Low-Cost Production of Sucrose Fatty Acid Esters from Sugarcane Molasses Using a Non-Aqueous Chemical Process

Daiekh A. A. Abod Daiekh A. A. Abod; Ali B. AL-Zubaidy Ali B. AL-Zubaidy; Olla Sharhan Olla Sharhan

doi:10.64295/cujahr.v11i11.118

المؤلفون

Daiekh A. A. Abod Daiekh A. A. Abod المؤلف
Ali B. AL-Zubaidy Ali B. AL-Zubaidy المؤلف
Olla Sharhan Olla Sharhan المؤلف

DOI:

https://doi.org/10.64295/cujahr.v11i11.118

الكلمات المفتاحية:

دبس السكر، إسترات الأحماض الدهنية، إسترات السكروز الدهنية، إسترات الجلوكوز والفركتوز

الملخص

تُعدّ إسترات الأحماض الدهنية للسكروز موادًا غير أيونية خافضة للتوتر السطحي قابلة للتحلل الحيوي، وتُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الأغذية والأدوية ومستحضرات التجميل. تتطلب طرق الإنتاج التقليدية عادةً إسكروزًا نقيًا ومشتقات أحماض دهنية مُكرّرة، مما يؤدي إلى ارتفاع تكاليف المعالجة وتعقيد خطوات الفصل. تُقدّم هذه الدراسة طريقة كيميائية مُبسّطة وفعّالة من حيث التكلفة لإنتاج إسترات السكر مباشرةً من دبس قصب السكر كمادة خام متجددة منخفضة النقاوة. تم تحضير الأحماض الدهنية الحرة من زيت الذرة عن طريق التصبن، متبوعًا بالتحميض والتنقية. أُجريت عملية الأسترة في وسط غير مائي باستخدام ثنائي ميثيل سلفوكسيد والبوتانول الثلاثي كمذيبات عند 60 درجة مئوية لمدة 24 ساعة في وجود مناخل جزيئية لإزالة الماء المتكون أثناء التفاعل. تم فصل المنتجات الناتجة وتوصيفها باستخدام مطيافية الأشعة تحت الحمراء . أكد تحليل FTIR تكوّن روابط الإستر، كما يتضح من حزمة امتصاص قوية قرب 1740 سم⁻¹ تُعزى إلى رابطة C=O في مجموعات الإستر، بالإضافة إلى حزم امتصاص C–H وC–O المميزة لإسترات سكريات الأحماض الدهنية. وقد خضعت العملية لمزيد من التقييم من خلال حسابات توازن المواد والطاقة، وتمّ توسيع نطاقها لتصميم صناعي مبدئي بطاقة إنتاجية تقديرية تبلغ 1000 طن/سنة. وأظهر التقييم الاقتصادي جدوى عالية نظرًا لاستخدام مواد خام منخفضة التكلفة وخطوات معالجة مبسطة. وتُشير النتائج إلى أن دبس السكر يُمكن أن يكون مادة خاما بديلة فعّالة لإنتاج إسترات السكروز، مما يُوفر نهجًا مستدامًا ومجديًا اقتصاديًا للتصنيع الكيميائي المحلي.

السير الشخصية للمؤلفين

Daiekh A. A. Abod Daiekh A. A. Abod

[1] Department of Pharmacy, Faculty of Medical Sciences, Thamar University, Yemen

Faculty of Medical Sciences, Civilization University, Sanaa, Yemen
Ali B. AL-Zubaidy Ali B. AL-Zubaidy

[1] Faculty of Medicine & Health Sciences, Hodeidah University, Sanaa, Yemen
Olla Sharhan Olla Sharhan

[1] Department of Chemistry, Faculty of Education, Thamar University, Thamar, Yemen

Department of Pharmacy, Faculty of Medical Sciences, Thamar University, Yemen

المراجع

References

Addai, F. P., Lin, F., Wang, T., Kosiba, A. A., Sheng, P., Yu, F., . . . Shi, H. (2020). Technical integrative approaches to cheese whey valorization towards sustainable environment. Food & function, 11(10), 8407-8423.

Bailey, A. E. (1951). Industrial oil and fat products.

Bento, H. B., Carvalho, A. K., Reis, C. E. R., & De Castro, H. F. (2019). Microbial biodiesel production: From sucrose-based carbon sources to alkyl esters via enzymatic transesterification. Process Safety and Environmental Protection, 121, 349-356.

Bockisch, M. (2015). Fats and oils handbook (Nahrungsfette und Öle): Elsevier.

Cetinkaya, S., Yenidünya, A. F., Başoğlu, F., & Sarac, K. (2020). D-Glucose-fatty acid ester synthesis with or without a Biocatalyst in the same organic media. Journal of Oleo Science, 69(7), 737-742.

Csóka, G., Marton, S., Zelko, R., Otomo, N., & Antal, I. (2007). Application of sucrose fatty acid esters in transdermal therapeutic systems. European journal of pharmaceutics and biopharmaceutics, 65(2), 233-237.

Dirbeba, M. J., Brink, A., Lindberg, D., Hupa, M., & Hupa, L. (2021). Thermal conversion characteristics of molasses. ACS omega, 6(33), 21631-21645.

Dutta, P. C., Przybylski, R., Eskin, M. N., & Appelqvist, L.-Å. (2007). Formation, analysis, and health effects of oxidized sterols in frying fat. In Deep frying (pp. 111-164): Elsevier.

El Asri, O., & Farag, M. A. (2023). The potential of molasses from different dietary sources in industrial applications: A source of functional compounds and health attributes, a comprehensive review. Food Bioscience, 56, 103263.

Geremew Kassa, M., Asemu, A. M., Belachew, M. T., Satheesh, N., Abera, B. D., & Alemu Teferi, D. (2024). Review on the application, health usage, and negative effects of molasses. CyTA-Journal of Food, 22(1), 2321984.

Graczová, E., Šulgan, B., & Steltenpohl, P. (2020). tert-Butanol–water mixture separation by extractive distillation: Application of experimental data in process simulations. Separation and Purification Technology, 251, 116968.

Gutiérrez, M. F., Orjuela, Á., Rivera, J. L., & Suaza, A. (2018). Production of sucroesters using solvent-free reactive systems containing emulsifiers. Ingeniería e Investigación, 38(1), 16-23.

Gutiérrez Sánchez, M. F. (2018). Sucrose esters production in a solvent-free reaction system by transesterification of sucrose and fatty acid methyl esters.

Hu, Y., Ma, C., Liu, J., Bai, G., Guo, S., & Wang, T. (2022). Synthesis, physical properties, and in vitro-simulated gastrointestinal digestion of hydrophilic β-sitosterol sugar esters. Journal of agricultural and food chemistry, 70(27), 8458-8468.

Hyla, K., & Janek, T. (2025). Sugar Esters of Fatty Acids: Chemo-Enzymatic Synthesis and Biological Activity. Molecules, 30(15), 3123.

Jamir, L., Kumar, V., Kaur, J., Kumar, S., & Singh, H. (2021). Composition, valorization and therapeutical potential of molasses: a critical review. Environmental technology reviews, 10(1), 131-142.

Mordenti, A. L., Giaretta, E., Campidonico, L., Parazza, P., & Formigoni, A. (2021). A review regarding the use of molasses in animal nutrition. Animals, 11(1), 115.

Neta, N. S., Teixeira, J. A., & Rodrigues, L. R. (2015). Sugar ester surfactants: Enzymatic synthesis and applications in food industry. Critical reviews in food science and nutrition, 55(5), 595-610.

Otache, M. A., Duru, R. U., Ozioma, A., & Abayeh, J. O. (2022). Catalytic methods for the synthesis of sugar esters. Catalysis in Industry, 14(1), 115-130.

Palmonari, A., Cavallini, D., Sniffen, C., Fernandes, L., Holder, P., Fagioli, L., . . . Mammi, L. (2020). Characterization of molasses chemical composition. Journal of dairy science, 103(7), 6244-6249.

Park, K.-M., Lee, S. J., Yu, H., Park, J.-Y., Jung, H.-S., Kim, K., . . . Chang, P.-S. (2018). Hydrophilic and lipophilic characteristics of non-fatty acid moieties: Significant factors affecting antibacterial activity of lauric acid esters. Food Science and Biotechnology, 27(2), 401-409.

Phasha, M. J. (2025). Conversion of sugar cane A-molasses and lignocellulosic biomass to value-added products: Techno-economics and greenhouse gas emissions. Stellenbosch: Stellenbosch University,

Plat, T., & Linhardt, R. J. (2001). Syntheses and applications of sucrose-based esters. Journal of Surfactants and Detergents, 4(4), 415.

Rawlings, J. B., & Ekerdt, J. G. (2002). Chemical reactor analysis and design fundamentals. (No Title).

Sasayama, T., Hiromori, K., Takahashi, A., & Shibasaki-Kitakawa, N. (2021). Process for continuous production of sugar esters of medium-chain fatty acid: Effect of residence time on productivity and scale-up design. Journal of Food Engineering, 305, 110608. doi:https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2021.110608

Stubbs, S., Yousaf, S., & Khan, I. (2022). A review on the synthesis of bio-based surfactants using green chemistry principles. DARU Journal of Pharmaceutical Sciences, 30(2), 407-426.

Teng, Y., Stewart, S. G., Hai, Y.-W., Li, X., Banwell, M. G., & Lan, P. (2021). Sucrose fatty acid esters: Synthesis, emulsifying capacities, biological activities and structure-property profiles. Critical reviews in food science and nutrition, 61(19), 3297-3317.

Wangler, T., Pileggi, R., Gürel, S., & Flatt, R. J. (2022). A chemical process engineering look at digital concrete processes: critical step design, inline mixing, and scaleup. Cement and Concrete Research, 155, 106782.

Zhang, S., Wang, J., & Jiang, H. (2021). Microbial production of value-added bioproducts and enzymes from molasses, a by-product of sugar industry. Food Chemistry, 346, 128860.

Zheng, Y., Zheng, M., Ma, Z., Xin, B., Guo, R., & Xu, X. (2015). Sugar fatty acid esters. In Polar lipids (pp. 215-243): Elsevier.