glikozilacijo ali z dvostopenjskimi transglikozidi butil poliglikozida v prisotnosti kislinskega katalizatorja, pri čemer je voda stranski produkt. Vodo je treba destilirati iz reakcijske zmesi, da se reakcijsko ravnotežje premakne proti želenemu produktu. V procesu glikozilacije se je treba izogibati nehomogenostim v reakcijski zmesi, saj lahko povzročijo prekomerno tvorbo tako imenovane polidekstroze, kar je zelo nezaželeno. Zato se številne tehnične strategije osredotočajo na homogena edukta n-glukozo in alkohol, ki ju je zaradi različnih polarnosti težko mešati. Med reakcijo se tvorijo glikozidne vezi tako med maščobnim alkoholom in n-glukozo kot tudi med samimi n-glukoznimi enotami. Alkil poliglukozidi posledično tvorijo zmesi frakcij z različnim številom glukoznih enot na dolgoverižnem alkilnem ostanku. Vsaka od teh frakcij je sestavljena iz več izomernih sestavin, saj n-glukozne enote med Fischerjevo glikozidacijo v kemijskem ravnovesju prevzamejo različne anomerne oblike in obročne oblike, glikozidne povezave med D-glukoznimi enotami pa se pojavljajo na več možnih veznih mestih. Anomerno razmerje D-glukoznih enot je približno α/β = 2:1 in se zdi, da ga je v opisanih pogojih Fischerjeve sinteze težko vplivati. V termodinamično nadzorovanih pogojih n-glukozne enote, ki jih vsebuje zmes produktov, obstajajo pretežno v obliki piranozidov. Povprečno število normalnih glukoznih enot na alkilni ostanek, tako imenovana stopnja polimerizacije, je v osnovi funkcija molarnega razmerja eduktov med proizvodnim procesom. Zaradi svojih izjemnih površinsko aktivnih lastnosti so še posebej prednostni alkil poliglikozidi s stopnjo polimerizacije med 1 in 3, zato je treba pri tej metodi uporabiti približno 3–10 molov maščobnih alkoholov na mol normalne glukoze.

Stopnja polimerizacije se zmanjšuje z naraščajočim presežkom maščobnega alkohola. Presežek maščobnega alkohola se loči in regenerira s pomočjo večstopenjskih vakuumskih destilacijskih postopkov z uparjalniki s padajočim filmom, ki omogočajo ohranjanje minimalne toplotne obremenitve. Temperatura izhlapevanja mora biti ravno prav visoka, čas stika v vroči coni pa ravno prav dolg, da se zagotovi ustrezna destilacija presežka maščobnega alkohola in pretok taline alkil poliglukozida, ne da bi prišlo do kakršnih koli znatnih reakcij razgradnje. Za ločevanje najprej frakcij z nizkim vreliščem, nato glavne količine maščobnega alkohola in na koncu preostalega maščobnega alkohola se lahko ugodno uporabi vrsta korakov izhlapevanja, dokler se taline alkil poliglukozida ne dobijo kot vodotopni ostanki.

Tudi če se sinteza in izhlapevanje maščobnega alkohola izvajata v najnežnejših pogojih, pride do neželene rjave obarvanosti, zaradi česar so potrebni postopki beljenja za rafiniranje produktov. Ena od metod beljenja, ki se je izkazala za primerno, je dodajanje oksidantov, kot je vodikov peroksid, vodnim pripravkom alkil poliglukozidov v alkalnem mediju v prisotnosti magnezijevih ionov.

Številne raziskave in različice, uporabljene med sintezo, predelavo in rafiniranjem, kažejo, da še danes ni splošno uporabnih rešitev na ključ za pridobivanje določenih vrst izdelkov. Nasprotno, vse procesne korake je treba razdelati, medsebojno prilagoditi in optimizirati. To poglavje je podalo predloge in opisalo nekaj praktičnih načinov za oblikovanje tehničnih rešitev ter navedlo standardne kemijske in fizikalne pogoje za izvajanje reakcij, ločevanja in rafiniranja.

Vsi trije glavni postopki – homogena transglikozidacija, postopek z gnojevko in tehnika dovajanja glukoze – se lahko uporabljajo v industrijskih pogojih. Med transglikozidacijo je treba koncentracijo vmesnega butil poliglukozida, ki deluje kot solubilizator za edukta D-glukozo in butanol, v reakcijski zmesi vzdrževati nad približno 15 %, da se preprečijo nehomogenosti. Iz istega razloga je treba koncentracijo vode v reakcijski zmesi, ki se uporablja za neposredno Fischerjevo sintezo alkil poliglukozidov, vzdrževati na manj kot približno 1 %. Pri višjih vsebnostih vode obstaja nevarnost, da se suspendirana kristalna D-glukoza spremeni v lepljivo maso, kar bi posledično povzročilo slabo obdelavo in prekomerno polimerizacijo. Učinkovito mešanje in homogenizacija spodbujata fino porazdelitev in reaktivnost kristalne D-glukoze v reakcijski zmesi.

Pri izbiri metode sinteze in njenih bolj sofisticiranih različic je treba upoštevati tako tehnične kot ekonomske dejavnike. Homogeni postopki transglikozidacije na osnovi D-glukoznih sirupov se zdijo še posebej ugodni za neprekinjeno proizvodnjo v velikem obsegu. Omogočajo trajne prihranke pri kristalizaciji surovine D-glukoze v verigi dodane vrednosti, kar več kot nadomesti višje enkratne naložbe v korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Uporaba n-butanola nima drugih pomanjkljivosti, saj ga je mogoče skoraj v celoti reciklirati, tako da so preostale koncentracije v pridobljenih končnih produktih le nekaj delcev na milijon, kar se lahko šteje za nekritično. Neposredna Fischerjeva glikozidacija po postopku z gnojevko ali tehniko dovajanja glukoze odpravlja korak transglikozidacije in pridobivanje butanola. Izvaja se lahko tudi neprekinjeno in zahteva nekoliko nižje kapitalske izdatke.

Pričakuje se, da bodo prihodnja razpoložljivost in cene fosilnih in obnovljivih surovin ter nadaljnji tehnični napredek pri proizvodnji in uporabi alkil poliglukozidov odločilno vplivali na razvoj tržnega obsega in proizvodnih zmogljivosti slednjih. Izvedljive tehnične rešitve, ki že obstajajo za proizvodnjo in uporabo alkil poliglukozidov, lahko dajo ključno konkurenčno prednost na trgu površinsko aktivnih snovi podjetjem, ki so razvila ali že uporabljajo takšne postopke. To še posebej velja v primeru visokih cen surove nafte in nizkih cen žit. Ker so fiksni proizvodni stroški zagotovo na običajni ravni za industrijske površinsko aktivne snovi v razsutem stanju, lahko že rahlo znižanje cen domačih surovin spodbudi zamenjavo površinsko aktivnih snovi s surovinami in jasno spodbudi postavitev novih proizvodnih obratov za alkil poliglukozide.