Verfahren zur Herstellung von nicht hauptsächlich für Süsswaren . bestimmtem Kakaobutterersatz Die vielfältige Verwendung der Kakaobutter in der Süsswarenherstellung und für pharmazeutische und kosmetische Zwecke liegt in ihrer harten und spröden Konsistenz begründet, verbunden mit einem relativ niedrigen Schmelzpunkt und kleinem Schmelz intervall.
Die Ursache für diese physikalischen Eigen schaften ist zu einem Teil in der Zusammensetzung des Fettsäurebestandteils der Kakaobutter zu sehen, der zu etwa 24 Gew.o/o aus Palmitinsäure, zu etwa 35 11/o aus Stearinsäure und zu etwa 38 % aus Öl säure besteht, das heisst im wesentlichen nur Cis und C" Fettsäuren enthält.
Man hat schon versucht, Kunstfette mit ähnlicher Fettsäurezusammensetzung herzustellen und als Kakaobutterersatz zu verwenden, jedoch hat die Erfahrung gezeigt, dass die erhaltenen Produkte nicht die Eigenschaften, insbesondere die Schmelzeigenschaften der Kakaobutter besassen. Ver mutlich sind die für Kakaobutter charakteristischen Eigenschaften auf eine bestimmte Anordnung be stimmter Fettsäuren innerhalb des Glyceridmoleküls zurückzuführen.
Es wurde nun gefunden, dass man zu Kunst fetten mit kakaobutterähnlichen Schmelzeigenschaften kommt, wenn man Fette, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als Kakaobutter besitzen, in Gegen wart von synthetischen Basenaustauschern orga nischer Natur mit Fettsäuren, die mindestens 16, vorzugsweise 16-18, Kohlenstoffatome im Molekül enthalten, bei Temperaturen von 230-350 um- estert und die freiwerdenden Fettsäuren während der Umesterung aus dem Reaktionsgemisch entfernt.
Als Fette, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als Kakaobutter, kommen insbesondere solche in Frage, die Fettsäuren enthalten, die flüchtiger sind als Palmitin- und Stearinsäure. Derartige Fette sind z. B. Kokosfett und Palmkernöl;
sie enthalten kürzer- kettige Fettsäuren, insbesondere solche mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen im Molekül. Als Fettsäuren mit mindestens 16-C-Atomen können Pahnitin- oder Stearinsäure in reiner Form oder auch in Form ihrer Gemische, einschliesslich solcher, wie sie synthetisch oder bei der üblichen Gewinnung von Fettsäuren aus pflanzlichen oder tierischen Fetten anfallen, einge setzt werden.
Derartige Fettsäuregemische können sowohl un gesättigte Fettsäuren als auch solche mit weniger als 16 Kohlenstoffatomen im Molekül enthalten. Trotz dem ist die Verarbeitung derartiger Fettsäuregemische möglich, sofern die Menge der ungesättigten Fett säuren mit wenigstens 16 Kohlenstoffatomen im Molekül nicht mehr als 10,1/o der im Reaktions gemisch in freier oder veresterter Form vorliegenden Fettsäuren und nicht mehr als 20 % der zugesetzten freien Fettsäuren ausmacht.
Der Anteil der Fettsäu ren unterhalb C1, sollte nicht mehr als 25 0/a der im Reaktionsgemisch vorhandenen freien und ver- esterten Fettsäuren ausmachen. Bei grösseren Mengen kürzerkettiger Fettsäuren wird die Durchführung des Verfahrens zwar nicht unmöglich gemacht, aber durch die notwendige Abtrennung dieser Fettsäuren er schwert.
Zur Umesterung sind die freien Fettsäuren dem als Ausgangsmaterial dienenden Glycerid zweck mässig in einer Menge zuzusetzen, die den zu ent fernenden Fettsäuren etwa äquivalent ist. Das Ver fahren lässt sich aber auch durchführen, wenn man grössere Mengen freier Fettsäuren zusetzt.
Um einen brauchbaren Kakaobutterersatz herzustellen, ist es nicht erforderlich, alle Fettsäuren mit weniger als 16 Kohlenstoffatomen restlos aus dem Glycerid zu entfernen; es genügt, wenn die Fettsäuren mit weniger als 12 Kohlenstoffatomen nahezu vollständig und die Fettsäuren mit 12 Kohlenstoffatomen zu 1/5 3/5 ent fernt werden. Es ist auch nicht erforderlich, dass die Jodzahl des erhaltenen Kunstfettes mit der Jodzahl der Kakaobutter, die bei etwa 37 liegt, übereinstimmt.
Es wurde festgestellt, dass nach dem erfindungs gemässen Verfahren hergestellte Kunstfette mit Wesent lich niedrigeren Jodzahlen, etwa im Bereich von 1,5 bis 10, vorzugsweise von 3-7, ein Schmelzverhalten zeigen, das dem der Kakaobutter sehr ähnlich ist.
Bei den zu verwendenden Basenaustauschern, die als Umesterungskatalysatoren dienen, können als saure Gruppen Carboxyl- oder Sulfonsäuregruppen vorhanden sein. Vorteilhaft verwendet man kunst- harzartige Basenaustauscher auf Phenolbasis, die pro Benzolkern bis zu einer Säuregruppe enthalten kön nen. Ebenso erfolgreich lassen sich auch die durch Sulfonierung von Kohle gewonnenen Austauscher benutzen.
Die Harze können in Form von Stücken, besser aber als feine Pulver verwandt werden. Die zuzusetzende Menge beträgt zweckmässig 5-20 /o, vorzugsweise 8-12 4/o, der Reaktionsmischung. Die Umsetzungstemperatur liegt im Bereich von 230 bis 350 C, vorzugsweise von 260-310 C. Der Druck wird vorteilhaft so weit herabgesetzt, dass die zu entfernenden Fettsäuren bei der jeweiligen Arbeits temperatur abdestilliert werden können, was zweck mässigerweise über eine auf das Reaktionsgefäss auf gesetzte Destillationskolonne geschieht.
Bei den ange gebenen Temperaturen arbeitet man vorteilhaft bei einem Druck von 3-60 mm Hg. Beim Umestern kann das Abtreiben der flüchtigeren Fettsäuren er leichtert werden, wenn man inerte Gase, vorzugs weise Wasserdampf, durchleitet. Durch Verwendung einer entsprechenden Menge Wasserdampf ist es sogar möglich, die Umesterung und die Abdestillation der freien Fettsäuren bei Normaldruck vorzunehmen. Jedoch vermindert sich bei diesem Verfahren die Fettausbeute infolge teilweiser Spaltung des Fettes in freie Fettsäuren und Glycerin. Ausserdem sind die auf diese Weise erhaltenen Produkte stärker gefärbt als die durch Umesterung im Vakuum gewonnenen Fette.
Nach entsprechender Reinigung zeigen sie jedoch ebenfalls gute Eigenschaften hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit als Austauschfette für Kakaobutter.
Die Umsetzung wird zweckmässig so lange durch geführt, bis das im Umsetzungsgefäss befindliche Reaktionsprodukt eine Säurezahl von 15-2, vor zugsweise 10-4. zeigt. Der Schmelzpunkt des erhal tenen Endproduktes lässt sich durch Variation der jenigen Menge an Fettsäureresten mit weniger als 16 Kohlenstoffatomen variieren, die durch Umeste- rung aus dem angewandten Fett entfernt wird. Der Verlauf der Umesterung lässt sich an der Menge der abdestillierten Fettsäuren verfolgen. Dadurch kann auch der Schmelzpunkt des Endproduktes eingestellt werden.
Der Katalysator kann durch Abfiltrieren ent fernt und die noch vorhandene freie Fettsäure durch Lauge ausgewaschen werden. Nach Neutralwaschen mit Wasser und gegebenenfalls Bleichen und Blasen mit Wasserdampf kann man ein Produkt erhalten, das eine der Kakaobutter sehr ähnliche Schmelzausdeh- nungskurve besitzt und daher als Kakaobutterersatz brauchbar ist.
Ein besonderer Vorteil der nach die sem Verfahren erhaltenen Kakaobutterersatzfette liegt in ihrer Haltbarkeit, da bei der geschilderten Herstel lung eine weitgehende Schonung der natürlichen Anti- oxydantien erfolgt.
Die beschriebenen Eigenschaften der erfindungs gemäss erhaltenen Produkte gestatten es, diese auf allen Gebieten einzusetzen, wo man bisher natür liche Kakaobutter verwandt hat. Kakaobutter wird für technische Zwecke, wie etwa zur Herstellung kosme tischer Präparate, verwendet. Der erfindungsgemässe Kakaobutterersatz lässt sich sehr gut zur Herstellung von kosmetischen Salben und Cremen einsetzen. Die Verwendung zur Herstellung von Arznei- und Nah rungsmitteln wird nicht beansprucht.
<I>Beispiel 1</I> 1 kg Cocosöl (JZ 8,5; SZ 10; VZ 261) und 300 g Hydrostearin (Talgfettsäure, welche bis zu einer Jod- zahl von 1-2 hydriert ist) werden unter Zusatz eines sulfogruppenhaltigen Kationenaustauschers auf Phenolharzbasis, der in der üblichen Art mit Schwe felsäure aktiviert und dann mittels Xylol von Wasser befreit war, im Vakuum (14 mm Hg) in Stickstoff atmosphäre erhitzt. Bei einer Sumpftemperatur von 247 C destillieren die ersten Fettsäureanteile über eine aufgesetzte Kolonne ab.
Innerhalb von vier Stunden erhält man bei einer Sumpftemperatur von 247-298 C und einer Kolonnenkopftemperatur von 120-180 C 134 g Fettsäuredestillat mit der SZ 290. Das zurückbleibende Fett zeigt eine SZ von 5,6. Man filtriert vom Katalysator ab, wäscht das Fett mit verdünnter Lauge säurefrei und erhält ohne jedes Bleichen und Desodorieren ein helles, wohlschmek- kendes Fett mit einer VZ von 242,8 und einer JZ von 6,5. Der Schmelzpunkt liegt bei 35,2 C.
<I>Beispiel 2</I> Man erhitzt ein Gemisch aus 330 g Cocosöl, <B>100</B> g Hydrostearin und 30 g eines Basenaustauschers, der wie in Beispiel 1 beschrieben ist, vorbehandelt war, unter Durchleiten eines kräftigen Stromes von überhitztem Wasserdampf in einem Kolben mit auf gesetzter Kolonne. Bei einer Sumpftemperatur von 140 C destillieren die ersten Anteile freier Fettsäu ren ab. Im Lauf von vier Stunden steigt die Sumpf temperatur allmählich auf 245 C, die Kolonnenkopf temperatur auf 163 C. Man erhält 53g Destillat mit einer SZ von 258. Der Rückstand zeigt eine SZ von 33. Man wäscht das Fett säurefrei, bleicht und dämpft in der üblichen Weise und erhält dann ein Fett mit der VZ 248 und der JZ 8,0. Das Fett besitzt einen Klarschmelzpunkt von 35,8 C.
<I>Beispiel 3</I> In der in Beispiel 1 beschriebenen Art estert man 330 g Palmkernöl mit 100 g Hydrostearin unter Zusatz von 30 g Basenaustauscher um. Man erhält bei einem Vakuum von 40 mm Hg bei einer Sumpf temperatur von 257-320 C innerhalb 2,5 Stunden als Destillat 57 g Säure, die zwischen 140 und 185 C übergeht. Der Rückstand zeigt eine SZ von 6,5. Die Aufarbeitung in der beschriebenen Art liefert ein rein weisses Fett, dessen Schmelzausdehnungskurve mit der der Kakaobutter identisch ist.. Die Jodzahl beträgt 5,3, die VZ 241.