Transglykosidaatioprosessit, joissa raaka-aineena käytetään D-glukoosia.

Fischerin glykosylaatio on ainoa kemiallinen synteesimenetelmä, joka on mahdollistanut nykyisten taloudellisten ja teknisesti täydellisten ratkaisujen kehittämisen alkyylipolyglukosidien laajamittaiseen tuotantoon. Yli 20 000 tonnin vuosikapasiteetin omaavia tuotantolaitoksia on jo toteutettu, ja ne laajentavat pinta-aktiivisten aineiden teollisuuden tuotevalikoimaa uusiutuviin raaka-aineisiin perustuvilla pinta-aktiivisilla aineilla. D-glukoosi ja lineaariset C8-C16-rasva-alkoholit ovat osoittautuneet ensisijaisiksi syöttöaineiksi. Nämä tuotokset voidaan muuntaa pinta-aktiivisiksi alkyylipolyglykosideiksi suoralla Fischerin glykosylaatiolla tai butyylipolyglykosidin kaksivaiheisilla transglykosideilla happokatalyytin läsnä ollessa, veden ollessa sivutuotteena. Vesi on tislattava reaktioseoksesta reaktiotasapainon siirtämiseksi haluttuun tuotteeseen. Glykosylaatioprosessissa reaktioseoksen epähomogeenisuuksia tulisi välttää, koska ne voivat johtaa niin kutsutun polydekstroosin liialliseen muodostumiseen, mikä on erittäin ei-toivottavaa. Siksi monet tekniset strategiat keskittyvät homogeenisiin edukteihin, n-glukoosiin ja alkoholiin, joita on vaikea sekoittaa keskenään niiden erilaisten polaarisuuksien vuoksi. Reaktion aikana glykosidisidoksia muodostuu sekä rasva-alkoholin ja n-glukoosin välille että itse n-glukoosiyksiköiden välille. Alkyylipolyglukosidit muodostuvat näin ollen seoksina fraktioista, joissa on eri määrä glukoosiyksiköitä pitkäketjuisessa alkyylitähteessä. Kukin näistä fraktioista puolestaan koostuu useista isomeerisistä ainesosista, koska n-glukoosiyksiköt omaksuvat erilaisia anomeerisiä muotoja ja rengasmuotoja kemiallisessa tasapainossa Fischerin glykosidoinnin aikana ja D-glukoosiyksiköiden väliset glykosidisidokset esiintyvät useissa mahdollisissa sidosasemissa. D-glukoosiyksiköiden anomeerisuhde on noin α/β = 2:1, ja sitä näyttää olevan vaikea muuttaa Fischerin synteesin kuvatuissa olosuhteissa. Termodynaamisesti kontrolloiduissa olosuhteissa tuoteseoksen sisältämät n-glukoosiyksiköt esiintyvät pääasiassa pyranosidien muodossa. Normaalien glukoosiyksiköiden keskimääräinen lukumäärä alkyylitähdettä kohden, niin kutsuttu polymeroitumisaste, on pohjimmiltaan valmistusprosessin aikana käytettyjen tuotteiden moolisuhteen funktio. Merkittävien pinta-aktiivisten ominaisuuksiensa vuoksi alkyylipolyglykosidit, joiden polymeroitumisaste on 1–3, ovat erityisen edullisia, minkä vuoksi tässä menetelmässä on käytettävä noin 3–10 moolia rasva-alkoholeja moolia normaalia glukoosia kohden.

Polymeroitumisaste pienenee rasva-alkoholin ylimäärän kasvaessa. Ylimääräinen rasva-alkoholi erotetaan ja otetaan talteen monivaiheisilla tyhjötislausprosesseilla, joissa käytetään putoavan kalvon haihduttimia, mikä mahdollistaa lämpöjännityksen pitämisen mahdollisimman pienenä. Haihdutuslämpötilan tulisi olla juuri riittävän korkea ja kuumavyöhykkeen kosketusajan juuri riittävän pitkä, jotta ylimääräinen rasva-alkoholi tislataan riittävästi ja alkyylipolyglukosidisula virtaa ilman merkittäviä hajoamisreaktioita. Haihdutusvaiheiden sarjaa voidaan edullisesti käyttää ensin matalalla kiehuvien jakeiden, sitten rasva-alkoholin pääosan ja lopuksi jäljellä olevan rasva-alkoholin erottamiseen, kunnes alkyylipolyglukosidisula saadaan vesiliukoisina jäännöksinä.

Vaikka rasva-alkoholin synteesi ja haihdutus suoritettaisiin mahdollisimman hellävaraisissa olosuhteissa, esiintyy ei-toivottua ruskeaa värjäytymistä, mikä vaatii valkaisuprosesseja tuotteiden puhdistamiseksi. Yksi sopivaksi osoittautunut valkaisumenetelmä on hapettimien, kuten vetyperoksidin, lisääminen alkyylipolyglukosidien vesipitoisiin valmisteisiin emäksisessä väliaineessa magnesiumionien läsnä ollessa.

Synteesin, jatkokäsittelyn ja jalostuksen aikana käytetyt lukuisat tutkimukset ja muunnelmat osoittavat, että vieläkään ei ole olemassa yleisesti sovellettavia "avaimet käteen" -ratkaisuja tiettyjen tuotelaatujen saamiseksi. Päinvastoin, kaikki prosessivaiheet on kehitettävä, sovitettava keskenään ja optimoitava. Tässä luvussa on annettu ehdotuksia ja kuvattu joitakin käytännöllisiä tapoja teknisten ratkaisujen kehittämiseksi sekä esitetty reaktioiden, erotus- ja jalostusprosessien suorittamiseen tarvittavat kemialliset ja fysikaaliset vakio-olosuhteet.

Kaikkia kolmea pääprosessia – homogeenista transglykosidointia, lieteprosessia ja glukoosin syöttötekniikkaa – voidaan käyttää teollisissa olosuhteissa. Transglykosidoinnin aikana välituotteena olevan butyylipolyglukosidin, joka toimii D-glukoosin ja butanolin liuottajana, pitoisuus reaktioseoksessa on pidettävä yli noin 15 %:ssa epähomogeenisuuksien välttämiseksi. Samasta syystä alkyylipolyglukosidien suoraan Fischer-synteesiin käytettävän reaktioseoksen vesipitoisuus on pidettävä alle noin 1 %:ssa. Suuremmilla vesipitoisuuksilla on olemassa riski, että suspendoitu kiteinen D-glukoosi muuttuu tahmeaksi massaksi, mikä johtaa myöhemmin huonoon prosessointiin ja liialliseen polymeroitumiseen. Tehokas sekoittaminen ja homogenisointi edistävät kiteisen D-glukoosin hienojakoista jakautumista ja reaktiivisuutta reaktioseoksessa.

Synteesimenetelmää ja sen kehittyneempiä muunnelmia valittaessa on otettava huomioon sekä tekniset että taloudelliset tekijät. D-glukoosisiirappiin perustuvat homogeeniset transglykosidointiprosessit näyttävät erityisen suotuisilta jatkuvalle tuotannolle laajamittaisesti. Ne mahdollistavat pysyviä säästöjä raaka-aineena käytettävän D-glukoosin kiteyttämisessä arvoketjussa, mikä kompensoi transglykosidointivaiheen ja butanolin talteenoton suuremmat kertaluonteiset investoinnit. N-butanolin käyttö ei aiheuta muita haittoja, koska se voidaan kierrättää lähes kokonaan, joten talteen otettujen lopputuotteiden jäännöspitoisuudet ovat vain muutamia miljoonasosia, mitä voidaan pitää ei-kriittisenä. Suora Fischer-glykosidointi lietemenetelmällä tai glukoosisyöttötekniikalla poistaa transglykosidointivaiheen ja butanolin talteenoton. Se voidaan suorittaa myös jatkuvasti ja vaatii hieman pienempiä pääomakustannuksia.

Fossiilisten ja uusiutuvien raaka-aineiden tuleva saatavuus ja hinnat sekä alkyylipolyglukosidien tuotannon ja käytön tekniset edistysaskeleet voivat odottaa vaikuttavansa ratkaisevasti näiden markkinoiden volyymin ja tuotantokapasiteetin kehitykseen. Alkyylipolyglukosidien tuotantoon ja käyttöön jo olemassa olevat toteuttamiskelpoiset tekniset ratkaisut voivat antaa elintärkeän kilpailuedun pinta-aktiivisten aineiden markkinoilla yrityksille, jotka ovat kehittäneet tai jo käyttävät tällaisia prosesseja. Tämä pätee erityisesti korkeisiin raakaöljyn hintoihin ja alhaisiin viljan hintoihin. Koska kiinteät valmistuskustannukset ovat varmasti tavanomaisella tasolla irtotavarana myytäville teollisuustensideille, jopa pienet alennukset kotimaisten raaka-aineiden hinnassa voivat kannustaa pinta-aktiivisten aineiden hyödykkeiden korvaamiseen ja selvästi kannustaa uusien alkyylipolyglukosidien tuotantolaitosten perustamiseen.