Transglykosideringsprosesser med D-glukose som råmateriale.

Fischer-glykosidering er den eneste metoden for kjemisk syntese som har muliggjort utviklingen av dagens økonomiske og teknisk perfeksjonerte løsninger for storskala produksjon av alkylpolyglukosider. Produksjonsanlegg med kapasitet på over 20 000 tonn/år er allerede realisert og utvider produktspekteret til overflateaktive stoffer basert på fornybare råvarer. D-glukose og lineære C8-C16-fettalkoholer har vist seg å være de foretrukne råstoffene. Disse produktene kan omdannes til overflateaktive alkylpolyglykosider ved direkte Fischer-glykosylering eller ved totrinns transglykosider av butylpolyglykosid i nærvær av en syrekatalysator, med vann som biprodukt. Vann må destilleres fra reaksjonsblandingen for å forskyve reaksjonslikevekten mot det ønskede produktet. I glykosyleringsprosessen bør inhomogeniteter i reaksjonsblandingen unngås fordi de kan føre til overdreven dannelse av såkalt polydekstrose, noe som er svært uønsket. Derfor fokuserer mange tekniske strategier på de homogene eduktene n-glukose og alkohol, som er vanskelige å blande på grunn av deres forskjellige polariteter. Under reaksjonen dannes glykosidbindinger både mellom fettalkohol og n-glukose og mellom n-glukoseenhetene selv. Alkylpolyglukosider dannes følgelig som blandinger av fraksjoner med ulikt antall glukoseenheter ved den langkjedede alkylresten. Hver av disse fraksjonene består igjen av flere isomere bestanddeler, siden n-glukoseenhetene antar forskjellige anomere former og ringformer i kjemisk likevekt under Fischer-glykosidering, og glykosidbindingene mellom D-glukoseenhetene forekommer i flere mulige bindingsposisjoner. Anomerforholdet mellom D-glukoseenhetene er omtrent α/β = 2:1 og synes vanskelig å påvirke under de beskrevne forholdene for Fischer-syntese. Under termodynamisk kontrollerte forhold eksisterer n-glukoseenhetene i produktblandingen hovedsakelig i form av pyranosider. Det gjennomsnittlige antallet normalglukoseenheter per alkylrest, den såkalte polymerisasjonsgraden, er i utgangspunktet en funksjon av molforholdet mellom edukter under produksjonsprosessen. På grunn av deres bemerkelsesverdige overflateaktive egenskaper er alkylpolyglykosider med en polymerisasjonsgrad mellom 1 og 3 spesielt foretrukket, og derfor må omtrent 3–10 mol fettalkoholer brukes per mol normalglukose i denne metoden.

Polymerisasjonsgraden avtar ved økende overskudd av fettalkohol. Overskuddet av fettalkohol separeres og gjenvinnes ved hjelp av flertrinns vakuumdestillasjonsprosesser med fallende filmfordampere, som gjør det mulig å holde den termiske belastningen på et minimum. Fordampningstemperaturen bør være akkurat høy nok og kontakttiden i den varme sonen akkurat lang nok til å sikre tilstrekkelig destillasjon av overskuddet av fettalkohol og strømning av alkylpolyglukosidsmelten, uten at det oppstår noen betydelige nedbrytningsreaksjoner. En serie fordampningstrinn kan med fordel anvendes for å separere først lavtkokende fraksjoner, deretter hovedmengden av fettalkohol og til slutt den gjenværende fettalkoholen inntil alkylpolyglukosidsmeltene oppnås som vannløselige rester.

Selv når syntese og fordampning av fettalkoholen utføres under de mest skånsomme forhold, oppstår uønsket brun misfarging, noe som krever blekeprosesser for å raffinere produktene. En blekemetode som har vist seg egnet, er tilsetning av oksidanter som hydrogenperoksid til vandige preparater av alkylpolyglukosider i alkalisk medium i nærvær av magnesiumioner.

De mange undersøkelsene og variantene som er brukt under syntese, opparbeidelse og raffinering viser at det selv i dag fortsatt ikke finnes generelt anvendelige «nøkkelferdige» løsninger for å oppnå spesifikke produktkvaliteter. Tvert imot må alle prosesstrinn utarbeides, gjensidig justeres og optimaliseres. Dette kapittelet har gitt forslag og beskrevet noen praktiske måter å utvikle tekniske løsninger på, samt angitt standard kjemiske og fysiske forhold for å gjennomføre reaksjoner, separasjon og raffineringsprosesser.

Alle tre hovedprosessene – homogen transglykosidering, oppslemmingsprosess og glukosetilførselsteknikk – kan brukes under industrielle forhold. Under transglykosidering må konsentrasjonen av det mellomliggende butylpolyglukosidet, som fungerer som et løseliggjøringsmiddel for eduktene D-glukose og butanol, holdes over omtrent 15 % i reaksjonsblandingen for å unngå inhomogeniteter. Av samme grunn må vannkonsentrasjonen i reaksjonsblandingen som brukes til direkte Fischer-syntese av alkylpolyglukosider holdes på mindre enn omtrent 1 %. Ved høyere vanninnhold er det en risiko for å gjøre den suspenderte krystallinske D-glukosen om til en klebrig masse, noe som deretter vil resultere i dårlig prosessering og overdreven polymerisering. Effektiv omrøring og homogenisering fremmer den fine fordelingen og reaktiviteten til den krystallinske D-glukosen i reaksjonsblandingen.

Både tekniske og økonomiske faktorer må vurderes når man velger syntesemetode og dens mer sofistikerte varianter. Homogene transglykosideringsprosesser basert på D-glukosesirup virker spesielt gunstige for kontinuerlig produksjon i stor skala. De gir permanente besparelser på krystallisering av råmaterialet D-glukose i verdiskapingskjeden, noe som mer enn kompenserer for de høyere engangsinvesteringene i transglykosideringstrinnet og utvinningen av butanol. Bruken av n-butanol gir ingen andre ulemper, siden den kan resirkuleres nesten fullstendig, slik at restkonsentrasjonene i de utvunnede sluttproduktene bare er noen få deler per million, noe som kan anses som ikke-kritisk. Direkte Fischer-glykosidering i henhold til slurryprosessen eller glukosetilførselsteknikken eliminerer transglykosideringstrinnet og utvinningen av butanol. Den kan også utføres kontinuerlig og krever litt lavere kapitalutgifter.

Fremtidig tilgjengelighet og priser på fossile og fornybare råvarer, samt ytterligere tekniske fremskritt innen produksjon og anvendelse av alkylpolyglukosider, kan forventes å ha en avgjørende innflytelse på utviklingen av sistnevntes markedsvolum og produksjonskapasitet. De levedyktige tekniske løsningene som allerede finnes for produksjon og bruk av alkylpolyglukosider, kan gi et viktig konkurransefortrinn i markedet for overflateaktive stoffer til selskaper som har utviklet eller allerede bruker slike prosesser. Dette gjelder spesielt i tilfelle høye råoljepriser og lave kornpriser. Siden de faste produksjonskostnadene absolutt er på et vanlig nivå for industrielle overflateaktive stoffer i bulk, kan selv små reduksjoner i prisen på naturlige råvarer oppfordre til substitusjon av overflateaktive stoffer og kan tydelig oppmuntre til installasjon av nye produksjonsanlegg for alkylpolyglukosider.