-
Emulgatorgemisch für Fette für die tierische Ernährung
-
Die Erfindung betrifft ein neues Emulgatorsystem, das zur Herstellung
stabiler Emulsionen von Fetten, insbesondere Futterfettmischungen für die tierische
Ernährung in hervorragender Weise geeignet ist.
-
Bisher wurden solche Emulsionen auf der Grundlage von Lecithin, das
hauptsächlich aus Sojaöl gewonnen wird, hergestellt0 Der Nachteil bestand aber darin,
daß nur spezielle Lecithin-Fraktionen die gewünschte Emulgierbarkeit besaßen Die
Emulgier wirkung durch die pflanzlichen Lecithine ist zudem starken Schwankungen
unterworfen und hängt in erster Linie von der Zusammensetzung der Lecithine und
von der Fettzusammensetzung abO Man war daher gezwungen, entweder vom Lecithin ganz
abzugehen oder aber geeignete Substanzen zu verwenden, die als Hilfsemulgatoren,
sogenannte "Coemulgatoren" wirksam sind0 Man hat schon (s. DT-OS 1 811 424) Mischungen
aus Fettsäuren, Fettsäuresalzen und Fettsäureglyceriden als Emulgatoren für Futterfettmischungen
vorgeschlagen, andere Autoren (sO US-PS 3 600 187) schlugen die Verwendung von oxäthylierten
SorbitanSettsäureestern vor. In DT-OS 1 692 413 wird die gemeinsame Verwendung von
Lecithin, Fettsäureglyceriden und Diacetylweinsäure, also einem ternären Gemisch,
gelehrt.
-
Diese Methoden liefern zwar in einzelnen Fällen befriedigende Emulsionen,
sind aber nur für ganz bestimmte Futtermittelzubereitungen anwendbar, Spezielle
Lecithin-Fraktionen andererseits sind zwar, wie gesagt, in sehr reinem Zustand genügend
wirksam, in dieser Form jedoch zu teuer, Da aber Lecithin als wichtiger Nahrungsmittelgrundstoff
für die tierische Ernährung, insbesondere von Jungtieren, besonders wichtig ist,
bestand die Aufgabe, ein wirksames Emulgatorsystem für Fette
auf
Basis von technischem Lecithin zu entwickeln, das einen Coemulgator enthält, der
die mangelnde Emulgierkraft von Roh-Lecithin ausgleicht0 Dieses Ziel wurde in überraschender
Weise mit einem Emulgatorgemisch zur Emulgierung von für die tierische Ernährung
bestimmten Fetten erreicht, das aus sojaölhaltigem Lecithin als Emulgator und einen
oxalkylierten Monoglycerinfettsäureester als Coemulgator besteht. Er ist gekennzeichnet
durch einen Gehalt an mindestens einem pro Mol durchschnittlich 6- bis 9-fach oxäthylierten
Monoester des Glycerins mit einer 10 bis 24 Kohlenstoffatome aufweisenden natürlichen
ungesättigten Fettsäure insbesondere der ölsäure als Coemulgator.
-
Es zeigte sich, daß diese Kombination hinsichtlich ihrer Verträglichkeit
für die Gesundheit der zu ernährenden Tiere, vor allem von Kälbern und Ferkeln,
und der erreichten Emulsionsstabilität Kombinationen übertrifft, die einmal auf
gesättigten, oxäthylierten Fettsäureglyceriden oder Sorbitanfettsäureestern und
zum anderen auf höher oder niedriger oxäthylierten Verbindungen des erfindungsgemäß
genannten Typs beruhen, Ein zusätzlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Coemulgatoren
besteht in ihrer flüssigen Konsistenz, was für die Handhabbarkeit (Dosierung, Umpumpen,
etcO) bei der Herstellung der Emulsionen beträchtliche Erleichterungen gegenüber
festen, z0B.
-
auf Basis gesättigter Fettsäuren beruhenden Produkten mit sich bringt.
-
Das erfindungsgemäße Emulgatorsystem besteht aus technischem Lecithin,
das bis zu 50 Gew% an Sojaöl (aufgrund seiner Hers.tellung) enthält. Dem Lecithin
werden 15 bis 30 Ges.%, vorzugsweise 20 bis 25 Ges.% - bezogen auf das technische
Lecithin - an oxäthyliertem Glycerinester als Coemulgator zugesetzt.
-
Die Fettsäuregrundlage für die Herstellung der Monoglycerinester bilden
im erfindungsgemäßen Slnne natürliche ungesättigte Fettsäuren mit 10 bis 24 Kohlenstoffatomen
- im folgenden einfach Fettsäuren oder 'FFettsäuregemische" genannt, Bevorzugt wählt
man Fettsäuren oder deren Gemische mit 15 bis 22 C-AtomenO Fettsäuren oder Fettsäuregemische
sind beispielsweise im erfindungsgemäßen Sinne solche, wie Ölsäure, Ricinolsäure
sowie die dem Oliven-, Rüb-, Palm-, Palmkern=, Ricinusi oder Kokosol zugrundeliegenden
ungesättigten Fettsäuregemische0 Auch mehrfach ungesättigte Fettsäuren, wie Leinölfettsäure
uoäO sind Grundlage für die Coemulgatoren0 Die Veresterung der ungesättigten Fettsäuren
oder Fettsäuregemische erfolgt in an sich bekannter Weise durch Veresterung der
Säuren selbst mit Glycerin im Molverhältnis 1 : 1 oder durch Umesterung der Ester,
zoBo der Fettsäuremethylester, vor allem aber der natürlich vorkommenden Glycerintriester
mit der jeweils entsprechenden Menge an Glycerin0 Selbstverständlich fallen bei
diesen an sich bekannten Reaktionen, zu deren Ablauf und Durchführung es an dieser
Stelle keiner speziellen Erläuterung mehr bedarf, auch Diglyceride und in sehr geringem
Maße auch Triglyceride an, was aber die Wirksamkeit der daraus hauptsächlich später
hergestellten Oxäthylate der Monoester nicht beeinträchtigt0 Die entstandenen veresterten
Produkte werden anschließend nach Maßgabe ihrer OH-, Verseifungszahl und anderer
üblicher analytischer Daten in an sich bekannter Weise mit einer Menge an Athylenoxid
umgesetzt, daß die Endprodukte pro Mol durchschnittlich 6,0 bis 9-fach, vorzugsweise
6,5- bis 8,5-fach oxäthyliert sind0 Die Oxäthyllerung der Ester findet bevorzugt
im alkalischen Medium statt, wobei das alkalische Medium durch alle gangbaren alkalisch
reagierender Stoffe hervorgerufen werden kann, soweit sie nicht das Futter physiologisch
nachteilig beeinflussen0 Alkalisch reagierende Stoffe sind
beispielsweise
Alkalihydroxide oder Alkalimetalle selbst, wie Li, Na oder K bzwo LiOH, NaOH, KOH,
Erdalkalihydroxide wie Ca(OH), sowie die Carbonate, Acetate oder insbesondere die
1- bis 4- C-Alkoholate der angeführten Elemente, Außerdem kommen auch quaternäre
Ammoniumhydroxide in Betracht, Die Oxäthylierung findet normalerweise bei 80 bis
1500C, vorzugsweise 110 bis 130 0C bei 3 bis 10 bar in geschlossenen Systemen unter
Inertgas, wie Stickstoff, statt und in diesem Falle dem Verwendungszweck entsprechend
tunlichst unter Ausschluß organischer Lösungsmittel0 Erfindungsgemäß benötigt man
pro Mol Glycerid 6 bis 9 Mol Äthylenoxid, vorzugsweise 6,5 bis 8,5 Mol, Ein 7- bis
8-facher Oxäthylierungsgrad bringt die günstigsten Ergebnisse0 über-und Unterschreitungen
der geforderten Molmengen bringen, wie nachstehende Versuchsergebnisse zeigen, eklatante
Wirkungsverluste hinsichtlich des Emulgiervermögens und der Stabilität der Emulsionen
mit sch, Die Oxäthylate können anhand üblicher Bestimmungsmethoden, wie z.B, ihrer
(OH)-Zahl, Verseifungszahl etc, sowie durch Messung der Emulgierkraft und Emulsionsstabilität
kontrolliert werden0 Eine Fettemulsion enthält erfindungsgemäß 4 bis 10 Ges0% Lecithin/Monoglyceridäthoxylat
bezogen auf das zu emulgierende Fett, Besonders bevorzugt sind 5 bis 8 Gew% an den
erfindungsgemäßen Lecithin/Monogly ceridoxäthylat-Mischungen.
-
Als Futterfette werden üblicherweise Fettmischungen eingesetzt, die
aus tierischen Fetten, Seetierfetten sowie pflanzlichen Fetten bestehen, Zur Bereitung
der Milchaustauschfutter wird das Emulgatorsystem in der Fettmischung gelöst oder
gleichzeitig mit dem Fett in geeigneter Form auf feste Träger wie Milchpulvergemische
(Magermilchpulver, Buttermilchpulver, Molkenpulver) und Stärkeprodukte (aufgeschlossene
Stärketräger, Maisstärke verzuckert, Maiskleber, Getreideflocken, Leinsamen oder
Sojabohnenmehl) aufgebracht0 Es kann auch eine Homogenisierung
in
Magermllch mit anschließender Sprühtrocknung ausgeführt werden0 Das Milchaustauschfutter
kann außerdem noch Traubenzucker oder Invertzucker, Vitamine und Mineralstoffe enthalten.
-
Die Milchaustauschfutter werden in Wasser aufgerührt und an die Tiere
als Tränke verfüttertO Die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Emulgatorsystems
gewonnenen Milchaustauschfutter sind sehr gut dispergierbar und für die Verfütterung
an insbesondere Kälber und Ferkel geeignet.
-
Ernährungsphysiologisch sind die Fettverteilung in der Flüssigkeit
und die Aufrahmgeschwindigkeit von entscheidender BedeutungO Für diese Qualitätskriterien
ist aber wiederum in erster Linie die Emulgierwirkung als Emulgatorgemisch und dabei
insbesondere die Emulgierkraft des verwendeten Coemulgators verantwortlichO Die
nun folgenden Beispiele erläutern die Erfindung bezüglich Herstellung der Coemulgatoren
und ihrer Verwendung in den erfindungsgemäßen EmulgatorsystemenO Teile sind Gewichtsteile,
wenn sie nicht ausdrücklich anders bezeichnet werden.
-
Beispiel 1 5640 Gewichtsteile (20,0 Molteile) ölsäure, 1840 Gewichtsteile
(20,0 Molteile) Glycerin und 55,2 Gewichtsteile Phosphorsäure (3 Ges*% bezogen auf
Glycerin) werden 7Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre unter Rühren auf 1700C
erhitzt. Das Reaktionswasser wird destillativ entfernt, Man erhält 7160 Gewichtsteile
einer hellbraunen Flüssigkeit, die hauptsächlich aus Glycerinmonooleat besteht sowie
etwas Di- und Trioleat und geringe Mengen nicht abreagierte Ausgangssubstanzen enthält.
-
534 Gewichtsteile (1,5 Molteile) des so hergestellten Glycerinmonooleats
werden mit 5,5 Gewichtsteilen Kaliumhydroxidpulver versetzt und in einem Rührautoklaven
mit 495 Gewichtsteilen (11,25 Molteilen) Xthylenoxid portionsweise bei 100 - 1100C
und
4 - 9 bar zur Reaktion gebracht. Nach beendeter Umsetzung neutralisiert man das
Reaktionsgemisch mit Phosphorsäure. Man erhält 1030 Gewichtsteile einer hellbraunen
Flüssigkeit, die ausgezeichnete Wirksamkeit als Coemulgator für O/W-Emulsionen von
Fettgemischen besitzt.
-
Beispiel 2 847 Gewichtsteile (1,0 Molteile) Palmöl, 184 Gewichtsteile
(2,0 Molteile) Glycerin und 5,5 Gewichtsteile Natriummethylat (3 Gewichtsprozent
bezogen auf Glycerin) werden unter Stiekstoffatmosphäre 6 Stunden lang bei 165 -
170 0C unter Rühren erhitzt. Nach dem Abkühlen erhält man 1027 Gewichtsteile eines
festen weißlichen Produkts, das hauptsächlich aus Palmölmonoglyceriden besteht.
-
275 Gewichtsteile (caO 0,8 Molteile) des so hergestellten Palmölmonoglycerids
werden mit 2,8 Gewichtsteilen Natriumhydroxidpulver versetzt und in einem Rührautoklaven
bei 110 - 120 0C und 4 - 9 bar mit 247 Gewichtsteilen (5,6 Molteile) Xthylenoxid
portionsweise zur Reaktion gebracht. Nach beendeter Umsetzung neutralisiert man
das Reaktionsgemisch mit Phosphorsäure. Man erhält 520 Gewichtsteile einer braunen
Flüssigkeit mit sehr guten Eigenschaften als Coemulgator für O/W-Emulsionen von
Fetten.
-
Beispiel 3 276 Gewichtsteile (3,0 Molteile) Glycerin, 888 Gewichtsteile
(3,0 Molteile) ölsäuremethylester und 8,3 Gewichtsteile Natriummethylat (3 Gewichtsprozent
bezogen auf Glycerin) werden zusammengegeben und unter StickstoffatsosphEre 4 Stunden
lang unter Rühren auf 1500C erhitzt. Das bei der Umesterung freiwerdene Methanol
läßt man über eine Destillationsbrücke abdestillieren0 Man läßt auf 1200C abkühlen
und erhitzt bei dieser Temperatur noch 3 Stunden lang unter Wasserstrahlvakuum.
Man erhält 1056 Gewichtsteile einer hellbraunen Flüssigkeit, die hauptsächlich aus
Glycerinmonooleat
besteht. 534 Gewichtsteile (1,5 Molteile) dieses
Glycerinmonooleats werden mit 495 Gewichtsteilen (11,25 Molteilen) Äthylenoxid unter
Verwendung von 5,5 Gewichtsteilen Xaliumhydroxidpulver als Katalysator wie in Beispiel
1 beschrieben umgesetzt. Man erhält 1027 Gewichtsteile einer hellbraunen Flüssigkeit,
die sehr gute Wirksamkeit als Coemulgator für O/W-Emulsionen von Fettstoffen besitzt.
-
Beispiel 4 Zur Beurteilung der emulgierenden Wirkung-werden 20-g Futterfett,
1 g technisches Lecithin und mindestens 0,2 g Coemulgator in einem Becherglas auf
500 C erwärmt; unter Rühren (Magnetrührer) wird mit Wasser von 55 0C auf 100 ml
aufgefüllt und die Emulsion in einen 100-ml-Meßzylinder überführt, Nach 5, 30, 60
Minuten und nach 24 Stunden wird der Volumengehalt an Emulsion in % abgelesen; je
geringer die verwendete Menge an Emulgator und je größer der Volumenanteil der Emulsion
ist, desto besser ist die emulgierende Wirkung, Für die Versuche werden zwei Futterfettmischungen
(I und II) eingesetzt, die einen unterschiedlichen Gehalt an gehärteten und ungehärteten
tierischen und pflanzlichen Fetten aufweisen.
-
Coemulgator Menge Fett Volumengehalt an Emulsion (%) nach (g) 5 Min
30 Min 60 Min 24 Std.
-
Glycerinmonooleat 0,4 I 99 92 90 52 + 3 ethylenoxid 0,4 II 98 93 90
45 Glycerinmonooleat 0,4 I 100 96 93 38 + 5 Äthylenoxid 0,3 II 97 98 98 49 Glycerinmonooleat
0,3 I 97 95 95 40 + 6 Athylenoxid 0,4 II 98 95 93 47 Glycerinmonooleat 0,2 I 100
100 100 97 + 7 Äthylenoxid 0,2 II 100 96 95 67 Glycerinmonooleat 0,2 I 100 100 100
99 + 7,5 Äthylenoxid 0,2 II 100 99 97 70 Glycerinmonooleat 0,2 I 100 100 100 80
+ 8 ethylenoxid 0,2 II 100 99 99 65 Glycerinmonooleat 0,2 I 99 95 95 60 + 9 Athylenoxid
0,3 II 97 90 90 51 Glycerinmonooleat 0,3 I 99 94 94 40 + 12 Athylenoxid 0,2 II 97
87 84 36 Glycerinmonostearat O 0,5 I 97 90 85 -+ 3 Äthylenoxid 0,6 II 98 98 96 55
Glycerinmonostearat 0,5 I 96 90 85 56 + 6 Athylenoxid 0,5 II 97 88 78 53 Glycerinmonostearat
0,4 I 99 93 88 60 + 8 Äthylenoxid 0,5 II 100 98 94 36 Glycerinmonostearat 0,3 I
97 91 87 62 + 10 Äthylenoxid 0,3 II 99 95 92 39 Glycerinmonostearat 0,2 I 98 90
88 62 + 12 Athylenoxid 0,2 II 98 90 86 40 Vergleich Polyoxyäthylen(20)- 1,3 I keine
Emulsion sorbitanmonooleat 1,3 II keine Emulsion Glycerinmonooleat 1,3 I keine Emulsion
1,3 II keine Emulsion Glycerinmonostearat 1,3 I keine Emulsion 1,3 II keine Emulsion
ohne Coemulgator O I keine Emulsion ?o II keine Emulsion
Aus der
Tabelle ist die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Coemulgatoren klar ersichtlich.
Die Zahlenangaben sind ein Maß für das Aufrahmen. 'Volumengehalt an Emulsion = 100
%" bedeutet: kein Aufrahmen. Je geringer das Aufrahmen und je kleiner die Aufrahmgeschwindigkeit,
desto größer ist die durch den betr. Coemulgator bewirkte Emulsionsstabilität.
-
Bei Verwendung von Lecithin allein, also ohne Coemulgator, lassen
sich keine Emulsionen herstellen. Ebenso erfolglos verläuft das Emulgieren mit ungeeigneten
Coemulgatoren wie Polyoxyäthylen(20)-sorbitanmonooleat, Glycerinmonostearat und
Glycerinmonooleat, obwohl diese Verbindungen auf anderen Gebieten als wirksame Emulgatoren
eingesetzt werden0 Es läßt sich anhand der Tabelle deutlich erkennen, daß die erfindungsgemäßen
Coemulgatoren auf Basis ungesättigter Fettsäuren denen auf Basis gesättigter Fettsäuren
überlegen sind und daß der Athoxylierungsgrad kritisch ist. Die mit den erfindungsgemäßen
Coemulgatoren hergestellten Emulsionen zeigen bis zu 60 Minuten Standzeit gar kein
bzwe nur unbedeutendes Aufrahmen und sind selbst nach 24-stündiger Standzeit allen
anderen Emulsionen überlegen. Diese äußerst geringe Aufrahmgeschwindigkeit und die
damit verbundene feine Fettverteilung in der Flüssigkeit bedeutet, daß das Fett
in den mit den erfindungsgemäßen Coemulgatoren hergestellten Emulsionen in einer
ernährungsphysiologisch günstigen Form vorliegt.
-
Weiterhin erkennt man anhand der Tabelle, daß von den erfindungsgemäßen-Coemulgatoren
geringere Mengen zur Herstellung einer Emulsion nötig sind, und daß man trotz der
geringeren Menge stabildere Emulsionen erhält.