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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft die Extraktion von Phytosterolen, Squalen und
Vitamin E aus Rohpalmöl.
Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum
gemeinsamen Extrahieren von Phytosterolen, Squalen und Vitamin E
aus Rohpalmöl.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Palmöl enthält 700-1000
ppm Vitamin E, 300-620 ppm Phytosterole und 250-730 ppm Squalen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von
natürlich
vorkommendem/n Vitamin E, Phytosterolen und Squalen aus Rohpalmöl.
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Vitamin
E ist eine Gruppe von natürlich
vorkommenden lipidlöslichen
Antioxidantien, nämlich
Tocopherolen und Tocotrienolen, die in bestimmten pflanzlichen Ölen vorkommen.
Tocotrienol ist hauptsächlich
in Palmöl,
Weizenkeimöl,
Kokosöl
und Maiskeimöl
zu finden. Tocotrienole weisen stärkere Antioxidanswirkung auf
als Tocopherole, wie in biochemischen Studien nachgewiesen wurde
(Serbinova et al. (1991), J. Pokorny (1987) und Jacobsberg et al.
(1978)). Als vorherrschender Vitamin-E-Typ, der 80 % des gesamten
Vitamins E in Palmöl
ausmacht, weisen Tocotrienole außerdem bekanntermaßen Hypocholesterinwirkung
auf (Tan et al. (1991) und Qureshi et al. (1991)).
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Phytosterole
sind Cholesterin in ihrer Struktur ähnlich, mit der Ausnahme, dass
sie an der 24-Position in der Seitenkette alkyliert sind. Die bei
weitem häufigste
Art von Phytosterolen, die in Pflanzen zu finden ist, sind β-Sitosterol,
Stigmasterol und Campesterol. Diese Verbindungen sind natürliche Bestandteile
der Ernährung
und werden, bezogen auf die Aufnahme in den USA, in Mengen von 100-500
mg/Tag aufgenommen (J.L. Weirauch, J.M. Gradner, Sterol Content
of Foods of Plant Origin, J. Am. Diet. Assoc. 73, 39-47 (1978)).
In Studien, bei denen β-Sitosterol
eingesetzt wurde, zeigte sich eine deutliche Verringerung der Cholesterinmenge im
Blut (J.W. Farguhar et al., Circulation 14, 77-82 (1956)). Palmöl ist reich
an Phytosterolen, wo bei 60 % β-Sitosterol
und die restlichen 38 % Stigmasterol und Campesterol sind. Somit
stellt es eine natürlich
Phytosterolquelle zur Gewinnung dar.
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Squalen
ist ein Hauptbestandteil des Lebertrans von verschiedenen Tiefseehaien.
Es ist ein starkes Antioxidans, das Radikale im Körper einfangen
kann, bevor sie ihre schwächende
Wirkung entfalten können. In
Versuchen wurde nachgewiesen, dass beim Einsatz von Squalen als
Nahrungsergänzungsmittel
dieses präventive
Wirkung in Bezug auf Karzinogenese aufweist.
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Squalen
ist einer der Nebenbestandteile von Palmöl. Es könnte als wertvolles Antioxidans
gewonnen werden, wenn es in hoher Konzentration vorhanden wäre.
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EP 1 097 985 A beschreibt
Verfahren zur chromatographischen Isolation von Nichtglyceridkomponenten,
einschließlich
Vitamin E, Sterolen und Squalen, aus Ölen und Fetten unter Verwendung
eines überkritischen
Fluids in Kombination mit Absorptionsmitteln wie Silicagel.
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WO01/32682
beschreibt Verfahren zur Reinigung von Phytosterolen aus pflanzlichen
Fetten und Ölen.
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EP 992 499 A beschreibt
die Isolation von Tocopherolen und Sterolen aus Ölen und Fetten durch Verfahren,
welche die Veresterung der Fettsäuren
mit einem Alkohol, die Umesterung mit einem basischen Katalysator
und die Destillation zur Entfernung der Fettsäuremethylester umfassen.
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WO0009535,
GB 531226 ,
GB 549931 ,
GB 531224 und
EP 0541999 konzentrieren sich auf
die Gewinnung von Vitamin E oder Vitamin und E Phytosterolen, aber
nicht in einem Verfahren zur gemeinsamen Gewinnung von Vitamin E,
Phytosterolen und Squalen, wie in dieser Erfindung beschrieben.
Diese Verfahren setzen nur eine Einstufen-Vakuumdestillation ein,
die nicht zur Entfernung von hochmolekularen Komponenten dient,
wie es hierin beschrieben ist. Deshalb besteht ein Ziel dieser Erfin dung
in der Bereitstellung eines Verfahrens zur Reinigung und Gewinnung
dieser wertvollen Nebenbestandteile, nämlich Vitamin E, Phytosterole und
Squalen, in ihren Fraktionen, wobei Phytosterole in hoher Reinheit
auskristallisierte.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur gemeinsamen Gewinnung von wertvollen
Palmöl-Phytonährstoffen,
genauer gesagt Vitamin E, Phytosterolen und Squalen, welches die
Schritte eines Säure/Basen-katalysierten
Veresterungs-/Umesterungsvorgangs von Palmöl mit Niederalkylalkohol, einer
Mehrstufenvakuumdestillation von Alkylestern, einer Verseifung des
Phytonährstoffkonzentrats,
einer Kristallisation von Phytosterolen und schließlich der
Trennung von Vitamin E und Squalen mit organischen Lösungsmitteln
umfasst.
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Rohpalmöl wurde
in Alkylalkohol, vorzugsweise Methanol und Ethanol, unter Einsatz
von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid als Katalysator verestert,
um den Glycerinabschnitt von Glyceriden zur Produktion von Alkylestern
und Glycerin mit Alkylgruppen zu substituieren. Die Art von Alkylalkoholen,
die verwendet wird, hängt
von der Flüchtigkeit
der produzierten Alkylester ab, wobei jene Alkylester mit dem niedrigeren
Siedepunkt und der geringeren Alkylkettenlänge in diesem Fall bevorzugt
sind.
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Die
niedriger siedenden Alkylester wurden einer Mehrstufen-Vakuumdestillation,
vorzugsweise einer Dreistufen-Kurzwegdestillation (KWD), bei unterschiedlichen
Betriebsbedingungen unterzogen, wie nachstehend beschrieben ist.
Die erste Kurzwegdestillation diente dem Zweck, etwa 90 % des gesamten
Esters zu destillieren, wobei eine minimale Menge an Vitamin E,
Phytosterolen und Squalen in das Destillat überdestillierte. Die angewandten
Kurzwegdestillationsbedingungen sind eine Temperatur im Bereich
von 70 °C
bis 120 °C
und ein Druck von 1,33 Pa bis 6,67 Pa (10 mTorr bis 50 mTorr). Der
mit Phytonährsstoffen
angereicherte Rückstand
wurde dann einer zweiten Kurzwegdestillation unterzogen, bei der
alle Verunreinigungen und Farbstoffe/Pigmente, einschließlich Carotinen,
Phospholipiden, Glykolipiden, Wachsen, oxidierter Produkte und anderer
langkettiger Kohlenwasserstoffe, entfernt wurden. Die Betriebsbedingungen
sind eine Temperatur im Bereich von 130 °C bis 200 °C und ein Druck unter 0,133
Pa (1 mTorr). Das Destillat aus der zweiten Kurzwegdestillation
wurde dann der dritten Kurzwegdestillation unterzogen, um Vitamin
E, Phytosterole, Squalen und Monoglyceridkonzentrate in einem Gemisch
zu erhalten, wobei die Betriebstemperatur weniger als 120 °C und der
Druck weniger als 0,133 Pa (1 mTorr) betrug. Das gereinigte Konzentrat
ist frei von allen ursprünglichen schweren
Molekülen,
was für
die folgenden Trennungs- und Reinigungsvorgänge entscheidend ist.
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Das
gereinigte Konzentrat wurde einem Verseifungsprozess in Gegenwart
von Hydroxid und Alkohol unterzogen. Die verwendeten Hydroxide sind
Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid, während die verwendeten Alkohole
Methanol, Ethanol und Isopropanol umfassten. Der Verseifungsvorgang
wird vorzugsweise unter Verwendung von Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid
in einer Konzentration von 10 % und Rückfluss in Alkohol über einen
Zeitraum von 30 Minuten bis zu einer Stunde unter einer Inertgasdecke
durchgeführt,
wobei das Inertgas vorzugsweise Stickstoff ist. Die unverseifbaren
Materialien wurden unter Einsatz einer Kohlenwasserstoff-Lösungsmittelextraktion
des Reaktionsgemischs, wie z.B. mit Heptan, Hexan, Isooctan oder
Petrolether, gewonnen. Die Kohlenwasserstoffphase wurde durch reichliches
Waschen mit Wasser neutralisiert, und die gewonnenen unverseifbaren
Stoffe enthielten nur Vitamin E, Phytosterole und Squalen.
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Phytosterole
wurden durch Erhitzungs- und Abkühlungsvorgänge, vorzugsweise
von 65 °C
bis 85 °C auf
10 °C bis
25 °C, aus
dem unverseifbaren Gemisch unter Verwendung eines Wasser/Alkohol/Kohlenwasserstoff-Systems
auskristallisiert. Die kristallisierten Phytosterole wurden abfiltriert,
und zum verbleibenden Teil des Gemischs wurde ein Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel
und Alkylalkohol zugeführt,
um das weniger polare Squalen in die Kohlenwasserstoffphase und
das im Vergleich stärker
polare Vitamin E in die Alkylalkoholphase zu trennen. Die eingesetzten
Alkylalkohole umfassen Methanol, Ethanol, Butanol und Isopropanol,
und die verwendeten Koh lenwasserstoff-Lösungsmittel umfassen Hexan,
Heptan und Isooctan. Vorzugsweise wird das unverseifbare Material
mit einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel,
einem kurzkettigen C1- bis C4-Alkohol
und Wasser in einem Verhältnis
von 25:1:1 vermischt, auf eine Temperatur von 65 °C bis 80 °C erhitzt
und langsam auf eine Temperatur von 10 °C bis 30 °C abgekühlt, um Phytosterole zu kristallisieren.
Weiters ist ein Verfahren bevorzugt, bei dem das Filtrat mit einem
Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel
und einem kurzkettigen C1- bis C4-Alkohol in einem Verhältnis von 5:3 vermischt wird,
um das nichtpolare Squalen in die Kohlenwasserstoffphase und das
polare Vitamin E in die Alkoholphase zu trennen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
- (i) eine erste Kurzwegdestillationsstufe, die
an den durch die Überführung von
Rohpalmöl
in Palmölmethylester
erhaltenen Methylestern durchgeführt
wird, bei einer Temperatur von 70 °C bis 120 °C und einem Druck von 1,33 Pa
bis 6,67 Pa (10 mTorr bis 50 mTorr);
- (ii) eine zweite Kurzwegdestillationsstufe, die an dem in Schritt
(i) erhaltenen Rückstand
durchgeführt
wird, bei einer Temperatur von 130 °C bis 200 °C und einem Druck von weniger
als 0,133 Pa (1 mTorr);
- (iii) eine dritte Kurzwegdestillationsstufe, die an dem in Schritt
(ii) erhaltenen Destillat durchgeführt wird, bei einer Temperatur
unter 120 °C
und einem Druck von weniger als 0,133 Pa (1 mTorr);
- (iv) Verseifung des in Schritt (iii) erhaltenen Rückstands,
durchgeführt
unter Verwendung von Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid in einer
Konzentration von 10 % und Rückfluss
in Alkohol über
einen Zeitraum von 30 Minuten bis zu einer Stunde unter einer Stickstoffdecke;
- (v) Mischen des nicht verseifbaren Materials aus Schritt (iv)
mit Kohlenwasserstofflösungsmittel,
kurzkettigem C1- bis C4-Alkohol
und Wasser in einem Verhältnis
von 25:1:1 und Erhitzen des Gemischs auf eine Temperatur von 65 °C bis 85 °C und langsames
Abkühlen
auf eine Temperatur von 25 °C
bis 30 °C,
um Phytosterole zu kristallisieren.
- (vi) Mischen des in Schritt (v) erhaltenen Filtrats mit einem
Kohlenwasserstoff, ausgewählt
aus der aus Heptan, Hexan und Isooctan bestehenden Gruppe, und einem
kurzkettigen C1- bis C4-Alkohol,
ausgewählt
aus der aus Methanol, Ethanol, Butanol und Isopropanol bestehenden
Gruppe, in einem Verhältnis
von 5:3, um unpolares Squalen in die Kohlenwasserstoffphase und
polares Vitamin E in die Alkoholphase zu trennen;
- (vii) Trennen der beiden Phasen und darauf folgendes Zusetzen
von in Schritt (vi) ausgewähltem
Kohlenwasserstoff zur Alkoholphase und in Schritt (vi) ausgewähltem C1- bis C4-Alkohol
zur Kohlenwasserstoffphase, um das Vitamin E und das Squalen weiter
zu trennen; und
- (viii) Extrahieren von Squalen aus der Kohlenwasserstoffphase
und Extrahieren von Vitamin E aus der Alkoholphase.
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BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
eine schematische Darstellung des Extraktionsverfahrens am Phytonährstoffkonzentrat.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 und die
folgenden Schritte als Beispiel für die im Extraktionsverfahren
involvierten Schritte beschrieben. Die ver wendeten Mengen und Parameter
dienen lediglich als Beispiel und sind, sofern nicht anders angegeben,
nicht darauf eingeschränkt.
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Beispiel 1
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5
kg Rohpalmöl
wurde mit 2,5 kg Methanol und 50 g NaOH als Katalysator verestert.
Die Methylester wurden von Glycerin abgetrennt und durch Waschen
mit Wasser neutralisiert. Die Methylester wurden der ersten Kurzwegdestillation
bei einer Temperatur von 90 °C
und einem Druck von 2,67 Pa (20 mTorr) unterzogen. Der Rückstand
wurde dann einer zweiten Kurzwegdestillation bei einer Betriebstemperatur
von 150 °C
und einem Druck von 0,133 Pa (1 mTorr) unterzogen, um alle Farbstoffe/Pigmente
zu entfernen. Das hellgelbe Destillat wurde dann zur Produktion
von Vitamin-E-, Phytosterol- und Squalen- (Phytonährstoff-)
Konzentraten einer dritten Kurzwegdestillation bei einer Temperatur
von 90 °C
und einem Druck von 2,67 Pa (1 mTorr) unterzogen. Die genauen Analyseergebnisse
der Phytonährstoffkonzentrate
sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
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Beispiel 2
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3
g des in Beispiel 1 oder aus anderen Quellen erhaltenen gereinigten
Phytonährstoffkonzentrats
wurden unter Verwendung von 5 ml 10 % KOH und 20 ml Ethanol verseift.
Das Gemisch wurde 30 Minuten lang unter einer Stickstoffdecke rückflusserhitzt.
Das umgesetzte Gemisch wurde in einen Scheidetrichter mit 10 ml Ethanol,
20 ml heißem
destilliertem Wasser und 30 ml Hexan gegeben. Das Gemisch wurde
geschüttelt
und auf Raumtemperatur abgekühlt,
sodass oben eine Hexanphase und unten eine wässrige Phase vorhanden war.
Die unverseifbaren Materialien, die in Hexan löslich waren, wurden mit der
oberen Phase abgenommen, während
die wässrige
Phase 5-mal mit 30 ml Hexan/Wasser in einem Verhältnis von 9:1 extrahiert wurde.
Die gewonnene Hexanphase wurde durch Waschen mit Wasser neutralisiert,
und alle Lösungsmittel
wurden durch Rotationsverdampfen und Vakuumpumpentrocknen entfernt.
Der Gewinn an Vitamin E, Phytosterolen und Squalen betrug 83 %,
93 % und 86 %. Die genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
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Beispiel 3
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Zu
0,42 g der unverseifbaren Materialien aus der Verseifung von gereinigten
Phytonährstoffkonzentraten
aus Beispiel 2 oder von anderen Quellen wurden 5 ml Ethanol, 5 ml
Hexan und 0,5 ml destilliertes Wasser zugesetzt. Das Gemisch wurde
bis zur Homogenität
geschüttelt
und in zwei Phasen absetzen gelassen. Die obere Hexanphase wurde
von der unteren Ethanol/Wasser-Phase getrennt. Lösungsmittel wurden durch Rotationsverdampfen
und Vakuumpumpentrocknen entfernt. Die Squalenkonzentration in der
Hexanphase betrug 41 %, wobei 97 % gewonnen wurden, und die Sterolkonzentration
in der Ethanolphase betrug 64,7 %, wobei 52,9 % gewonnen wurden.
Die Vitamin-E-Konzentration in der Hexan- und Ethanolphase betrug
12 % bzw. 20,4 %. Die genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle
3 zusammengefasst.
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Beispiel 4
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Zu
0,8 g der unverseifbaren Materialien mit einer Phytosterolkonzentration
von 39,4 % aus der Verseifung von gereinigten Phytonährstoffkonzentraten
aus Beispiel 3 oder von anderen Quellen wurden 2,5 ml Hexan, 0,1
ml Methanol und 0,1 ml destilliertes Wasser zugesetzt. Das Gemisch
wurde auf 70 °C
erhitzt und langsam auf 28 °C
abgekühlt.
Der feste Kristall, der sich bildete, wurde mit einem Saugfilter
abfiltriert und mit reichlich Hexan gewaschen. Die Lösungsmittel
im Filtrat wurden rotationsverdampft und vakuumpumpengetrocknet.
Die Phytosterolkonzentration betrug 99 %, wobei 63,5 % gewonnen
wurden. Die genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle 4 zusammengefasst.
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Beispiel 5
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Zu
0,73 g der unverseifbaren Materialien mit einer Phytosterolkonzentration
von –39,4
% aus der Verseifung von gereinigten Phytonährstoffkonzentraten aus Beispiel
4 oder von anderen Quellen wurden 3,5 ml Hexan, 0,1 ml Methanol
und 0,1 ml destilliertes Wasser zugesetzt. Das Gemisch wurde auf
70 °C erhitzt
und langsam auf 28 °C
abgekühlt.
Der feste Kristall, der sich bildete, wurde mit einem Saugfilter
abfiltriert und mit reichlich Hexan gewaschen. Die Lösungsmittel
im Filtrat wurden rotationsverdampft und vakuumpumpengetrocknet.
Die Phytosterolkonzentration betrug 99 %, wobei 41,7 % gewonnen
wurden. Die genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle 5 zusammengefasst.
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Beispiel 6
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Zu
0,69 g der unverseifbaren Materialien mit einer Phytosterolkonzentration
von 39,4 % aus der Verseifung von gereinigten Phytonährstoffkonzentraten
aus Beispiel 5 oder von anderen Quellen wurden 2,5 ml Hexan, 0,05
ml Methanol und 0,1 ml destilliertes Wasser zugesetzt. Das Gemisch
wurde auf 70 °C
erhitzt und langsam auf 28 °C
abgekühlt.
Der feste Kristall, der sich bildete, wurde mit einem Saugfilter
abfiltriert und mit reichlich Hexan gewaschen. Die Lösungsmittel
im Filtrat wurden rotationsverdampft und vakuumpumpengetrocknet.
Die Phytosterolkonzentration betrug 99 %, wobei 36,8 % gewonnen
wurden. Die genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefasst.
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Beispiel 7
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Zu
0,71 g der unverseifbaren Materialien mit einer Phytosterolkonzentration
von 54,4 % aus der Verseifung von gereinigten Phytonährstoffkonzentraten
aus Beispiel 6 oder von anderen Quellen wurden 2,5 ml Hexan, 0,1
ml Methanol und 0,1 ml destilliertes Wasser zugesetzt. Das Gemisch
wurde auf 70 °C
erhitzt und langsam auf 28 °C
abgekühlt.
Der feste Kristall, der sich bildete, wurde mit einem Saugfilter
abfilt riert und mit reichlich Hexan gewaschen. Die Lösungsmittel
im Filtrat wurden rotationsverdampft und vakuumpumpengetrocknet.
Die Phytosterolkonzentration betrug 99 %, wobei 41 % gewonnen wurden.
Die genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefasst.
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Beispiel 8
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Zu
0,29 g des Filtrats aus Beispiel 5 oder anderer Lösungsmittel
nach der Kristallisation von Phytosterolen wurden 5 ml Hexan und
2 ml Methanol zugesetzt. Das Gemisch wurde bis zur Homogenität geschüttelt und
in zwei Phasen absetzen gelassen. Die obere Hexanphase wurde von
der unteren Methanolphase getrennt. Lösungsmittel wurden durch Rotationsverdampfen
und Vakuumpumpentrocknen entfernt. Die Vitamin-E-Konzentration in
der Methanolphase betrug 31,3 %, wobei 52,6 % gewonnen wurden, und
die Squalenkonzentration in der Hexanphase betrug 51 %, wobei 87,5
% gewonnen wurden. Die genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle
8 zusammengefasst.
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Beispiel 9
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Zu
0,34 g des Filtrats aus Beispiel 7 oder anderer Lösungsmittel
nach der Kristallisation von Phytosterolen wurden 5 ml Hexan und
3 ml Methanol zugesetzt. Das Gemisch wurde bis zur Homogenität geschüttelt und
in zwei Phasen absetzen gelassen. Die obere Hexanphase wurde von
der unteren Methanolphase getrennt. Lösungsmittel wurden durch Rotationsverdampfen
und Vakuumpumpentrocknen entfernt. Die Vitamin-E-Konzentration betrug
51,2 %, wobei 57,5 % gewonnen wurden, und die Squalenkonzentration
in der Hexanphase betrug 44,2 %, wobei 95,4 % gewonnen wurden. Die
genauen Analyseergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengefasst.
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Beispiel 10
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Das
Filtrat aus den unverseifbaren Materialien nach der Kristallisation
von Phytosterolen aus einem gereinigten Phytonährstoffkonzentrat wurde mit
einer Serientrennung von organischen Lösungsmitteln behandelt, um
die Konzentration an Vitamin E und Squalen zu erhöhen. Zu
0,6 g des Filtrats wurden 5 ml Hexan und 3 ml Methanol zugesetzt.
Das Gemisch wurde über
einen Zeitraum von 15 Minuten auf 15 °C gekühlt. Die Hexanphase wurde von
der Methanolphase getrennt und analysiert, wonach 1 ml Hexan zur
Methanolphase und 1 ml Methanol zur Hexanphase zugesetzt wurde.
Nach weiteren 15 Minuten Abkühlen
auf 15 °C
wurden alle Hexan- und Methanolphasen getrennt. Alle Proben wurden
auf den Vitamin-E- und Squalengehalt untersucht. Die Konzentration
von Vitamin E in der Methanolphase nach der zweiten Abtrennung der
Methanolphase betrug 79,3 %, wobei 34,9 % gewonnen wurden. Die Konzentration
von Squalen in der Hexanphase nach der zweiten Abtrennung der Hexanphase
betrug 77,2 %, wobei 65,5 % gewonnen wurden. Die genauen Analyseergebnisse
sind in Tabelle 10 zusammengefasst. Das Verfahren ist in 2 beschrieben.
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