METODE PEMBUATAN ALKIL GLUKOSIDA

Glikosidasi Fischer merupakan satu-satunya metode sintesis kimia yang memungkinkan pengembangan solusi ekonomis dan teknis yang disempurnakan saat ini untuk produksi alkil poliglukosida skala besar. Pabrik produksi dengan kapasitas lebih dari 20.000 ton/tahun telah direalisasikan dan memperluas jangkauan produk industri surfaktan dengan agen aktif permukaan berbasis bahan baku terbarukan. D-Glukosa dan alkohol lemak C8-C16 linear telah terbukti menjadi bahan baku pilihan. Reaktan ini dapat dikonversi menjadi alkil poliglukosida aktif permukaan melalui glikosidasi Fischer langsung atau transglikosidasi dua tahap melalui butil poliglukosida dengan adanya katalis asam, dengan air sebagai produk sampingan. Air harus didistilasi dari campuran reaksi untuk menggeser kesetimbangan reaksi ke arah produk yang diinginkan. Selama proses glikosidasi, ketidakhomogenan dalam campuran reaksi harus dihindari, karena dapat menyebabkan pembentukan poliglukosida yang berlebihan, yang sangat tidak diinginkan. Oleh karena itu, banyak strategi teknis yang berfokus pada homogenisasi reaktan n-glukosa dan alkohol, yang sulit tercampur karena perbedaan polaritasnya. Selama reaksi, ikatan glikosidik terbentuk baik antara alkohol lemak dan n-glukosa maupun antara unit-unit n-glukosa itu sendiri. Alkil poliglukosa kemudian terbentuk sebagai campuran fraksi-fraksi dengan jumlah unit glukosa yang berbeda pada residu alkil rantai panjang. Masing-masing fraksi ini, pada gilirannya, terdiri dari beberapa konstituen isomerik, karena unit-unit n-glukosa mengambil bentuk anomerik dan bentuk cincin yang berbeda dalam kesetimbangan kimia selama glikosidasi Fischer, dan ikatan glikosidik antara unit-unit D-glukosa terjadi pada beberapa kemungkinan posisi ikatan. Rasio anomer unit-unit D-glukosa kira-kira α/β = 2:1 dan tampaknya sulit dipengaruhi dalam kondisi sintesis Fischer yang dijelaskan. Dalam kondisi yang terkontrol secara termodinamika, unit-unit n-glukosa yang terkandung dalam campuran produk sebagian besar berada dalam bentuk piranosida. Jumlah rata-rata unit n-glukosa per residu alkil, yang disebut derajat polimerisasi, pada dasarnya merupakan fungsi rasio molar reaktan selama pembuatan. Karena sifat surfaktannya yang menonjol[1], preferensi khusus diberikan kepada alkil poliglukosa dengan derajat polimerisasi antara 1 dan 3, yang membutuhkan sekitar 3-10 mol alkohol lemak per mol n-glukosa dalam prosesnya.

Derajat polimerisasi menurun seiring bertambahnya alkohol lemak berlebih. Alkohol lemak berlebih dipisahkan dan dipulihkan melalui proses distilasi vakum multi-tahap dengan evaporator film jatuh, sehingga tekanan termal dapat diminimalkan. Suhu penguapan harus cukup tinggi dan waktu kontak di zona panas cukup lama untuk memastikan distilasi alkohol lemak berlebih yang memadai dan aliran lelehan alkil poliglukosida tanpa reaksi dekomposisi yang signifikan. Serangkaian langkah penguapan dapat digunakan secara menguntungkan untuk memisahkan fraksi titik didih rendah terlebih dahulu, kemudian sebagian besar alkohol lemak, dan terakhir sisa alkohol lemak, hingga alkil poliglikosida meleleh sebagai residu yang larut dalam air.

Bahkan dalam kondisi paling ringan untuk sintesis dan penguapan alkohol lemak, perubahan warna cokelat yang tidak diinginkan akan terjadi, dan proses pemutihan diperlukan untuk memurnikan produk. Salah satu metode pemutihan yang terbukti efektif adalah dengan menambahkan zat pengoksidasi, seperti hidrogen peroksida, ke dalam formulasi alkil poliglikosida dalam media alkali dengan adanya ion magnesium.

Berbagai studi dan varian yang digunakan dalam proses sintesis, pasca-pemrosesan, dan pemurnian menjamin bahwa hingga saat ini, masih belum ada solusi "siap pakai" yang dapat diterapkan secara luas untuk mendapatkan kualitas produk tertentu. Sebaliknya, semua langkah proses perlu diformulasikan. Dongfu memberikan beberapa saran untuk desain solusi dan solusi teknis, serta menjelaskan kondisi kimia dan fisika untuk proses reaksi, pemisahan, dan pemurnian.

Ketiga proses utama – transglikosidasi homogen, proses bubur, dan teknik umpan glukosa – dapat digunakan dalam kondisi industri. Selama transglikosidasi, konsentrasi intermediet butil poliglukosida, yang bertindak sebagai pelarut untuk reaktan D-glukosa dan butanol, harus dijaga lebih dari sekitar 15% dalam campuran reaksi untuk menghindari inhomogenitas. Untuk tujuan yang sama, konsentrasi air dalam campuran reaksi yang digunakan untuk sintesis Fischer langsung dari alkil poliglukosida harus dijaga kurang dari sekitar 1%. Pada kadar air yang lebih tinggi ada risiko mengubah D-glukosa kristal yang tersuspensi menjadi massa lengket, yang selanjutnya akan menghasilkan pemrosesan yang buruk dan polimerisasi yang berlebihan. Pengadukan dan homogenisasi yang efektif meningkatkan distribusi halus dan reaktivitas D-glukosa kristal dalam campuran reaksi.

Faktor teknis dan ekonomis harus dipertimbangkan ketika memilih metode sintesis dan variannya yang lebih canggih. Proses transglikosidasi homogen berbasis sirup D-glukosa tampaknya sangat menguntungkan untuk produksi berkelanjutan dalam skala besar. Proses ini memungkinkan penghematan permanen pada kristalisasi bahan baku D-glukosa dalam rantai nilai tambah, yang lebih dari sekadar mengkompensasi investasi satu kali yang lebih tinggi pada tahap transglikosidasi dan pemulihan butanol. Penggunaan n-butanol tidak memiliki kekurangan lain, karena dapat didaur ulang hampir seluruhnya sehingga konsentrasi residu dalam produk akhir yang dipulihkan hanya beberapa bagian per juta, yang dapat dianggap nonkritis. Glikosidasi Fischer langsung menurut proses bubur atau teknik umpan glukosa menghilangkan tahap transglikosidasi dan pemulihan butanol. Proses ini juga dapat dilakukan secara berkelanjutan dan membutuhkan belanja modal yang sedikit lebih rendah.

Di masa depan, pasokan dan harga bahan baku fosil dan terbarukan, serta kemajuan teknologi lebih lanjut dalam produksi alkil polisakarida, akan memiliki dampak yang menentukan pada kapasitas pasar dan kapasitas produksi pengembangan dan aplikasi. Polisakarida dasar telah memiliki solusi teknisnya sendiri yang dapat memberikan keunggulan kompetitif yang penting di pasar perawatan permukaan bagi perusahaan yang mengembangkan atau telah mengadopsi proses tersebut. Hal ini terutama berlaku ketika harga tinggi dan rendah. Biaya produksi agen manufaktur telah meningkat ke tingkat yang biasa, bahkan jika harga bahan baku lokal sedikit turun, hal itu dapat memperbaiki substitusi surfaktan dan dapat mendorong pemasangan pabrik produksi alkil polisakarida baru.