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Verfahren zur Herstellung von Nahrungsmittel-Pflanzenextrakten aus
pflanzlichen Grundstoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
fettlöslichen Nahrungsmittel-Pflanzenextrakten wie z.B.
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ätherischen Fruchtölen und Oleoresinen durch Extraktion von pflanzlichen
Grundstoffen wie z.B. Früchten oder Gewürzen oder von bei der Aufbereitung zerkleinerter
oder dispergierter Pflanzenstoffe anfallenden pflanzlichen Nebenerzeugnissen vermittels
eines organischen Lösungsmittels, sowie auf diese Weise hergestellte Nahrungsmittel-Pflanzenextrakte.
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Die pflanzlichen Stoffe werden zur Extraktion bekanntlich im Anschluß
an eine mechanische Zerkleinerung wie z.B.
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durch Mahlen, Zerschnitzeln, Reiben usw. in einem Lösungsmittel gelöst.
Bei Einsatz der zu diesem Zweck üblichen Lösungsmittel müssen die Grundstoffe ganz
allgemein vorher getrocknet werden. Weiterhin ist die Abtrennung bestimmter organischer
Bestandteile, die nur wenig oder überhaupt nicht wasserlöslich sind, von einem wässrigen
Gemisch oder einer Wasser enthaltenden Masse in vielen Fällen nur schwierig und
unter hohem Kostenaufwand zu bewerkstelligen, insbesondere wenn die zu trennenden
-Stoffe wärmeempfindlich sind.
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Der Einsatz üblicher Lösungsmittel wie z.B. von Kohlenwasserstoffen
oder chlorierten Lösungsmitteln ist im allgemeinen nur für wenig oder nicht hydratisierte
Gemische geeignet. Alkohole und Azeton werden durch Wasser verdünnt und verlieren
dadurch den größten Teil ihres Lösungsvermögens.
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Aus diesen Gründen ist eine vorherige Trocknung erforderlich, die
sich jedoch oft nur schwierig auf wirtschaftliche Weise durchführen läßt, wenn die
Ausgangsstoffe dazu neigen, sich zusammenzuballen oder wärmeempfindlich sind.
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Im Falle von Früchten wie z.B. Südfrüchten führt eine vorausgehende
Trocknung des Grundstoff 5 dazu, daß das gewonnene ö1 nicht von hoher aromatischer
Feinheit ist.
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Durch die Erfindung soll nunmehr ein Verfahren der eingangs genannten
Art geschaffen werden, welches die Extraktion von fettlöslichen ätherischen Ölen,
Oleoresinen oder Farbstoffkonzentraten aus nicht getrockneten oder in Wasser suspendierten
Ausgangsstoffen ermöglicht und eine hohe Extraktausbeute liefert.
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Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß ein organisches Lösungsmittel, dessen
Wasserlöslichkeit unter den Verfahrensbedingungen zwischen 20 und 40 Gew.% beträgt,
und das bei atmosphärischem Druck eine unter 60 OC liegende Siedetemperatur aufweist,
zur Extraktion verwendet und diese ausgehend von feuchten, nassen oder teilweise
getrockneten Grundstoffen ausgeführt wird.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein
Lösungsmittel der allgemeinen Formel H2n+1 Cn-o-cH2-o-cnH2n+1
in
welcher n kleiner ist als 3, verwendet. Dieses Lösungsmittel besteht vorzugsweise
aus Methylal mit der Formel CH2 (OCH3)2 Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet
insbesondere die Gewinnung von ätherischen Ölen von hoher aromatischer Feinheit,
welche gefärbt sind und die natürlichen Antioxidantien der Frucht enthalten. Bei
der Extraktion von Oleoresinen, d.h. öligen Flüssigkeiten aus Lösung von Harzen
in Terpentinöl werden Oeleoresine erhalten, welche die Farbstoffe wie z.B. Karotinoide
und die natürlichen Antioxidantien des Grundstoffs enthalten.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
kann ein Elektrolyt und/oder ein alkalisches Reagenz in einer beliebigen Lösungsstufe,
bei der Trennung und/oder bei der Rückgewinnung des Lösungsmittels zugesetzt werden.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines neuartigen
Nahrungsmittel-Pflanzenextrakts von hoher aromatischer Feinheit, in welchem die
natürlichen Farbstoffe enthalten sind.
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Die Erfindung wirdim nachfolgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele
und der in den Figuren 1 und 2 dargestellten schematischen Arbeitsgänge bei der
Extraktion ätherischer Öle bzw. bei der Extraktion von Oleoresinen näher erläutert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht aus den folgenden grundlegenden
Verfahrensschritten: a) Zerk]einerung des Ausgangsstoffs auf mechanischem Wege,
wobei insbesondere im Falle der Verarbeitung von Früchten die die ätherischen Öle
enthaltenden Zellen aufgebrochen werden;
b) ggf. Zugabe von Wasser
zu der zerkleinerten Masse während oder nach Zerkleinerung; c) Extraktion mit einem
hydrophilen Lösungsmittel, dessen Löslichkeit in Wasser unter den Verfahrensbedingungen
zwischen 20 und 40 % beträgt und dessen Siedepunkt unter 60 °( liegt, wozu als Lösungsmittel
vorzugsweise Methylal verwendet wird; d) Trennung der auf diese Weise erhaltenen
verschiedenen Phasen, nämlich der ggf. vorhandenen wässrigen Phase und der Lösungs-
oder Mischphase, welche die Pflanzenextrakte und die Feststoffe enthält; und e)
Rückgewinnung des Lösungsmittels aus den unterschiedlichen Phasen durch Destillation.
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Wie aus den nachstehenden Beispielen im einzelnen ersichtlich, kann
die Lösungsphase gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung in bestimmten
Fällen nach oder während der Abdestillierung wenigstens eines Teils des Lösungsmittels
mit Wasser gewaschen werden. Außerdem kann während eines beliebigen Verfahrensschritts
ein Elektrolyt zugesetzt werden, um die Phasentrennung zu verbessern und insbesondere
einen Teil des in der wässrigen Phase gelösten Lösungsmittels zu entfernen. Auch
kann ein alkalisches Mittel zugesetzt werden.
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Die Gewinnung von ätherischem Orangenöl wird anhand der Beispiele
1 und 2 veranschaulicht.
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Beispiel 1 Geriebene Orangenschalen aus einem herkömmlichen, industriell
angewendeten mechanischen Reibeverfahren, die in Wasser suspendiert sind (wobei
das Gemisch etwa 20 % Fruchtfleisch enthält) werden unter Agitation mit 60 % Methylal
vermischt, das eine Wasserlöslichkeit von 33 z und eine Siedetemperatur von angenähert
42 OC aufweist. Durch Dekantieren werden drei Phasen getrennt:
a)
Eine wässrige Phase, aus der durch Zusetzen von Salz der größte Teil der gelösten
löslichen Stoffe entfernt werden; b) eine Feststoffphase (Schalen), welche dreimal
extrahiert wird, und zwar jedes Mal mit dem entsprechenden gleichen Gewicht an frischem
Lösungsmittel (Für diesen Verfahrensschritt kann das aus der wässrigen Phase abgetrennte
Lösungsmittel verwendet werden); c) eine gelbe Gemischphase, welche mit der aus
der Schale extrahierten Lösung vereinigt und dann mit natriumchloridhaltigem Wasser
gewaschen wird.
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Die Lösung wird so lange destilliert bis die Temperatur des Rückstands
anzusteigen beginnt. Der Rückstand wird dann mehrmals mit Wasser gewaschen, um die
letzten Lösungsmittelspuren aus diesem auszuziehen. Auf diese Weise wird ein ätherisches
Öl von schöner Rotfärbung erhalten, welches ein außergewöhnlich feines Aroma und
hohe Stabilität aufweist.
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Beispiel 2 -Nach Extraktion des Safts werden das Fruchtfleisch und
die Orangenschalen zerkleinert, mit flüssigem Kalk bespritzt und dann mehrmals in
Lösungsmittel getränkt und jeweils durch Auspressen extrahiert. Die abgetrennte
Flüssigkeit besteht aus einer zuckerhaltigen wässrigen Phase und dem im Lösungsmittel
gelösten ätherischen ö1. Die beiden Phasen werden voneinander getrennt, und das
das gelöste ätherische Öl enthaltende Lösungsmittel wird abdestilliert, wobei die
Destillation zu Ende unter Teilvakuum ausgeführt wird.
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Das auf diese Weise erhaltene ätherische Öl weist eine schöne Rotfärbung,
sowie eine ausgezeichnete aromatische Feinheit und Stabilität auf.
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Das in der wässrigen Phase enthaltene Lösungsmittel wird durch Destillation
rückgewonnen. Auf diese Weise wird ein
Nebenerzeugnis erhalten,
das aus einer konzentrierten Lösung von Zuckern und Pektinen besteht.
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Figur 1 zeigt schematisch den Verfahrensgang bei der industriellen
Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend der Ausführungsform nach
Beispiel 1.
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Die aus einem mechanischen Reibeverfahren A erhaltenen und in Wasser
suspendierten Schalen 10 werden bei B mit der aus dem zweiten Extraktor E gewonnenen,
an Pflanzenextrakt armen Mischung 12 vermischt. Die drei Phasen des so gewonnenen
Gemischs werden bei C voneinander getrennt. Die Feststoffphase 13 wird in den zweiten
Extraktor E eingeführt, in welchem sie mit frischem Lösungsmittel 14 zur Erschöpfung
gebracht wird, und gelangt dann in einen Lösungsmittelrekuperator G, wonach die
Feststoffe (Schalen) ggf bei LT getrocknet und bei 15 rückgewonnen werden.
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Die an Pflanzenextrakt reiche Lösungsphase 16 wird in F mit salzhaltigem
Wasser gewaschen und dann dem mit H bezeichneten Verfahrensschritt zugeführt, in
welchem der größte Teil des Lösungsmittels durch Destillation abgetrennt wird. In
K werden die restlichen, verbleibenden Lösungsmittelspuren durch Waschen mit Wasser
ausgeschieden, das über 18 zugeführt wird. Das ätherische Öl wird bei 20 abgeführt.
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Die in C abgetrennte wässrige Phase 21 wird in D mit den wässrigen
Waschphasen 22, 23 aus K bzw. F vereinigt. Das in D zusammengeführte Lösungsmittel
wird abgetrennt und entweder der Anlage unmittelbar wieder zugeführt oder getrennt
aufbereitet, während das in der wässrigen Phase 25 mitgeführte, in D abgetrennte
Lösungsmittel in L durch Destillation rückgewonnen wird, so daß bei 26 eine wässrige
Lösung erhalten wird.
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Vermittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich gleichfalls
Oleoresine ausgehend von Gewürzen wie z.B.
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Pfefferpflanzen, grauem Pfeffer, grünem Pfeffer, Ingwer, Kurkuma (Gelbwurz)
Üsw. gewinnen.
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Beispiel 3 Weiche Gewürzpfefferpflanzen,die nach den zur Konservierung
angewandten Lufttrocknungsverfahren teilweise luftgetrocknet worden sind, werden
fein zermahlen. Das Pulver wird bei Zimmertemperatur durch Waschen im Gegenstrom
in einem kontinuierlich arbeitenden Extraktor vermittels 200 Gew. % Methylal extrahiert.
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Die die Oleoresine und die Karotinoide enthaltende Lösungsphase wird
dann mit angenähert 10 Vol. z Wasser gewaschen und anschließend bei atmosphärischem
Druck destilliert bis der Rückstand aus der Destillation eine Temperatur von 50
"C erreicht. Die in den Oleoresinen noch vorhandenen Lösungsmittelspuren werden
dann durch eine abschließende Waschung mit Wasser ausgeschieden.
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Beispiel 4 Frische Pfefferpflanzen werden unter Zugabe des doppelten
Gewichts an Wasser, dem ausreichend viel kohlensaures Natron zugesetzt ist, damit
der End-pH-Wert des Gemischs bei etwa 8 liegt, zermahlen. Der Mahlbrei wird mit
dem entsprechenden gleichen Volumen Lösungsmittel versetzt, welches die in Beispiel
t genannten Eigenschaften aufweist. Durch Dekantieren werden drei Phasen erhalten:
- eine schwere wässrige Phase, welche die wasserlöslichen Bestandteile des Ausgangsstoffs
wie z.B. Zucker, Pektine und Eiweißstoffe in Lösung enthält; - eine die Oleoresine,insbesondere
Capsizin, und die Farbstoffe wie z.B. die Karotinoiden enthaltende Lösungsphase;
und
- eine Feststoff-Zwischenphase, welche nach Abtrennung durch
Vermischen mit dem entsprechenden gleichen Volumen Lösungsmittel und Dekantieren
einer zusätzlichen Oeleoresinextraktion unterworfen wird. Der Extraktionsvorgang
wird dreimal wiederholt, wobei jedes Mal frisches Lösungsmittel verwendet wird.
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Die verschiedenen, gewonnenen Lösungsphasen werden zusammengeschüttet,
mit angenähert 10 Vol. % Wasser gewaschen und dann bei atmosphärischem Druck destilliert
bis der Rückstand eine Temperatur von 50 OC erreicht. Die in den Oleoresinen zurückgebliebenen
Lösungsmittel spuren werden dann durch Destillation unter Teilvakuum im Dünnbett
ausgeschieden, wobei jedoch die Temperatur von 60 "C nicht überschritten wird.
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Das in den wässrigen Phasen und in der Feststoffphase verschleppte
Lösungsmittel wird durch Destillation rückgewonnen.
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Die feste Phase enthält nach Trocknung kein Capsizin mehr und ist
beispielsweise als Tierfutter geeignet. Die wässrige Phase enthält die wasserlöslichen
Bestandteile und kann konzentriert und als Zusatz zu Tierfutter verwendet oder weiter
aufbereitet werden, um die einzelnen Bestandteile rückzugewinnen.
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In Figur 2 ist schematisch der Arbeitsablauf bei industrieller Ausführung
des Verfahrensganges nach Beispiel 4 dargestellt. In dieser Zeichnungsfigur werden
für der Fig. 1 gleiche Verfahrensschritte und Verfahrensmittel jeweils gleiche Bezugszeichen
verwendet.
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Die frischen Pfefferpflanzen 30 werden in A unter Zugabe von Wasser
31 und kohlensaurem Natron zermahlen. Der dabei erhaltene Mahlbrei 32 wird in B
mit an Pflanzenextrakt armem Gemisch 33 vermischt, das vom Extraktor E zugeführt
wird.
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Die drei Gemischphasen 34 werden in C voneinander getrennt.
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Die (an Pflanzenextrakt reiche) Lösungsphase 35 wird in F mit Wasser
36 gewaschen. Das Lösungsmittel wird in H unter atmosphärischem Druck abdestilliert,
und die restlichen Lösungsmittel spuren werden aus den Oleoresinen 37 unter Teilvakuum
in K entfernt.
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Das aus dem Wäscher F abgeleitete Waschwasser 38 wird mit der in C
abgetrennten wässrigen Phase)9ereinigt. Das gelöste Lösungsmittel wird in L durch
Destillation rückgewonnen. Die von Lösungsmittel befreite wässrige Lösung 40 wird
zu A rückgeführt, während der Überschuß 41 abgeleitet wird.
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Die in der aus C austretenden Mischung in Suspension befindlichen
Feststoffe 42 werden in dem Extraktor E mit frischem Lösungsmittel 43 im Gegenstrom
gewaschen. Das an Pflanzenextrakt arme Gemisch 33, welches aus dem Extraktor E abgegeben
wird, wird zu B rückgeleitet, während das vom Feststoffrückstand 44 mitgenommene
Lösungsmittel durch Destillation in G rückgewonnen wird. Die Feststoffphase wird
dann in J getrocknet, bevor sie bei 45 aus der Anlage abgegeben wird.
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Beispiel 5 Frisches Kokosfleisch von Kokosnüssen wird zermahlen und
dann mit Methylal vermischt. Nach Trennung beispielsweise durch Dekantieren wird
ein Gemisch aus Kokosnußöl in Methylal erhalten. Dieser Verfahrensschritt wird mit
frischen Lösungsmittelmengen ein-oder mehrmals wiederholt bis ausreichend viel Fettmasse
extrahiert worden ist. Zur Verbesserung der Trennung kann ein Elektrolyt (wie z.B.
Natriumchlorid oder -sulfat) zugesetzt werden. Nach Abdestillieren von Methylal
wird ein klares Öl erhalten, das sehr ausgesprägten Geruch und Geschmack von frischer
Kokosnuß, geringe Azidität und bemerkenswerte Oxidationsstabilität aufweist.
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Beispiel 6 Möhren werden zermahlen und die erhaltene Maische wird
mit Methylal versetzt. Nach Dekantieren wird eine klare Lösungsphase erhalten, die
nach Abdestillieren des Methylals ein öliges Karotinkonzentrat ergibt. Dieser Verfahrensschritt
kann entweder mit der Maische im ganzen oder an dem durch Auspressen erhaltenen
Karottensaft oder auch an dem ausgedrückten Fruchtfleisch oder schließlich auch
getrennt an beiden ausgeführt werden.
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Durch abschließendes Waschen des Karotinöls mit Wasser werden ggf.
vorhandene Lösungsmitteldegradationsprodukte und Lösungsmittelspuren ohne Steigerung
der Temperatur entfernt.
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Beispiel 7 Auf ähnliche Weise läßt sich ein Karotinkonzentrat aus
dem faserigen, feuchten Preßkuchen, durch Wischen oder Zentrifugieren von Ölpalmenfrüchten
extrahieren. Durch Zusetzen einer Alkaliverbindung (wie z.B. Soda oder kohlensaures
Natron) vor oder während der Extraktion kann unmittelbar ein neutrales oder entöltes
Karotinkonzentrat gewonnen werden.
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Die Verwendung der erfindungsgemäßen Lösungsmittel gestattet unter
anderem außerdem die Extraktion von Öl aus feuchten Öltrestern von Oliven, die Extraktion
von Öl und Sterolen, welche in hydratisiertem Pflanzenschleim enthalten sind, der
bei-der Hydratisierung von Pflanzenölen anfällt, die Rückgewinnung des in Neutralisationskuchen
pflanzlicher oder tierischer Öle enthaltenen Öls und die Extraktion eines fettlöslichen
Farbstoffkonzentrats, insbesondere von Chlorophyll und Karotinoiden aus Blattpflanzen
wie z.B. Luzernen, Spinat oder Brennesseln. Im letzteren Falle erfolgt die Extraktion
entweder an dem ganzen, zuvor zermahlenen Grundstoff oder an dem ausgepreßten Saft.
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Abschließend sei darauf hingewiesen, daß sich das erfindungsgemäße
Verfahren allgemein zur Extraktion oder Abtrennung einer oder mehrerer nicht oder
wenig wasserlöslicher Bestandteile aus Gemischen oder wasserhaltigen Pflanzenstoffen
mit oder ohne Zugabe eines Elektrolyts und/oder eines alkalischen Reagenzmittels
in einer beliebigen Verfahrensstufe eignet.
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- Patentansprüche: - -