Produção de monolaurato de sacarose a partir de ácido láurico através de dois

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11218 (2023) Citar este artigo

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Este trabalho representou o primeiro passo para o pioneirismo na utilização de um processo de duas etapas para produção de monolaurato de sacarose (éster de sacarose) a partir de ácido láurico com alta produtividade e seletividade. Na primeira etapa, o ácido láurico foi primeiramente convertido em laurato de metila via esterificação, seguido pela transesterificação do laurato de metila em éster de sacarose na segunda etapa. Nesta pesquisa, a primeira etapa do processo foi focada principalmente e avaliada minuciosamente. O laurato de metila foi produzido continuamente via ácido láurico e metanol em um minirreator de leito fixo. Amberlyst 15 foi usado como catalisador. As variáveis ​​operacionais foram minuciosamente investigadas e otimizadas. A condição ideal para atingir 98% em peso de rendimento (99% de pureza) foi a seguinte: temperatura de 110 °C, tempo de residência de 5 min e concentração de alimentação de 94 g/L. Alta estabilidade catalítica foi observada ao longo do tempo de fluxo de 30 h. Este processo proporcionou boa produtividade em comparação aos demais processos. O laurato de metila obtido na primeira etapa poderia ser utilizado como matéria-prima para a segunda etapa para a produção de éster de sacarose, o que foi demonstrado experimentalmente. Foi obtida a alta seletividade de 95% do monolaurato de sacarose. A produção contínua de éster de sacarose a partir do ácido láurico poderia ser alcançada.

O éster de açúcar (éster de ácido graxo à base de açúcar; SE), consistindo de grupos hidrofílicos (açúcar) e lipofílicos (ácidos graxos), é um surfactante não iônico, não tóxico e biodegradável. O éster de açúcar tem sido considerado um dos excelentes compostos de base biológica usados ​​em aplicações alimentícias, cosméticas e farmacêuticas1. No entanto, a atenção do éster de açúcar tem sido prejudicada pelo seu preço. Por exemplo, o preço do éster de açúcar foi de cerca de 2–10 $/kg (2017)2, enquanto os preços dos surfactantes gerais e não biológicos (como os etoxilatos de alquilfenol: APEs) foram de apenas 0,9–1,8 $/kg (2017) 2. Uma das principais barreiras é o desempenho insuficiente da produção de ésteres de açúcar (baixa capacidade de produção e pureza do produto), que deve ser desenvolvida.

Existem duas rotas convencionais para produção de ésteres de açúcar. A primeira rota é chamada de reação de esterificação [ver Fig. 1 (reação (1))]. O açúcar reage com ácido graxo livre sob um catalisador ácido homogêneo para produzir éster de açúcar e água. A segunda rota envolve a transesterificação de éster de ácido graxo e açúcar na presença de um catalisador de base homogêneo [ver Figura 1 (reação (2))]. Ambas as rotas são geralmente realizadas sob pressão reduzida (<3 kPa) e condições anidras em um processo descontínuo3,4. O principal desafio é o baixo rendimento/seletividade do monoéster de açúcar devido às reações colaterais (hidrólise e saponificação [ver Fig. 1 (reações (3) – (5))]. A limitação da transferência de massa causada por uma incompatibilidade entre os reagentes é outra questão que precisa ser resolvido. Vários solventes orgânicos foram pesquisados ​​para substituir a água, a fim de evitar reações colaterais e facilitar a transferência de massa (dissolvendo ambos os reagentes como um sistema monofásico). Dimetilformamida (DMF) e dimetilsulfóxido (DMSO) são comumente usados como solvente. Infelizmente, sua solubilidade limita a carga máxima de reagentes5. Recentemente, o sistema sem solvente foi desenvolvido e implementado para evitar o uso de solvente, reduzindo o custo e simplificando o processamento posterior6. Embora o rendimento tenha sido melhorado, um temperatura elevada (130-180 °C) foi necessária para derreter o açúcar e acelerar as reações7. A diminuição no rendimento devido à decomposição do açúcar também foi uma preocupação. A reciclagem de catalisadores e a separação do catalisador são os fatores críticos que precisam a considerar para a sustentabilidade económica. Portanto, um método promissor de base heterogênea que pode aumentar a capacidade de produção (por meio de processo contínuo) e o rendimento de éster de açúcar precisa de mais investigação.