عمليات تحويل الجلوكوز إلى سكر عبر الجلوكوز باستخدام الجلوكوز D كمواد خام.

تُعد عملية الغليكوزيدة بطريقة فيشر الطريقة الوحيدة للتخليق الكيميائي التي أتاحت تطوير حلول اقتصادية وتقنية متطورة لإنتاج بولي غليكوزيدات ألكيل على نطاق واسع. وقد تم بالفعل إنشاء مصانع إنتاج بطاقة إنتاجية تزيد عن 20,000 طن سنويًا، مما يُوسّع نطاق منتجات صناعة المواد الخافضة للتوتر السطحي باستخدام عوامل نشطة سطحيًا قائمة على مواد خام متجددة. وقد ثبت أن الجلوكوز-D والكحولات الدهنية الخطية C8-C16 هي المواد الخام المُفضّلة. يمكن تحويل هذه المُنتجات إلى بولي غليكوزيدات ألكيل نشطة سطحيًا عن طريق عملية الغليكوزيدة بطريقة فيشر المباشرة أو عن طريق تحويل الغليكوزيدات على مرحلتين لبولي غليكوزيد بوتيل بوجود مُحفّز حمضي، مع الماء كناتج ثانوي. يجب تقطير الماء من خليط التفاعل لتغيير توازن التفاعل نحو المنتج المطلوب. في عملية الجليكوزيل، يجب تجنب عدم التجانس في خليط التفاعل لأنه قد يؤدي إلى تكوين مفرط لما يسمى بالبولي دكستروز، وهو أمر غير مرغوب فيه للغاية. لذلك، تركز العديد من الاستراتيجيات التقنية على المُنتجات المتجانسة n-glucose والكحول، والتي يصعب امتزاجها بسبب اختلاف قطبيتها. أثناء التفاعل، تتشكل روابط جليكوسيدية بين الكحول الدهني وn-glucose وبين وحدات n-glucose نفسها. وبالتالي، تتشكل بولي جلوكوزيدات الألكيل كمخاليط من الكسور ذات أعداد مختلفة من وحدات الجلوكوز عند بقايا الألكيل طويلة السلسلة. يتكون كل جزء من هذه الكسور، بدوره، من عدة مكونات متزامرة، حيث تتخذ وحدات n-glucose أشكالًا أنومرية وأشكالًا حلقية مختلفة في حالة التوازن الكيميائي أثناء جليكوزيدة فيشر، وتحدث الروابط الجليكوسيدية بين وحدات D-glucose في عدة مواضع رابطة محتملة. تبلغ نسبة الأنومر لوحدات الجلوكوز-D حوالي α/β = 2:1، ويبدو من الصعب التأثير عليها في ظل الظروف الموصوفة لتخليق فيشر. في ظل ظروف التحكم الديناميكي الحراري، توجد وحدات الجلوكوز-n الموجودة في خليط المنتج بشكل رئيسي على شكل بيرانوسيدات. يعتمد متوسط عدد وحدات الجلوكوز العادية لكل بقايا ألكيل، وهو ما يُسمى بدرجة البلمرة، بشكل أساسي على النسبة المولية للناتج أثناء عملية التصنيع. ونظرًا لخصائصها الفعالة بالسطح المميزة، تُفضل بولي جليكوسيدات الألكيل بدرجة بلمرة تتراوح بين 1 و3، ولذلك يجب استخدام حوالي 3-10 مولات من الكحولات الدهنية لكل مول من الجلوكوز العادي في هذه الطريقة.

تنخفض درجة البلمرة مع تزايد فائض الكحول الدهني. يُفصل الكحول الدهني الزائد ويُستعاد بواسطة عمليات التقطير الفراغي متعددة الخطوات باستخدام مبخرات غشائية متساقطة، مما يُمكّن من الحفاظ على أدنى حد للإجهاد الحراري. يجب أن تكون درجة حرارة التبخر عالية بما يكفي، وأن يكون زمن التلامس في المنطقة الساخنة طويلاً بما يكفي لضمان التقطير الكافي للفائض من الكحول الدهني وتدفق مُذاب بولي غلوكوزيد الألكيل، دون حدوث أي تفاعلات تحلل كبيرة. يمكن استخدام سلسلة من خطوات التبخير بشكل مُناسب لفصل الكسور منخفضة الغليان أولاً، ثم الكمية الرئيسية من الكحول الدهني، وأخيراً الكحول الدهني المتبقي حتى يتم الحصول على مُذابات بولي غلوكوزيد الألكيل كبقايا قابلة للذوبان في الماء.

حتى عند إجراء عملية تخليق الكحول الدهني وتبخيره في ظل ظروف معتدلة، يحدث تغير غير مرغوب فيه في اللون البني، مما يستدعي عمليات تبييض لتحسين المنتجات. ومن طرق التبييض التي أثبتت فعاليتها إضافة مؤكسدات، مثل بيروكسيد الهيدروجين، إلى المستحضرات المائية من بولي جلوكوزيدات الألكيل في وسط قلوي بوجود أيونات المغنيسيوم.

تُظهر الدراسات والأساليب المتنوعة المُستخدمة أثناء عمليات التركيب والمعالجة والتكرير أنه حتى اليوم لا توجد حلول جاهزة للاستخدام بشكل عام للحصول على درجات مُحددة من المنتجات. بل على العكس، يجب وضع جميع خطوات العملية وتعديلها وتحسينها. وقد قدّم هذا الفصل اقتراحاتٍ ووصف بعض الطرق العملية لابتكار حلول تقنية، بالإضافة إلى تحديد الشروط الكيميائية والفيزيائية القياسية لإجراء التفاعلات وعمليات الفصل والتكرير.

يمكن استخدام جميع العمليات الرئيسية الثلاث - تحويل الجلوكوز المتجانس، وعملية الملاط، وتقنية تغذية الجلوكوز - في ظل الظروف الصناعية. أثناء تحويل الجلوكوز، يجب الحفاظ على تركيز بولي جلوكوزيد البوتيل الوسيط، الذي يعمل كمذيب لمنتجي الجلوكوز-D والبيوتانول، فوق 15٪ تقريبًا في خليط التفاعل لتجنب عدم التجانس. وللغرض نفسه، يجب الحفاظ على تركيز الماء في خليط التفاعل المستخدم في التخليق المباشر لبولي جلوكوزيدات الألكيل أقل من 1٪ تقريبًا. عند وجود محتوى ماء أعلى، هناك خطر تحويل الجلوكوز-D البلوري المعلق إلى كتلة لزجة، مما قد يؤدي لاحقًا إلى معالجة سيئة وبلمرة مفرطة. يعزز التحريك والتجانس الفعالان التوزيع الدقيق وتفاعل الجلوكوز-D البلوري في خليط التفاعل.

يجب مراعاة العوامل التقنية والاقتصادية عند اختيار طريقة التخليق ومتغيراتها الأكثر تطورًا. تبدو عمليات تحويل الجلوكوز المتجانسة القائمة على شراب الجلوكوز-D مواتية بشكل خاص للإنتاج المستمر على نطاق واسع. فهي تتيح توفيرًا دائمًا في تبلور المادة الخام الجلوكوز-D في سلسلة القيمة المضافة، مما يعوّض أكثر من الاستثمارات الأعلى لمرة واحدة في خطوة تحويل الجلوكوز-D واستعادة البيوتانول. لا يُظهر استخدام البيوتانول-n أي عيوب أخرى، حيث يمكن إعادة تدويره بالكامل تقريبًا بحيث لا تتجاوز التركيزات المتبقية في المنتجات النهائية المستردة بضعة أجزاء في المليون، وهو ما يمكن اعتباره غير حرج. تُغني عملية تحويل الجلوكوز-Fisher المباشر، وفقًا لعملية الملاط أو تقنية تغذية الجلوكوز، عن خطوة تحويل الجلوكوز-D واستعادة البيوتانول. كما يمكن إجراؤها بشكل مستمر وتتطلب نفقات رأسمالية أقل قليلاً.

من المتوقع أن يكون لتوافر وأسعار المواد الخام الأحفورية والمتجددة مستقبلًا، بالإضافة إلى التطورات التقنية في إنتاج واستخدام بولي جلوكوزيدات الألكيل، تأثير حاسم على تطوير حجم سوق هذه الأخيرة وقدراتها الإنتاجية. وقد تمنح الحلول التقنية المجدية المتاحة حاليًا لإنتاج واستخدام بولي جلوكوزيدات الألكيل ميزة تنافسية حيوية في سوق المواد الخافضة للتوتر السطحي للشركات التي طورت أو تستخدم هذه العمليات بالفعل. وينطبق هذا بشكل خاص في حالة ارتفاع أسعار النفط الخام وانخفاض أسعار الحبوب. ونظرًا لأن تكاليف التصنيع الثابتة ثابتة في مستوى مألوف للمواد الخافضة للتوتر السطحي الصناعية السائبة، فإن أي انخفاض طفيف في أسعار المواد الخام المحلية قد يحث على استبدال سلع المواد الخافضة للتوتر السطحي، وقد يشجع بشكل واضح على إنشاء مصانع إنتاج جديدة للبولي جلوكوزيدات الألكيل.