Производство монолаурата сахарозы из лауриновой кислоты посредством двух

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11218 (2023) Цитировать эту статью

348 Доступов

6 Альтметрика

Подробности о метриках

Эта работа представляет собой первый шаг на пути к использованию двухстадийного процесса производства монолаурата сахарозы (эфира сахарозы) из лауриновой кислоты с высокой производительностью и селективностью. На первом этапе лауриновую кислоту сначала превращали в метиллаурат посредством этерификации, а на втором этапе следовали переэтерификацию метиллаурата в эфир сахарозы. В этом исследовании первый этап процесса был в первую очередь сфокусирован и тщательно оценен. Метиллаурат непрерывно получали с помощью лауриновой кислоты и метанола в мини-реакторе с неподвижным слоем. В качестве катализатора использовали Amberlyst 15. Рабочие переменные были тщательно исследованы и оптимизированы. Оптимальные условия для достижения выхода 98 мас.% (чистота 99%) были следующими: температура 110 °C, время пребывания 5 минут и концентрация сырья 94 г/л. Высокая каталитическая стабильность наблюдалась в течение 30 часов работы. Этот процесс обеспечил хорошую производительность по сравнению с другими процессами. Метиллаурат, полученный на первой стадии, может быть использован в качестве сырья на второй стадии для получения эфира сахарозы, что было продемонстрировано экспериментально. Получена высокая селективность 95% монолаурата сахарозы. Можно обеспечить непрерывное производство эфира сахарозы из лауриновой кислоты.

Эфир сахара (эфир жирных кислот на основе сахара; SE), состоящий из гидрофильных (сахар) и липофильных (жирные кислоты) групп, представляет собой неионогенное, нетоксичное и биоразлагаемое поверхностно-активное вещество. Эфир сахара считается одним из выдающихся соединений биологического происхождения, используемых в пищевой, косметической и фармацевтической промышленности1. Однако вниманию к сложному эфиру сахара препятствует его цена. Например, цена на эфиры сахара составляла около 2–10 долларов США/кг (2017 г.)2, тогда как цены на обычные поверхностно-активные вещества и поверхностно-активные вещества небиологического происхождения (такие как этоксилаты алкилфенолов: АПЭ) составляли всего 0,9–1,8 долларов США/кг (2017 г.). 2. Одним из основных барьеров является недостаточная производительность производства эфиров сахаров (низкие производственные мощности и чистота продукта), которые необходимо развивать.

Существует два традиционных способа производства эфиров сахара. Первый путь называется реакцией этерификации (см. рис. 1 (реакция (1))). Сахар реагирует со свободной жирной кислотой в присутствии гомогенного кислотного катализатора с образованием сложного эфира сахара и воды. Второй путь включает переэтерификацию эфира жирной кислоты и сахара в присутствии гомогенного основного катализатора (см. рис. 1 (реакция (2))). Оба маршрута обычно выполняются при пониженном давлении (< 3 кПа) и в безводных условиях периодическим способом3,4. Основной проблемой является низкий выход/селективность моноэфира сахара из-за побочных реакций (гидролиз и омыление [см. рис. 1 (реакции (3)–(5))]. Ограничение массопереноса, вызванное несовместимостью между реагентами, является еще одной проблемой, которую необходимо решить. Необходимо решить проблему. Был проведен поиск нескольких органических растворителей для замены воды с целью предотвращения побочных реакций и облегчения массопереноса (растворение обоих реагентов как монофазной системы). Обычно используются диметилформамид (ДМФ) и диметилсульфоксид (ДМСО). в качестве растворителя. К сожалению, их растворимость ограничивает максимальную загрузку реагентов 5. Недавно была разработана и внедрена система, не содержащая растворителей, чтобы избежать использования растворителя, что снижает стоимость и упрощает последующую обработку 6. Хотя выход был улучшен, Для плавления сахара и ускорения реакций требовалась повышенная температура (130–180 °C).7 Снижение выхода из-за разложения сахара также вызывало обеспокоенность.Рециркуляция катализаторов и разделение катализаторов являются решающими факторами, которые необходимо рассматриваться с точки зрения экономической устойчивости. Следовательно, многообещающий гетерогенный метод, который может повысить производственную мощность (посредством непрерывного процесса) и выход эфира сахара, требует дальнейшего изучения.