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Aug 05, 2023

Produzione di saccarosio monolaurato dall'acido laurico attraverso un due

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 11218 (2023) Cita questo articolo 362 Accessi 6 Dettagli di metrica altmetrica Questo lavoro ha rappresentato il primo passo verso l'uso pionieristico di un metodo a due stadi

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11218 (2023) Citare questo articolo

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Questo lavoro ha rappresentato il primo passo verso l’uso pionieristico di un processo in due fasi per la produzione di monolaurato di saccarosio (estere di saccarosio) dall’acido laurico con elevata produttività e selettività. Nella prima fase, l'acido laurico è stato prima convertito in metil laurato tramite esterificazione, seguita nella seconda fase dalla transesterificazione del metil laurato in estere di saccarosio. In questa ricerca, la prima fase del processo è stata principalmente focalizzata e valutata approfonditamente. Il metil laurato è stato prodotto in continuo tramite acido laurico e metanolo in un mini reattore a letto fisso. Come catalizzatore è stato utilizzato Amberlyst 15. Le variabili operative sono state accuratamente studiate e ottimizzate. La condizione ottimale per ottenere una resa del 98% in peso (purezza del 99%) era la seguente: temperatura di 110 °C, tempo di permanenza di 5 minuti e concentrazione di alimentazione di 94 g/L. È stata osservata un'elevata stabilità catalitica durante il time-on-stream di 30 ore. Questo processo ha fornito una buona produttività rispetto agli altri processi. Il laurato di metile ottenuto dalla prima fase potrebbe essere utilizzato come materia prima per la produzione dell'estere di saccarosio della seconda fase, come dimostrato sperimentalmente. È stata ottenuta l'elevata selettività del 95% del monolaurato di saccarosio. Potrebbe essere ottenuta la produzione continua di estere di saccarosio dall'acido laurico.

L'estere di zucchero (estere di acidi grassi a base di zucchero; SE), costituito da gruppi idrofili (zucchero) e lipofili (acidi grassi), è un tensioattivo non ionico, non tossico e biodegradabile. L'estere di zucchero è stato considerato in modo interessante uno degli eccezionali composti a base biologica utilizzati in applicazioni alimentari, cosmetiche e farmaceutiche1. Tuttavia, l’attenzione dell’estere di zucchero è stata ostacolata dal suo prezzo. Ad esempio, il prezzo degli esteri dello zucchero era di circa 2–10 $/kg (2017)2, mentre i prezzi dei tensioattivi generici e non di origine biologica (come gli alchifenoli etossilati: APE) erano solo di 0,9–1,8 $/kg (2017) 2. Uno dei principali ostacoli è l’insufficiente rendimento della produzione di esteri di zucchero (bassa capacità produttiva e purezza del prodotto), che deve essere sviluppato.

Esistono due percorsi convenzionali per la produzione di esteri di zucchero. La prima via è chiamata reazione di esterificazione [vedi Fig. 1 (reazione (1))]. Lo zucchero viene fatto reagire con l'acido grasso libero sotto un catalizzatore acido omogeneo per produrre estere di zucchero e acqua. La seconda via prevede la transesterificazione dell'estere di acido grasso e dello zucchero in presenza di un catalizzatore di base omogeneo [vedi Fig. 1 (reazione (2))]. Entrambi i percorsi vengono generalmente eseguiti a pressione ridotta (< 3 kPa) e in condizioni anidra in un processo batch3,4. La sfida principale è la bassa resa/selettività del monoestere dello zucchero dovuta alle reazioni collaterali (idrolisi e saponificazione [vedi Fig. 1 (reazioni (3)–(5))]. La limitazione del trasferimento di massa causata da un'incompatibilità tra i reagenti è un altro problema che deve essere risolto. Sono stati ricercati diversi solventi organici per sostituire l'acqua al fine di prevenire reazioni collaterali e facilitare il trasferimento di massa (dissolvendo entrambi i reagenti come un sistema monofasico). Dimetilformammide (DMF) e dimetilsolfossido (DMSO) sono comunemente usati come solvente. Sfortunatamente, la loro solubilità limita il carico massimo di reagenti5. Recentemente, il sistema senza solventi è stato sviluppato e implementato per evitare l'uso di solvente, riducendo i costi e semplificando il trattamento a valle6. Sebbene la resa sia stata migliorata, un era necessaria una temperatura elevata (130–180 °C) per sciogliere lo zucchero e accelerare le reazioni.7. Anche la diminuzione della resa dovuta alla decomposizione dello zucchero era motivo di preoccupazione. Il riciclaggio dei catalizzatori e la separazione dei catalizzatori sono i fattori critici che richiedono da considerare per la sostenibilità economica. Pertanto, un metodo promettente a base eterogenea in grado di migliorare la capacità di produzione (tramite un processo continuo) e la resa dell'estere di zucchero necessita di ulteriori indagini.