D-glükózt nyersanyagként használó transzglikozidációs folyamatok.

A Fischer-glikozidálás az egyetlen kémiai szintézismódszer, amely lehetővé tette a mai gazdaságos és technikailag tökéletesített megoldások kifejlesztését az alkil-poliglükozidok nagyméretű előállítására. Már megvalósultak a 20 000 t/év feletti kapacitású gyártóüzemek, amelyek megújuló nyersanyagokon alapuló felületaktív anyagokkal bővítik a felületaktív iparág termékkínálatát. A D-glükóz és a lineáris C8-C16 zsíralkoholok bizonyultak az előnyben részesített alapanyagoknak. Ezek a termékek felületaktív alkil-poliglikozidokká alakíthatók közvetlen Fischer-glikozilezéssel vagy butil-poliglikozid kétlépéses transzglikozidjaival savas katalizátor jelenlétében, víz melléktermékkel. A reakcióelegyből vizet kell desztillálni, hogy a reakcióegyensúlyt a kívánt termék felé toljuk el. A glikozilezési folyamat során kerülni kell a reakcióelegy inhomogenitásait, mivel ezek az úgynevezett polidextróz túlzott képződéséhez vezethetnek, ami rendkívül nemkívánatos. Ezért számos technikai stratégia a homogén n-glükóz és alkohol kiindulási anyagokra összpontosít, amelyek eltérő polaritásuk miatt nehezen elegyednek. A reakció során glikozidos kötések alakulnak ki mind a zsíralkohol és az n-glükóz, mind maguk az n-glükóz egységek között. Az alkil-poliglükozidok ennek következtében a hosszú szénláncú alkilmaradéknál különböző számú glükóz egységet tartalmazó frakciók keverékeként képződnek. Ezen frakciók mindegyike viszont több izomer alkotóelemből áll, mivel az n-glükóz egységek a Fischer-glikozidáció során a kémiai egyensúlyban különböző anomer formákat és gyűrűs formákat vesznek fel, és a D-glükóz egységek közötti glikozidos kötések több lehetséges kötési pozícióban fordulnak elő. A D-glükóz egységek anomer aránya körülbelül α/β = 2:1, és a Fischer-szintézis leírt körülményei között nehezen befolyásolhatónak tűnik. Termodinamikailag szabályozott körülmények között a termékkeverékben található n-glükóz egységek túlnyomórészt piranozidok formájában léteznek. Az alkilmaradékonkénti normál glükózegységek átlagos száma, az úgynevezett polimerizációs fok, alapvetően a gyártási folyamat során keletkező kiindulási anyagok mólarányának függvénye. Figyelemre méltó felületaktív tulajdonságaik miatt az 1 és 3 közötti polimerizációs fokú alkil-poliglikozidok különösen előnyösek, ezért ebben a módszerben körülbelül 3-10 mól zsíralkoholt kell használni normál glükóz móljára számítva.

A polimerizáció foka csökken a zsíralkohol feleslegének növekedésével. A felesleges zsíralkoholt többlépcsős vákuumdesztillációs eljárásokkal választják el és nyerik ki, esőfilmes bepárlókkal, amelyek lehetővé teszik a hőfeszültség minimális szinten tartását. A bepárlási hőmérsékletnek éppen elég magasnak, a forró zónában az érintkezési időnek pedig éppen elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy biztosítsa a zsíralkohol feleslegének megfelelő desztillációját és az alkil-poliglükozid olvadék áramlását, jelentős bomlási reakciók nélkül. Előnyösen bepárlási lépések sorozata alkalmazható először az alacsony forráspontú frakciók, majd a zsíralkohol fő mennyiségének, végül pedig a fennmaradó zsíralkohol elválasztására, amíg az alkil-poliglükozid olvadékokat vízoldható maradékként nem kapjuk.

Még ha a zsíralkohol szintézise és elpárologtatása a legkíméletesebb körülmények között történik is, nemkívánatos barna elszíneződés lép fel, ami fehérítési eljárásokat tesz szükségessé a termékek finomítása érdekében. Az egyik megfelelőnek bizonyult fehérítési módszer az oxidálószerek, például hidrogén-peroxid hozzáadása alkil-poliglükozidok vizes készítményeihez lúgos közegben, magnéziumionok jelenlétében.

A szintézis, a feldolgozás és a finomítás során alkalmazott sokrétű vizsgálatok és változatok azt mutatják, hogy még ma sem léteznek általánosan alkalmazható „kulcsrakész” megoldások specifikus termékminőségek előállítására. Épp ellenkezőleg, minden folyamatlépést ki kell dolgozni, kölcsönösen összehangolni és optimalizálni kell. Ez a fejezet javaslatokat tett és leírt néhány gyakorlatias módot a műszaki megoldások kidolgozására, valamint meghatározta a reakciók, elválasztási és finomítási folyamatok lebonyolításának standard kémiai és fizikai feltételeit.

Mindhárom fő eljárás – a homogén transzglikozidálás, a szuszpenziós eljárás és a glükózadagolásos technika – ipari körülmények között alkalmazható. A transzglikozidálás során a butil-poliglükozid intermedier koncentrációját, amely a D-glükóz és butanol kiindulási anyagok oldódását elősegítő anyagként működik, a reakcióelegyben körülbelül 15% felett kell tartani az inhomogenitások elkerülése érdekében. Ugyanebből a célból az alkil-poliglükozidok közvetlen Fischer-szintéziséhez alkalmazott reakcióelegy vízkoncentrációját körülbelül 1% alatt kell tartani. Magasabb víztartalom esetén fennáll annak a veszélye, hogy a szuszpendált kristályos D-glükóz ragacsos masszává alakul, ami később rossz feldolgozáshoz és túlzott polimerizációhoz vezet. A hatékony keverés és homogenizálás elősegíti a kristályos D-glükóz finom eloszlását és reakcióképességét a reakcióelegyben.

A szintézis módszerének és kifinomultabb változatainak kiválasztásakor mind a technikai, mind a gazdasági tényezőket figyelembe kell venni. A D-glükózszirupokon alapuló homogén transzglikozidációs eljárások különösen kedvezőek a nagymértékű folyamatos termeléshez. Ezek lehetővé teszik a nyersanyag, a D-glükóz kristályosításának tartós megtakarítását az értékláncban, ami bőven kompenzálja a transzglikozidációs lépésbe és a butanol kinyerésébe történő egyszeri nagyobb beruházásokat. Az n-butanol használata nem jár más hátrányokkal, mivel szinte teljes mértékben újrahasznosítható, így a kinyert végtermékekben a maradék koncentrációk csak néhány ppm, ami nem tekinthető kritikusnak. A szuszpenziós eljárással vagy glükózadagolási technikával végzett közvetlen Fischer-glikozidáció kiküszöböli a transzglikozidációs lépést és a butanol kinyerését. Folyamatosan is elvégezhető, és valamivel alacsonyabb tőkeráfordítást igényel.

A fosszilis és megújuló nyersanyagok jövőbeli elérhetősége és ára, valamint az alkil-poliglükozidok előállításában és alkalmazásában elért további technikai fejlesztések várhatóan döntő hatással lesznek az utóbbiak piaci volumenének és termelési kapacitásainak alakulására. Az alkil-poliglükozidok előállítására és felhasználására már létező életképes technikai megoldások létfontosságú versenyelőnyt biztosíthatnak a felületaktív anyagok piacán azoknak a vállalatoknak, amelyek kifejlesztettek vagy már alkalmaznak ilyen eljárásokat. Ez különösen igaz a magas nyersolajárak és az alacsony gabonaárak esetén. Mivel az állandó gyártási költségek minden bizonnyal a tömeges ipari felületaktív anyagok szokásos szintjén vannak, a hazai nyersanyagok árának akár kismértékű csökkenése is ösztönözheti a felületaktív anyagok helyettesítését, és egyértelműen ösztönözheti új alkil-poliglükozid-gyártó üzemek telepítését.