Procesi transglikozidacije korištenjem D-glukoze kao sirovine.

Fischerova glikozilacija jedina je metoda kemijske sinteze koja je omogućila razvoj današnjih ekonomskih i tehnički usavršenih rješenja za proizvodnju alkil poliglukozida u velikim razmjerima. Proizvodni pogoni kapaciteta preko 20 000 t/godišnje već su realizirani i proširuju asortiman proizvoda industrije surfaktanata s površinski aktivnim sredstvima na bazi obnovljivih sirovina. D-glukoza i linearni C8-C16 masni alkoholi pokazali su se kao preferirane sirovine. Ovi edukti mogu se pretvoriti u površinski aktivne alkil poliglikozide izravnom Fischerovom glikozilacijom ili dvostupanjskom transglikozidima butil poliglikozida u prisutnosti kiselog katalizatora, s vodom kao nusproduktom. Voda se mora destilirati iz reakcijske smjese kako bi se ravnoteža reakcije pomaknula prema željenom produktu. U procesu glikozilacije treba izbjegavati nehomogenosti u reakcijskoj smjesi jer mogu dovesti do prekomjernog stvaranja tzv. polidekstroze, što je vrlo nepoželjno. Stoga se mnoge tehničke strategije usredotočuju na homogene edukte n-glukozu i alkohol, koji se teško miješaju zbog različitih polariteta. Tijekom reakcije, glikozidne veze se formiraju i između masnog alkohola i n-glukoze i između samih n-glukoznih jedinica. Alkil poliglukozidi posljedično nastaju kao smjese frakcija s različitim brojem glukoznih jedinica na dugolančanom alkilnom ostatku. Svaka od ovih frakcija, pak, sastoji se od nekoliko izomernih sastojaka, budući da n-glukozne jedinice poprimaju različite anomerne oblike i oblike prstena u kemijskoj ravnoteži tijekom Fischerove glikozidacije, a glikozidne veze između D-glukoznih jedinica javljaju se u nekoliko mogućih položaja vezivanja. Omjer anomera D-glukoznih jedinica je približno α/β = 2:1 i čini se da ga je teško utjecati pod opisanim uvjetima Fischerove sinteze. Pod termodinamički kontroliranim uvjetima, n-glukozne jedinice sadržane u smjesi produkta postoje pretežno u obliku piranozida. Prosječan broj normalnih glukoznih jedinica po alkilnom ostatku, takozvani stupanj polimerizacije, u osnovi je funkcija molarnog omjera edukata tijekom proizvodnog procesa. Zbog svojih izvanrednih surfaktantnih svojstava, alkil poliglikozidi sa stupnjem polimerizacije između 1 i 3 su posebno poželjni, zbog čega se u ovoj metodi mora koristiti oko 3-10 mola masnih alkohola po molu normalne glukoze.

Stupanj polimerizacije smanjuje se s povećanjem viška masnog alkohola. Višak masnog alkohola odvaja se i regenerira pomoću višestupanjskih procesa vakuumske destilacije s isparivačima s padajućim filmom, koji omogućuju održavanje toplinskog naprezanja na minimumu. Temperatura isparavanja treba biti dovoljno visoka, a vrijeme kontakta u vrućoj zoni dovoljno dugo da se osigura odgovarajuća destilacija viška masnog alkohola i protok taline alkil poliglukozida, bez pojave bilo kakvih značajnih reakcija razgradnje. Niz koraka isparavanja može se povoljno koristiti za odvajanje prvo frakcija s niskim vrelištem, zatim glavne količine masnog alkohola i konačno preostalog masnog alkohola dok se taline alkil poliglukozida ne dobiju kao ostaci topljivi u vodi.

Čak i kada se sinteza i isparavanje masnog alkohola provode u najnježnijim uvjetima, dolazi do neželjene smeđe boje, što zahtijeva procese izbjeljivanja kako bi se proizvodi pročistili. Jedna metoda izbjeljivanja koja se pokazala prikladnom je dodavanje oksidansa poput vodikovog peroksida vodenim pripravcima alkil poliglukozida u alkalnom mediju u prisutnosti magnezijevih iona.

Mnogobrojna istraživanja i varijante korištene tijekom sinteze, obrade i rafiniranja pokazuju da čak ni danas ne postoje općenito primjenjiva rješenja "ključ u ruke" za dobivanje specifičnih vrsta proizvoda. Naprotiv, sve korake procesa potrebno je razraditi, međusobno prilagoditi i optimizirati. Ovo poglavlje daje prijedloge i opisuje neke praktične načine za osmišljavanje tehničkih rješenja, kao i navodi standardne kemijske i fizikalne uvjete za provođenje reakcija, odvajanja i procesa rafiniranja.

Sva tri glavna procesa - homogena transglikozidacija, proces u suspenziji i tehnika dodavanja glukoze - mogu se koristiti u industrijskim uvjetima. Tijekom transglikozidacije, koncentracija međuprodukta butil poliglukozida, koji djeluje kao solubilizator za edukte D-glukozu i butanol, mora se održavati iznad oko 15% u reakcijskoj smjesi kako bi se izbjegle nehomogenosti. U istu svrhu, koncentracija vode u reakcijskoj smjesi koja se koristi za izravnu Fischerovu sintezu alkil poliglukozida mora se održavati na manje od oko 1%. Pri većem sadržaju vode postoji rizik pretvaranja suspendirane kristalne D-glukoze u ljepljivu masu, što bi potom rezultiralo lošom obradom i prekomjernom polimerizacijom. Učinkovito miješanje i homogenizacija potiču finu raspodjelu i reaktivnost kristalne D-glukoze u reakcijskoj smjesi.

Pri odabiru metode sinteze i njezinih sofisticiranijih varijanti potrebno je uzeti u obzir i tehničke i ekonomske čimbenike. Homogeni procesi transglikozidacije na bazi D-glukoznih sirupa čine se posebno povoljnima za kontinuiranu proizvodnju u velikim razmjerima. Omogućuju trajne uštede na kristalizaciji sirovine D-glukoze u lancu dodane vrijednosti, što više nego kompenzira veća jednokratna ulaganja u korak transglikozidacije i oporavak butanola. Upotreba n-butanola ne predstavlja druge nedostatke, budući da se može gotovo u potpunosti reciklirati tako da su preostale koncentracije u oporabljenim krajnjim proizvodima samo nekoliko dijelova na milijun, što se može smatrati nekritičnim. Izravna Fischerova glikozidacija prema postupku suspenzije ili tehnici dodavanja glukoze uklanja korak transglikozidacije i oporavak butanola. Također se može provoditi kontinuirano i zahtijeva nešto niža kapitalna ulaganja.

Očekuje se da će buduća dostupnost i cijene fosilnih i obnovljivih sirovina, kao i daljnji tehnički napredak u proizvodnji i primjeni alkil poliglukozida, imati odlučujući utjecaj na razvoj tržišnog obujma i proizvodnih kapaciteta potonjih. Održiva tehnička rješenja koja već postoje za proizvodnju i upotrebu alkil poliglukozida mogu dati vitalnu konkurentsku prednost na tržištu surfaktanata tvrtkama koje su razvile ili već koriste takve procese. To se posebno odnosi na visoke cijene sirove nafte i niske cijene žitarica. Budući da su fiksni troškovi proizvodnje svakako na uobičajenoj razini za industrijske surfaktante u rasutom stanju, čak i mala smanjenja cijena domaćih sirovina mogu potaknuti zamjenu surfaktanata robom i mogu jasno potaknuti postavljanje novih proizvodnih pogona za alkil poliglukozide.