AT513907A1

AT513907A1 - Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen aus einem flüssigen Rohstoff

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Publication number: AT513907A1
Application number: ATA101/2013A
Authority: AT
Original assignee: Natex Prozesstech Gmbh
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2014-08-15
Also published as: MX2015010196A; EP2953699A1; AT513907B1; WO2014121311A1

Abstract

Bei einem Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen, insbesondere Phytochemikalien, wie z.B. Polyphenole, Farbstoffe, Antioxydantien und dergleichen, aus einem flüssigen Rohstoff, wie z.B. Lipiden, Fermentationsbrühen oder Lösungsmittelauszügen, wird der Rohstoff in einer Mischvorrichtung (5) mit einem komprimierten Extraktionsmittel, insbesondere C02 , aus einem Speicherbehälter (1) vermischt, worauf die Mischung einem Vorkonzentratabscheider (13) zugeführt wird und die im Extraktionsmittel höher löslichen Komponenten von den ungelösten Bestandteilen getrennt werden, wobei das beladene Extraktionsmittel aus dem Vorkonzentratabscheider (13) abgezogen wird und die ungelösten Bestandteile als Vorkonzentrat verbleiben, wobei das beladene Extraktionsmittel über ein Abscheidersystem geführt wird, in dem die gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel getrennt werden, wobei das gereinigte Extraktionsmittel dem Speicherbehälter (1) rückgeführt wird.

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen, insbesondere Phytochemikalien, wie z.B. Polyphenole, Farbstoffe, Antioxydantien und dergleichen, aus einem flüssigen Rohstoff, wie z.B. Lipiden, Fermentationsbrühen oder Lösungsmittelauszügen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Die Anreicherung von Wertstoffen aus Flüssigkeiten, wie z.B. Lipiden ist sowohl in der Farbstoff- als auch in der Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung. Auch die Kosmetikindustrie und die pharmazeutische Industrie -insbesondere der Sektor zur Herstellung von sogenannten "Nutraceuticals" - nützt die Vorteile von natürlichen Konzentraten, Farbstoffen und Aromen.

Ein Beispiel eines wertstoffenthaltenden Lipids ist Paprikaoleoresin (auch Paprikaextrakt genannt), ein Extrakt aus der roten Paprikafrucht. Es enthält unter anderem Capsanthin und Capsorubin, die für die rote Farbe der Paprikafrucht verantwortlich sind. Das Paprika-Extrakt wird in öl- und wasserlöslichen Handelspräparaten zur Färbung von Fleisch- und Fischkonserven, Süßwaren (Marzipan), Mayonnaisen, Würsten sowie von Kosmetika eingesetzt. Auch als Futtermittelzusatzstoff für Eidotter- und Hautpigmentierung von Mastgeflügel finden die beiden Farbstoffe Verwendung.

Die Höhe der Farbstoffkonzentration in verschiedenen Extrakten, wie z.B. Paprikaextrakt wird gemeinhin in "Color Units" (CU) - also Farbeinheiten - gemessen. Hohe Werte an Color Units, demgemäß also eine hohe Konzentration der 2/31 • · • · • ♦

Wertstoffe, finden in der Industrie bevorzugt Anwendung, da diese eine Vielzahl an Vorteilen aufweisen. Höher konzentrierte Wertstoffe weisen eine wesentlich höhere Stabilität und Haltbarkeit auf als Wertstoffe mit geringeren Konzentrationen. Einer der Gründe hierfür ist, dass höher konzentrierte Wertstoffe einen geringeren Ölanteil als Wertstoffe mit niedrigeren Konzentrationen aufweisen und daher weniger leicht ranzig werden. Zusätzlich sind höhere Konzentrationen wegen deren leichterer Einmischbarkeit in die erwünschten Endprodukte vorteilhaft. Als weiterer Vorteil von höher konzentrierten Wertstoffen sei deren wesentlich geringeres Gewicht genannt, welches diese verglichen mit unkonzentrierten Ausgangstoffen aufweisen, woraus sich ein weiterer Vorteil für die Nutzung von Konzentraten ergibt - nämlich die wesentlich niedrigeren Transportkosten.

Es sind daher bereits eine Reihe von Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen aus flüssigen Rohstoffen vorgeschlagen worden. Exemplarisch sei die mehrstufige, destillative Extraktion von Omega-3 Fettsäuren aus verestertem Fischöl genannt. Weiters ist es beispielsweise bekannt Carotinoidkonzentrat aus Algenöl und Lycopenkonzentrat aus Tomatenöl zu gewinnen.

Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass die Wertstoffe mit lediglich geringer Effizienz angereichert werden. Weiters sind ein hoher apparativer Aufwand und ein hoher Kostenaufwand zur Durchführung dieser Verfahren notwendig. 3/31 ·· ·· · · ······ ······ ···· « • · · · · t · · *···· · ·· *··· · Q · · · ·· Μ M· J··· ··#· ·

Diese Nachteile sind zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche(s) die Anreicherung einer Vielzahl von Wertstoffen aus flüssigen Ausgangssubstanzen mit geringem apparativen und geringem Kostenaufwand bei gleichzeitig hoher Effizienz bereitstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs genannten Art im Wesentlichen darin, dass der flüssige Rohstoff in einer Mischvorrichtung mit einem komprimierten Extraktionsmittel, insbesondere CO2, aus einem Speicherbehälter vermischt wird, woraufhin die Mischung einem Vorkonzentratabscheider zugeführt wird und die im Extraktionsmittel vorwiegend leichter löslichen Substanzen von den ungelösten Bestandteilen, welche ungelöste Wertstoffe einschließen, getrennt werden, wobei das beladene Extraktionsmittel aus dem

Vorkonzentratabscheider abgezogen wird und die ungelösten Bestandteile als Vorkonzentrat verbleiben, wobei das beladene Extraktionsmittel über ein Abscheidersystem geführt wird, in dem die gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel getrennt werden und das gereinigte Extraktionsmittel· dem Speicherbehälter rückgeführt wird.

Das Extraktionsmittel wird somit zur Extraktion von besser löslichen Substanzen, wie z.B. kurzkettigen Lipiden verwendet, sodass die weniger löslichen bzw. unlöslichen Substanzen, wie z.B. die langkettigen Lipidbestandteile samt den unter den jeweils vorherrschenden Bedingungen schwer löslichen Wertstoffen Zurückbleiben.

Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere durch die Kreislaufführung des 4/31

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Extraktionsmittels sichergestellt. Bevorzugt wird das Extraktionsmittel während der gesamten Kreislaufführung im komprimierten Zustand belassen, sodass eine vollständige Entspannung und nachfolgende Rekomprimierung und der damit verbundene Aufwand vermieden werden kann.

Grundsätzlich kann die erfindungsgemäße Anreicherung lediglich einstufig erfolgen, sodass das oben erwähnte Vorkonzentrat das Endprodukt des Verfahrens darstellt. Bevorzugt ist aber vorgesehen, dass die Anreicherung zweistufig erfolgt, wobei die Wertstoffe mit den gering löslichen Bestandteilen des Rohstoffs in einer ersten Anreicherungsstufe zu einem Vorkonzentrat aufkonzentriert werden und das Vorkonzentrat in einer zweiten Anreicherungsstufe zu einem Endkonzentrat aufkonzentriert wird. Falls erforderlich wird die zweite Anreicherungsstufe hierbei mit im Vergleich zur ersten Anreicherungsstufe geänderten Druck- und/oder Temperaturbedingungen durchgeführt. Die zweistufige Anreicherung kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich ablaufen. Das Vorkonzentrat wird also entweder kontinuierlich aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen und einem dem Vorkonzentratabscheider nachgeschalteten Extraktor zugeführt, in welchem es anschließend unter erneuter Einspeisung von Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter weiter aufkonzentriert wird. Der Vorkonzentratabscheider kann hierbei in Form eines Zyklonabscheiders ausgeführt sein. Oder das Verfahren ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dahingehend weitergebildet, dass das Vorkonzentrat im Vorkonzentratabscheider nach Beendigung der Rohstoffeinspeisung mit komprimiertem Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter weiter zur gewünschten Konzentration angereichert wird. 5/31

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Als Vorteil des kontinuierlichen Prozesses ist zu sehen, dass die Vorkonzentration der Wertstoffe im Vorkonzentratabscheider und deren weitere Konzentration im nachgeschalteten Extraktor zeitgleich stattfinden. Es muss also nicht erst gewartet werden, bis das beladene Extraktionsmittel aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen wurde, um erneut Extraktionsmittel in den Vorkonzentratabscheider einzuspeisen - wie dies im diskontinuierlichen Ablauf der Fall ist. Parallel zur Herstellung des Vorkonzentrats im Vorkonzentratabscheider kann im kontinuierlichen Prozess nämlich ein erneutes Zuführen von Extraktionsmittel in den nachgeschalteten Extraktor und somit die finale Anreicherung der WertStoffe stattfinden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass das komprimierte Extraktionsmittel -exemplarisch sei hier Kohlendioxid genannt - in flüssigem oder überkritischem Zustand im Vorkonzentratabscheider und ggf. im nachgeschalteten Extraktor vorliegt. Der Vorteil des überkritischen CO2 gegenüber flüssigem Kohlendioxid liegt darin begründet, dass die überkritische Phase sowohl eine geringere Viskosität als auch eine geringere Oberflächenspannung aufweist als ihr flüssiges Pendant. Durch die geringe Viskosität wird eine hohe Diffusion bzw. durch die intensive Durchmischung des Rohstoffes mit dem überkritischen Fluid wird ein umgehender Stoffübergang erreicht. Diese Eigenschaft stellt also eine Extraktion von im jeweiligen Extraktionsmittel lösbaren Substanzen aus dem flüssigen Rohstoff sicher. 6/31

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass der Druck im Vorkonzentratabscheider so gewählt ist, dass sich die leichter löslichen Substanzen stärker im Extraktionsmittel lösen als der anzureichernde schwerer lösliche Wertstoff. Der Druck im Vorkonzentratabscheider bzw. gegebenenfalls im nachgeschalteten Extraktor wird also derart eingestellt, dass sich die leichter löslichen Substanzen (z.B. kurzkettige Lipide) lösen, während die schwer lösliche Fraktion (z.B. langkettige Lipide, Carotenoide, Phytochemikalien) in ungelöster Form im Vorkonzentratabscheider bzw. gegebenenfalls im nachgeschalteten Extraktor verbleibt. Insbesondere sollte der Druck derart gewählt sein, dass sich der Wertstoff kaum bzw. gar nicht löst. Der Druck im Vorkonzentratabscheider bzw. gegebenenfalls im nachgeschalteten Extraktor ist hierbei bevorzugt zwischen 150 und 450 bar gewählt. Besonders bevorzugt liegt der Druck zwischen 250 bis 400 bar.

In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend weitergebildet, dass die Temperatur im Vorkonzentratabscheider derart gewählt ist, dass ein für die Trennung ausreichender Dichteunterschied erreicht wird. Erfindungsgemäß beträgt die Temperatur im Vorkonzentratabscheider zwischen 20 und 100°C. Hierdurch wird eine ausreichend geringe Dichte des Extraktionsmittels und der darin gelösten Substanzen erreicht was bewirkt, dass das somit beladene Extraktionsmittel im Vorkonzentratabscheider nach oben steigt und in der Folge abgezogen werden kann. 7/31

Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere dahingehend weitergebildet sein, dass die Trennung der gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel durch eine Änderung der Löslichkeit, insbesondere eine Druck-und/oder eine Temperaturänderung, begünstigt wird.

In vorteilhafter Weise kann die Trennung der gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel im erfindungsgemäßen Verfahren auch durch eine Adsorption oder einen Membranprozess erfolgen.

Insbesondere kann es vorgesehen sein Tomatenöl,

Haselnussöl, Algenöl, Krustentieröl, Paprikaoleoresin, Reisschalenöl, Kaffeeöl, Fettsäuredestillat, Fermentationsbrühen oder geröstetes, aromatisches Öl als flüssigen Rohstoff zur nachfolgenden Anreicherung der darin enthaltenen Wertstoffe zu verwenden und demgemäß Lycopen, Haselnussaroma, Carotinoide, Farbstoffe, Nutraceuticals, Kaffeearomen, Tocopherol oder Röstaromen als konzentrierten Wertstoff anzureichern.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise derart weitergebildet, dass das Endkonzentrat über einen Endkonzentratabscheider ausgetragen wird, in welchem das im Endkonzentrat verbliebene Extraktionsmittel abgetrennt wird. Dieser Schritt gewährleistet eine weitere Abtrennung des im Wertstoffkonzentrat verbliebenen Extraktionsmittels, was zur Folge hat, dass das Endprodukt des beanspruchten Verfahrens in einer weitaus reineren Form vorliegt als ohne diesen letzten Schritt und dass ein höherer Anteil an Extraktionsmittel in den Speicherbehälter rückgeführt werden kann. 8/31 ·· ····

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens weist einen Speicherbehälter für ein komprimiertes Extraktionsmittel, einen Speicherbehälter für flüssigen Rohstoff, eine Mischvorrichtung, die an den Speicherbehälter für das komprimierte Extraktionsmittel und an den Speicherbehälter für flüssigen Rohstoff angeschlossen ist, einen mit der Mischvorrichtung verbundenen Abscheider, der eine Austragsöffnung zur Abgabe eines beladenen Extraktionsmittels und eine Austragsöffnung zur Abgabe eines Vorkonzentrats besitzt, auf, wobei die Austragsöffnungen zur Abgabe des beladenen Extraktionsmittels mit einem Abscheidersystem verbunden ist, welches über eine Rückführungsleitung mit dem Speicherbehälter für das komprimierte Extraktionsmittel verbunden ist. Für eine intensive Durchmischung des Extraktionsmittels mit den flüssigen Rohstoffen kann die erfindungsgemäße Ausbildung derart weitergebildet sein, dass die Mischvorrichtung als statischer Mischer, Mischkammer oder Düse ausgebildet ist.

Um die Extraktion von schwer extrahierbaren Medien und/oder solchen mit Feststoffanteil zu gewährleisten, kann die erfindungsgemäße Ausbildung weiters bevorzugt derart getroffen sein, dass der nachgeschaltete Extraktor als Dünnschichtextraktor oder als Kolonnenextraktor ausgebildet ist. Unter einem Dünnschichtextraktor ist eine Vorrichtung zu verstehen, wie sie beispielsweise der WO 2004/018070 Al zu entnehmen ist. Ein solcher Dünnschichtextraktor weist einen druckfesten Reaktor mit wenigstens einer Aufgabeöffnung für das zu behandelnde Vorextrakt und das komprimierte Extraktionsmittel sowie entsprechende 9/31 • · · · • · ♦ * Q * · · k· ♦·· «··· ♦

Austragsöffnungen auf, wobei die Aufgabeöffnung für das zu behandelnde Vorextrakt am Innenmantel des Reaktors mündet, an dem sich eine filmartige Schicht des Vorextrakts ausbildet. Im Inneren des Reaktors ist ein Rotor angeordnet, dessen radiale Arme mit dem Vorkonzentratfilm am Innenmantel des Reaktors Zusammenwirken. Durch die Verwendung eines Reaktors, in dessen Inneren ein Rotor angeordnet ist, wird die Möglichkeit geschaffen, die mechanische Einwirkung durch zusätzliches Einwirken von Zentrifugalkräften vorzunehmen, wobei eine entsprechend rasche Rotation zur Aufbringung der gewünschten Zentrifugalkraft erfolgen kann. Gleichzeitig bildet der Rotor die Werkzeuge für eine mechanische Bearbeitung des dünnen Filmes, welche im einfachsten Fall von Wischern, Rollen, Rakelmessern oder dergleichen gebildet werden können. Die Dicke des Filmes wird hierbei durch den voreingestellten Abstand des rotierenden Werkzeugs zum Innenmantel des Reaktors bestimmt. Die Werkzeuge, wie z.B. Rollen, können eine schraubenlinienförmige Profilierung aufweisen, aber auch konisch, konkav oder konvex ausgeführt sein, wobei die Profilierung beim Abrollen entlang des Vorkonzentratfilms gleichzeitig eine Abwärtsbewegung des Filmes in Richtung zur Austragsöffnung begünstigt. Im Gegenstrom zum Vorkonzentrat wird nun das Extraktionsmittel in den Reaktor eingeführt, wobei die entsprechende Aufgabeöffnung im Bodenteil ausgebildet ist. Das Extraktionsmittel· steigt im Inneren des Reaktors auf und gelangt in intensiven Kontakt mit dem Vorkonzentratfilm, wobei die dem Extraktionsmittel ausgesetzte Oberfläche des Films durch den von den rotierenden Werkzeugen bewirkten Walk- bzw. Knetvorgang ständig erneuert wird. Das beladene Extraktionsmittel· kann in der Folge über eine im Deckel vorgesehene Austrittsöffnung abgezogen werden. 10/31 • · * · · · ·· Ι·Μ • ·* · · · I» · · « • · · t · · · · « · · · · · · · « ·« * · ι η· · * ·· ·· «•••l'*·····» *

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise dahingehend weitergebildet, dass die Austragsöffnung des Vorkonzentratabscheiders zur Abgabe des Vorkonzentrats mit einem nachgeschalteten Extraktor in Verbindung steht und dass in der den Vorkonzentratabscheider mit dem nachgeschalteten Extraktor verbindenden Leitung eine weitere Mischvorrichtung angeordnet ist, die mit dem Speicherbehälter verbunden ist. Diese weitere Mischvorrichtung ermöglicht eine zusätzlich Abtrennung von im Extraktionsmittel gelösten Substanzen und begünstigt somit die Gewinnung eines Endproduktes mit sehr hoher Reinheit.

Die Vorrichtung kann erfindungsgemäß dahingehend ausgeführt sein, dass nach dem vorher erwähnten Extraktor zur weiteren Aufkonzentrierung zusätzliche Extraktoren angeordnet werden, wobei die Zuführung jeweils über eine Mischvorrichtung erfolgt, in der jeweils frisches Extraktionsmittel und entsprechend vorkonzentriertes Wertstoffgemisch aus dem jeweiligen vorherigen Extraktor intensiv durchmischt werden.

In vorteilhafter Weise ist die Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass das Abscheidersystem mindestens zwei Abscheider umfasst, die unter Zwischenschaltung wenigstens eines Drosselventils miteinander verbunden sind. Dadurch wird gewährleistet, dass in den verschiedenen Abscheidern des Systems unterschiedliche Drücke herrschen, die gegenüber dem Druck im Vorkonzentratabscheider geringer gewählt sind, was bewirkt, dass sich die im Extraktionsmittel gelösten Substanzen wieder vom Extraktionsmittel trennen lassen und dass das gereinigte 11/31

Extraktionsmittel zum Speicherbehälter rückgeführt werden kann.

Bevorzugt ist die Vorrichtung derart ausgeführt, dass eine Austragsöffnung des Vorkonzentratabscheiders oder des nachgeschalteten Extraktors zur Abgabe des Vor- bzw. Endkonzentrats mit einem Endkonzentratabscheider verbunden ist, dessen Austragsöffnung zur Rückgewinnung des verbleibenden Extraktionsmittels über eine Leitung und einen nachgeschalteten Kompressor mit dem Speicherbehälter verbunden ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den nachfolgenden Verfahrensbeispielen ist jeweils eine zweistufige Anreicherung von Wertstoffen beschrieben. Dabei wird der zweite Anreicherungsschritt nach Abschluss des ersten Anreicherungsschritts durchgeführt, sodass es sich insgesamt um eine diskontinuierliche Verfahrensweise handelt.

Beispiel Nr.l

Schritt Nr.l 5463g des Paprika Oleoresins (30070CU) wurden mit einem Massenstrom von 9,2g/min radial zu überkritischem CO2 (350bar, 50°C) in eine von einem Rohr gebildete Mischeinrichtung eingespritzt. Der Massendurchfluss des CO2 betrug 33kg/h. Die in der Mischeinrichtung entstehende Mischung aus beladenem CO2 und dem in CO2 ungelösten Anteil des Oleoresins wurde zu einem Vorkonzentratabscheider geführt, in dem das beladene CO2 von dem in CO2 ungelösten Anteil des Oleoresins getrennt wurde. Das beladene CO2 wurde 12/31

• » · · · · · * · · · · · · • · · · * i ο ♦ · ·· ·· ««·» • · · · weiter in ein Abscheidersystem entspannt. Der ungelöste Teil des Oleoresins wurde im Vorkonzentratabscheider akkumuliert. Nach 600 Minuten wurden mit dem beladenen CO2 4211g Paprikaextrakt (Farbstoffwert 10035CU) aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen und können als Nebenprodukt verwertet werden. Der im

Vorkonzentratabscheider aufkumulierte Rückstand wog 1252g und hatte einen Farbstoffwert von 59700CU.

Schritt Nr.2 1252g des in Schritt 1 erhaltenen Vorkonzentrats (Paprika Oleoresin mit einem Farbwert von 59760CU) wurden in einen Extraktor vorgelegt. Als Extraktor kann hierbei der in Schritt 1 verwendete Vorkonzentratabscheider oder ein gesondertes Aggregat verwendet werden. Das Vorkonzentrat wurde mit überkritischem CO2 mit 33kg/h bei 350bar und 50°C extrahiert. Nach etwa 150 Minuten bzw. 83kg CO2 wurden mit dem beladenen CO2 548g Oleoresinextrakt (Farbstoffwert 10420CU) aus dem Extraktor abgezogen. Der zurückgebliebene Rückstand (704g) im Extraktor erreichte dabei einen Farbstoffwert von 104000CU.

Beispiel Nr.2

Schritt Nr.l 3542g des Paprika Oleoresins (30070CU) wurden mit einem Massenstrom von 9,2g/min radial zu überkritischem C02 (350bar, 50°C) in eine von einem Rohr gebildete Mischeinrichtung eingespritzt. Der Massendurchfluss des C02 betrug 33kg/h. Die in der Mischeinrichtung entstehende Mischung aus beladenem C02 und dem in C02 ungelösten Anteil des Oleoresins wurde zu einem Vorkonzentratabscheider geführt, in dem das beladene C02 von dem in C02 ungelösten 13/31 « m • « · · · « λ » * · · * · · · · • ·· · ·10· ♦ » *· ·· Φ··1^·· ««·· ·

Anteil des Oleoresin getrennt wurde. Das beladene CO2 wurde weiter in ein Abscheidersystem entspannt. Der ungelöste Teil des Oleoresins wurde im Vorkonzentratabscheider akkumuliert. Nach 385 Minuten wurden mit dem beladenen CO2 2505g Paprikaextrakt (Farbstoffwert 10060CU) aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen und können als Nebenprodukt verwertet werden. Der im

Vorkonzentratabscheider aufkumulierte Rückstand wog 1037g und hatte einen Farbstoffwert von 58852CU.

Schritt Nr.2 1037g des in Schritt 1 erhaltenen Vorkonzentrats (Paprika Oleoresin mit einem Farbwert von 59760CU) wurden in einen Extraktor vorgelegt. Als Extraktor kann hierbei der in Schritt 1 verwendete Vorkonzentratabscheider oder ein gesondertes Aggregat verwendet werden. Das Vorkonzentrat wurde mit überkritischem CO2 mit 33kg/h bei 350bar und 50°C extrahiert. Nach etwa 135 Minuten bzw. 75kg CO2 wurden mit dem beladenen CO2 485g Oleoresinextrakt (Farbstoffwert 10082CU) aus dem Extraktor abgezogen. Der zurückgebliebene Rückstand (552g) im Extraktor erreichte dabei einen Farbstoffwert von 105348CU.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1 eine Vorrichtung für das diskontinuierliche Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und Fig. 2 eine Vorrichtung für das kontinuierliche Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Speicherbehälter für das komprimierte Extraktionsmittel mit 1 und ein Speicherbehälter für den 14/31 • ♦ · · · i 4» · * ·· ·#» *··«♦·* · flüssigen Rohstoff mit 2 bezeichnet. Die Speicherbehälter 1 und 2 sind über die Leitungen 3 und 4 mit der Mischvorrichtung 5 verbunden. In Leitung 3 wird das Extraktionsmittel durch den Einsatz der motorbetriebenen Pumpe 7 verdichtet und dadurch auf das gewünschte Druckniveau gebracht. Zur Vermeidung von Kavitation in Pumpe 7 wird entweder eine Vordruckpumpe 6 oder ein Vorkühler in Leitung 3 eingebaut. Zusätzlich bringt der Wärmetauscher 8 das komprimierte Extraktionsmittel auf die gewünschte Temperatur. Gleichsam sorgt der Wärmetauscher 9, welcher sich in Leitung 4 befindet, für ein Einstellen der Temperatur der flüssigen Rohstoffe. Der Durchfluss des komprimierten Extraktionsmittels und der flüssigen Rohstoffe kann hierbei mit Hilfe von Drehzahlreglern an den Pumpen 7 und 12 gesteuert werden. Da der Lösungsprozess abhängig von der durchgesetzten Extraktionsmittelmenge ist, beeinflusst das Verhältnis von flüssigem Rohstoff zu Volumenstrom des Extraktionsmittels die Extraktionsleistung und kann durch die Drehzahlregelungen der Pumpen 7 und 12 individuell eingestellt werden. Der durch das Absperrventil 10 geleitete flüssige Rohstoff wird mittels der nachgeschalteten Pumpe 12 in die Mischvorrichtung 5 eingespeist, während das komprimierte Extraktionsmittel die Mischvorrichtung 5 über Leitung 3 erreicht. In der Mischvorrichtung 5, welche bevorzugt als statischer Mischer ausgebildet ist, werden die beiden Komponenten intensiv gemischt. In der Folge entsteht ein disperses Gemisch aus Extraktionsmittel und flüssigem Rohstoff. Dieses Gemisch wird aus der Mischvorrichtung 5 abgezogen und in den Vorkonzentratabscheider 13 verbracht. Im

Vorkonzentratabscheider 13 herrscht z.B. ein Druck von 350 bar bei einer Temperatur von z.B. 50°C. Hierbei liegen die leichter löslichen Komponenten wie z.B die kurzkettigen 15/31 • 15. · ♦ • •Μ • ·

Lipide in gelöster Form im Extraktionsmittel vor, während sich die Fraktion der schwerlöslichen Komponenten wie z.B. die langkettigen Lipide sowie die Wertstoffe ungelöst im Vorkonzentratabscheider 13 befinden. Der Dichteunterschied der beiden Fraktionen führt zur Bildung zweier Phasen - im Extraktionsmittel· die leichter löslichen Komponenten wie z.B kurzkettige Lipide als erste Phase und ungelöste schwerlöslichen Komponenten wie z.B. langkettige Lipide und Wertstoffe als zweite Phase. Die erste der zuvor beschriebenen beladenen Phasen steigt in weiterer Folge aufgrund ihrer geringeren Dichte nach oben und wird dort über die Austragsöffnung 14 abgezogen. Das gewählte Druck-und Temperaturniveau gewährleistet hierbei einen ausreichenden Dichteunterschied zwischen den beiden Phasen. Im Vorkonzentratabscheider 13 ist ein entsprechendes Verteilersystem eingebaut.

Die Austragsöffnung 14 ist über die Leitung 15 mit einem Abscheidersystem verbunden, welches aus zwei dem Vorkonzentratabscheider nachgeschalteten Abscheidern 16 und 17 besteht. Die Leitung 15 besitzt weiters ein Drosselventil 18, welches den Extraktionsmittelstrom je nach Bedarf regelt. Das jeweilige Druckniveau in den nachgeschalteten Abscheidern 16 und 17 wird stufenweise gesenkt, wobei der Abscheider 16 einen Innendruck von beispielsweise 90 - 120 bar und der Abscheider 17 einen Innendruck von beispielsweise lediglich 40 - 60 bar aufweist. Die beiden Abscheider 16 und 17 sind über die Leitung 19 miteinander verbunden, wobei der Druck des beladenen Extraktionsmittels in Abscheider 16 durch ein weiteres Drosselventil 20 reguliert wird und über den Wärmetauscher 21 eine Erhöhung der Temperatur und/oder eine Verdampfung des Extraktionsmittels erreicht wird. Über die 16/31 »· #··· 1&· · · ···* ♦

Leitungen 22 und 23 können also mittels der Regelventile 24 und 25 die vom Extraktionsmittel abgeschiedenen schwerlöslichen Komponenten wie z.B. Triglyceride und Wertstoffe abgezogen werden, wobei das nun unbeladene Extraktionsmittel über Leitung 35 und unter Zwischenschaltung eines Kondensators 27 erneut dem Speicherbehälter 1 zugeführt wird. Das den Speicherbehälter 1 erreichende Extraktionsmittel besitzt zu diesem Zeitpunkt also bereits wieder die richtige Temperatur und den richtigen Druck, um erneut dem Verfahren zugeführt zu werden.

Um die gewünschten Wertstoffe anzureichern, wird die nach Beendigung der Einspeisung von flüssigem Rohstoff in den Vorkonzentratabscheider 13 verbliebene ungelöste Fraktion an Wertstoffen (das Vorkonzentrat) über die Austragsöffnung 26 abgezogen - oder wahlweise über erneute Zufuhr von komprimiertem Extraktionsmittel aus Leitung 3 auf die gewünschte Konzentration gebracht. Das hierdurch erhaltene Konzentrat wird also in die Leitung 28 verbracht und erreicht den Endkonzentratabscheider 29, aus welchem im Anschluss das Endkonzentrat über die Austragsöffnung 30 in Leitung 31 verbracht wird, wobei der Abzug über ein Regelventil 32 kontrolliert werden kann. Der Druck im Endkonzentratabscheider 29 wird mittels einer Regelarmatur 50 eingestellt.

Im diskontinuierlichen Prozess gibt es somit einen Druckunterschied zwischen dem Vorkonzentratabscheider 13 und dem Endkonzentratabscheider 29, wodurch es gelingt das freiwerdende Extraktionsmittel über die weitere Austragsöffnung 33 abzuziehen und mit Hilfe des 17/31 17. motorbetriebenen Kompressors 34 über die Leitung 35 und den Kondensator 27 in den Speicherbehälter 1 rückzuführen.

Fig. 2 beschreibt den kontinuierlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die durchgeführten Schritte entsprechen im Wesentlichen jenen des diskontinuierlichen Verfahrens (siehe Fig.l). Der kontinuierliche Ablauf beinhaltet jedoch zusätzlich zum in Fig. 1 beschriebenen Verfahren eine weitere Leitung 36, in welcher das Extraktionsmittel durch den Einsatz der motorbetriebenen Pumpe 38 verdichtet und auf das gewünschte Druckniveau gebracht wird. Zur Vermeidung von Kavitation in Pumpe 38 wird entweder eine Vordruckpumpe 37 oder ein Vorkühler in Leitung 36 eingebaut. Weiters sorgt der Wärmetauscher 39 dafür das komprimierte Extraktionsmittel auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

Zusätzlich beinhaltet das kontinuierliche Verfahren einen dem Vorkonzentratabscheider 13 nachgeschalteten Extraktor 40 und eine weitere zwischen Vorkonzentratabscheider 13 und nachgeschaltetem Extraktor 40 angeordnete Mischvorrichtung 41. Die aus dem Vorkonzentratabscheider 13 über Leitung 28 abgezogene Menge kann über eine Füllstandsmessung im Vorkonzentratabscheider 13 und/oder eine entsprechende Pumpe 51 geregelt werden. Die Austragsöffnung 26 samt Leitung 28 sowie die Leitung 36 münden in die Mischvorrichtung 41, wo eine erneute intensive Durchmischung des aus dem Vorkonzentratabscheider 13 abgezogenen Vorkonzentrats und des Extraktionsmittels aus Leitung 36 stattfindet. Das hierdurch erhaltenen Gemisch wird in der Folge in den nachgeschalteten Extraktor 40 eingespeist. Im nachgeschalteten Extraktor 40 herrscht entweder derselbe Druck wie im vorgeschalteten 18/31 ·· ·· · · ·· ···* • · · · · · ·· · * · * · · · · · · · • C · · · *1 Q · · · • ♦ · · · IO · * · ·· ·· ··· ··· tt»» ·

Vorkonzentratabscheider 13 - also z.B. 350 bar, oder je nach Löslichkeit der noch zusätzlich zu entfernenden Komponenten ein vorwiegend erhöhter Druck. Die schwerer löslichen Komponenten lösen sich also im Extraktionsmittel während die Fraktion an Wertstoffen und höher polaren Komponenten ungelöst im nachgeschalteten Extraktor 40 verbleiben. Der Dichteunterschied der beiden Fraktionen führt, wie bereits oben beschrieben, zur Bildung zweier Phasen. Die erste mit den zusätzlich zu entfernenden Komponenten beladene Phase steigt auf und wird über die weitere Austragsöffnung 49 aus dem nachgeschalteten Extraktor 40 abgezogen.

Um das Konzentrat an gewünschten Wertstoffen zu erhalten, wird die im nachgeschalteten Extraktor 40 verbliebene ungelöste Fraktion an Wertstoffen und höher polaren Komponenten über die Austragsöffnung 42 abgezogen und in die Leitung 43 verbracht, wobei dies erneut über ein Drosselventil 44 reguliert werden kann und erreicht anschließend den Endkonzentratabscheider 45, welcher mit z.B. 10 bar Innendruck einen wesentlich geringeren Druck aufweist als der Extraktor 40. Das Endkonzentrat wird über Leitung 46 aus dem Endkonzentratabscheider 45 abgezogen, wobei dies erneut über ein Drosselventil 47 regulierbar ist, während der eventuell verbliebene Rest an Extraktionsmittel über die Austragsöffnung 48 in den Speicherbehälter 1 rückgeführt wird. 19/31

Claims

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♦ ♦ ·· « · · · • · # · » · · ♦ • ♦ · · ·· ·« Patentansprüche: 1. Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen, insbesondere Phytochemikalien, wie z.B. Polyphenole, Farbstoffe, Antioxydantien und dergleichen, aus einem flüssigen Rohstoff, wie z.B. Lipiden, Fermentationsbrühen oder Lösungsmittelauszügen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohstoff in einer Mischvorrichtung (5) mit einem komprimierten Extraktionsmittel, insbesondere C02, aus einem Speicherbehälter (1) vermischt wird, worauf die Mischung einem Vorkonzentratabscheider (13) zugeführt wird und die im Extraktionsmittel höher löslichen Komponenten von den ungelösten Bestandteilen, welche die ungelösten Wertstoffe einschließen, getrennt werden, wobei das beladene Extraktionsmittel aus dem Vorkonzentratabscheider (13) abgezogen wird und die ungelösten Bestandteile als Vorkonzentrat verbleiben, wobei das beladene Extraktionsmittel über ein Abscheidersystem geführt wird, in dem die gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel getrennt werden, wobei das gereinigte Extraktionsmittel dem Speicherbehälter (1) rückgeführt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorkonzentrat kontinuierlich aus dem Vorkonzentratabscheider (13) abgezogen und einem dem Vorkonzentratabscheider (13) nachgeschalteten Extraktor (40) zugeführt wird, in dem es unter Einspeisung von Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter (1) weiter aufkonzentriert wird, um ein Endkonzentrat zu erhalten.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorkonzentrat im Vorkonzentratabscheider (13) nach 20/31 ♦ ♦ ·· • I · ♦ • · · · • · · · • · · · ♦ · ·· Beendigung der Rohstoffeinspeisung mit komprimiertem Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter (1) weiter zur gewünschten Konzentration angereichert wird, um ein Endkonzentrat zu erhalten.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischvorrichtung (5,41) als statischer Mischer, Mischkammer oder Düse ausgebildet ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das komprimierte Extraktionsmittel in flüssigem oder überkritischem Zustand im Vorkonzentratabscheider (13) und ggf. im nachgeschalteten Extraktor (40) vorliegt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Vorkonzentratabscheider (13) derart gewählt ist, dass sich die leichter löslichen Komponenten im Extraktionsmittel stärker lösen als der anzureichernde Wertstoff, wobei der Druck 150 bis 450 bar, insbesondere 250 bis 400 bar, beträgt.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Vorkonzentratabscheider (13) derart gewählt ist, dass ein für die Trennung ausreichender Dichteunterschied erreicht wird, wobei die Temperatur zwischen 20 und 100°C beträgt.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der nachgeschaltete Extraktor (40) als Dünnschichtextraktor oder als Kolonnenextraktor ausgebildet ist. 21/31 ··

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9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von dem Vorkonzentratabscheider (13) nachgeschaltete Extraktoren vorgesehen ist, die in Reihe angeordnet sind, wobei jeder Extraktor von dem in der Reihe jeweils vorangehenden Extraktor und mit frischem Extraktionsmittel beschickt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion in dem bzw. den nachgeschalteten Extraktor(en) mit im Vergleich zum vorangehenden Extraktor geänderten Druck- und/oder Temperaturbedingungen durchgeführt wird.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel eine Änderung der Löslichkeit, insbesondere eine Druck- und/oder eine Temperaturänderung, umfasst.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung der gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel eine Adsorption oder einen Membranprozess umfasst.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohstoff Tomatenöl, Haselnussöl, Algenöl, Krustentieröl, Paprikaoleoresin, Reisschalenöl, Kaffeeöl, Fettsäuredestillat oder geröstetes, aromatisches Öl zum Einsatz gelangt.
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Wertstoff Lycopen, Haselnussaroma, 22/31 ·♦ ···♦ ?2· · · • δ··φ ···· · Carotinoide, Farbstoffe, Nutraceuticals, Kaffeearomen, Tocopherol oder Röstaromen gewählt sind.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Endkonzentrat über einen Endkonzentratabscheider (29,45) ausgetragen wird, in dem im Endkonzentrat verbliebenes Extraktionsmittel abgetrennt wird.
16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend einen Speicherbehälter (1) für ein komprimiertes Extraktionsmittel, einen Speicherbehälter (2) für flüssigen Rohstoff, eine Mischvorrichtung (5), die an den Speicherbehälter (1) für das komprimierte Extraktionsmittel und an den Speicherbehälter (2) für flüssigen Rohstoff angeschlossen ist, einen mit der Mischvorrichtung (5) verbundenen Vorkonzentratabscheider (13), der eine Austragsöffnung (14) zur Abgabe eines beladenen Extraktionsmittels und eine Austragsöffnung (26) zur Abgabe eines Vorkonzentrats aufweist, wobei die Austragsöffnungen (14) zur Abgabe des beladenen Extraktionsmittels mit einem Abscheidersystem verbunden ist, welches über eine Rückführungsleitung (35) mit dem Speicherbehälter (1) für das komprimierte Extraktionsmittel verbunden ist.
17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragsöffnung (26) zur Abgabe des Vorkonzentrats mit einem nachgeschalteten Extraktor (40) in Verbindung steht und in der den Vorkonzentratabscheider (13) mit dem nachgeschalteten Extraktor (40) verbindenden Leitung (28) eine weitere Mischvorrichtung (41) angeordnet ist, die über 23/31 ·· • · · • * * t · ·

eine weitere Leitung (36) mit dem Speicherbehälter (1) verbunden ist.
18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidersystem mindestens zwei Abscheider (16,17) umfasst, die unter Zwischenschaltung wenigstens eines Drosselventils (20) miteinander verbunden sind.
19. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austragsöffnung (26,42) des Vorkonzentratabscheiders (13) oder des nachgeschalteten Extraktors (40) zur Abgabe des Vor- bzw. Endkonzentrats mit einem Endkonzentratabscheider (29,45) verbunden ist, dessen Austragsöffnung (33,48) zur Abgabe des verbleibenden Extraktionsmittels über eine Leitung (35) und einen nachgeschalteten Kompressor (34) mit dem Speicherbehälter (1) verbunden ist. Wien, am 7. Februar 2013 Anmelder durch:

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