Transglykosideringsprocesser med D-glukose som råmateriale.

Fischer-glykosidering er den eneste metode til kemisk syntese, der har muliggjort udviklingen af nutidens økonomiske og teknisk perfekte løsninger til storskalaproduktion af alkylpolyglukosider. Produktionsanlæg med en kapacitet på over 20.000 t/år er allerede blevet realiseret og udvider produktsortimentet i overfladeaktive industrier med overfladeaktive stoffer baseret på vedvarende råmaterialer. D-glukose og lineære C8-C16 fedtalkoholer har vist sig at være de foretrukne råmaterialer. Disse produkter kan omdannes til overfladeaktive alkylpolyglukosider ved direkte Fischer-glykosylering eller ved totrins transglykosider af butylpolyglukosid i nærvær af en syrekatalysator med vand som biprodukt. Vand skal destilleres fra reaktionsblandingen for at forskyde reaktionsligevægten mod det ønskede produkt. I glykosyleringsprocessen bør inhomogeniteter i reaktionsblandingen undgås, da de kan føre til overdreven dannelse af såkaldt polydextrose, hvilket er yderst uønsket. Derfor fokuserer mange tekniske strategier på de homogene edukter n-glukose og alkohol, som er vanskelige at blande på grund af deres forskellige polariteter. Under reaktionen dannes glycosidbindinger både mellem fedtalkohol og n-glukose og mellem n-glukoseenhederne selv. Alkylpolyglukosider dannes følgelig som blandinger af fraktioner med forskellige antal glukoseenheder ved den langkædede alkylrest. Hver af disse fraktioner er til gengæld opbygget af flere isomere bestanddele, da n-glukoseenhederne antager forskellige anomere former og ringformer i kemisk ligevægt under Fischer-glykosidering, og glycosidbindingerne mellem D-glukoseenhederne forekommer i flere mulige bindingspositioner. Anomerforholdet mellem D-glukoseenhederne er omtrent α/β = 2:1 og synes vanskeligt at påvirke under de beskrevne betingelser for Fischer-syntese. Under termodynamisk kontrollerede betingelser eksisterer de n-glukoseenheder, der er indeholdt i produktblandingen, overvejende i form af pyranosider. Det gennemsnitlige antal normale glukoseenheder pr. alkylrest, den såkaldte polymerisationsgrad, er grundlæggende en funktion af molforholdet mellem edukter under fremstillingsprocessen. På grund af deres bemærkelsesværdige overfladeaktive egenskaber er alkylpolyglycosider med en polymerisationsgrad mellem 1 og 3 særligt foretrukne, hvorfor der i denne metode skal anvendes ca. 3-10 mol fedtalkoholer pr. mol normal glukose.

Polymerisationsgraden falder ved et stigende overskud af fedtalkohol. Den overskydende fedtalkohol separeres og genvindes ved hjælp af flertrins vakuumdestillationsprocesser med faldfilmfordampere, hvilket gør det muligt at holde den termiske belastning på et minimum. Fordampningstemperaturen bør være lige præcis høj nok, og kontakttiden i den varme zone lige præcis lang nok til at sikre tilstrækkelig destillation af overskuddet af fedtalkohol og strømning af alkylpolyglucosidsmelten, uden at der forekommer betydelige nedbrydningsreaktioner. En række fordampningstrin kan med fordel anvendes til først at separere lavtkogende fraktioner, derefter hovedmængden af fedtalkohol og endelig den resterende fedtalkohol, indtil alkylpolyglucosidsmelterne opnås som vandopløselige rester.

Selv når syntese og fordampning af fedtalkoholen udføres under de mest skånsomme forhold, forekommer der uønsket brun misfarvning, hvilket kræver blegningsprocesser for at raffinere produkterne. En blegningsmetode, der har vist sig egnet, er tilsætning af oxidanter såsom hydrogenperoxid til vandige præparater af alkylpolyglucosider i alkalisk medium i nærvær af magnesiumioner.

De mange undersøgelser og varianter, der er anvendt under syntese, oparbejdning og raffinering, viser, at der selv i dag stadig ikke findes generelt anvendelige "nøglefærdige" løsninger til opnåelse af specifikke produktkvaliteter. Tværtimod skal alle procestrin udarbejdes, gensidigt justeres og optimeres. Dette kapitel har givet forslag og beskrevet nogle praktiske måder at udtænke tekniske løsninger på, samt angivet standard kemiske og fysiske betingelser for udførelse af reaktioner, separation og raffineringsprocesser.

Alle tre hovedprocesser – homogen transglykosidering, opslæmningsproces og glukosetilførselsteknik – kan anvendes under industrielle forhold. Under transglykosidering skal koncentrationen af det mellemliggende butylpolyglukosid, der fungerer som et solubiliseringsmiddel for edukterne D-glukose og butanol, holdes over ca. 15 % i reaktionsblandingen for at undgå inhomogeniteter. Af samme årsag skal vandkoncentrationen i reaktionsblandingen, der anvendes til direkte Fischer-syntese af alkylpolyglukosider, holdes på under ca. 1 %. Ved højere vandindhold er der risiko for at omdanne den suspenderede krystallinske D-glukose til en klæbrig masse, hvilket efterfølgende vil resultere i dårlig forarbejdning og overdreven polymerisering. Effektiv omrøring og homogenisering fremmer den fine fordeling og reaktivitet af den krystallinske D-glukose i reaktionsblandingen.

Både tekniske og økonomiske faktorer skal tages i betragtning ved valg af syntesemetode og dens mere sofistikerede varianter. Homogene transglykosideringsprocesser baseret på D-glukosesirupper synes særligt gunstige til kontinuerlig produktion i stor skala. De muliggør permanente besparelser på krystallisering af råmaterialet D-glukose i værdikæden, hvilket mere end kompenserer for de højere engangsinvesteringer i transglykosideringstrinnet og genvindingen af butanol. Brugen af n-butanol giver ingen andre ulemper, da det kan genbruges næsten fuldstændigt, således at restkoncentrationerne i de genvundne slutprodukter kun er få dele per million, hvilket kan betragtes som ikke-kritisk. Direkte Fischer-glykosidering i henhold til opslæmningsprocessen eller glukosetilførselsteknikken eliminerer transglykosideringstrinnet og genvindingen af butanol. Den kan også udføres kontinuerligt og kræver lidt lavere kapitaludgifter.

Den fremtidige tilgængelighed og priser på fossile og vedvarende råmaterialer, samt yderligere tekniske fremskridt inden for produktion og anvendelse af alkylpolyglucosider, kan forventes at have en afgørende indflydelse på udviklingen af sidstnævntes markedsvolumen og produktionskapacitet. De levedygtige tekniske løsninger, der allerede findes til produktion og anvendelse af alkylpolyglucosider, kan give en afgørende konkurrencefordel på markedet for overfladeaktive stoffer til virksomheder, der har udviklet eller allerede anvender sådanne processer. Dette gælder især i tilfælde af høje råoliepriser og lave kornpriser. Da de faste produktionsomkostninger bestemt er på et sædvanligt niveau for industrielle overfladeaktive stoffer i bulk, kan selv små reduktioner i prisen på native råmaterialer tilskynde til substitution af overfladeaktive råvarer og kan klart tilskynde til installation af nye produktionsanlæg til alkylpolyglucosider.