DE102004041612B4

DE102004041612B4 - Extraktion von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen aus natürlichen Fetten und Ölen mit überkritischen Fluiden

Info

Publication number: DE102004041612B4
Application number: DE102004041612A
Authority: DE
Inventors: Dr. Choo Yuen May; Chiew Wei Puah; Harrison Lik Nang Lau; Dr. Ma Ah Ngan; Dr. Basiron Datuk Yusof
Original assignee: Palm Oil Research and Development Board
Current assignee: Palm Oil Research and Development Board
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2024-08-28
Also published as: JP2005087998A; CN100548940C; DE102004041612A1; JP2012152752A; MY138963A; CN1651362A

Abstract

Verfahren zur Extraktion von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen, wie Squalen und Phytosterinen, aus natürlichen Ölen und Fetten, das folgende Schritte umfasst: (I) Herstellung eines konzentrierten Gemisches, das die Carotine, Vitamin E und/oder die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, wobei Schritt (I) umfasst: (Ia) Veresterung und Umesterung der natürlichen Öle oder Fette mit einem Alkohol und Abtrennung der gebildeten Ester durch Vakuumdestillation unter Erhalt eines konzentrierten Gemisches von Carotinen, Vitamin E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile oder (Ib) Verseifung der natürlichen Öle oder Fette und anschließende Abtrennung der verseiften Substanzen unter Bildung eines konzentrierten Gemisches, das die Carotine, Vitamin E und die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, und (II) Extraktion der Carotine, des Vitamins E und/oder der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile aus dem aus Schritt (I) erhaltenen Gemisch mit...

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Extraktion von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen, wie Squalen und Phytosterinen, aus natürlichen Ölen und Fetten einschließlich Palmöl und anderer pflanzlicher Öle durch Extraktion mit einem überkritischen Fluid (im folgenden als ”SFE”, supercritical Fluid Extraction, bezeichnet) in zwei Stufen.
STAND DER TECHNIK
Carotine sind die natürlichen Pigmente, die Pflanzen und Tieren eine kräftige orangerote Farbe verleihen. Carotine spielen eine wichtige Rolle bei der Vorbeugung von Krebs wie z. B. Mundkrebs, Kehlkopfkrebs, Lungenkrebs und Magenkrebs. Von einigen Carotinen, insbesondere β-Carotin, ist bekannt, dass sie Provitamin A-Aktivität besitzen. Dementsprechend finden die Carotine in breitem Umfang kommerzielle Anwendung in Lebensmitteln sowie in pharmazeutischen Produkten und Nahrungsmittelprodukten.
Vitamin E, wie z. B. die Tocopherole und Tocotrienole, ist das natürliche Antioxidationsmittel, das Körpergewebe vor Schädigung durch Oxidation und freie Radikale schützt und als Antikrebsmittel wirksam ist. Tocotrienole, die 70 bis 80% des Vitamins E in rohem Palmöl darstellen, besitzen eine größere physiologische Wirksamkeit bei der Inhibierung des Wachstums von Tumorzellen als Tocopherole. Vitamin E ist bei der Bildung von roten Blutkörperchen von Bedeutung. Es findet sich in Weizenkeimen, Mais, Nüssen, Samen, Oliven, Spinat, Spargel und anderen grünblättrigen Pflanzen sowie in Pflanzenölen wie etwa Palmöl, Maisöl, Sonnenblumenöl, Sojaöl und Baumwollsaatöl.
Rohes Palmöl ist eine der reichsten natürlichen Quellen für Carotine, die in einer Konzentration von 400 bis 800 ppm darin vorliegen. Es weist 15 mal mehr Retinoläquivalente als Karotten und 300 mal mehr Retinoläquivalente als Tomaten auf. Von rohem Palmöl ist ferner bekannt, dass es die reichste Quelle für Tocotrienole darstellt. Daher ist Palmöl eine gute natürliche Quelle für die Extraktion von Carotinen und Vitamin E.
Zur Gewinnung von Carotinen aus Palmöl wurden bereits eine Reihe von Patenten eingereicht. Hierzu gehören US 5 157 132 und US 6 072 092 , EP 0 349 138 und GB 2 160 874 . Bei einigen dieser Verfahren werden in einigen Stufen des Gewinnungsprozesses Adsorbentien angewandt. Diese Verfahren umfassen jedoch eine große Anzahl von Schritten sowie die Verwendung von gefährlichen Lösungsmitteln zur Gewinnung in einigen Stufen.
EP 0 719 866 B1 betrifft die Extraktion von Carotinoiden, wie α-, β- und γ-Carotin, aus Bakterienzellen mit einem überkritischen Fluid wie überkritischem Kohlendioxid.
DE 44 29 506 A1 bezieht sich auf die Extraktion von Carotinoiden aus natürlichen vorgetrockneten Ausgangsmaterialien mit Hilfe von verdichtetem Butan und/oder Propan.
Aus GB 2 212 806 A ist die Extraktion von Carotinen aus Palmölpressrückständen nach Abtrennung des Palmöls mit einem Lösungsmittel, unter anderem mit überkritischem Kohlendioxid, bekannt.
DE 195 10 098 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Carotin aus Palmöl, bei dem das native Fett oder Öl zunächst mit einem niederen Alkohol umgeestert und das Produkt nach Abdestillieren der Fettsäureester verseift wird, worauf Carotin durch konventionelle Solventextraktion gewonnen wird, bevorzugt mit einem Lösungsmittelgemisch aus einem Kohlenwasserstoff als unpolares Lösungsmittel und einem polaren Lösungsmittel wie Aceton oder Tetrahydrofuran.
Der Dissertation von Martin Jungfer mit dem Titel 'Gegenstromtrennung von schwerflüchtigen Naturstoffen mit überkritischen komprimierten Gasen unter Verwendung von Schleppmitteln', Technische Universität Hamburg-Harburg, 2000, ist unter anderem ein Verfahren zur Extraktion von rohem Palmöl zu entnehmen, bei dem in einer ersten Stufe leichtflüchtige freie Fettsäuren (FFA) und Tocochromanole durch Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid abgetrennt werden, wonach das erhaltene Produkt mit Methanol umgeestert wird und die Fettsäuremethylester, d. h. Biodiesel, nach Abtrennung des Glycerins durch Gegenstromextraktion mit überkritischem Kohlendioxid von Carotin getrennt werden.
Die Publikation von M. Drescher und M. Bonakdar: Anreicherung des Kohlenwasserstoffes Squalen in einem Zwischenprodukt der Olivenölherstellung durch Extraktion mit verdichtetem Kohlendioxid, Chemie Ingenieur Technik 73 (4), 2001, Seiten 338–342, bezieht sich auf die Ermittlung von Phasengleichgewichten zwischen dem eingesetzten Zwischenprodukt und überkritischem Kohlendioxid in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Lösemittel sowie auf die Anreicherung von Squalen durch Extraktion des Zwischenprodukts mit überkritischem Kohlendioxid durch Gegenstromextraktion und die Ermittlung der erforderlichen Stufenzahl.
Eine mehrstufige Extraktion von Carotinen, Vitamin E, Squalen, Phytosterinen und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen aus natürlichen Fetten und Ölen mit einem überkritischen Fluid ist dem oben erläuterten Stand der Technik nicht zu entnehmen. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Extraktion von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen aus natürlichen Ölen und Fetten anzugeben, das die Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik überwindet und in den erhaltenen Produkten keine Lösungsmittelreste hinterlässt und umweltfreundlich ist.
Die obige Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen des Konzepts der vorliegenden Erfindung.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung überwindet die Nachteile des Standes der Technik durch Angabe eines Verfahrens zur Extraktion von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen aus natürlichen Ölen und Fetten einschließlich Palmöl und anderer pflanzlicher Öle durch Anwendung eines Extraktionsverfahrens mit einem überkritischen Fluid, das einfach und wirksam ist und ohne Verwendung gefährlicher Lösungsmittel auskommt. Das Extraktionsverfahren mit einem überkritischem Fluid gemäß der vorliegenden Erfindung hinterlässt keinen Lösungsmittelrückstand und ist umweltfreundlich.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur Extraktion von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen, wie Squalen und Phytosterinen aus natürlichen Ölen und Fetten umfasst folgende Schritte:

(I) Herstellung eines konzentrierten Gemisches, das die Carotine, Vitamin E und/oder die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, und
(II) Extraktion der Carotine, des Vitamins E und/oder der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile aus dem aus Schritt (I) erhaltenen Gemisch durch Extraktion mit einem überkritischen Fluid unter Verwendung eines überkritischen Fluids bei einer Temperatur von 28 bis 120°C und unter einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar), unter Erhalt eines Konzentrats der Carotine, eines Konzentrats des Vitamins E und/oder von Konzentraten der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile.

Nach einer Ausführungsform umfasst Schritt (I) des Verfahrens der Erfindung

(Ia) die Veresterung und Umesterung der natürlichen Öle oder Fette mit einem Alkohol unter Erhalt eines konzentrierten Gemisches von Fettsäurealkylestern, Carotinen, Vitamin E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst Schritt (I) die folgende Maßnahme oder besteht aus ihr:

(Ib) Verseifung der natürlichen Öle oder Fette und anschließende Abtrennung der verseiften Substanzen unter Bildung eines konzentrierten Gemisches, das die Carotine, Vitamin E und die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wird das nach Abtrennung der Ester erhaltene konzentrierte Gemisch durch Verseifung weiter aufkonzentriert, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

(i) Verseifung sämtlicher in dem konzentrierten Gemisch vorliegender verseifbarer Substanzen unter Erzeugung eines Gemisches von verseiften und nichtverseiften Substanzen und
(ii) Abtrennung der verseiften Substanzen vor Schritt (II), wobei ein weiter aufkonzentriertes Gemisch der Carotine, von Vitamin E und den anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen zurückbleibt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Extraktion eine zweistufige Extraktion, wobei Schritt (II) des allgemeinen Verfahrens zwei räumlich aufeinanderfolgende Stufen umfasst:

(II1) Erste Extraktion der Carotine, des Vitamins E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile in ihrer Gesamtheit oder von einer oder einigen dieser Verbindungen aus dem von Schritt (I) mit Schritt (Ia) oder (Ib) erhaltenen Gemisch durch Extraktion mit einem überkritischen Fluid unter Verwendung eines überkritischen Fluids bei einer Temperatur von 28 bis 120°C und unter einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) unter Erhalt eines Konzentrats von Carotinen, eines Vitamin E-Konzentrats und/oder von Konzentraten der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile und
(II2) zweite Extraktion der Carotine, des Vitamins E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile in ihrer Gesamtheit oder von einer oder einigen dieser Verbindungen aus der oder den in (II1) erhaltenen Fraktion(en) durch Extraktion mit einem überkritischen Fluid unter Verwendung eines überkritischen Fluids bei einer Temperatur von 28 bis 120°C und unter einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) zur weiteren Trennung der Carotine, des Vitamins E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile von Verunreinigungen und/oder zur Trennung voneinander.

In Schritt (II) mit den Schritten (II1) und (II2) des vorliegenden Verfahrens werden als überkritisches Fluid vorzugsweise überkritisches Kohlendioxid, überkritisches Propan, überkritisches Ethylen und/oder überkritisches 1,1,1,2-Tetrafluorethan eingesetzt.
Die Verwendung von überkritischem Kohlendioxid als überkritisches Fluid ist besonders bevorzugt.
Bei einem bevorzugten Verfahren zur Abtrennung von Vitamin E und Carotinen wird die Extraktion mit einem überkritischen Fluid unter Verwendung von überkritischem Kohlendioxid durchgeführt

– bei einer Temperatur von 31 bis 50°C und einem Druck von 8 bis 22 MPa (80 bis 220 bar) zur Extraktion von Vitamin E und
– bei einer Temperatur von 50 bis 80°C und einem Druck von 22 bis 30 MPa (220 bis 300 bar) zur Extraktion der Carotine.

Die vorliegende Erfindung besteht aus bestimmten neuartigen Merkmalen und einer Kombination von Maßnahmen, die im folgenden vollständig beschrieben und in den beigefügten Zeichnungen erläutert und besonders in den beigefügten Ansprüchen definiert sind, wobei selbstverständlich verschiedene Änderungen in den Details vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen oder ohne dass Vorteile der vorliegenden Erfindung verlorengehen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung sind Verfahrensweisen in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, aus denen bei Betrachtung in Verbindung mit der nachstehenden Beschreibung die Erfindung, ihr Aufbau und ihre Wirkungsweise und zahlreiche ihrer Vorteile ohne weiteres verständlich werden und eingeschätzt werden können.
1 zeigt eine einstufige SFE (nicht erfindungsgemäß);
2 zeigt eine zweistufige SFE gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung betrifft zweistufige SFEs von Carotin-Konzentraten, Vitamin E-Konzentraten und Konzentraten von anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen, wie Squalen-Konzentraten und Phytosterin-Konzentraten aus natürlichen Ölen und Fetten einschließlich Palmöl und anderen pflanzlichen Ölen. Im folgenden wird die SFE von Konzentraten, die Carotine, Vitamin E und/oder die oben erwähnten in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthalten, anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es ist jedoch festzuhalten, dass die Beschränkung der Beschreibung auf die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und die Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen lediglich zur leichteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung dient, wobei in Betracht zu ziehen ist, dass Fachleute verschiedene Modifizierungen und Äquivalente vorsehen können, ohne dass der Umfang der beigefügten Ansprüche verlassen wird.
Sowohl bei der nicht erfindungsgemäßen einstufigen SFE als auch bei der zweistufigen SFE der vorliegenden Erfindung werden vor der Durchführung der SFE Konzentrate der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile (d. h., insbesondere der Carotine, von Vitamin E und der anderen in kleiner Menge vorliegenden Bestandteile, wie Squalen und Phytosterine) hergestellt. Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung der Konzentrate besteht in der Veresterung und Umesterung der natürlichen Öle und Fette mit einem Alkohol unter Erhalt eines Gemisches von Fettsäurealkylestern und Konzentraten von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen. Die Ester können nach einem beliebigen bekannten Veresterungs- und Umesterungsverfahren durch chemische oder enzymatische Mittel hergestellt werden. Die Ester können beliebige Alkylester sein, z. B. Methylester, Ethylester, Isopropylester und/oder Butylester.
Bei der nicht erfindungsgemäßen einstufigen SFE wird das Gemisch der Alkylester und des Konzentrats der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile anschließend der Extraktion mit einem überkritischen Fluid bei einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) und einer Temperatur von 28 bis 120°C unterzogen, wodurch angereicherte Fraktionen erhalten werden, die Carotine, Vitamin E und/oder die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthalten.
Bei der zweistufigen SFE wird das Gemisch von Alkylestern und Konzentraten der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile ebenfalls im Anschluss an die Veresterung und Umesterung zunächst einer Extraktion mit einem überkritischen Fluid unter einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) und bei einer Temperatur von 28 bis 120°C unterzogen, um so angereicherte Fraktionen von einigen oder sämtlichen der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile zu erzeugen. Die oben genannte Extraktion mit einem überkritischen Fluid wird als erste SFE-Stufe bezeichnet. Anschließend werden die angereicherten Fraktionen von einigen oder sämtlichen der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile einer weiteren überkritischen Extraktion bei einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) und einer Temperatur von 28 bis 120°C unterzogen, wobei weiter angereicherte Fraktionen von einigen oder sämtlichen der in geringer Menge vorliegenden Komponenten erhalten werden. Die oben genannte Fluid-Extraktion wird als zweite SFE-Stufe bezeichnet und ergibt eine weitere und bessere Trennung der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile von Verunreinigungen und/oder voneinander.
Sowohl bei der nicht erfindungsgemäßen einstufigen als auch bei der zweistufigen SFE kann das Gemisch, das das Gemisch von Alkylestern und Konzentraten der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, vor dem Beginn der SFE durch beliebige Mittel zum Aufkonzentrieren weiter aufkonzentriert werden, durch Vakuumdestillation und vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, durch Molekulardestillation bei einem Druck von weniger als 13 Pa (~0,1 Torr) und einer Temperatur von weniger als 220°C, um die Ester aus dem Gemisch zu entfernen. Die Konzentrate, die vom Hauptanteil der Ester befreit sind, werden anschließend der Extraktion mit einem überkritischen Fluid zur Extraktion der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile entweder durch einstufige SFE (nicht erfindungsgemäß) oder durch zweistufige SFE unterzogen.
Im Anschluss an die Abtrennung der Ester kann das Gemisch durch Verseifung weiter aufkonzentriert werden. Dies führt zu einem Gemisch, das verseifte und nichtverseifbare Substanzen enthält. Die verseiften Substanzen werden anschließend abgetrennt, wodurch ein weiter aufkonzentriertes Gemisch der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile verbleibt. Dieses aufkonzentrierte Gemisch wird anschließend der nicht erfindungsgemäßen einstufigen SFE oder der ersten Stufe der zweistufigen SFE unterzogen, um die verlangten in geringer Menge vorliegenden Bestandteile zu extrahieren.
Konzentrate der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile können auch dadurch hergestellt werden, dass die natürlichen Öle oder Fette (ohne vorherige Veresterung und Umesterung) verseift werden, wonach die verseiften Substanzen abgetrennt werden. Das resultierende konzentrierte Gemisch, das die in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, wird anschließend einer nicht erfindungsgemäßeneinstufigen SFE oder der ersten Stufe einer zweistufigen SFE unterzogen, um die geforderten in geringer Menge vorliegenden Bestandteile zu extrahieren.
Die überkritischen Fluids, die für die SFEs verwendet werden können, sind bevorzugt, jedoch nicht ausschließlich, überkritisches Kohlendioxid, überkritisches Propan, überkritisches Ethylen oder überkritisches 1,1,1,2-Tetrafluorethan. Wenn überkritisches Kohlendioxid verwendet wird, werden die SFEs bei einer Temperatur von 28 bis 120°C und unter einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) durchgeführt. Das Gewichtsverhältnis von überkritischem Kohlendioxid zu Zufuhrmaterial (Ausgangsmaterial) liegt bevorzugt im Bereich von 25 bis 3000.
Die Ausbeute an Carotinen, Vitamin E und den anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen kann durch Einführung einer Matrix wie Sand und Kügelchen zur Erhöhung der Dispergierung der Konzentrate von Carotinen, Vitamin E und/oder anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen oder Phytonutrients von natürlichen Ölen und Fetten bei der Extraktion mit dem überkritischen Fluid erhöht werden. Ferner können Modifier, wie Aceton, und niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol und Isopropanol, verwendet werden, um die Ausbeute zu erhöhen.
Zu den natürlichen Ölen und Fetten, die bei der Extraktion verwendet werden können, gehören rohes Palmöl (im folgenden als „CPO” bezeichnet), rohes Palmolein, rohes Palmstearin, rohe Palmölalkylester, rohe Palmoleinalkylester, rohe Palmstearinalkylester, Palmölcarotin-Konzentrat, Sojaöl, Sonnenblumenöle, Rapsöl, Kokosöl, Reisöl und andere Pflanzenöle.
In 1 ist eine einstufige SFE (nicht erfindungsgemäß) dargestellt. Diese Zeichnung erläutert ein Verfahren zur Extraktion von Konzentraten von Phytonutrients (im folgenden als ”PC” – Phytonutrients Concentrates, bezeichnet) variierender Konzentration wie etwa 30% und von Vitamin E-Konzentraten variierender Konzentration, etwa von 10%, aus CPO, Palmölprodukten und rohen Palmölderivaten, wie rohen Palmölalkylestern. Das Kohlendioxidgas wurde auf –5°C abgekühlt. Zum Pumpen des verflüssigten Kohlendioxids bei einem Durchsatz von 0,5 bis 20,0 ml/min in das Hochdruck-Extraktionsgefäß wurde eine Hochleistungs-Flüssigchromatographie(HPLC)-Pumpe verwendet.
Das Gefäß, welches das Ausgangsmaterial enthielt, wurde in einen Säulenofen gebracht, in dem die Arbeitstemperatur von Umgebungstemperatur bis 120°C mit einer Genauigkeit von ±0,1 C regelbar war. Der Betriebsdruck wurde mit einem Druckregler (BPR – Back Pressure Regulator) auf einen Maximaldruck von 60 MPa (600 bar) geregelt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR mit Reagenzgläsern gesammelt, die zum Schutz mit Aluminiumfolie umwickelt waren.
2 zeigt eine zweistufige SFE gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Kohlendioxidgas, das auch bei dem in 1 erläutertem Verfahren verwendet wurde, wurde ebenfalls auf –5°C abgekühlt. Zum Pumpen des verflüssigten Kohlendioxids bei einem Durchsatz von 0,5 bis 20,0 ml/min in die beiden Hochdruck-Extraktionsgefäße, d. h., das Extraktionsgefäß 1 und das Extraktionsgefäß 2, wurde eine Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie(HPLC)-Pumpe verwendet. Das zugeführte Material wurde in das Extraktionsgefäß 1 eingebracht, das wiederum in den Säulenofen 1 eingesetzt wurde, in dem die Temperatur der Stufe 1 von Umgebungstemperatur bis auf 100°C mit einer Genauigkeit von ±0,1°C geregelt wurde. Der Druck in Stufe 1 wurde unter Verwendung des BPR 1 auf einen Maximaldruck von 60 MPa (600 bar) geregelt.
Je nach der speziellen Kombination von angewandten Bedingungen (Temperatur, Druck, etc.) können die Extrakte aus dem Extraktionsgefäß 1 sämtlich aus dem Auslass 2 des BPR 1 in das zweite Hochdruckgefäß, d. h., das Extraktionsgefäß 2, zur Extraktion in der zweiten Stufe übergeführt werden, wobei unerwünschte Verunreinigungen im Extraktionsgefäß 1 zurückbleiben. Das Extraktionsgefäß 2 wurde in den Säulenofen 2 eingesetzt, in dem die Temperatur der Stufe 2 von Umgebungstemperatur bis auf 120°C mit einer Genauigkeit von ±0,1°C geregelt wurde. Die aus dem Extraktionsgefäß 2 erhaltenen Extrakte, d. h., die Endprodukte, wurden am Auslass des BPR 2 mit Reagenzgläsern gesammelt, die zum Schutz mit Aluminiumfolie umwickelt waren.
Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung waren die bei der zweistufigen SFE angewandten Bedingungen so, dass einige der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile in dem Extraktionsgefäß 1 extrahiert wurden und dort verblieben, während die übrigen Extrakte aus dem Auslass von BPR 1 zur Extraktion in zweiter Stufe in das Extraktionsgefäß 2 übergeführt wurden. Somit wurden bei dieser zweiten Ausführungsform der zweistufigen SFE einige der Endprodukte in Form bestimmter Extrakte von in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen am Auslass von BPR 1 gesammelt, während die übrigen Endprodukte in Form von Extrakten der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile am Auslass von BPR 2 gesammelt wurden.
Bei der zweistufigen SFE der vorliegenden Erfindung können die Extraktionen mit überkritischen Fluid im Extraktionsgefäß 1 und im Extraktionsgefäß 2 entweder während des gesamten Verfahrens der zweistufigen SFE oder während des anfänglichen Teils dieses Prozesses gleichzeitig stattfinden. Im letzteren Fall kann die Extraktion von Stufe 1 durch Schließen des Ventils zwischen der Pumpe für überkritisches Fluid und dem Extraktionsgefäß 1 gestoppt werden, so dass das überkritische Fluid, wie Kohlendioxid, lediglich in das Extraktionsgefäß 2 strömt. Eine solche Unterbrechung des Stroms des überkritischen Fluids in das Extraktionsgefäß 1 kann erforderlich oder wünschenswert sein, wenn zum Beispiel sämtliche oder die meisten der in geringer Menge vorliegenden Bestandteile bereits aus dem in das Extraktionsgefäß 1 eingeführten Material extrahiert wurden und das, was in diesem Gefäß verblieb, zumeist aus unerwünschten Verunreinigungen bestand.
Die gleichzeitige Extraktion in den beiden Gefäßen unter Bedingungen eines überkritischen Fluids, wie im vorhergehenden Absatz erwähnt, stellt eine der bevorzugten Ausführungsformen der zweistufigen SFE der vorliegenden Erfindung dar. Die Extraktionen in Stufe 1 und Stufe 2 der zweistufigen SFE der vorliegenden Erfindung können allerdings anstelle einer gleichzeitigen Durchführung auch nacheinander durchgeführt werden.
Es wurde festgestellt, dass die Konzentrationen von PC, Vitamin E, Phytosterinen und Squalen in den mit den SFEs der vorliegenden Erfindung hergestellten Konzentraten im Bereich von 1 bis 99% liegen. Sie können für pharmazeutisch wirksame Nahrungsmittel (Nutraceuticals), pharmazeutische Mittel, Lebensmittel und lebensmittelfremde Anwendungen verwendet werden. Diese Produkte sind typische Präparationen der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden werden Beispiele für einstufige SFEs, die nicht zur Erfindung gehören, und Beispiele für zweistufige SFEs gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben, wobei jedoch festzuhalten ist, dass diese Beispiele in keiner Weise einschränkend sein sollen.
Das Zufuhrmaterial bei allen angeführten Beispielen für einstufige und zweistufige SFEs lag in Form eines Konzentrats der in geringer Menge vorliegenden Komponente(n) vor. Das Konzentrat war entweder durch Veresterung und Umesterung von natürlichen Ölen oder Fetten und/oder durch Verseifung natürlicher Öle oder Fette erhalten.
BEISPIEL 1 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde durch Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 50°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 4 h, 20 MPa (200 bar) während 2 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des Saugdruckreglers (BPR) gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die in Tabelle 1 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 5,9% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 20% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 2 (gehört nicht zur Erfindung)
1. g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 4 h, 20 MPa (200 bar) während 2 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie, hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor und hinsichtlich der Sterine durch GC gemessen. Die in Tabelle 2A aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 10 bis 18% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 20% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 5% aufkonzentriert werden kann. Die in Tabelle 2B aufgeführten Ergebnisse zeigen die Zusammensetzung aus drei Arten von Phytosterinen, nämlich Campesterol, Stigmasterin und β-Sitosterin, die unter Anwendung der gleichen Bedingungen, wie sie zur Extraktion von Carotinen und Vitamin E angewandt wurden, erhalten wurde.
BEISPIEL 3 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 70°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 4 h, 20 MPa (200 bar) während 2 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 27% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 10% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 6% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 4 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 80°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 4 h, 20 MPa (200 bar) während 2 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 8% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 20% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 30% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 5% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 5 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 22 MPa (220 bar) während 5 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die in Tabelle 5 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 3,8% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 40% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 80% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 3% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 6 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 40°C und ein Druck von 14 MPa (140 bar) während 6 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 50% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 10% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 5,5% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 7 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 40°C und ein Druck von 14 MPa (140 bar) während 6 h, 30 MPa (300 bar) während 3 h und nochmals 3 h bei 60°C und 30 MPa (300 bar). Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 13% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 25% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 26% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 8 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 40°C und ein Druck von 14 MPa (140 bar) während 6 h, 30 MPa (300 bar) während 3 h und nochmals 3 h bei 60°C und 30 MPa (300 bar). Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des gesamten Gehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 25% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 15% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 9% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 9% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 9 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 40°C und ein Druck von 13 MPa (130 bar) während 6 h, 18 MPa (180 bar) während 3 h und 30 MPa (300 bar) während 4 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von mehr als 50% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 20% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 15% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 10 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 28 bis 35°C und ein Druck von 8 MPa (80 bar) während 6 h, 14 MPa (140 bar) während 2 h und 30 MPa (300 bar) während 2 h. Anschließend wurde eine zusätzliche Extraktion unter Anwendung der Bedingungen von 60°C und 30 MPa (300 bar) 1 h durchgeführt. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von mehr als 50% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 15% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 30% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 11 (gehört nicht zur Erfindung)
20 g rohe Palmölmethylester (im folgenden kurz als ”CPOME” bezeichnet) wurden in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 40°C und ein fester Druck von 10 MPa (100 bar). Die Probe wurde nach 1 h gesammelt. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie, hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor und hinsichtlich Squalen und Sterinen durch GC gemessen. Die in Tabelle 11A aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 19% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Carotinen auf mehr als 19% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 20% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Vitamin E auf 8 bis 10% aufkonzentriert werden kann. Die in Tabelle 11B aufgeführten Ergebnisse zeigen die Zusammensetzung von Squalen und Phytosterinen (Campesterol, Stigmasterin und β-Sitosterin), die unter Anwendung der gleichen Bedingungen, wie sie zur Extraktion von Carotinen und Vitamin E angewandt wurden, erhalten wurde.
BEISPIEL 12 (gehört nicht zur Erfindung)
20 g CPOME wurden in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 40°C und ein fester Druck von 9,5 MPa (95 bar) während 6 h sowie eine Erhöhung auf 30 MPa (300 bar) während weiterer 2 h. Die Probe wurde nach 1 h gesammelt. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 28% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Carotinen auf mehr als 25% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 20% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Vitamin E auf 9% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 13 (gehört nicht zur Erfindung)
20 g CPOME wurden in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein fester Druck von 14 MPa (140 bar) während 6 h und eine Erhöhung auf 30 MPa (300 bar) während weiterer 2 h. Die Probe wurde nach 1 h gesammelt. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 50% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Carotinen auf mehr als 50% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 15% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Vitamin E auf 8,5% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 14 (gehört nicht zur Erfindung)
20 g CPOME wurden in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 50°C und ein Druck von 10 bis 13 MPa (100 bis 130 bar) während 7 h und eine Erhöhung auf 30 MPa (300 bar) während weiterer 2 h. Die Probe wurde nach 1 h gesammelt. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 40% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Carotinen auf mehr als 20% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 7% aus dem Einsatzmaterial mit 10 bis 20 mg Vitamin E auf 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 15
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß 1 mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 2 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 30 MPa (300 bar) bei Gefäß 1 und eine Temperatur von 80°C und ein Druck von 18 MPa (180 bar) bei Gefäß 2 während 6 h. Anschließend wurde eine zusätzliche Extraktion von 3 h unter Umgehung von Gefäß 1 durchgeführt. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von mehr als 50% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 20% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 20% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 7% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 16
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß 1 mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 2 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 30 MPa (300 bar) bei Gefäß 1 und eine Temperatur von 70°C und ein Druck von 18 MPa (180 bar) bei Gefäß 2 während 6 h. Anschließend wurde der Druck in Gefäß 2 auf 20 MPa (200 bar) erhöht, während die Bedingungen in Gefäß 1 2 h beibehalten wurden. Eine zusätzliche Extraktion von 1 h wurde unter Umgehung von Gefäß 1 durchgeführt, wobei die Bedingungen einer Temperatur von 70°C und eines Drucks von 30 MPa (300 bar) angewandt wurden. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die in Tabelle 16 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 8% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können; während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 70% aus den Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 17
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß 1 mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 2 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 30 MPa (300 bar) bei Gefäß 1 und eine Temperatur von 80°C und ein Druck von 20 MPa (200 bar) bei Gefäß 2 während 6 h. Anschließend wurde der Druck in Gefäß 2 auf 22 MPa (220 bar) erhöht, während die Bedingungen bei Gefäß 1 2 h beibehalten wurden. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die in Tabelle 17 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 15% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 70% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 3 bis 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 18
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß 1 mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 2 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 30 MPa (300 bar) bei Gefäß 1 und eine Temperatur von 70°C und ein Druck von 20 MPa (200 bar) bei Gefäß 2 während 6 h. Anschließend wurde der Druck in Gefäß 2 auf 22 MPa (220 bar) erhöht, während die Bedingungen in Gefäß 1 3 h beibehalten wurden. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 10% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 60% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 2 bis 3% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 19 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit 12 g gereinigtem Sand homogen gemischt. Das Gemisch wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 2 h, 20 MPa (200 bar) während 1 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 40% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 15% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 75% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 3 bis 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 20 (gehört nicht zur Erfindung)
1 g PC wurde in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit 20 g gereinigtem Sand homogen gemischt. Das Gemisch wurde mit überkritischem Kohlendioxid behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 2 h, 20 MPa (200 bar) während 1 h und 30 MPa (300 bar) während 3 h. Überkritisches Kohlendioxid wurde in einem Durchsatz von 5 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 10% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 80% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 3 bis 4% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 21 (gehört nicht zur Erfindung)
1,14 g PC wurden in ein Extraktionsgefäß mit einem Fassungsvermögen von 50 cm³ eingebracht. Das Einsatzmaterial wurde mit überkritischem 1,1,1,2-Tetrafluorethan behandelt. Die Systemanordnung der SFE ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 1 MPa (10 bar) während des gesamten Versuchs. Das überkritische Fluid wurde in einem Durchsatz von 8 ml/min in das Extraktionsgefäß gepumpt. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die gesammelten Fraktionen wurden hinsichtlich des Gesamtgehalts an Carotinen durch UV-Spektrophotometrie und hinsichtlich Vitamin E mit einem HPLC-Fluoreszenzdetektor gemessen. Die Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von 47% aus dem Einsatzmaterial mit 60 bis 70 mg Carotinen auf lediglich 2 bis 3% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von 40% aus dem Einsatzmaterial mit 30 bis 40 mg Vitamin E auf 1 bis 2% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 22 (gehört nicht zur Erfindung)
100 g PC wurden mit 600 ml absolutem Ethanol und 100 ml 50%-igem wässerigem Kaliumhydroxid in Gegenwart von 20 g Pyrogallol als Antioxidationsmittel verseift. Das Gemisch wurde 1 h am Rückfluss gehalten. Die Phytonutrients wurden 5 mal mit n-Hexan:Wasser (90:10, V/V) extrahiert, worauf mit reichlich Wasser:Ethanol (90:10, V/V) gewaschen wurde, bis restliches Alkali vollständig entfernt war. Das Lösungsmittel wurde von dem Phytonutrient-Konzentrat entfernt. 0,52 g des Phytonutrients enthaltenden Konzentrats wurden der SFE unterzogen. Die Systemanordnung ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 2 h, 20 MPa (200 bar) während 1 h und 30 MPa (300 bar) während 4 h. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die in Tabelle 22 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von mehr als 20% aus dem Einsatzmaterial mit 25 bis 35 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 55% aus dem Einsatzmaterial mit 20 bis 30 mg Vitamin E auf mehr als 10% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 23 (gehört nicht zur Erfindung)
9,49 g PC wurden mit 60 ml absolutem Ethanol und 10 ml 50%-igem wässerigem Kaliumhydroxid in Gegenwart von 2 g Pyrogallol als Antioxidationsmittel verseift. Das Gemisch wurde 1 h am Rückfluss gehalten. Die Phytonutrients wurden 5 mal mit n-Hexan:Wasser (90:10, V/V) extrahiert, worauf mit reichlich Wasser:Ethanol (90:10, V/V) gewaschen wurde, bis restliches Alkali vollständig entfernt war. Das Lösungsmittel wurde von dem Phytonutrient-Konzentrat entfernt. 0,52 g des Phytonutrients enthaltenden Konzentrats wurden der SFE unterzogen. Die Systemanordnung ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen waren eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 3 h, 20 MPa (200 bar) während 1 h und 30 MPa (300 bar) während 6 h. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die in Tabelle 23 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von mehr als 35% aus dem Einsatzmaterial mit 45 bis 55 mg Carotinen auf 30 bis 40% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 70% aus dem Einsatzmaterial mit 40 bis 50 mg Vitamin E auf 10 bis 25% aufkonzentriert werden kann.
BEISPIEL 24 (gehört nicht zur Erfindung)
9,49 g PC wurden mit 60 ml absolutem Ethanol und 10 ml 50%-igem wässerigem Kaliumhydroxid in Gegenwart von 2 g Pyrogallol als Antioxidationsmittel verseift. Das Gemisch wurde 1 h am Rückfluss gehalten. Die Phytonutrients wurden 5 mal mit n-Hexan:Wasser (90:10, V/V) extrahiert, worauf mit reichlich Wasser:Ethanol (90:10, V/V) gewaschen wurde, bis restliches Alkali vollständig entfernt war. Das Lösungsmittel wurde von dem Phytonutrient-Konzentrat entfernt. 0,50 g des Phytonutrients enthaltenden Konzentrats wurden der SFE unterzogen. Die Systemanordnung ist wie in 1 dargestellt. Die angewandten Bedingungen sind eine Temperatur von 60°C und ein Druck von 16 MPa (160 bar) während 2 h, 20 MPa (200 bar) während 1 h und 30 MPa (300 bar) während 4 h. Die Extrakte wurden am Auslass des BPR gesammelt. Die in Tabelle 24 aufgeführten Ergebnisse zeigen, dass Carotine mit einer Ausbeute von mehr als 30% aus dem Einsatzmaterial mit 45 bis 55 mg Carotinen auf mehr als 30% aufkonzentriert werden können, während Vitamin E mit einer Ausbeute von mehr als 50% aus dem Einsatzmaterial mit 40 bis 50 mg Vitamin E auf 10 bis 25% aufkonzentriert werden kann.
In der vorstehenden Beschreibung wurde die vorliegende Erfindung unter Bezug auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen erläutert, und zahlreiche Details wurden zur Erläuterung angeführt; dem Fachmann ist jedoch klar, dass bei der Erfindung auch zusätzliche Ausführungsformen möglich sind und bestimmte hier beschriebene Details beträchtlich variiert werden können, ohne das Grundkonzept der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Extraktion von Carotinen, Vitamin E und anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen, wie Squalen und Phytosterinen, aus natürlichen Ölen und Fetten, das folgende Schritte umfasst: (I) Herstellung eines konzentrierten Gemisches, das die Carotine, Vitamin E und/oder die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, wobei Schritt (I) umfasst: (Ia) Veresterung und Umesterung der natürlichen Öle oder Fette mit einem Alkohol und Abtrennung der gebildeten Ester durch Vakuumdestillation unter Erhalt eines konzentrierten Gemisches von Carotinen, Vitamin E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile oder (Ib) Verseifung der natürlichen Öle oder Fette und anschließende Abtrennung der verseiften Substanzen unter Bildung eines konzentrierten Gemisches, das die Carotine, Vitamin E und die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, und (II) Extraktion der Carotine, des Vitamins E und/oder der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile aus dem aus Schritt (I) erhaltenen Gemisch mit einem überkritischen Fluid unter Erhalt eines Konzentrats der Carotine, eines Konzentrats des Vitamin E und/oder von Konzentraten der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (II) zwei räumlich aufeinanderfolgende Stufen umfasst: (II1) erste Extraktion der Carotine, des Vitamins E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile in ihrer Gesamtheit oder von einer oder einigen dieser Verbindungen aus dem von Schritt (I) mit Schritt (Ia) oder (Ib) erhaltenen Gemisch durch Extraktion mit einem überkritischen Fluid bei einer Temperatur von 28 bis 120°C und unter einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) unter Erhalt eines Konzentrats, das die Carotine, Vitamin E und/oder die anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile enthält, und (II2) zweite Extraktion der Carotine, des Vitamins E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile in ihrer Gesamtheit oder von einer oder einigen dieser Verbindungen aus der oder den in Schritt (II1) erhaltenen Fraktion(en) durch Extraktion mit einem überkritischen Fluid bei einer Temperatur von 28 bis 120°C und unter einem Druck von 6 bis 60 MPa (60 bis 600 bar) zur weiteren Trennung der Carotine, des Vitamins E und der anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteile von Verunreinigungen und/oder zur Trennung voneinander.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (Ia) oder in Schritt (Ib) chemische oder enzymatische Mittel angewandt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ester Methylester, Ethylester, Isopropylester und/oder Butylester sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Vakuumdestillation eine Molekulardestillation durchgeführt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als überkritisches Fluid überkritisches Kohlendioxid, überkritisches Propan, überkritisches Ethylen und/oder überkritisches 1,1,1,2-Tetrafluorethan verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem als überkritisches Fluid überkritisches Kohlendioxid verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid durchgeführt wird – bei einer Temperatur von 31 bis 50°C und einem Druck von 8 bis 22 MPa (80 bis 220 bar) zur Extraktion von Vitamin E und – bei einer Temperatur von 50 bis 80°C und einem Druck von 22 bis 30 MPa (220 bis 300 bar) zur Extraktion der Carotine.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von überkritischem Kohlendioxid zu zugeführtem Ausgangsmaterial im Bereich von 25 bis 3000 liegt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Matrix wie Sand und/oder Kügelchen eingeführt wird, um die Ausbeute der Extraktion zu erhöhen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Modifier, wie Aceton und/oder niedere Alkohole, wie Methanol, Ethanol und Isopropanol, verwendet wird, um die Ausbeute der Extraktion in einer der Stufen (II1) und (II2) oder in beiden Stufen zu erhöhen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das nach Abtrennung der Ester in Schritt (Ia) erhaltene konzentrierte Gemisch vor Schritt (II1) weiter aufkonzentriert wird durch (i) Verseifung sämtlicher in dem konzentrierten Gemisch vorliegender verseifbarer Substanzen unter Erzeugung eines Gemisches von verseiften und nicht verseifbaren Substanzen und (ii) Abtrennung der verseiften Substanzen unter Erhalt eines weiter aufkonzentrierten Gemisches der Carotine, von Vitamin E und den anderen in geringer Menge vorliegenden Bestandteilen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als natürliche Öle und Fette Palmöl, rohes Palmolein, rohes Palmstearin, rohe Palmölalkylester, rohe Palmoleinalkylester, rohe Palmstearinalkylester, Palmölcarotin-Konzentrat, Sojaöl, Sonnenblumenöle, Rapsöl, Kokosöl, Reisöl und beliebige andere Pflanzenöle eingesetzt werden.