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Die Erfindung betrifft die Herstellung von Kakaobutterersatz.
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Kakaobutter wird für viele verschiedene Zwecke verwendet; unter diesen
steht an erster Stelle die Verwendung in Schokolade. Jedoch werden auch in der pharmazeutischen
und der kosmetischen Industrie große Mengen Kakaobutter verwendet.
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Unter den natürlich vorkommenden Fetten nimmt Kakaobutter eine besondere
Stellung ein, weil sie bis zu 25° C fest und ziemlich hart ist, einen kleinen Schmelzbereich
hat und bei 35° C fast vollständig flüssig ist.
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Da Kakaobutter teuer ist, wird sie seit langem vollständig oder teilweise
durch billigere Fette ersetzt, wobei jedoch ständig versucht wird, Verbesserungen
aufzufinden. Eine kürzlich gefundene Lösung des Problems, Kakaobutter zu ersetzen,
ist aus der belgischen Patentschrift 545 355 bekannt. Bei dem dort beschriebenen
Verfahren geht man von Palmöl aus, von dem wenigstens 501/o einer niedrigschmelzenden
Glyzeridfraktion durch Kühlen und Auskristallisieren abgetrennt sind. Das feste
Fett kann anschließend wieder gelöst und ein Teil der hochschmelzenden Fraktion
kann davon abgetrennt werden. Das für diese Fraktionierung angewandte Verfahren
besteht darin, daß das Fett in einem Lösungsmittel gelöst und durch Kühlen oder
durch Abdampfen des Lösungsmittels zu einer teilweisenKristallisationgebracht wird.
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Gemäß der deutschen Auslegeschrift 1030159 wird als Ausgangsmaterial
für den gleichen Zweck Schweinefett verwendet, das in der oben beschriebenen Weise
behandelt wird. Ferner wird gemäß der deutschen Auslegeschrift 1030160 Talg und
gemäß der deutschen Auslegeschrift 1030 668 Palmöl als Ausgangsmaterial verwendet.
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In der USA.-Patentschrift 2 678 937 ist ein Verfahren zur Abtrennung
hochmolekularer gesättigter Fettsäureester von Ölen und Fetten durch Auflösen in
einem Lösungsmittel und Kühlen bis zu einer Temperatur, bei der die hochmolekularen
Ester kristallisieren, beschrieben. Das Material wird einige Stunden bei dieser
Temperatur gehalten, dann auf eine um etwa 10° C niedrigere Temperatur gekühlt und
bei dieser Temperatur wiederum für wenigstens 5 Stunden gehalten, wonach die Kristalle
von der Lösung abgetrennt werden. Das in Frage stehende Verfahren ist also eine
reine Kristallisation.
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In der australischen Patentschrift 141500 ist ein Verfahren beschrieben,
wobei fette Öle durch eine partielle Kristallisation mit einem Lösungsmittel, wie
Aceton, getrennt werden. Das Verfahren ist ebenso wie das Verfahren der oben diskutierten
USA.-Patentschrift 2 678 937 eine reine Kristallisation.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird für die Herstellung eines Kakaobutterersatzes
eine Extraktionsmethode angewandt.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von Fettfraktionen,
von denen eine eine Dilatation bei 20° C von mehr als 1200 und eine Jodzahl zwischen
30 und 40 aufweist, unter Verwendung von Aceton aus einem durch Kühlen verfestigten
Fett oder Fettgemisch, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das verfestigte Fett
oder Fettgemisch in mindestens zwei Stufen bei verschiedenen Temperaturen im Bereich
zwischen -5 und -f-35° C mit der jeweils zwei- bis zwanzigfachen Gewichtsmenge des
festen Fettes an Aceton extrahiert und aus diesen Extrakten die einzelnen Fraktionen
in an sich bekannter Weise durch Abdampfen des Acetons gewinnt. Vorzugsweise wird
das Material einmal oder mehrere Male bei der gleichen Temperatur oder bei zunehmenden
Temperaturen zwischen -5 und -I-10° C extrahiert, der die niedrigschmelzende Fraktion
des Fettes (Fraktion 1) enthaltende Extrakt wird entfernt, der Rückstand der Extraktion(en)
wird einmal oder mehrere Male bei der gleichen Temperatur oder bei zunehmenden Temperaturen
zwischen 10 und 35° C extrahiert, und aus dem (den) zwischen 10 und 35° C erhaltenen
Extrakt(en) wird der Kakaobutterersatz (Fraktion 2) gewonnen. Der Rückstand besteht
im wesentlichen aus hochschmelzenden Triglyzeriden (Fraktion 3).
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Gemäß der Erfindung werden also Fette in mehr als zwei Fraktionen
aufgetrennt, wobei eine Fraktion als festes Fett von einem festen Fett extrahiert
wird.
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Eine geeignete Methode besteht darin, daß der (die) Extrakt(e) einer
oder mehrerer Stufe(n) als Extraktionsmittel für die vorangehende(n) Extraktionen)
oder als Lösungsmittel für das Fett oder das Gemisch von Fetten verwendet wird (werden).
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Da die Löslichkeit der gesättigteren Verbindungen, die als Kristalle
von den ungesättigteren Verbindungen abgetrennt werden sollen, größer ist, wenn
mehr ungesättigte Verbindungen in dem Lösungsmittel anwesend sind (vgl. H i 1 d
i t c h, The Chemical Constitution of Natural Fats, 1949, S. 521), hat die Anwendung
mehrerer Stufen den großen Vorteil, daß der größere Teil der ungesättigteren Verbindungen
bei niedriger (niedrigen) Temperatur(en), d. h. bei geringer Löslichkeit der gesättigteren
Verbindungen abgetrennt werden kann. Die vollständige Entfernung der ungesättigteren
Verbindungen kann bei höherer (höheren) Temperatur(en) erfolgen, da die Konzentration
dieser Verbindungen in dem Lösungsmittel dann geringer ist und daher die Löslichkeit
der gesättigteren Glyzeride geringer ist. Auf diese Weise wird eine schärfere Trennung
der Fraktionen gewährleistet.
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Es ist möglich, die Fraktionen durch kontinuierliche Extraktionen,
vorzugsweise in mehreren Stufen, im Gegenstrom zu gewinnen, wobei die Extraktionen
vorzugsweise auf einem horizontalen Filter durchgeführt werden, auf das das Fett
in einer extrahierbaren Form gebracht und von dem der Rückstand (Fraktion 3) am
Ende der letzten Extraktion entfernt wird.
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Das neue Verfahren weist gegenüber den bekannten beträchtliche Vorteile
auf: 1. Vom Standpunkt der Wärmewirtschaftlichkeit ist es der Kristallisationsmethode,
bei der der gewünschte Kakaobutterersatz durch wiederholtes Auflösen des Fettes
oder der Fettkristalle in einer großen Menge Lösungsmittel erhalten wird, überlegen.
In diesem Fall ist beispielsweise ein Erwärmen auf 45°C erforderlich. Danach muß
die Lösung wieder gekühlt werden. Es muß also eine große Menge an Lösungsmittel
ständig erwärmt und wieder gekühlt werden. Auch das Fett wird ständig geschmolzen
und kristallisiert, was Wärme erfordert.
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2. Durch die Extraktion werden von den Kristallen eingeschlossene
niedriger schmelzende Komponenten entfernt, was beim Auskristallisieren und Waschen
nicht der Fall ist.
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Es ist bekannt, daß bei Kristallisationen diese sogenannten Einschlüsse
erfolgen. Daher ist die hochschmelzende
Fraktion bei Anwendung
des Extraktionsverfahrens reiner. Wenn der gleiche Reinheitsgrad mit der Kristallisation
erzielt werden soll, muß entweder sehr langsam kristallisiert oder umkristallisiert
werden. In beiden Fällen ist eine Vergrößerung der Anlage erforderlich.
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3. Die Extraktion auf einem Filter bietet Vorteile gegenüber einer
Kristallisation, wenn unverseifbare Bestandteile in dem Fett anwesend sind, da diese
im Fall einer Extraktion leichter entfernt werden können. Bei der Kristallisation
des Fettes gehen die in Frage stehenden Bestandteile in die kristalline Fraktion.
Bei der Extraktion auf einem Filter erfolgt kein Rühren, und die Permeabilität der
nicht verseifbaren Bestandteile ist größer (der Filterwiderstand geringer) als bei
wiederholtem Auflösen, Rühren und Kristallisieren. Nach diesen Behandlungen ist
es schwieriger oder sogar unmöglich, diese Bestandteile zu filtrieren.
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4. Ein großer Vorteil der Extraktionsmethode besteht darin, daß sie
leicht kontinuierlich durchgeführt werden kann. Eine kontinuierliche Extraktion
auf dem horizontalen Extraktor (vgl. F i g.1) ist beispielsweise leichter durchzuführen
als eine Reihe kontinuierlicher Kristallisationen mit anschließenden Filtrationen.
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Die kontinuierliche Extraktion ergibt ein gleichmäßigeres Produkt
und kann sehr leicht automatisch gesteuert werden.
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Es ist aus der Literatur (vgl. beispielsweise H i 1-d i t c h, The
Cemical Constitution of Natural Fats, 1949, S. 520) bekannt, daß bei Kristallisationen
eine mehr oder weniger starke Übersättigung und eine unregelmäßige Gleichgewichtseinstellung
erfolgen, was zu Schwankungen in der Ausbeute und der Zusammensetzung der abgetrennten
Fraktionen führt. Auch die Mutterlaugen der Kristallisationen werden von diesen
Schwankungen beeinflußt und beeinflussen das Verfahren nachteilig, wenn sie erneut
verwendet werden. Erschwerend kommt noch hinzu, daß die Konzentration der ungesättigteren
Verbindungen in dem Lösungsmittel die Löslichkeit der gesättigteren Verbindungen
beeinträchtigt (vgl. H i 1 d i t c h, S. 521).
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Dies führt zu Schwankungen in der Ausbeute und der Qualität des gewünschten
Produkts, so daß, wenn solche Variationen so gering wie möglich gehalten werden
sollen, eine sorgfältige Überwachung und wiederholtes Unterbrechen des Verfahrens
erforderlich sind.
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Genauer ausgedrückt, die Kristallisationstemperaturen müssen dem Grad
der Übersättigung und der Zusammensetzung der Mutterlaugen angepaßt werden, was
praktisch gar nicht möglich ist.
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Das Extraktionsverfahren weist diese Schwierigkeiten nicht auf. Die
Ausbeute der ersten Extraktionen) zur Abtrennung der Ölfraktion ist konstant, und
ein gleichbleibendes Produkt wird den anschliessenden Extraktionen zugeführt.
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Nach dem Verfahren der Erfindung kann aus Fetten und Gemischen von
Fetten eine Fraktion erhalten werden, die als Kakaobutterersatz verwendet werden
kann und insbesondere für die Schokoladenindustrie geeignet ist. Geeignete Ausgangsmaterialien
sind Palmöl, Sheabutter, Borneotalg, Fett vom Samen der Pentadesma butyracea, Talg
und Schweinefett und Gemische davon. Ein geeigneter Kakaobutterersatz kann auch
erhalten werden, indem man einzeln durch Extraktion dieser Fette erhaltene Fraktionen
vermischt.
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Das Ausgangsmaterial, beispielsweise Palmöl oder ein anderes Fett
oder Fettgemisch, wird in eine extrahierbare Form übergeführt. Dies geschieht durch
Kühlen des Öles, das vorgekühlt und vorkristallisiert oder nicht vorgekühlt und
vorkristallisiert sein kann, auf einer Oberfläche, durch Erstarrenlassen des Öles,
das unter Rühren vorgekühlt oder nicht vorgekühlt sein kann, auf einem Träger oder
dadurch daß man das Öl durch Auskristallisieren aus Aceton in die kristalline Form
überführt. Im letzterwähnten Fall wird in Anbetracht der obigen Erwägungen so wenig
Aceton wie möglich verwendet.
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Das in festem oder halbfestem Zustand vorliegende Fett wird mit Aceton,
das eine Temperatur haben kann, die gleich, niedriger oder höher ist als die des
Fettes, extrahiert. Die Extraktionen erfolgen vorzugsweise stufenweise. Die zuerst
abgetrennte Fraktion ist eine ölige Fraktion, die vorzugsweise mehr als 500!o des
Palmöls bildet, mit einer Jodzahl über 50, die durch Extrahieren entweder in einer
oder vorzugsweise in mehreren Stufen bei Temperaturen von -5 bis -f-10° C erhalten
ist. Danach wird durch Extraktion bis zu beispielsweise 35° C, vorzugsweise in mehreren
Stufen, eine Fraktion mit einer Jodzahl zwischen 30 und 40 und einer Dilatation
bei 20° C von mehr als 1200 erhalten. Der Rückstand der Extraktionen ist ein Produkt
mit einer Jodzahl von vorzugsweise weniger als 10.
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Durch Variieren der Temperatur, der Behandlungsdauer und der Anzahl
Extraktionen kann eine mittlere Fraktion erhalten werden. Diese Fraktion ist Kakaobutter
sehr ähnlich, wie im folgenden an Hand einer Anzahl von Beispielen näher veranschaulicht
wird. In den graphischen Auftragungen der F i g. 2 und 3 sind Dilatations- und Abkühlkurven
im Vergleich mit denen von Kakaobutter wiedergegeben. Die Dilatationen wurden nach
einer genormten Stabilisierung des Fettes gemäß den D.G.F. Einheitsmethoden C-IV
3 e (57) bestimmt. Beispiel 1 Durch Eintauchen eines 1-1-Rundkolbens, der mit einem
Gemisch von Eis und Salz gekühlt war, in Palmöl von 50° C wurde auf diesem Kolben
eine dünne Schicht von 2 bis 3 mm aufgebracht. Das Palmöl wurde noch einmal gekühlt,
indem man den Kolben 15 Minuten in einen Kühlschrank von -15° C setzte.
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Das Palmöl konnte, nachdem es erstarrt und verfestigt war, leicht
mit einem Messer von dem Kolben entfernt werden und wurde nach dem unten angegebenen
Schema einige Male mit 500 ccm Aceton extrahiert. Nach jeder Extraktion wurden die
Flocken und Kristalle auf einem Büchner-Trichter abfiltriert und jedesmal mit 100
ccm Aceton mit einer Temperatur gleich der Extraktionstemperatur gewaschen. Die
extrahierte Menge an Fett betrug 115 g.
| Extraktions- Ausbeute an Fett nach Jodzahl |
| temperatur Abdampfen des Acetons |
| 0 |
| 7o C .... 14,7 g - 53,260l0 626 1 69,9 |
| 220 C .... 42,4 g = 36,900/0 37,0 |
| Rückstand 11,3 g = 9,83 % 7,4 |
Beispiel 2 200 g Palmöl mit einer Jodzahl von 50,8 und einem Gehalt
von 4,8"/o an freien Fettsäuren, berechnet als Palmitinsäure, wurden langsam unter
Rühren auf 10° C gekühlt.
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Die dicke Paste von Kristallen wurde als ein dünner Film auf der runden
Außenfläche einer Anzahl von 1-1-Rundkolben aufgebracht und bis zu 2° C weitergekühlt.
Der harte Fettfilm wurde mit einem Messer abgekratzt, wobei etwa 2 mm dicke Flocken
erhalten wurden.
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65 g dieser Flocken wurden mit Aceton bei 2, 5 und 7' C extrahiert,
wobei das Material während der Extraktionen langsam gerührt wurde. Nach jeder Extraktion
ließ man die Flocken und Kristalle (die während der Extraktion gebildet waren) 15
Minuten absitzen, und die Flüssigkeit wurde absiphoniert. Die Fraktionen wurden
zu einer Flüssigkeit vereinigt, aus der nach Abdampfen des Acetons 41 g Öl (d. h.
63,1%) mit einer Jodzahl von 64,6 erhalten wurden.
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Die Flocken wurden dann bei 22, 25, 28 und 30'- C extrahiert. Nach
Abdampfen des Acetons ergaben die vereinigten Extrakte 18,83 g Fett (d. h. 29,0%
des Palmöls) mit einer Jodzahl von 32,5 und einer Dilatation bei 20° C von 1935
(F i g. 2). Der Rest der Kristalle betrug nach Abdampfen des Extraktionsmittels
4,97 g (= 7,64%) und hatte eine Jodzahl von 4,5. Beispiel 3 Rohes Palmöl wurde unter
Rühren auf 15° C gekühlt und dann durch Kühlen mit Salzlösung auf einer Kühltrommel
bis zu -1° C in die Form von Flocken gebracht.
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200 g dieser Flocken wurden einer Reihe Extraktionen bei 2 und 30°
C unterworfen. Nachdem sie gerührt und extrahiert waren, wurden die Flocken auf
einem Büchner-Trichter abfiltriert und gewaschen. Die Ausgangsmenge betrug 200 g
(Flocken). Bei 2° C wurde die Extraktion viermal durchgeführt, wobei die Gesamtmenge
an Extraktionsmittel und Waschflüssigkeit 1550 ccm betrug.
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Das gesammte Filtrat enthielt 114,5 g = 57,25% Öl mit einer Jodzahl
von 68,0.
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Um die Kakaobutterersatzfraktion zu erhalten, wurde das feste Material
1 Stunde mit 200 ccm Aceton von 30° C extrahiert, filtriert und mit 15 ccm gewaschen
und anschließend ein zweites Mal bei 30° C mit 100 ccm extrahiert und mit 15 ccm
gewaschen. Die insgesamt verwendete Menge an Aceton betrug 330 ccm.
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Nach Eindampfen wurde eine Kakaobutterersatzfraktion von 67,7 g =
33,85% mit einer Jodzahl von 33,7 erhalten.
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Der Rückstand betrug 16,2 g = 8,1% mit einer Jodzahl von 5,8. Beispiel
4 8 kg rohes Palmöl wurden mit 381 acetonischer Mutterlauge (der bei 7° C
durchgeführten Extraktion eines früheren Versuchs) auf 40° C erwärmt und anschließend
unter Rühren auf 2° C kristallisiert.
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Nach Abkühlen der klaren Flüssigkeit wurden die Kristalle dreimal
20 Minuten lang mit 8 1 Aceton von 2° C extrahiert. Nach jeder Extraktion ließ man
das Material 15 Minuten absitzen, wonach die klaren Flüssigkeiten absiphoniert wurden.
Die vereinigten Flüssigkeiten enthielten 4848 g Öl = 60,8% des Palmöls mit einer
Jodzahl von 65,8.
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Danach wurde die Extraktion viermal mit einer Gesamtmenge von 371
Aceton von 7-C durchgeführt. Jede Extraktion dauerte 20 Minuten. Die vereinigten
Flüssigkeiten bilden die Mutterlauge, in der Palmöl für den nächsten Versuch wieder
gelöst werden kann.
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Nun erfolgten drei Extraktionen bei 30° C mit einer Gesamtdauer von
135 Minuten und mit 471 Aceton. Aus den absiphonierten Flüssigkeiten wurden 2292
g = 28,0% Kakaobutterersatz mit einer Jodzahl von 32,3 und einer Dilatation bei
20° C von 1930 und bei 30° C von 900 (F i g. 2) erhalten. F i g. 3 zeigt die Erstarrungskurven
des Kakaobutterersatzes und von Kakaobutter.
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Nach Eindampfen bestand der Rückstand aus 663 g Fett= 8,3% mit einer
Jodzahl von 8,7. Beispiel s 5 kg Palmöl (Jodzahl 52,2, prozentualer Gehalt an freien
Fettsäuren 4,3) wurden aus 15,751 Mutterlauge (Extraktion eines früheren Versuchs
bei 6° C) auf -1,5° C gekühlt, wonach das Material 45 Minuten bei dieser Temperatur
gerührt wurde.
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Die Kristalle wurden auf einem großen Büchner-Trichter abfiltriert
und mit 51 Aceton von -1,5° C gewaschen. Kristallschicht 4 cm, Vakuum 120 mm Hg.
Die Kristalle wurden dann zu der Kristallisationsvorrichtung zurückgeführt und bei
2° C 30 Minuten unter Rühren mit 6,51 Aceton extrahiert, wonach sie wieder auf einem
Büchner-Trichter abfiltriert und noch einmal mit 51 Aceton von 2° C gewaschen wurden.
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Aus den vereinigten Filtraten und Waschflüssigkeiten wurden 2978 g
Öl (59,5611/o) mit einer Jodzahl von 66,8 erhalten.
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Die Kristalle wurden dann 45 Minuten mit 101 Aceton von 6' C extrahiert.
Nach Abfiltrieren auf dem Büchner-Trichter wurden sie mit 51 Aceton von 6' C gewaschen.
Filtrat und Waschflüssigkeit bilden die Flüssigkeit, aus der eine neue Beschickung
von Palmöl kristallisiert werden kann.
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Nachdem die Kristalle von dem Filter entfernt waren, wurden sie 45
Minuten mit 7,51 frischem Aceton und 21 Waschflüssigkeit M.., (s. unten) von 30°
C extrahiert.
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Nach Abfiltrieren wurden die Kristalle einmal mit 1,251 frischem Aceton
von 30' C gewaschen, und die Waschflüssigkeit wurde zu dem Extrakt von 30° C hinzugefügt.
Die Kristalle wurden dann wieder mit 21 Aceton gewaschen, die als M, für einen folgenden
Versuch aufgehoben wurden.
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Von dem Extrakt wurden 1607g = 32,14% Kakaobutterersatz mit einer
Jodzahl von 32,8 und einer Dilatation bei 20° C von 1940 erhalten. Nach Abdampfen
des Lösungsmittels betrug der Rückstand auf dem Filter 386 g = 7,72% mit einer Jodzahl
von 7,1.