DE2446775A1

DE2446775A1 - Verfahren zur destillativen trennung von steringemischen

Info

Publication number: DE2446775A1
Application number: DE19742446775
Authority: DE
Inventors: James Perry Clark; Jimmy Allen Demars; Gerald George Wilson
Original assignee: General Mills Chemicals Inc
Current assignee: General Mills Chemicals Inc
Priority date: 1973-10-05
Filing date: 1974-10-01
Publication date: 1975-04-17
Also published as: NO743574L; JPS587639B2; SE7711688L; CA1016162A; NO141802B; FR2246568B1; JPS5062967A; NO141802C; SE402462B; FI53318C; FI289474A; BR7408249D0; SE7412559L; FR2246568A1; DE2446775C2; FI53318B; US3879431A; GB1480625A

Description

RECHTSANWÄLTE O Λ λ _innl

DR. JUR. DU-¹L-CHEM. WALTER BE* ^U- Sap. V9/4

ALFRED

DR. JUR. D!;'i.-G;M ii.-J. WOLFF

DR. JUR. HAHS CHU. BEiL

FRAN Κι-'υ RT AM MAlN-HOCHSf

Unsere Nr. 19 486

General Mills Chemicals, Inc. Minneapolis, Minnesota, V.St.A.

Verfahren zur destillativen Trennung von Steringemischen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von freie Sterine enthaltenden Gemischen, insbesondere zur Trennung von Sitosterin und Oampesterin enthaltenden Gemischen.

Es wurde bisher als schwierig wenn nicht unmöglich betrachtet, Sitosterin und Campesterin in freier Form technisch zu trennen. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Stoffe nahezu identische Eigenschaften, sowohl physikalisch wie chemisch, besitzen. Die chemischen Formeln von Sitosterin und Campesterin sind tatsächlich identisch mit der Ausnahme, daß Sitosterin eine zusätz^-

509816/1071

liehe Methylengruppe in der Seitenkette besitzt. Die beiden Verbindungen weisen folgende Formeln auf:

Sitosterin

Campesterin

Sitosterin und Gampesterin sind, in den gleichen Lösungsmitteln wie zum Beispiel in heißem Äthylendichlorid löslich, und sie kristallisieren aus kaltem Äthylendichlorid in nahezu dem gleichen Mengenverhältnis, indem sie dem heißen Äthylendichlorid zugesetzt wurden. Die Umkristallisierung erwies sich daher als keine geeignete Methode zum !Trennen von Sitosterin und Gampesterin in technischem Maßstab. Auf Grund der nahezu identischen Formeln und der nahezu identischen Molekulargewichte wäre anzunehmen, daß die Verdampfungstemperaturen im wesentlichen gleich sind. Das Molekulargewicht von Gampesterin ist um etwa 3fo kleiner als das Molekulargewicht von Sitosterin. Der Schmelzpunkt von Sitosterin weicht vom Schmelzpunkt von Campesterin um etwa 5° G ab. In Anbetracht dessen erschien es bisher als nicht praktikabel, Sitosterin und Campesterin technisch zutrennen. Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren bereit _t durch welches Sitosterin und Campesterin enthaltende Gemische in an Sitosterin beziehungsweise Campesterin angereicherte Fraktionen zerlegt werden können.

Das Ausgangsmaterial des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein beliebiges, Sitosterin und Campesterin aufweisendes Gemisch sein. Die verschiedenen ungesättigten Pflanzenöle wie Sojabohnenöl, Baumwollsamenöl, Safranöl, Erdnußöl, Reisöl und der-

509816/1071

gleichen enthalten Sitosterin und Campesterin zusammen mit verschiedenen anderen Stoffen wie zum Beispiel anderen Sterinen (zum Beispiel Stigmasterin) und den höheren aliphatischen Alkoholen. Diese Öle enthalten Sterine in Mengen von weniger als 0,5 Gewichtsprozent (das heiiSt etwa 0,2$). Auch Tallöl stellt eine wichtige Quelle für Sitosterin- und Campesterin-Gemische dar. Das zur Duchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Steringemisch ist vorzugsweise ein konzentriertes Gemisch freier Sterine einschließlich Sitosterin und Gampesterin. Das Steringemisch kann nach beliebiger geeigneter Methode konzentriert werden, zum Beispiel durch 1) Verseifung, Extraktion und Kristallisation; 2) Destillation oder 3) Extraktion mit Propan unter Hochdruck. Das konzentrierte Steringemisch kann ein Nebenprodukt verschiedener technischer Prozesse sein, zum Beispiel der Seifenherstellung oder der Deodorisierung von Ölen. Liegen Sitosterin und Campesterin in Form der Sterinester vor, so wird das Gemisch verseift unter Bildung von freiem Sitosterin und Campesterin. Die Verseifung kann durchgeführt werden, indem man geeignetes Alkali wie zum Beispiel eine alkoholische Kaliumhydroxidlösung zusetzt. Die Sterine, höhere Alkohole und andere, nicht verseifbare Stoffe werden von den verseiften Stoffen wie zum Beispiel verseiften .Fettsäuren und verseiften Harzsäuren abgetrennt. Die nicht verseifbaren Stoffe können von den verseiften Stoffen durch Lösungsmittelextraktion und Kristallisation getrennt werden. Ein typisches Lösungsmittel hierzu ist Äthylendichlorid. Mit anderen Worten, die freien Sterine und bestimmte andere, vorhandene Stoffe können in heißem Äthylendichlorid gelöst werden, worauf die freien Sterine durch Abkühlen der Lösung in stärker konzentrierter Form auskristal—. lisiert werden. Ein großer Anteil der anderen, vorhandenen Stoffe bleibt im kalten Äthylendichlorid gelöst. Die verschiedenen, mit den konzentrierten Sterinen zurückbleibenden Verunreinigungen, d,ie flüchtiger als die Sterine sind, können durch Destillation entfernt werden. Zu diesen Verunreinigungen können Alkohole, Äthylendichlorid und Wasser gehören. Diese Ver-

509816/1071

2U6775

unreinigungen können bei einem Druck zwischen 0,1 und 3*5 mmHg und einer Temperatur von etwa 170 bis 230° G destillativ entfernt werden. Der Rückstand kann anorganische Salze (zum Beispiel Natriumchlorid) und organisches Material (zum Beispiel Teere) enthalten. Unter "Druck" wird in vorliegender Beschreibung jeweils absoluter Druck verstanden. Der Rückstand wird dann fraktioniert unter Bildung einer oder mehrerer an Campesterin angereicherter Fraktionen, wobei eine an Sitosterin angereicherte Fraktion zurückbleibt. Das Sitosterin kann dann destilliert werden, um es von den Rückstandsverunreinigungen abzusondern. Die .Fraktionen können bei einem Dampfdruck zwischen 0,05 und 3,5 mmHg und einer Dampftemperatur von 225 bis 270° G abgetrennt werden. Die Beziehung von Dampfdruck und Temperatur während der Fraktionierung kann durch die Formel T=257 (X · * ■>??> wiedergegeben werden, worin T die Temperatur in Grad Celsius und X den Druck in mm Hg bedeuten. Die Fraktionierung erfolgt in Abwesenheit von Destillierhilfen wie Ölen oder Trägern wie Wasserdampf oder verflüssigten Kohlenwasserstoffen (zum Beispiel Propan oder Methan). Die Destillierhilfen und Träger können zahlreiche Probleme schaffen. Beispielsweise können diese Stoffe unerwünschte Nebenprodukte bilden, zum Beispiel durch Umesterung der Sterine. Diese Nebenprodukte verursachen natürlich einen Produktverlust und vermindern die Reinheit des Endprodukts. Die Destillierhilfen und/oder Träger vermindern durch ihre bloße Anwesenheit die Reinheit und können eine spätere Beseitigung erforderlich machen, die die Produktionskosten erhöht. Bei der erfindungsgemäßen Fraktionierung wurden Verweil^eiten der Sterine in der Destillierblase von bis zu 15 Minuten und gelegentlich sogar langer angewandt.

Beispiel 1

100,5 g eines Soja-Sterine enthaltenden Materials (Steringemisch der Handelsbezeichnung "Generol 100", Hersteller General Mills Chemicals, Inc.) wurde erfindungsgemäß fraktioniert. Das Ma-

509816/1071

2U6775

terial enthielt 90,3 Gewichtsprozent freie Sterine und war wie folgt zusammengesetzt: 21,4$ Stigmasterin, 23,0$ Gampesterin und 45,8$ Sitosterin. Es wurde mit einer üblichen Hochvakiium-Destillationseinrichtung für Laboratoriumszwecke und ciia-r^e-ja*» ■ weise Beschickung gearbeitet/f"Die Temperatur im Destillationskolben betrug etwa 255° C, am unteren Kopf der Vorrichtung etwa 232° G und am oberen Kopf etwa 226° G. Während der Destillation wurden 3 Fraktionen abgenommen, die Ergebnisse zeigt Tabelle I.

	Gewicht d. Fraktion (g)	4	Tabelle	i	,5	$ Sito sterin	1	$ Sterine insges.	,1	Verhältnis Sitosterin Campeste- rin
	11,	9			,7	34,	3	78	,7	1,39
fraktion Nr.	33,	0	$ Campe- sterin		,1	42,	6	89	,4	1,64
I-A	42,	9	24,5	$ Stigma sterin	,0	53,	6	93	,1	2,72
I-B	5,	25,7	19		20,		35		2,75"
I-C	19,7	21
!-Rückstand	7,5	20
	7

Kühlfalle

2,3 Material verworfen,

Beispiel 2

100 g Soja-Sterine enthaltendes Material (Steringemisch der . Handelsbezeichnung "Generol 105", Hersteller Genergl Mills Chemicals, Inc.) wurde erfindungsgemäJ3 fraktioniert. Das Material enthielt 87,3 Gewichtsprozent freie Sterine, die sich wie folgt zusammensetzten: 4,4$ Stigmasterin, 54,9$ Sitosterin und 28,0$ Gampesterin. Das Verhältnis Sitosterin zu Gampesterin betrug 1,95. Es wurde mit einer Vorrichtung gemäß Beispiel 1 gearbeitet, der Druck im System betrug etwa 0,35 mm Hg. Die Temperatur im Destillationskolben lag bei etwa 258° G, am unteren Kopf bei etwa 230 bis 235° G und am oberen Kopf bei 225 bis 235° G. Während der Destillation wurden 3 Fraktionen

/~ Der Druck im System betrug etwa 0,08 mm Hg absolut.

509816/1071

abgenommen, die Ergebnisse zeigt Tabelle II.

Tabelle II

Fraktion Nr.	Gewicht d. *^; Fraktion (β)	0,7	Campe- sterin	* Stigma sterin	$ Sito sterin	* Sterine insges.	Verhältnis Sitosterin/ Campesterin
H-A	10,2	•29,4	3,4	39,4	72,2	1,34
H-B	40,9	30,1	3,7	48,2	82,0	1,60
H-C	40,4	20,6	2,8	52,6	75,4	2,55
II-Rückstand 7,3	2,9	0,5	8,9	12,3	3,07
Kühlfalle

Beispiel 3

i!)in Baumwollsamen-Steringemisch mit etwa 54» 9?° freiem Sterin wurde erfindungsgemäß unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Beispiel 1 behandelt. Es wurde mit 100 g Ausgangsmaterial gearbeitet, in welchem das Verhältnis Sitosterin zu Campesterin 6,91 betrug. Der Druck im System lag bei 0,3 mm Hg. Eine erste Fraktion, die bei einer Temperatur von 130 bis 261° G siedete, wurde in einer Menge von 20,8 g aufgefangen. Das Verhältnis Sitosterin zu Campesterin lag hier bei 6,4, wor_aus eine Anreicherung an Campesterin hervorgeht. Eine zweite Fraktion wurde bei einer Temperatur von 261 bis 266 C aufgefangen in einer Menge von 39,1 g« Hier betrug das Verhältnis Sitosterin zu Campesterin 7,84. Die zweite Fraktion enthielt 69,1f° freie Sterine, der Steringehalt war somit wesentlich gesteigert worden. Auch die Menge an Sitosterin hatte sich spürbar erhöht. Eine dritte Fraktion wurde bei einer Temperatur von 266 bis 278° C in einer Menge von 8,6 g aufgefangen. Hier lag das Verhältnis Sitosterin zu Campesterin bei 15,6, während im Rückstand ein Verhältnis Sitosterin zuaCampesterin von mehr als 20 vorlag.

509816/1071

Beispiel 4

Ein Tallöl-Steringemisch mit einem Gehalt an freiem Sterin von etwa 81,4$ wurde erfindungsgemäß verarbeitet. Das Steringemisch enthielt 73,3$ Sitosterin, 1,0$ Stigmasterin und 7,1$ Campesterin. Es wurde auf 140° C erhitzt und einer Hochvakuum-Fraktioniereinheit (Eckey-Destillator) mit einer Fraktioni^rkapazität von etwa 5 theoretischen Böden zugeführt. Eine Destillatfraktion von etwa 13,5$ wurde bei einer Dampftemperatur von 228° C und einem Druck von 0,5-mm Hg (im Kühlerbereich gemessen) abgezogen. Die Temperatur des die Destilliereinrichtung verlassenden Rückstandsstroms betrug 265° C. Die Destillatfraktion enthielt 41,7$ Sterine, davon 34,6$ Sitosterin, 1,5$ Stigmasterin und 5,6$ Campesterin. Der Rückstand enthielt 86$ freie Sterine, woraus eine spürbare Erhöhung des Steringehalts ersichtlich ist. Im Rückstand lagen 77,2$ Sitosterin, 1,8$ Stigmasterin und 7,0$ Campesterin vor. Die Destillation führte somit zu einer merklichen Erhöhung des Steringehalts und einer Anpassung des Verhältnisses von Sitosterin zu Campesterin.

Beispiel 5

Ein Tallöl-Steringemisch wurde nach der Vorschrift von Beispiel 4 verarbeitet. Der Rückstand enthielt 77,14$ freie Sterine, davon 69,24$ Sitosterin, 1,74$ Stigmasterin und 6,1$ Campesterin. Der Rückstand wurde einer mit Filmauftrag arbeitenden Destilliereinrichtung zugeführt. Die Temperatur des vom Boden der Destillierblasenwand aufsteigenden Stroms betrug 255° C, der Druck in der Destilliervorrichtung lag bei 0,55 mm Hg. Man erhielt eine 82$ des Gemische enthaltende Destillatfraktion. Das Destillat enthielt 90,3$ freie Sterine, davon 80,8$ Sitosterin, 2,1$ Stigmasterin und 7,4$ Campesterin. Der Rückstandsstrom enthielt 17,1$ freie Sterine, davon 16,6$ Sitosterin, weniger als 0,1$ Stigmasterin und etwa 0,5$ Campesterin. Die Destillation führte zu einem Produkt mit sehr hohem Steringehalt und

509816/ 1071

einer merklichen Verschiebung des Verhältnisses Sitosterin zu Campesterin·

Beispiel 6

Ein Steringemisch (Handelsbezeichnung "Generol 105", Hersteller General Mills Chemicals, Inc.) mit etwa 81,9$ freien Sterinen wurde erfindungsgemäiB verarbeitet. Das Gemisch enthielt 52,1$ Sitosterin, 3,0$ Stigmasterin und 26,8$ Campesterin. Es wurde einem Eckey-Destillator zugeführt und bei 1,3 mmHg verarbeitet. Die Dampftemperatur betrug 220 C und die Aufkochertemperatur 280° C. Die Destillatfraktion, enthielt 11,3$ des Steringemischs und wies 64,2$ freie Sterine auf, davon 32,5$ Sitosterin, 2,6$ Stigmasterin und 29,1$ Campesterin. In dieser Fraktion hattet somit das Verhältnis Sitosterin zu Oampesterin spürbar abgenommen. Der Rückstand enthielt 84,2$ freie Sterine, davon 54,6$ Sitosterin, 3,1$ Stigmasterin und 26,5$ Campesterin.

Beispiel 7

Ein Steringemisch der in Beispiel 6 verwendeten Art wurde erfindungsgemäß verarbeitet« Zunächst wurde das Gemisch wie in Beispiel 6 beschrieben behandelt. Der Rückstand enthielt 83,5$ freie Sterine, davon 53,7$ Sitosterin, 3,6$ Stigmasterin und 26,2$ Campesterin. Der Rückstand wurde einer mit Filmaufstrich arbeitenden Destilliervorrichtung zugeführt, die bei einem Druck von 0,8 mmHg betrieben wurde. Die Temperatur des den Boden des Destillierkolbens verlassenden Rückstandsstroms betrug 256° C. Das Destillat enthielt 81$ der Beschickung und besaß einen Steringehalt von 91,3$, davon 58,0$ Sitosterin, 4»2$ Stigmasterin und 29?1$ Campesterin. Der Rückstandsstrom enthielt 67,4$ Sterine, davon 46,0$ Sitosterin, 2,6$ Stigmasterin und 18,3$ Campesterin.

Das erfindungsgemäide Verfahren kann diskontinuierlich durchgeführt werden, wie aus den Beispielen 1 bis 3 ersichtlich, oder

5098 16/107 1

kontinuierlich, wie in den Beispielen 4 bis 6 illustriert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird" das Gemisch freier Sterine zunächst einer Lösungsmittelextraktion mit Methanol, Äthanol, Hexan, Pentan, Äthylendichiorid oder einem Gemisch aus Äthylendichiorid und Hexan unterworfen, um

Verunreinigungen zu entfernen. Die extrahierten Sterine können dann in einer Vorrichtung vom Typ eines Eckey-Destillators fraktioniert werden, um die niedermolekularen Stoffe zu entfernen, die sich bei niedrigerer !Temperatur als die Hauptmenge der Sterine verflüchtigen und bis zu etwa 15$ des Gemische ausmachen. In vorliegender Beschreibung werden unter "Prozent" jeweils Gewichtsprozent verstanden, falls nichts anderes .gesagt wird. Der Hackstand kann dann in einem Verdunster mit Filmaufstrich fraktioniert werden, um an Oampesterin angereicherte Fraktionen und an Sitosterin angereicherte Fraktionen, die bis zu 90$ des Rückstands ausmachen, abzutrennen. Bei diesen Fraktionen hat die Färbung der Sterine nachgelassen, sie sind cremefarben oder nahezu weiß. Der Rückstand kann ein stark erhöhtes Verhältnis von Sitosterin zu uanpesterin aufweisen, bei gleichzeitig niedrigem Gehalt an Sterinen insgesamt. Die Sterine können von den restlichen Stoffen des Rückstands (das * heißt anorganischen Salzen und dergleichen) durch Lösungsmittelextraktion mit den vorstehend genannten Lösungsmitteln, typischerweise Äthylendichiorid, Methanol oder einem Gemisch aus Äthylendichiorid und Hexan, abgetrennt werden.

Als Steringemisch kann erfindungsgemäß jedes beliebige, freies Campesterin und Sitosterin enthaltende Gemisch verwendet v/erden. Das Steringemisch weist vorzugsweise mindestens 50$ freie Sterine (das heißt Campesterin und Sitosterin) und typischer-.weise mehr als 70$ dieser freien Sterine auf. Jedoch können auch Gemische mit niedrigerem Steringehalt erfindungsgemäß verarbeitet v/erden. In jedem Fall liegen die zu fraktionierenden Sterine in Mengen von mindestens 10$ vor.

509816/1071

Die erfindungsgemäß verarbeiteten Sterine können für verschiedene Verwendungszwecke eingesetzt werden. Ζυφ Beispiel kann man Fraktionen mit hohem Sitosteringehalt für die bekannten medizinischen Zwecke verwenden. Zum Beispiel kann eine wässrige
Emulsion eingenommen werden, um eine Reabsorption von Cholesterin im Dünndarm zu verhüten oder zu vermindern. Bei solchen medizinischen Anwendungen sollte der Campesteringehalt niedrig sein, da man annimmt, daß Campesterin die Wirkung des Sitosterins herabsetzt. Die an Sitosterin reichen Fraktionen können
auch in Kunstfutter für Seidenwürmer verwendet werden, die Sitosterin zur normalen Entwicklung benötigen. Die Campesterinfraktionen sowie die Sitosterinfraktionen können auch für verschiedene weitere Zwecke verwendet v/erden.

509816/1Ü71

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Zerlegung von Steringemischen in an Campesterin angereicherte Fraktionen und an Sitosterin angereicherte .Fraktionen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch bei einer Dampftemperatur zwischen 225 und 270 G und einem absoluten Druck zwischen 0,05 und 3,5 mmHg destilliert unter Erzielung einer an Campesterin reichen Destillatfraktion und einer an Sitosterin reichen Rückstandsfraktion.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man der Beziehung von Temperatur und Druck gemäß der Formel T=257(X^+O'°⁵⁵⁵), worin T die Temperatur in Grad Celsius und X den Druck in Millimeter Quecksilber bezeichnen, folgt.

Verfahren zur Herstellung eines 3itosterin und Campesterin enthaltenden gereinigten üteringemischs, dadurch gekennzeichnet, daß man eine freie Sterine enthaltende Beschickung einer Vakuumdestillationseinheit zuführt, wobei mindestens 10$ der freien Sterine aus einem Gemisch aus Sitosterin und Campesterin bestehen, das Material bei einer Dampftemperatur von 190 bis 220° G und einem absoluten Druck von 0,1 bis 3,5 mmHg destilliert unter Entfernung von bis zu 15$ des Materials an Verunreinigungen, den Rückstand einer Destilliereinheit zuführt und bis zu etwa dieses Rückstands abdestilliert, wobei die zweite Destillation bei einer Dampftemperatur von 225 bis 270° C und einem absoluten Druck von 0,05 bis 3,5 mmHg durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Rückstand der zweiten Destillation einer Lösungsmittel-

509816/1U71

extraktion unterwirft un.ter Erzielung eines an Sitosterin angereicherten Sterinprodukts.

5· Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man ein Steringemisch. aus Sojabohnenb'l verwendet, auü welchem die von Sterinen verschiedenen, nicht verseifbaren Stoffe vor der ersten Destillation entfernt worden waren.

6. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß man die lösungsmittelextraktion mit üthylendiehlorid oder
einem Gemisch aus Ithylendichlorid und Hexan durchführt.

7· Verfahren nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß man die lösungsmittelextraktion mit Methanol, Äthanol, Hexan
oder Pentan durchführt.

8. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man ein aus Tallöl erhaltenes Steringemisch verwendet.

9. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man ein aus BaumwollsamenÖl erhaltenes Steringemisch verwendet".

10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein aus Reisöl erhaltenes Steringemisch verwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß man ein aus Safranöl erhaltendes Steringemisch verwendet.

12. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man ein aus Erdnußöl erhaltenes Steringemisch verwendet.

Für: General Mills Chemicals, Inc.

Minneapolis, Minnesota, V.St.A.

Il im

DiZ-Th. J L/Wolf f
Rechtsanwalt

509816/1071