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Aug 05, 2023

2단계를 통해 라우르산으로부터 자당 모노라우레이트 생산

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11218(2023) 이 기사 인용 362 액세스 6 Altmetric Metrics 세부 정보 이 작업은 2단계 사용을 개척하기 위한 첫 번째 단계를 나타냅니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11218(2023) 이 기사 인용

362 액세스

6 알트메트릭

측정항목 세부정보

이 연구는 높은 생산성과 선택성으로 라우르산으로부터 자당 모노라우레이트(자당 에스테르)를 생산하기 위한 2단계 공정의 사용을 개척하기 위한 첫 번째 단계를 나타냅니다. 첫 번째 단계에서 라우르산은 먼저 에스테르화를 통해 메틸 라우레이트로 전환된 후 두 번째 단계에서 메틸 라우레이트가 수크로스 에스테르로 에스테르교환되었습니다. 본 연구에서는 프로세스의 첫 번째 단계를 일차적으로 집중하고 철저하게 평가했습니다. 메틸라우레이트는 소형 고정층 반응기에서 라우르산과 메탄올을 통해 연속적으로 생산되었습니다. Amberlyst 15를 촉매로 사용했습니다. 운영 변수를 철저히 조사하고 최적화했습니다. 98wt% 수율(99% 순도)을 달성하기 위한 최적 조건은 온도 110℃, 체류 시간 5분, 공급 농도 94g/L였다. 30시간의 흐름 시간 동안 높은 촉매 안정성이 관찰되었습니다. 이 공정은 다른 공정에 비해 우수한 생산성을 제공했습니다. 첫 번째 단계에서 얻은 라우르산 메틸은 두 번째 단계의 원료로 사용되어 수크로스 에스테르를 생산할 수 있었으며 이는 실험적으로 입증되었습니다. 95%의 수크로스 모노라우레이트의 높은 선택성을 얻었습니다. 라우르산으로부터 자당 에스테르를 지속적으로 생산할 수 있습니다.

친수성(설탕) 그룹과 친유성(지방산) 그룹으로 구성된 설탕 에스테르(설탕 기반 지방산 에스테르, SE)는 비이온성, 무독성, 생분해성 계면활성제입니다. 설탕 에스테르는 식품, 화장품, 의약품 응용 분야에 사용되는 뛰어난 바이오 기반 화합물 중 하나로 매력적으로 여겨져 왔습니다1. 그러나 설탕 에스테르에 대한 관심은 가격 때문에 방해를 받았습니다. 예를 들어 설탕 에스테르 가격은 약 2~10$/kg(2017)인 반면, 일반 및 비바이오 기반 계면활성제(예: 알킬페놀 에톡실레이트: APE)의 가격은 0.9~1.8$/kg(2017)에 불과했습니다. 2. 주요 장벽 중 하나는 설탕 에스테르 생산 성능이 부족하다는 것(낮은 생산 능력 및 제품 순도)이며 이를 개발해야 합니다.

설탕 에스테르 생산에는 두 가지 전통적인 경로가 있습니다. 첫 번째 경로는 에스테르화 반응이라고 합니다[그림 1(반응 (1)) 참조]. 설탕은 균일한 산 촉매 하에서 유리지방산과 반응하여 설탕 에스테르와 물을 생성합니다. 두 번째 경로는 균일한 염기 촉매 존재 하에서 지방산 에스테르와 설탕의 에스테르 교환반응을 포함합니다[그림 1(반응 (2)) 참조]. 두 경로 모두 일반적으로 배치 공정3,4에서 감압(< 3 kPa) 및 무수 조건에서 수행됩니다. 주요 과제는 부반응(가수분해 및 비누화[그림 1(반응 (3)-(5)) 참조])으로 인한 낮은 설탕 모노에스테르 수율/선택성입니다. 반응물 간의 비호환성으로 인한 물질 전달 제한은 또 다른 문제입니다. 부반응을 방지하고 물질 전달을 촉진하기 위해(두 반응물을 단상 시스템으로 용해) 물을 대체하기 위해 여러 가지 유기 용매가 모색되었으며, 일반적으로 디메틸 포름아미드(DMF) 및 디메틸 설폭사이드(DMSO)가 사용됩니다. 불행하게도 이들의 용해도는 반응물의 최대 로딩을 제한합니다5. 최근에는 용매 사용을 피하기 위해 무용매 시스템이 개발 및 구현되어 비용을 절감하고 다운스트림 처리를 단순화합니다6. 수율은 향상되었지만 설탕을 녹이고 반응을 가속화하려면 고온(130~180°C)이 필요합니다.7 설탕 분해로 인한 수율 감소도 문제였으며 촉매의 재활용과 촉매 분리가 중요한 요소입니다. 경제적 지속가능성을 고려할 필요가 있다. 따라서 (연속 공정을 통해) 생산 능력과 설탕 에스테르 수율을 향상시킬 수 있는 유망한 이종 기반 방법에 대해서는 추가 조사가 필요합니다.