Transglykosideringsprosesser ved bruk av 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 t/år er allerede realisert og utvider produktspekteret til overflateaktive industrien med overflateaktive midler basert på fornybare råvarer. D-glukose og lineære C8-C16 fettalkoholer har vist seg å være de foretrukne råmaterialene. Disse eduktene kan omdannes til overflateaktive alkylpolyglykosider ved direkte Fischer-glykosylering eller ved to-trinns transglykosider av butylpolyglykosid i nærvær av en syrekatalysator, med vann som et biprodukt. Vann må destilleres fra reaksjonsblandingen for å skifte 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 forskjellig antall glukoseenheter ved den langkjedede alkylresten. Hver av disse fraksjonene består i sin tur av flere isomere bestanddeler, siden n-glukoseenhetene antar forskjellige anomere former og ringformer i kjemisk likevekt under Fischer-glykosidering og glykosidbindingene mellom D-glukoseenheter forekommer i flere mulige bindingsposisjoner . Anomerforholdet til D-glukoseenhetene er omtrent α/β＝ 2:1 og synes vanskelig å påvirke under de beskrevne betingelsene for Fischer-syntese. Under termodynamisk kontrollerte forhold eksisterer n-glukoseenhetene i produktblandingen hovedsakelig i form av pyranosider. Gjennomsnittlig antall normale glukoseenheter per alkylrest, den såkalte polymerisasjonsgraden, er i utgangspunktet en funksjon av molforholdet mellom edukter under fremstillingsprosessen. På grunn av deres bemerkelsesverdige overflateaktive egenskaper er alkylpolyglykosider med en polymerisasjonsgrad mellom 1 og 3 spesielt foretrukket, hvorfor ca. 3-10 mol fettalkoholer må brukes pr. mol normal glukose i denne metoden.

Graden av polymerisasjon avtar ved økende overskudd av fettalkohol. Overskuddet av fettalkohol separeres og gjenvinnes ved hjelp av flertrinns vakuumdestillasjonsprosesser med fallfilmfordampere, som gjør det mulig å holde den termiske spenningen 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 flyt av alkylpolyglukosidsmelten, uten at det oppstår noen betydelige dekomponeringsreaksjoner. En rekke fordampningstrinn kan med fordel benyttes for å separere først lavtkokende fraksjoner, deretter hovedmengden av fettalkohol, og til slutt den gjenværende fettalkoholen inntil alkylpolyglukosid smelter er oppnådd 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 foredle 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 mangfoldige undersøkelsene og variantene som brukes under syntese, opparbeiding og raffinering viser at selv i dag er det fortsatt ingen generelt anvendelige "nøkkelferdige" løsninger for å oppnå spesifikke produktkvaliteter. Tvert imot, alle prosesstrinn må utarbeides, gjensidig justeres og optimaliseres. Dette kapittelet har gitt forslag og beskrevet noen praktiske måter å utforme tekniske løsninger på, samt angi standard kjemiske og fysiske forhold for gjennomføring av reaksjoner, separasjon og raffineringsprosesser.

Alle tre hovedprosessene – homogen transglykosidering, slurryprosess og glukosefôringsteknikk – kan brukes under industrielle forhold. Under transglykosidering må konsentrasjonen av mellomproduktet butylpolyglukosid, som virker som solubiliseringsmiddel for eduktene D-glukose og butanol, holdes over ca. 15 % i reaksjonsblandingen for å unngå inhomogeniteter. For samme formål må vannkonsentrasjonen i reaksjonsblandingen som benyttes for direkte Fischer-syntese av alkylpolyglukosider holdes på mindre enn ca. 1 %. Ved høyere vanninnhold er det en risiko for å gjøre den suspenderte krystallinske D-glukosen til en klebrig masse, noe som senere vil resultere i dårlig bearbeiding og overdreven polymerisasjon. Effektiv omrøring og homogenisering fremmer den fine fordelingen og reaktiviteten til den krystallinske D-glukosen i reaksjonsblandingen.

Både tekniske og økonomiske faktorer må tas i betraktning når man velger syntesemetoden og dens mer sofistikerte varianter. Homogene transglykosideringsprosesser basert på D-glukosesiruper fremstår som spesielt gunstige for kontinuerlig produksjon i stor skala. De tillater permanente besparelser på krystallisering av råstoffet D-glukose i verdikjeden, 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 gjenvunnede sluttproduktene kun er noen få deler per million, noe som kan anses som ikke-kritisk. Direkte Fischer-glykosidering i henhold til slurry-prosessen eller glukosefôringsteknikken eliminerer transglykosideringstrinnet og gjenvinning av butanol. Det 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 benytter slike prosesser. Dette gjelder særlig ved høye råoljepriser og lave kornpriser. Siden de faste produksjonskostnadene absolutt er på et vanlig nivå for bulk industrielle overflateaktive stoffer, kan selv små reduksjoner i prisen på innfødte råvarer oppfordre til substitusjon av overflateaktive stoffer og kan klart oppmuntre til installasjon av nye produksjonsanlegg for alkylpolyglukosider.