DE4418618C1 - Verfahren zur Gewinnung der Lupinen-Alkaloide - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung der Lupinen-Alkaloide, wobei von einem wäßrigen Lupi­ nen-Alkaloid-Extrakt ausgegangen wird und dieser ei­ ner Flüssig/flüssig-Extraktion mit einem Ether unter­ zogen wird.

Aus dem Stand der Technik ist es bisher bekannt, die Alkaloide durch Extraktion des Mehls mit einem orga­ nischen Lösungsmittel zu gewinnen. In der Literatur werden dabei als Extraktionsmittel überwiegend Di­ ethylether vorgeschlagen. Ein derartiges Verfahren ist in Planta Medica 1984, Seite 420 ff. von Kokou Yovo et al, beschrieben. Nachteilig bei diesem Ver­ fahren ist es, daß zur Extraktion mit Diethylethern Etherstabilisatoren benötigt werden, die die Extrakte verunreinigen. Nachteilig ist weiter, daß die Ethylether zur Peroxidbildung neigen, so daß ein gro­ ßer verfahrenstechnischer und apparativer Aufwand nötig ist. Die Reinheit der erhaltenen Alkaloide sind deshalb nicht befriedigend.

Es ist weiter bekannt, insbesondere zur Entbitterung, sogenannte wäßrige Alkaloidextrakte herzustellen. Derartige wäßrige Alkaloidextrakte können auf ver­ schiedene Art gewonnen werden. Ein Beispiel eines derartigen wäßrigen Alkaloidextraktes ist in der EP 0 084 547 offenbart. Danach werden die Lupinensa­ men zu einem Mehl einer bestimmten Korngröße vermah­ len und anschließend in verschiedenen Arbeitsgängen die Lupinensamen mit Wasser vermischt und wieder ab­ getrennt.

Unabhängig von dem vorstehend beschriebenen Verfahren nach EP 0 084 547 lassen sich derartige wäßrige Alka­ loidextrakte auch in einfachster Weise so herstellen, daß einfach das Lupinenmehl mit Wasser vermischt wird und nach Durchmischung und Absetzung der festen Phase der überstehende wäßrige Alkaloidextrakt abgetrennt wird.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren vorzuschlagen, mit dem es möglich ist, einfach, kostengünstig und in großer Reinheit Lupinenalkaloide zu gewinnen.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.

Überraschenderweise konnte nun die Anmelderin zeigen, daß es, ausgehend von wäßrigen Alkaloidextrakten mit­ tels einer Flüssig/flüssig Extraktion mit Ethern mög­ lich ist Lupanin in reiner Form zu gewinnen.

Erfindungsgemäß wird nun so vorgegangen, daß ein wie vorstehend beschrieben hergestellter wäßriger Alka­ loidextrakt auf einen pH von 10 bis 12 eingestellt wird, und daß dann anschließend eine Flüssig/flüssig- Extraktion mit einem Ether durchgeführt wird. Es hat sich dann gezeigt, wenn die organische Phase vor der wäßrigen Phase abgetrennt wird, daß das Lupanin beim Einengen aus der organischen Phase in Form von reinen Kristallen gewonnen werden kann. Das Verfahren zeich­ net sich dabei besonders dadurch aus, daß das Lupanin in kristalliner molekularer Form ohne weitere Verfah­ rensmaßnahmen direkt aus dem Extraktionsmittel gewon­ nen werden kann. Außer Wasser und dem Ether als Extraktionsmittel werden keine weiteren Lösemittel für die Isolierung von Lupanin verwendet. Das so ge­ wonnene Lupanin weist eine Reinheit von < 98% auf.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn als Ether ter­ tier Butylmethylether (tBME) verwendet wird. Der be­ sondere Vorzug des tBME gegenüber herkömmlichen Di­ ethylether besteht darin, daß diese Ether nicht zur Peroxidbildung neigen und dadurch in der technischen Anwendung unbedenklich sind. Dadurch ist es möglich, wenn diese bevorzugte Ausführungsform angewendet wird, daß eine äußerst einfache und damit kostengün­ stige Herstellung möglich ist. In zahlreichen Versu­ chen konnte zudem gezeigt werden, daß es günstig ist, wenn der pH in sehr engen Grenzen, nämlich im Bereich von 10,5 bis 11,5 gehalten wird. Die Verfahrensfüh­ rung im alkalischen bietet zudem den Vorteil, daß keine säurebeständigen Materialien bei den Geräten verwendet werden müssen. Zu einer weiteren Steigerung der Reinheit ist es dann noch möglich, wie allgemein aus dem Stand der Technik bekannt, das erhaltene Pro­ dukt, hier das Lupanin, aus Ethern, z. B. wieder be­ vorzugt aus TBME, umzukristallisieren. Durch diese Maßnahme kann eine nochmalige Steigerung in der Rein­ heit erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet jedoch noch weitere Möglichkeiten. Es ist nämlich auch möglich, daß ggf. die wäßrige Phase aus dem letzten Verfah­ rensschritt (Verfahrensschritt c) bei der Lupaniniso­ lierung weiterverarbeitet wird, um die weiteren Lupi­ nenalkaloide, hier insbesondere das 13-Hydroxylupanin zu gewinnen. Dazu wird nun so vorgegangen, daß die wäßrige Phase aus dem Verfahrensschritt c auf einen pH-Wert < 12,5 eingestellt wird. Anschließend wird dann wiederum eine Flüssig/flüssig-Extraktion, hier nur mit einem chlorierten Kohlenwasserstoff, durch­ geführt. Beim Einengen der organischen Phase aus die­ ser Extraktion hat es sich dabei gezeigt, daß u. a. 13-Hydroxylupanin abgetrennt werden kann. Wichtig bei diesem Verfahrensschritt ist es, daß der pH auf einen Wert < 12,5 eingestellt wird. Ganz besonders bevor­ zugt ist es, wenn der pH hierbei zwischen 13,0 und 13,5 liegt. Bei diesem pH-Bereich konnten die besten Ergebnisse erzielt werden. Als Extraktionsmittel hat sich hierbei Dichlormethan als am geeignetsten erwie­ sen.

Anschließend an den Verfahrensschritt d können mit­ tels Chromatographie die Lupinenalkaloide, insbeson­ dere 13-Hydroxylupanin, aufgetrennt werden.

Die Erfindung wird nachstehend ausführlich anhand eines Beispiels erläutert.

Ausgangsmaterial für die Isolierung der Alkaloide sind gemahlene Lupinensamen (L. albus) mit einem Al­ kaloidgehalt von 2 bis 3% in der Trockenmasse, wovon Lupanin und 13-Hydroxylupanin mit 70% die Hauptalka­ loide darstellen.

Mehlextraktion

Das Mehl wird mit Wasser versetzt und längere Zeit gerührt. Dabei stellt sich eine Gleichgewichtskonzen­ tration der Alkaloide im Mehl und Flüssigkeit ein. Bei Ausgangsmengen von 10 kg Mehl und 90 kg Wasser können nach Phasenabtrennung (beispielsweise mittels Dekanter oder Filtration) ca. 75 kg wäßriger Extrakt mit einem Alkaloidgehalt von etwa 2,5 g/l gewonnen werden. Um daraus eine klare Lösung zu erhalten, muß dieser Extrakt noch aufgereinigt werden. Dies ge­ schieht durch Zentrifugieren oder Separation und an­ schließender Filtration. Die dabei auftretenden Ver­ luste an Extraktlösung bzw. durch Abtrennen an Fest­ stoffen betragen zwischen 15 und 25%. Für die Flüs­ sig/flüssig-Extraktion stehen etwa 60 kg Extrakt zur Verfügung mit einem Alkaloidgehalt von 2,5 g/l. Im Extrakt sind insgesamt 150 g Alkaloide enthalten.

Lupanin-Isolierung Flüssig/flüssig-Extraktion

Dieser wäßrige Extrakt wird mit Natronlauge auf einen pH-Wert von etwa 11 eingestellt und mit tert.-Butyl­ methylether (tMBE) im Verhältnis 1 : 1 (v/v) extra­ hiert. Dabei geht Lupanin vollständig in die organi­ sche Phase über. Für einen konstanten pH-Wert während der Extraktion ist eine pH-Steuerung notwendig, da mit zunehmender Extraktion der pH-Wert fällt und da­ bei den für die Extraktion von Lupanin optimalen Be­ reich verläßt. Somit können 105 g Lupanin und noch weitere 14 bis 15 g Alkaloide in die organische Phase extrahiert werden. Der organische Extrakt enthält etwa 120 g Alkaloide mit einem Lupaninanteil von 88 bis 90%. Der wäßrige Extrakt nach der Extraktion ent­ hält noch etwa 30 g Alkaloide mit einem 13-Hydroxylu­ paninanteil von über 50%.

Organischer Extrakt

Die organische Phase wird auf ca. 1/100 ihres Aus­ gangsvolumens eingeengt (z. B. am Rotationsverdampfer unter Vakuum, ca. 100 mbar, T = ca. 40°C) und das so erhaltene Konzentrat (enthält ca. 90% Lupanin und 10% Restalkaloide und sonstige Verunreinigungen) wird auf ca. -12°C gekühlt. Während dieser Zeit fallen be­ reits weiße Lupaninkristalle aus der Lösung aus. Der Vorgang läßt sich durch Animpfen der gekühlten Lösung mit einem Lupaninkristall beschleunigen.

Die beispielsweise noch durch Abdekantieren des Löse­ mittels gewonnenen Kristalle enthalten ca. 93% Lupa­ nin (94,5 g) und ca. 7% Verunreinigungen (ca. 7 g).

Im organischen Überstand befinden sich ca. 10% des Gesamt-Lupanins sowie Restalkaloide und andere Ver­ unreinigungen (Farbstoffe).

Umkristallisation

Die abgetrennten Kristalle werden ca. mit der 3- bis 5fachen Menge ihres Gewichts mit tBME gelöst und wieder abgekühlt. Nach erneuter Kristallisation, Ab­ trennung der Etherphase und Reinheitsbestimmung von Lupanin weist dieses eine Reinheit von < 98% auf. Die Gesamtmenge an abtrennbarem Lupanin beträgt ca. 85 g, was einer Ausbeute von ca. 80% entspricht.

Durch Wiederholen dieser Prozedur lassen sich Rein­ heiten von über 99% erzielen. Beim Umkristallisieren bzw. Waschen der Kristalle betragen die Lupaninver­ luste ca. 20%.

13-Hydroxylupanin-Isolierung

Der wäßrige Extrakt nach der vollständigen Lupanin­ extraktion dient für die Isolierung von 13-OH-Lupanin (enthält ca. 15 g 13-Hydroxylupanin). Hierzu wird der pH-Wert auf < 12,5 eingestellt und mit Dichlormethan im Verhältnis 1 : 1 extrahiert.

Nach ausreichender Extraktion wird die organische Phase abgezogen und das organische Lösemittel scho­ nend abgezogen. Das verbleibende ölige Konzentrat wird auf eine Silica-Gel-Säule aufgegeben.

Durch Variation des Elutionsmittels mit steigender Polarität (Toluol → tBME → CHCl₃ → tBME → CH₂Cl₂ → CH₂Cl₂/MeOH) werden nacheinander die Verun­ reinigungen und Farbstoffe von der Säule gewaschen, so daß schließlich mit CH₂Cl₂/Methanol-Gemisch eine relativ saubere Fraktion von 13-OH-Lupanin gewonnen werden kann.

Nach Abtrennen des Lösungsmittels kann auf diese Wei­ se ca. 10 g 13-OH-Lupanin als ölige Flüssigkeit (Reinheit < 80%) isoliert werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur Gewinnung des Lupinen-Alkaloids Lupanin und gegebenenfalls weiterer Lupinen-Al­ kaloide wie 13-Hydroxylupanin aus den bei der Verarbeitung bzw. Entbitterung von Lupinensamen erhältlichem wäßrigen Alkaloidextrakt, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der wäßrige Alkaloidextrakt auf einen pH- Wert von 10,0 bis 12,0 eingestellt wird,
• b) eine Flüssig/flüssig-Extraktion mit einem Ether durchgeführt wird, und daß
• c) die organische Phase von der wäßrigen Phase abgetrennt und das Lupanin aus der organi­ schen Phase gewonnen wird, und daß gegebe­ nenfalls
• d) die wäßrige Phase aus dem Verfahrensschritt
• c) auf einen pH-Wert 12,5 eingestellt und anschließend eine Flüssig/flüssig-Extrak­ tion mit einem chloriertem Kohlenwasser­ stoff durchgeführt wird, und daß die weite­ ren Lupinenalkoloide, insbesondere 13-Hy­ droxylupanin, aus der organischen Phase gewonnen werden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert beim Verfahrensschritt a) im Bereich von 10,5 bis 11,5 liegt.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ether (Verfah­ rensschritt b) tert.-Butylmethylether (tBME) ist.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung des Lupanins (Verfahrensschritt c) die organische Phase verdampft wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erhaltene Lupa­ nin durch Umkristallisieren aus Ethern gereinigt wird.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert beim Verfahrensschritt d) im Bereich von 13,0 bis 13.5 liegt.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der chlorierte Koh­ lenwasserstoff Dichlormethan (Verfahrensschritt d) ist.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an den Verfahrensschritt d) eine an und für sich be­ kannte Chromatographie durchgeführt wird, um die Lupinen-Alkaloide aufzutrennen.