DE102009007747A1 - Verfahren zur Herstellung eines Trockenextrakts mit einem hohen Gehalt an Folsäure aus natürlicher Herkunft in bioverfügbarer Form - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Trockenextrakts mit einem hohen Gehalt an Folsäure aus natürlicher Herkunft in bioverfügbarer Form, wobei die Folsäure überwiegend als Folsäuremonoglutamat enthalten ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Bildung eines Gemisches aus Hefen und folsäurereichen pflanzlichen Quellen, die gamma-Glutamylhydrolase andererseits enthalten, b) Aufarbeitung des Gemisches, wobei die festen Bestandteile durch Filtration abgetrennt werden, c) Aufarbeitung des Filtrats, d) Konzentration des aufgearbeiteten Filtrats, e) Trocknung des Konzentrats.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Trockenextrakts mit einem hohen Gehalt an Folsäure aus natürlicher Herkunft in bioverfügbarer Form.
- Folsäure im engeren Sinne ist als Coenzym am Stoffwechsel von Proteinen und Nucleinsäuren beteiligt. Die Folsäure, auch Vitamin B9, Vitamin B11 oder Pteroylglutamat genannt, ist ein erst 1941 entdecktes, hitze- und lichtempfindliches, wasserlösliches Vitamin aus dem B-Komplex. Folsäure im engeren Sinne setzt sich zusammen aus einem Pteridin-Derivat, p-Aminobenzoesäure und Glutaminsäure. Der systematische Name nach IUPAC-Nomenklatur ist N-{4-[((2-Amino-1,4-dihydro-4-oxo-6-pteridinyl)methylamino]-benzoyl}glutaminsäure, ihre Strukturformel wird im Folgenden angegeben.
- Strukturformel der Folsäure im engeren Sinn:
- Im Folgenden soll jedoch unter dem Begriff Folsäure nicht nur Folsäure im engeren Sinne, sondern ein Sustanzgemisch aus Folsäure im engeren Sinne und verschiedenen Derivaten der Folsäure verstanden werden, wie dies in der Literatur auch üblich ist. Unter Folsäure wird also in diesem Sinne eine ganze Substanzklasse mit ca. 140 Derivaten verstanden.
- Von großer Bedeutung ist eine Folsäureaufnahme vor allem wegen ihres präventiven Potenzials zur Verhinderung schwerwiegender Erkrankungen.
- So wurde nachgewiesen, dass sich Neuralrohrdefekte (Spina bifida), das sind schwere Fehlbildungen des Rückenmarks bei Neugeborenen, deutlich verringern lassen, wenn vor und während der ersten Wochen nach Eintritt der Schwangerschaft zusätzlich Folsäure in Dosen von 0,6 mg pro Tag zugeführt werden.
- Zu beachten ist auch, dass bei Schwangeren, die an Studien zur Ermittlung des Zusammenhangs von Folsäurezufuhr und Neuralrohrdefekten teilnahmen, weniger Übelkeit und Erbrechen in der Frühschwangerschaft auftraten und das Plazentagewicht höher war, was eine bessere Versorgung des Fötus zur Folge hat.
- Eine weitere wichtige Anwendung betrifft den Schutz vor Gefäßerkrankungen. Das betrifft insbesondere die Herzkranzgefäße sowie die Hirn- und peripheren Arterien. Durch die Aufnahme ausreichender Mengen an Folsäure, das sind 0,4 mg für Erwachsene pro Tag, wird der Gehalt an Homocystein im Blut deutlich gesenkt. Ein hoher Gehalt an Homocystein (Homocysteinämie) ist mit einem deutlich höheren Risiko für coronare Herzkrankheiten, also Herzinfarkt und Hirnschlag sowie Thrombosen in peripheren Blutgefäßen verbunden. Als weitere Co-Faktoren für die Senkung des Homocystein-Spiegels sind auch die Vitamine B6 und B12 von Bedeutung.
- Zu beachten ist auch, dass depressive Patienten niedrigere Folsäurewerte im Blut hatten als Vergleichspersonen ohne Symptomatik.
- Um die prophylaktische Wirkung der Folsäure nutzen zu können, ist die o. g. tägliche Zufuhr von 0,4 bis 0,6 mg Folsäure zu sichern. Das ist mit einer für die durchschnittliche Bevölkerung üblichen Ernährung jedoch kaum zu erreichen. Hinzu kommt, dass das Nahrungsmittelangebot für einige qualitativ hochwertige Folsäurequellen, wie z. B. Kohl und frische Salate, saisonal begrenzt ist.
- Aus diesem Grunde ist eine zusätzliche Zufuhr durch die Anreicherung von Lebensmitteln mit Folsäure oder durch die Nahrungsergänzung anzubieten.
- Dazu kann auf synthetisch hergestellte Folsäure zurückgegriffen werden, jedoch ist die Akzeptanz für Nahrungskomponenten aus natürlicher Herkunft in breiten Teilen der Bevölkerung wesentlich höher. Hinzu kommt, dass die in den Extrakten aus natürlicher Herkunft – z. B. Pflanzen oder Hefen – enthaltenen weiteren Inhaltsstoffe durch synergistische Effekte sowohl die gesundheitsfördernde Wirkung der Folsäure verstärken als auch deren Verträglichkeit und Stabilität verbessern.
- Die Verwendung von Folsäure aus natürlicher Herkunft wird dadurch begrenzt, dass Folsäure im engeren Sinn in der Natur nur in Spuren auftritt. In den Pflanzen oder Hefen liegt der überwiegende Teil als Folsäurepolyglutamat vor, d. h. das Folsäuremolekül ist mit mehreren Glutaminsäuren verbunden. Diese werden im Gegensatz zum Folsäuremonoglutamat, in dem Folsäure nur mit einem Molekül Glutaminsäure verbunden ist, zu maximal 55% resorbiert.
- Auch eine Anreicherung der Nahrung mit aus Pflanzen oder Hefen gewonnener Folsäure ohne deren vorherige Aufbereitung führt wegen der genannten Resorptionsprobleme nicht zu einem Extrakt, der den erfindungsgemäßen Ansprüchen genügt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für die Herstellung eines Extrakts mit einem Gehalt von wenigstens 50 mg Folsäure aus natürlicher Herkunft pro g Trockensubstanz in bioverfügbarer Form bereitzustellen. Der Extrakt soll sich sowohl zur Beimischung in Lebensmitteln als auch zur Herstellung von Kapseln oder Tabletten eignen.
- Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Trockenextrakts mit einem hohen Gehalt an Folsäure aus natürlicher Herkunft in bioverfügbarer Form, wobei die Folsäure überwiegend als Folsäuremonoglutamat enthalten ist. Dieser Trockenextrakt ist erhältlich durch ein Verfahren, bei dem Hefen oder folsäurereiche pflanzliche Quellen als Rohstoffe verwendet werden, wobei γ-Glutamylhydrolase vorgelegt oder zugesetzt wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Bildung eines Gemischs aus Hefen und folsäurereichen pflanzlichen Quellen, die γ-Glutamylhydrolase enthalten,
- b) Aufarbeitung des Gemisches, wobei die festen Bestandteile durch Filtration abgetrennt werden,
- c) Aufarbeitung des Filtrats,
- d) Konzentration des aufgearbeiteten Filtrats,
- e) Trocknung des Konzentrats.
- Die als Rohstoffe verwendeten Hefen sind als Quellen mit den höchsten Konzentrationen an Folsäuren aus natürlicher Herkunft bekannt. Im erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt eingesetzte Hefen sind Bäckerhefe, Bierhefe oder Spezialhefen. Hinzu kommt die in den folsäurereichen pflanzlichen Quellen enthaltene Folsäure. Wie in den Pflanzen liegt auch in den Hefen die Folsäure zu 90% als nicht bioverfügbares Folsäurepolyglutamat vor. Zur Gewährleistung einer optimalen Resorption müssen die Folsäurepolyglutamate zunächst durch das in den Pflanzen enthaltene Enzym γ-Glutamylhydrolase in die Folsäuremonoglutamate überführt werden. Dieses Enzym greift spezifisch die Peptidbindungen zwischen den Glutaminsäureresten an und spaltet diese ab. Im Gegensatz zu den Pflanzen ist dieses Enzym in Hefen nicht enthalten. In den Pflanzen befindet es sich in den Vakuolen der Zellen. Bei der Zerstörung der Zellstruktur, beispielsweise durch die Herstellung eines Presssaftes, wird das endogene Enzym γ-Glutamylhydrolase freigesetzt.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Folsäurepolyglutamate der Hefe durch Verwendung von ausgewähltem Pflanzenpresssaft, der die für die Hefen artfremde pflanzeneigene γ-Glutamylhydrolase enthält, in Folsäuremonoglutamat überführt.
- Dazu wurde vorzugsweise aus Spinat (Spinacia oleracea) oder Rübenblättern (Beta vulgaris) ein Presssaft hergestellt, der neben dem Enzym auch Folsäurepolyglutamat sowie als weitere ernährungsphysiologisch wertvolle Bestandteile die Vitamine B1, B2, B6, C, K, Nicotinamid und Panthotensäure, Flavonoide, Mineralien und Spurenelemente, aber auch Zucker sowie Oxalsäure und Chlorophyll enthält. Vorteilhaft wird die Hefe mit diesem Presssaft gemischt. Bei der Durchmischung erfolgt die Spaltung der Folsäurepolyglutamate der Hefe in die Folsäuremonoglutamate.
- Durch eine nachfolgende Aufarbeitung wird das Folsäuremonoglutamat aufkonzentriert. Die aus dem Presssaft stammenden Zucker und das Chlorophyll, die die Qualität des Extraktes negativ beeinflussen, werden abgetrennt. Bei der Herstellung eines Trockenextraktes beispielsweise durch Lyophilisierung führte der Zucker zu einer klebrigen Konsistenz des Produktes und ist außerdem ein guter Nährboden für Keime. Das Chlorophyll gibt dem Produkt ein unansehnliches Aussehen und beeinflusst die Sensorik.
- Vorzugsweise werden bei der Aufarbeitung zunächst durch Filtration die festen Bestandteile einschließlich der Hauptmenge des Chlorophylls aus dem Gemisch abgetrennt. Bei einem weiteren Filtrationsschritt wird das restliche Chlorophyll abgetrennt. Die weitere Aufarbeitung kann in verschiedener Weise erfolgen. So zeigte sich überraschenderweise, dass sich aus dem Filtrat das Folsäuremonoglutamat an ein neutrales Adsorberharz binden lässt, desgleichen auch die pflanzlichen Flavonoide, während die unerwünschten Begleitstoffe wie Zucker und Oxalsäure nicht adsorbiert werden. Die Flavonoide beeinflussen durch ihr antioxidatives Potenzial das Wirkspektrum und tragen vor allem zur Stabilität des Extraktes bei.
- Die Desorption erfolgt mit lebensmittelverträglichen Lösungsmitteln, beispielsweise verdünntem Ethanol. Nach dem Abdestillieren des Alkoholanteils kann das verbleibende Konzentrat in herkömmlicher Weise sprühgetrocknet werden. Es resultiert ein feines, gelbliches Pulver, das wegen des Anteils Ethanol im Desorptionsmittel eine hohe mikrobielle Stabilität aufweist.
- Das abdestillierte Ethanol/Wasser-Gemisch kann dem Prozess wieder zugeführt werden.
- Bei einer weiteren Aufarbeitungsvariante werden die wasserlöslichen Vitamine, vor allem die B-Vitamine, mit angereichert. Dazu wird die nach dem Filtrieren anfallende Lösung solange mit Ethanol versetzt, bis die Zucker sich abscheiden. Durch anschließende Zugabe von Calciumcarbonat wird die Oxalsäure in unlösliches Calciumoxalat überführt und ebenfalls ausgefällt. Die Mischung wird einige Zeit stehen gelassen und danach klarfiltriert. Die weitere Aufarbeitung erfolgt wie oben beschrieben.
- Der Gehalt des Extraktes an Folsäuremonoglutamat ist abhängig von den verwendeten Rohstoffen und kann zwischen 1 und 8% liegen. Der Extrakt liegt vorteilhaft als Pulver vor.
- Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von drei Ausführungsbeispielen.
- Ausführungsbeispiel 1:
- 1 kg Bäckerhefe wird unter Rühren in 1 l Wasser eingetragen und die Suspension 10–60 min stehen gelassen. Danach wird die Wasser-Hefe-Suspension zentrifugiert und das Zentrifugat aufgefangen. Diese Lösung wird mit 1 kg zerkleinerte Spinatblätter und 10 g Natriumbisulfit gemischt sowie der pH-Wert mittels Phosphorsäure auf 3,5 bis 5,0, vorzugsweise 4,0, eingestellt. Anschließend erfolgt eine Feinzerkleinerung und intensive Vermischung. Die Suspension wird sodann unter Verwendung einer Filterzentrifuge filtriert, der Trester erneut mit 1 l Wasser vermischt und nochmals in gleicher Weise filtriert. Die Filtrate werden zusammengegeben und vor der weiteren Verarbeitung bei einer Temperatur zwischen –5 und –30°C, vorzugsweise –20°C, eingefroren.
- Nach dem Auftauen ist das noch enthaltene Chlorophyll koaguliert. Es wird durch einen erneuten Filtrationsprozess vollständig abgetrennt. Das klare Filtrat wird über eine Adsorptionssäule, die mit dem Adsorberharz AMBERLITE XAD 16 gefüllt ist, geführt. Dabei werden das in der Lösung enthaltene Folsäuremonoglutamat und die Flavonoide adsorbiert.
- Zur Desorption dienen 500 ml 70%iger Ethanol. Das Desorbat wird in einer Destillationsanlage bei einem Unterdruck von 180 mbar und einer Temperatur unterhalb 40°C auf etwa 40% des Ausgangsvolumens aufkonzentriert und anschließend in einem Sprühtrockner getrocknet. Die Lufteintrittstemperatur beträgt dabei 130°C, die Luftaustrittstemperatur ca. 80°C.
- Das Trockenprodukt, ein gelbliches Pulver, ist der gewünschte Extrakt. Mittels HPLC-Analyse wird ein Gehalt von 1% Folsäuremonoglutamat festgestellt.
- Ausführungsbeispiel 2:
- Es wird analog Beispiel 1 verfahren, nur dass an Stelle von Bäckerhefe Bierhefe und von Spinatblättern Rübenblätter verwendet werden.
- Zur vollständigen Abtrennung des Chlorophylls wird die Lösung nach dem 1. Filtrieren für 8–24 Std., vorzugsweise 15 Std. bei 1 bis 10°C, vorzugsweise 4°C, gelagert und anschließend klarfiltriert.
- Die weitere Verfahrensweise ist wie unter Beispiel 1 beschrieben. Das erhaltene gelbliche Pulver hat einen Gehalt von 4% Folsäuremonoglutamat.
- Ausführungsbeispiel 3:
- Analog Beispiel 1 werden 1 kg Bäckerhefe so verarbeitet, dass nach der 2. Filtration ein klares Filtrat vorliegt. Zu dem Filtrat werden unter Rühren 2 l Ethanol zugefügt. Dabei scheiden sich die in der Lösung enthaltenen Zucker ab. Anschließend werden ebenfalls unter Rühren 200 g Calciumcarbonat zugesetzt. Damit wird die Oxalsäure als unlösliches Calciumoxalat abgeschieden. Nach 2 Std. wird die Lösung klarfiltriert und durch Destillation analog Beispiel 1 aufkonzentriert und sprühgetrocknet.
- Das gelbliche, pulverförmige Trockenprodukt ist der gewünschte Extrakt, in dem mittels HPLC-Analyse ein Gehalt von 1,1% Folsäuremonoglutamat nachgewiesen wird. Im Gegensatz zum Trockenprodukt aus Beispiel 1 werden bei dieser Verfahrensweise die in der Bäckerhefe enthaltenen B-Vitamine nicht abgetrennt. Sie sind im Trockenprodukt enthalten.
Claims (12)
- Verfahren zur Herstellung eines Trockenextrakts mit einem hohen Gehalt an Folsäure aus natürlicher Herkunft in bioverfügbarer Form, umfassend die folgenden Schritte: a) Bildung eines Gemischs aus Hefen und folsäurereichen pflanzlichen Quellen, die γ-Glutamylhydrolase enthalten, b) Aufarbeitung des Gemisches, wobei die festen Bestandteile durch Filtration abgetrennt werden, c) Aufarbeitung des Filtrats, d) Konzentration des aufgearbeiteten Filtrats, e) Trocknung des Konzentrats.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Quellen mit den höchsten Konzentrationen an Folsäure aus natürlicher Herkunft Bäckerhefe, Bierhefe oder Spezialhefen verwendet werden.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) ein die γ-Glutamylhydrolase enthaltender Pflanzenpresssaft verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hefe mit einem aus Spinat (Spinacia oleracea) oder Rübenblättern (Beta vulgaris) stammenden Presssaft gemischt wird, der neben γ-Glutamylhydrolase auch Folsäurepolyglutamat sowie als weitere Bestandteile die Vitamine B1, B2, B6, C, K, Nicotinamid und Panthotensäure, Flavonoide, Mineralien und Spurenelemente, aber auch Zucker sowie Oxalsäure und Chlorophyll enthält, wobei in den folgenden Schritten b), c) und d) das erhaltene Folsäuremonoglutamat aufkonzentriert wird und die aus dem Presssaft stammenden Zucker und das Chlorophyll abgetrennt werden.
- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Aufarbeitungsschritt b) durch Filtration zunächst die festen Bestandteile einschließlich der Hauptmenge des Chlorophylls aus dem Gemisch abgetrennt werden und in einem weiteren Filtrationsschritt das restliche Chlorophyll abgetrennt wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Filtration im Aufarbeitungsschritt c) aus dem Filtrat das Folsäuremonoglutamat und die pflanzlichen Flavonoide an ein neutrales Adsorberharz durch Adsorption gebunden werden, wobei Zucker und Oxalsäure nicht adsorbiert und somit aus dem Gemisch entfernt werden und danach die Desorption mit lebensmittelverträglichen Lösungsmitteln erfolgt, die anschließend wieder entfernt werden.
- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als lebensmittelverträgliches Lösungsmittel verdünntes Ethanol eingesetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass nacheinander bei der Aufarbeitung des Filtrats in Schritt c) – das Filtrat solange mit Ethanol versetzt wird, bis die Zucker sich abscheiden und – durch anschließende Zugabe von Calciumcarbonat die Oxalsäure in unlösliches Calciumoxalat überführt und ebenfalls ausgefällt wird, – die Mischung einige Zeit stehen gelassen und danach klarfiltriert wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Konzentrationsschritt d) der Alkoholanteil abdestilliert und im Trocknungsschritt e) das verbleibende Konzentrat sprühgetrocknet wird.
- Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das im Konzentrationsschritt d) abdestillierte Ethanol/Wasser-Gemisch dem Prozess wieder zugeführt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Folsäuremonoglutamatanteil abhängig von den verwendeten Rohstoffen zwischen 1 und 8% liegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erhaltene Trockenextrakt als Pulver vorliegt.
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