DE69110856T2

DE69110856T2 - Verfahren zum extrahieren von nebenfettverbindungen aus einer substanz biologischer herkunft.

Info

Publication number: DE69110856T2
Application number: DE69110856T
Authority: DE
Inventors: Leon Mentink; Michel Serpelloni
Original assignee: Roquette Freres SA
Current assignee: Roquette Freres SA
Priority date: 1990-09-04
Filing date: 1991-09-04
Publication date: 1995-12-07
Anticipated expiration: 2011-09-05
Also published as: NO913453D0; JPH05502910A; ES2073769T3; EP0498870A1; ES2073770T3; AU8517091A; DE69111048D1; CA2073014A1; ATE124716T1; EP0498869B1; DE69110856D1; EP0498869A1; FI914132A; JPH05505849A; WO1992004431A1; FI914132A0; FR2666345A1; FR2666345B1; US5412127A; DK0498869T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Extraktion von Nebenfettverbindungen, insbesondere von Steroiden und ganz besonders von Cholesterol aus einer Substanz biologischer Herkunft.
Mit "Nebenfettverbindungen" bezeichnet man alle fetten, nicht glyceridischen Bestandteile, die in den natürlichen Fettsubstanzen enthalten sind. Es kann sich hierbei um Steroide, insbesondere Sterole, Fettalkohole, lipolösliche Vitamine, Pigmente, Kohlenwasserstoffe, freie Fettsäuren, Abietinsäure, Pimarinsäure, Verbindungen von Aromen u.ä. handeln.
Genauer gesagt wird auf die Definition Bezug genommen, die in "Manuel d'analyse des corps gras" JP WOLF - Ed Azoulay - Paris 1969, Seiten 11 und 25 angegeben wurde.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck "Steroide" alle Verbindungen, die ein mehr oder weniger hydriertes Cyclopentanophenanthren-Gerüst besitzen. Viele dieser Verbindungen sind Alkohole und werden als Sterole bezeichnet. Sie können in Form von Estern vorliegen, insbesondere denen von Fettsäuren, und werden gemeinhin "Ceride" genannt.
Das Cholesterol gehört zu den Sterolen. Es ist seit langem bekannt, daß es den Hauptbestandteil der Gallensteine bildet. Seine Bekanntheit ist seit kurzem auf die Verbindung mit Kreislaufstörungen zurückzuführen und insbesondere auf die Verhärtung der Arterien.
In den Fettkörpern tierischer Herkunft findet man im wesentlichen nicht verestertes Cholesterol. Als überwiegender Teil in unserer Nahrung bilden diese tierischen Fettkörper somit eine nicht zu vernachlässigende Quelle für Cholesterol, das im Fall seines Überschusses die Ursache für schwere cardiovasculäre Erkrankungen sein kann, darunter insbesondere der Myocardinfarkt.
Die Fettkörper pflanzlicher Herkunft enthalten kein Cholesterol, jedoch Phytosterole mit sehr ähnlicher Struktur, wie beispielsweise: β-Sitosterol, Campesterol, Stigmasterol, Brassicasterol, Δ-7-Stigmasterol, Δ-5-Campesterol, Δ-5-Avenasterol, Δ-7-Avenasterol, Δ-7-9-Sigmatadienol, Fucosterol oder Ergosterol.
Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich ebenfalls auf oxydierte Derivate von Steroiden: die Sterone. Diese Verbindungen finden sich insbesondere in den Fritierölen, die mehrmals wiederverwendet werden. Ihre Anwesenheit in den Nahrungsprodukten ist nicht erwünscht, denn sie sind nicht frei von toxischen Wirkungen.
Außerdem sind die Steroide Produkte mit hohem Wert, sowohl in ökonomischer als auch in technischer Hinsicht. Sie sind nämlich geeignet, Ausgangsstoffe der Wahl für die Herstellung von Vitamin-Verbindungen (Ergosterol: Vitamin D2) oder Hormonen (Aquilenin, Östron, Progesteron, Testosteron oder Cortison u.a.) zu bilden. Außer ihrer pharmazeutischen Anwendung können die Steroide und ganz besonders die Sterole und ihre Fettsäureester (Ceride) in der kosmetischen Industrie als Emulgatoren verwendet werden.
Was die anderen Nebenfettverbindungen betrifft, so kann man einerseits die im Hinblick auf die Ernährung oder die Technologie unerwünschten Verbindungen wie die freien Fettsäuren, die eine Oxidation begünstigen, die Abbauprodukte wie die polymerisierten Säuren, die schlecht riechenden Verbindungen, die Farbstoffe und die geschmacksintensiven Verbindungen oder andere, und andererseits die Verbindungen mit hohem Ernährungswert oder technologischem Wert unterscheiden, wie die lipolöslichen Vitamine, die essentiellen Fettsäuren (Linoleinsäure, α-Linoleinsäure, γ-Linoleinsäure, Arachidonsäure, DHA, EPA), die seltenen Fettsäuren (Ricinolsäure, Abietinsäure) und die Verbindungen von Aromen.
Es sind daher aus mehreren Gründen alle technischen Entwicklungen zu rechtfertigen, die darauf abzielen, die Nebenfettverbindungen aus den biologischen Fettsubstanzen zu extrahieren. Insbesondere versteht man unter diesem Begriff einerseits die tierischen Fettsubstanzen, wie sie auch vorrätig sein mögen, wie die Fischöle oder die tierischen Öle (Talg, Geflügelfett, Schweineschmalz ...) mit einer Struktur wie sie in den Geweben von Muskeln, Placenta oder Nerven enthalten ist (Fleisch, Eier, Rückenmark, Hirn ...) oder die Fette aus der Drüsensekretion wie die Milchfette oder der dermalen Sekretion wie die Ceride (Lanolin) und andererseits die pflanzlichen Fettsubstanzen. Schließlich kann es sich um eine Mischung von tierischen und pflanzlichen Fettsubstanzen handeln, wie bei den Margarinen.
Es wurden bereits verschiedene Methoden zur Extraktion der Nebenfettverbindungen aus den Fette enthaltenden biologischen Substanzen vorgeschlagen.
An erster Stelle existieren Techniken zur Extraktion von Steroiden, insbesondere von Cholesterol.
Eine dieser Techniken besteht darin, die Fettsubstanz tierischer Herkunft mit Digitonin (Glucosid des Digitogenins) in Kontakt zu bringen, das die Eigenschaft besitzt, mit dem Cholesterol zu reagieren und einen unlöslichen Niederschlag zu bilden. Die Leistungsfähigkeit und die Resultate dieser Methode sind wegen der Schwierigkeit der Abtrennung des Niederschlages von dem Medium nicht befriedigend. Im Großen und Ganzen gesehen ist diese Methode im industriellen Maßstab, insbesondere bei Nahrungsmittel-Produkten, nicht anwendbar.
Das Cholesterol kann ebenfalls aus den Eettsubstanzen durch Mitnahme mit Hilfe eines Lösungsmittels extrahiert werden. Der größere Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die im allgemeinen verwendeten Lösungsmittel toxisch sind und daß immer Spuren in den entsprechenden Fettsubstanzen verbleiben.
Man kennt ebenfalls Verfahren zur Mikrodestillation, die im industriellen Bereich nicht anwendbar sind, oder auch die Absorption auf Kolonnen, wie beispielsweise in den europäischen Patentanmeldungen No. 0 174 848 und No. 0 318 326 angegeben. Diese Anmeldungen beschreiben ein Verfahren, gemäß dem man die im flüssigen Zustand gehaltenen Fettsubstanzen über eine Absorberkolonne, gegebenenfalls mit Aktivkohle, passieren läßt. Es ist verständlich, daß ein derartiges Verfahren sehr schwierig durchzuführen ist und obendrein ist auch die Extraktion nicht sehr selektiv.
Ein anderes physikalisch-chemisches Verfahren zur Extraktion von Cholesterol aus Fetten ist in der japanischen Patentanmeldung No. 59 140 299 veröffentlicht worden. Es besteht darin, eine mit Cholesterol beladene Substanz wie Milchpulver mit superkritischem CO&sub2; bei einer Temperatur zwischen 35 ºC und 45 ºC und einem Druck zwischen 130 und 200 atm in Kontakt zu bringen. Das Einhalten dieser physikalischen Bedingungen erfordert die Verwendung einer umfangreichen und kostspieligen Anlage. Die Prozeßführung ist daher außerordentlich diffizil. Außerdem ist in der Patentanmeldung ausgeführt worden, daß auch andere lipidische Verbindungen von dem superkritischen CO&sub2; mitgeführt werden. Dieses Verfahren ist demnach nicht selektiv.
Zur Entfernung von Sterolen aus Fetten ist ebenfalls ein Verfahren zur Biodegradation der genannten Sterole vorgestellt worden, veröffentlicht in der europäischen Patentanmeldung No. 0 278 794. Dieses Verfahren setzt Bakterien ein, die mit der Fettsubstanz in Kontakt gebracht werden und fähig sind, die enthaltenen Sterole zu metabolisieren. Wie bei allen Verfahren, die mit Fermentationen im Zusammenhang stehen, ist dieses Verfahren der Biodegradation wegen der Variabilität, die der lebenden Materie innewohnt, sehr heikel durchzuführen. Außerdem sind die verwendeten Materialien und die relativ lange Dauer Elemente, die ein derartiges Verfahren kostenaufwendig gestalten. Schließlich sind die bei diesen Fermentationen produzierten Catabolite, die in den auf diese Weise behandelten Fettsubstanzen vorliegen, im Hinblick auf ihre Beschaffenheit und ihre Toxizität bis heute völlig unbekannt.
Aus der europäischen Patentanmeldung No. 0 256 911 ist auch ein Verfahren zur Entfernung von Cholesterol bekannt, das in Fettsubstanzen tierischer Herkunft enthalten ist. Es basiert auf der seit 1958 bei Cyclodextrinen (cyclische Polyglycosen mit röhrenartiger, kegelstumpfförmiger Struktur und 6, 7 oder 8 Glucoseeinheiten, jeweils mit α-, β- oder γ-Cyclodextrin bezeichnet) bekannten Eigenschaft, in ihrem hydrophoben Hohlraum Moleküle von Sterol und insbesondere von Cholesterol aufzunehmen, um in Wasser lösliche Einschlußkomplexe zu bilden. Nach diesem Verfahren wird die flüssig gehaltene Fettsubstanz im wäßrigen Medium mit einem Cyclodextrin unter Rühren und unter nicht oxydierender Atmosphäre 30 Minuten bis 10 Stunden lang in Kontakt gebracht, so daß die Bildung von Komplexen ermöglicht wird. Die Abtrennung dieser Komplexe erfolgt anschließend durch Mitnahme mittels Wasser, das diese Komplexe löst. Die auf diese Weise erhaltene wäßrige Lösung wird dann nach Dekantation gesammelt. Die erhaltene lipidische Phase soll mehrmals wiederholt mit Wasser gewaschen werden, um die Spuren des Komplexes zu entfernen. Die Bedingungen zur Durchführung dieses Verfahrens scheinen relativ erzwungen zu sein. Eine der hauptsächlichsten zu beachtenden Einschränkungen ist das Aufrechterhalten einer nicht oxydierenden Atmosphäre auf der Basis von Stickstoff während der gesamten Dauer des In-Kontakt-Bringens. Diese Dauer ist außerdem für die Praxis sehr lang, denn wenn man sich auf die Beispiele bezieht stellt man fest, daß sie immer mindestens 3 Stunden beträgt.
Die Ausbeute der Extraktion von Cholesterol durch dieses Verfahren ist wenig erhöht. In der Mehrzahl der Fälle beträgt sie nämlich nur 41 %, und dies nach drei aufeinanderfolgenden Extraktionen, wie in dem Beispiel 3 der Beschreibung zu dieser europäischen Patentanmeldung gezeigt.
Die Menge an Wasser, die für das In-Kontakt-Bringen vor der Abtrennung erforderlich ist, stellt nicht weniger als Gew.-% dar, bezogen auf die zu behandelnde Fettsubstanz.
Ebenfalls nach dem gleichen Prinzip der Anwendung von Cyclodextrinen für die Extraktion von Steroiden beschreibt die europäische Patentanmeldung No. 0 326 469 ein Verfahren zur Entfernung von Steroidverbindungen, die in einer Substanz biologischer Herkunft enthalten sind. Gemäß diesem Verfahren wird die Substanz biologischer Herkunft, im verflüssigten Zustand, wenn es sich um ein bei Normaltemperatur festes Fett handelt, mit einem Cyclodextrin im wäßrigen Medium in Kontakt gebracht. Der Kontakt verläuft 5 Stunden lang unter Rühren bei einer Temperatur in der Größenordnung von 40 ºC. Anschließend nimmt man eine Abtrennung der Komplexe Cyclodextrin/Steroide vor. Hierbei muß man feststellen, daß in allen Beispielen nur die reelle Dauer des Kontaktes angegeben wurde, die mit minimal 5 Stunden sehr lang ist.
Die geringen, in den Beispielen angegebenen Ausbeuten der Extraktion von Sterolen bestätigen den Mangel dieses Verfahren an Effektivität.
Bei dem In-Kontakt-Bringen vor der Abtrennung enthält das Reaktionsmedium mehr als 100 Gew.-% Wasser, bezogen auf die zu behandelnde Substanz und ausgedrückt in Trockensubstanz.
An zweiter Stelle wurden Verfahren zur Extraktion von Nebenfettverbindungen vorgeschlagen, die keine Steroide sind.
Unter diesen Verfahren kann man das in dem US-Patent 3 491 132 beschriebene Verfahren nennen, das darauf abzielt, den Gehalt an freien Fettsäuren in glyceridischen Ölen mit Hilfe von Cyclodextrin herabzusetzen. In diesem Fall wird das Cyclodextrin mit dem fetten Medium in Anwesenheit von beträchtlichen Wassermengen in Kontakt gebracht, die von 200 bis 1000 % schwanken, bezogen auf das behandelte Fettmedium.
Diese drei letzten in den europäischen Patentanmeldungen No. 0 256 911 und No. 0 326 469 sowie dem Patent US 3 491 132 beschriebenen Verfahren besitzen gemeinsam mindestens einen schwerwiegenden Nachteil, nämlich den, daß sie im wäßrigen Medium stattfinden und sehr große Mengen an Wasser für das In- Kontakt-Bringen benötigen.
Es ist offensichtlich, daß die Verwendung derartig großer Wassermengen ein Handicap im industriellen Maßstab darstellt, denn es sind große Reaktionsvolumina zu handhaben, was Ausrüstungen mit hoher Kapazität erfordert, die umfangreich und kostspielig sind. Außerdem muß man neben den direkten Kosten, die nicht zu vernachlässigen sind, auch die berücksichtigen, die durch die Behandlung der erhaltenen Flüssigkeitsströme, die aus der Trennung stammen, verursacht werden. Diese Behandlung stellt eine umso größere Belastung dar, je umfangreicher diese Flüssigkeitsmengen sind.
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist festzustellen, daß die Techniken zur Extraktion von Nebenfettverbindungen mit Hilfe von Cyclodextrin, die dennoch insbesondere wegen der Qualität der erhaltenen Produkte am befriedigendsten sind, im Bereich der ökonomischen und technischen Rentabilität noch nicht optimiert wurden.
Indem sich die Anmelderin mit dem technischen Fortschritt auf diesem Gebiet befaßt hat, kommt ihr das Verdienst zu, nach längeren und zahlreichen Untersuchungen gefunden zu haben, daß es vorteilhaft und vorzuziehen ist, das In-Kontakt-Bringen bei einer Temperatur durchzuführen, bei der sich die Mischung aus zu behandelnder Substanz, Cyclodextrin und Wasser in einem halbfesten Zustand befindet, das heißt in einem Zustand, bei dem die in der genannten Substanz enthaltenen Fettkörper nicht vollständig gelöst sind.
Es wurde ebenfalls gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn die genannten Fettkörper flüssig oder fest sind, so zu verfahren, daß das Cyclodextrin in dem Extraktionsmedium immer in nicht gelöster Form vorliegt. Dies ist der Gegenstand einer anderen, parallelen internationalen Patentanmeldung, veröffentlicht unter der Nr. WO-A-92/04431.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur Extraktion von Nebenfettverbindungen, insbesondere von Steroiden und ganz besonders von Cholesterol, aus einer Substanz biologischer Herkunft mit Hilfe von Cyclodextrin, wobei das Cyclodextrin unter Rühren und in einem Wasser umfassenden Reaktionsmedium mit der zu behandelnden Substanz in Kontakt gebracht wird, so daß die Bildung von Einschlußkomplexen zwischen dem Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen ermöglicht wird, und diese Komplexe anschließend von der genannten Substanz abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das In-Kontakt-Bringen zwischen Cyclodextrin und zu behandelnder Substanz bei einer solchen Temperatur erfolgt, daß sich die in der genannten Substanz enthaltenen Fettkörper in einem erstarrten Zustand befinden.
Unter erstarrtem Zustand versteht man im Sinne der vorliegenden Erfindung einen Zustand, bei dem der Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern höher oder gleich 5 Gew.-% beträgt.
Dieser Gehalt an festen Fettkörpern ist eine übliche Größe auf dem Gebiet der Technologie der Lipide. Sie läßt sich durch magnetische Kernresonanz niedriger Auflösung mit Hilfe von Impulsions-Minispektrometern messen.
Die Impulsions-NMR, die auf der Tatsache basiert, daß die Moleküle der Fettkörper in der flüssigen Phase einen höheren Mobilitätsgrad besitzen als die Moleküle der festen Phase, ermöglicht die Bestimmung des Prozentsatzes der festen oder flüssigen Fette. Das Prinzip und die Anwendungen dieser Methode sind beispielsweise in Revue R.I.B.C. von Januar-Februar 1985, No. 80, Seiten 23 bis 26, oder in Revue I-A-A von Mai 1988, Seiten 463 bis 471 oder von Juni 1988, Seiten 463 bis 470, beschrieben.
Im Gegensatz dazu, was der Stand der Technik insbesondere in den vorstehend genannten europäischen Patentanmeldungen No. 0 256 911 und 0 326 469 und dem Patent US No. 3 491 132 empfiehlt, hat die Anmelderin in überraschender und unerwarteter Weise herausgestellt, daß der erstarrte Zustand der Fettkörper, der in die Struktur der zu behandelnden Substanz eingeht, einem für die Komplexbildung der Nebenfettverbindungen, insbesondere der Steroide, mit dem Cyclodextrin in der Stufe des In-Kontakt- Bringens unter Rühren vorteilhaften Zustand entspricht.
Vorteilhafterweise werden die Arbeitsbedingungen in der Weise gewählt, daß der Gehalt an festen Fettkörpern höher oder gleich 10 %, und ganz besonders bevorzugt höher oder gleich 30 % beträgt.
In Übereinstimmung mit einer vorteilhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt die in dem Reaktionsmedium anwesende Wassermenge bei dem In-Kontakt-Bringen und vor der Abtrennung niedriger als 100 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zwischen 20 und 60 Gew.-%, bezogen auf die Menge an zu behandelnder Substanz, ausgedrückt in Trockensubstanz.
Indem man auf diese Weise die verwendeten Wassermengen begrenzt, verringert man in bemerkenswerter Weise alle Kosten der Durchführung des Extraktionsverfahrens und dessen Anwendung gestaltet sich flexibler und bequemer.
Darüber hinaus sind die Ausbeuten der Extraktion während der Dauer des kürzeren Kontaktes verbessert und die Menge der gesammelten Flüssigkeitsströme&sub7; die weiterzubehandeln sind, ist deutlich verringert. Diese Flüssigkeitsströme liegen in konzentrierter Form vor, was die Kosten des Transportes und der Aufarbeitung begrenzt.
Das verwendete Cyclodextrin kann vom Typ α, β oder γ, vorzugsweise β, und substituiert oder nicht substituiert sein. Die mono- oder polysubstituierenden Gruppen des Cyclodextrins können insbesondere Alkylgruppen wie die Hydroxypropyl- oder -ethylgruppe oder Saccharide vom Typ Glycosyl, Maltosyl oder andere sein. Man kann ebenfalls die Cyclodextrine nennen, die in Wasser unlöslich gemacht wurden, beispielsweise durch Polymerisation.
Vorteilhafterweise liegt das beim Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzte Cyclodextrin in Pulverform vor. Man verwendet vorzugsweise ein Cyclodextrin mit einem Wassergehalt von niedriger oder gleich 11 Gew.-%, vorzugsweise von 7 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 5 Gew.-%. Es kann jedoch auch nach Rehydratisierung bis zu einem Wassergehalt von niedriger oder gleich 15 Gew.-% verwendet werden.
Es ist von Bedeutung festzustellen, daß der Vorgang des In- Kontakt-Bringens unter Umgebungsatmosphäre abläuft. Tatsächlich sind die Bedingungen des Verfahrens nicht streng und es besteht kein Risiko des Eintretens von Abbaureaktionen wie die Oxidation der sensiblen Fettverbindungen (ungesättigte Fettsäuren). Dazu kommt noch vorteilhaft, daß das Cyclodextrin weiterhin ermöglicht, mindestens teilweise die gegebenenfalls voroxidierten, unerwünschten Verbindungen zu entfernen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die zu behandelnde Substanz, das Wasser (wenn die genannte, zu behandelnde Substanz kein oder nicht genug Wasser enthält) und schließlich das Cyclodextrin, vorzugsweise in Pulverform, zusammen in einen Mischer eingebracht, der mit Knetmitteln ausgestattet ist. Die Reihenfolge des Eintragens der Produkte ist vorzugsweise die oben angegebene, aber man kann auch mit allen möglichen Varianten beispielsweise die zu behandelnde Substanz und das Wasser vormischen.
Vorteilhafterweise liegt die Mischung in einer pastösen Form vor, die man während der gesamten Dauer des In-Kontakt-Bringens einem Knetvorgang unterzieht, in dessen Verlauf sich die Bildung von Komplexen zwischen Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen vollzieht.
Zu deren Abtrennung, und dabei handelt es sich ebenfalls um eine Originalität bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, wird die geknetete Paste auf eine Temperatur gebracht, die in der Weise gewählt wird, daß sich die die zu behandelnde Substanz bildenden Fettkörper im geschmolzenen Zustand befinden, das heißt in einem Zustand, der durch einen Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern von unter 1 Gew.-% gekennzeichnet ist.
Diese Umwandlung in den geschmolzenen Zustand ermöglicht einerseits eine Phase zu erhalten, die Fettkörper und einen reduzierten Gehalt an Nebenfettverbindungen aufweist, und andererseits eine gemischte hydrolipidische Phase, die die Einschlußkomplexe zwischen Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen enthält.
Diese zwei Phasen trennen sich einwandfrei voneinander ab und es ist somit einfach, die von den Nebenfettverbindungen befreite fette Phase zu sammeln, die anschließend bei verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann. Die gemischte Phase kann ihrerseits aufgearbeitet werden, um die Nebenfettverbindungen zu extrahieren, die insbesondere auf dem Gebiet der Pharmazeutik oder Kosmetik verwertbar sind.
Wenn die zu behandelnde Substanz ein tierisches und/oder pflanzliches Fett mit einem hohen Gehalt an Lipiden ist, wie beispielsweise konzentrierte oder nicht konzentrierte Butter, Talg, Schweineschmalz, Geflügelfette, Lanoline, hydrierte Pflanzenöle, Palmfett oder Koprafett, Margarinen u.a., wird sie in eine Knetvorrichtung vom Typ Petrin eingebracht, die mit Mitteln zur Regulierung der Temperatur ausgestattet ist.
Dann trägt man gegebenenfalls Wasser in dem Maße ein, wo die zu behandelnde Substanz biologischer Herkunft kein oder nicht genügend Wasser für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung enthält. Die notwendige Wassermenge liegt vorzugsweise zwischen 20 und 60 Gew.-%, bezogen auf die zu behandelnde Substanz biologischer Herkunft, ausgedrückt in Trockensubstanz.
Anschließend setzt man das Cyclodextrin, vorzugsweise in Pulverform, in einer so ausreichenden Menge zu, daß es mit den zu extrahierenden Nebenfettverbindungen Einschlußkomplexe bilden kann.
Die Bestimmung der adäquaten Menge an zu verwendendem Oyclodextrin ist von der Menge der zu extrahierenden Nebenfettverbindungen und ihrer Affinität zu Cyclodextrin abhängig. Im allgemeinen beträgt die Menge an Cyclodextrin zwischen 0,5 und 15 %, vorzugsweise zwischen 1 und 10 % und ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 8 %, bezogen auf die zu behandelnde Substanz biologischer Herkunft, ausgedrückt in Trockensubstanz.
Das Kneten der durch das Mischen dieser Bestandteile entstandenen Paste erfolgt bei einer Temperatur, die durch Regulierungsmittel konstant gehalten und in der Weise gewählt wird, daß sich die Fettsubstanz im erstarrten Zustand befindet, mit einem Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern von höher als 5 Gew.-%, vorzugsweise höher als 10 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zwischen 30 und 50 Gew.-%. Bei konzentrierter Butter wird beispielsweise die Temperatur bevorzugt zwischen etwa 10 und 25 ºC gewählt.
Nach Ablauf einer variablen Zeit zwischen 10 und 120 Minuten wird das Kneten unterbrochen und die Paste ausreichend erhitzt damit der Gehalt an Feststoffen in der Fettsubstanz unter 1 Gew.-% beträgt. Es bildet sich so ein hydrolipidischer Rückstand, der die Komplexe enthält und ein flüssiger, öliger und aufschwimmender Anteil, der aus der Fettsubstanz mit einem reduzierten Gehalt an Nebenfettverbindungen besteht.
Was diese bevorzugte Form zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung betrifft, so ist festzustellen, daß es vollständig in den Verfahrensablauf zur Fabrikation von Butter aus Sahne integriert werden kann. Diese Fabrikation umfaßt im wesentlichen die folgenden Stufen:
- biologische oder physikalische Reifung der Sahne (NIZO- Verfahren)
- kontinuierliches oder diskontinuierliches Buttern mit Emulsions-Inversion und Abtrennung der Buttermilch,
- gegebenenfalls Kneten mit biologischer Reifung (NIZO- Verfahren)
- gegebenenfalls Waschen mit Wasser.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann das Cyclodextrin nach der Abtrennung der Buttermilch zugesetzt werden, im Verlauf des Knetens. Nach Ablauf eines In-Kontakt-Bringens, das bei der Temperatur des Butterns erfolgt (unterhalb von 15 ºC), führt man die Abtrennung der gebildeten Einschlußkomplexe durch Passage im geschmolzenen Zustand durch.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Extraktion von Steroiden und insbesondere von Sterolen mit Ausbeuten, die in einer einzigen Behandlung etwa 90 % erreichen können. Diese Ausbeuten können noch verbessert werden, indem man die Behandlungen mehrmals durchführt. Diese Leistungsfähigkeit der Extraktion wird in ökonomischer und bequemer Art und Weise sowie in relativ kurzer Zeit erreicht.
Eine andere Bedeutung des Verfahrens gemäß der Erfindung liegt darin, daß es eine schrittweise Extraktion einer gewissen Zahl von Nebenfettverbindungen aus einer Substanz biologischer Herkunft ermöglicht, indem man in bestimmter Reihenfolge auf einen oder mehrere essentielle Parameter des Verfahrens einwirkt, nämlich insbesondere die Temperatur beim Mischen oder Kneten, die Menge des im Augenblick der Komplexbildungs-Stufe anwesenden Wassers, die Temperatur bei der Phasentrennung und den pH-Wert des Mediums.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann bei natürlichen Fettkörpern angewendet werden, die im wesentlichen aus Triglyceriden bestehen, aber arm an Gesamt-Phospholipiden sind, das heißt, die einen Gesamtgehalt an Phospholipiden von unterhalb 10 Gew.-% aufweisen, bezogen auf die Gesamtlipide.
Dieses Verfahren ermöglicht insbesondere die Extraktion von Steroiden wie Cholesterol und von zahlreichen biologischen Substanzen. Es kann sich um tierische und/oder pflanzliche Fettsubstanzen handelt, unter denen die folgenden zu nennen sind:
- Milchfette wie Butter, konzentriert oder nicht konzentriert,
- tierische Fette wie Talg Schweineschmalz, Fett vom Pferd, Geflügelfette, Fischöle, Lanolin,
- pflanzliche Fette wie die hydrierten Pflanzenfette, Palmöl, Kopraöl, Kakaobutter,
- und deren Mischungen wie die Margarinen.
Außer der Entfernung dieser Verbindungen aus den Nahrungsmittelprodukten bietet das Verfahren gemäß der Erfindung eine interessante Quelle für Steroide an, die geeignet sind, bei der Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen, insbesondere von Hormonen und Vitaminen oder in der kosmetischen Industrie als Emulgatoren verwendet zu werden.
Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend angegebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist, sondern daß sie im Gegensatz dazu alle Varianten mit einschließt.
Die nachfolgenden Beispiele ermöglichen, das Verfahren gemäß der Erfindung besser zu verstehen, indem alle mit ihr verbundenen Vorteile erläutert werden.

BEISPIEL I: Extraktion von Sterolen und insbesondere von Cholesterol aus einer konzentrierten Butter, in Übereinstimmung mit dem Verfahren der Erfindung

Die verwendete konzentrierte Butter besitzt eine Anreicherung an Fetten in der Größenordnung von 99,9 %. Man wählt beispielsweise die konzentrierte Standardbutter aus, die von der Firma CORMAN (Belgien) gehandelt wird.
Das Cyclodextrin ist ein β-Cyclodextrin von dem Typ, wie er von der Anmelderin unter der eingetragenen Marke KLEPTOSE gehandelt wird und der in Form eines weißen Pulvers mit einem Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12 % vorliegt.

1. In-Kontakt-Bringen

300 g konzentrierte Butter werden in den Behälter eines Petrin-Kneters eingetragen, dessen Typ von der Firma KUSTNER gehandelt wird. Der Behälter des Kneters ist mit einer doppelten Wandung versehen, in der eine Flüssigkeit zur Regulierung der Temperatur zirkulieren kann. Der Mischer wird dann in Funktion gesetzt und die Temperatur auf einen mittleren Wert von etwa 14 ºC eingestellt. Bei dieser Temperatur besitzt die konzentrierte Butter einen Gehalt an festen Fettkörpern von etwa 28 %.
Dann gibt man nacheinander 150 g Wasser und 5,70 g Cyclodextrin KLEPTOSE hinzu. Das In-Kontakt-Bringen erfolgt während einer Dauer von 30 Minuten.

2. Abtrennung der Einschlußkomplexe

Die pastöse Mischung konzentrierte Butter/Wasser/Cyclodextrin wird aus dem Kneter entnommen und auf eine Temperatur in der Größenordnung von 37 ºC erhitzt (Gehalt an festen Fettkörpern in der konzentrierten Butter niedriger als 1 %). Es erfolgt spontan eine Phasentrennung und man erhält einen pastösen Bodensatz, der insbesondere die Einschlußkomplexe und Wasser enthält. Dieser Bodensatz wird von einer öligen Phase überlagert, die aus konzentrierter Butter besteht, der das Cholesterol entzogen wurde. Man kann auf diese Weise mehr als 94 Gew.-% der eingesetzten konzentrierten Butter wiedergewinnen.
Das Cholesterol wird durch die kolorimetrische Methode nach Oxidation mittels Cholesterol-Oxydase zu Cholestenon bestimmt, gemäß der Methode und mit den Referenz-Reagentien No. 139 050 der Firma BOEHRINGER Mannheim.
Der Ausgangsgehalt der konzentrierten Butter an Cholesterol beträgt 0,270 Gew.-%.
Der Endgehalt beträgt 0,038 %.
Die Ausbeute der Extraktion erhöht sich daher auf 86 %.
Unter den gleichen Bedingungen wird eine zweite Extraktion durchgeführt, die eine Ausbeute von 74 % ergibt, was einer Gesamtausbeute von 96 % entspricht.
Es ist festzustellen, daß die Leistungsfähigkeit des Verfahrens gemäß der Erfindung sehr bemerkenswert ist, sowohl in quantitativer Hinsicht als auch im Hinblick auf die Dauer der Behandlung.
Die verwendete Wassermenge ist stark herabgesetzt und bereitet keinerlei Probleme bei der Handhabung.
Der das eingesetzte Wasser enthaltende pastöse Rückstand beträgt lediglich 173 g. Diese minimale und konzentrierte Menge stellt keine Probleme bei ihrer Aufarbeitung.

BEISPIEL II : Extraktion von Sterolen und insbesondere von Cholesterol aus Butter, in Übereinstimmung mit der Erfindung

In diesem Beispiel wurden 9 Versuche zur Extraktion von Sterolen aus konzentrierter Butter unter Verwendung der gleichen Ausrüstungen und unter Beachtung der gleichen Vorschrift wie in Beispiel I realisiert. Es wurden in einfacher Weise einige der experimentellen Parameter verändert. Die Daten und die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachfolgenden Tabelle I dargestellt. TABELLE I Versuch Wasser mittlere Temperatur Kleptose Zeit des In-Kontakt-Bringens Ausbeute der Extraktion End-Cholesterol/ Ausgangs-Cholesterol Cyclodextrin bezogen auf konzentrierte Butter

Kommentar zu Tabelle I

Beim Vergleich der Ergebnisse der Versuche 1 bis 4, die sich lediglich in der verwendeten Wassermenge unterscheiden, stellt man fest, daß die Ausbeute der Extraktion an Cholesterol, ausgedrückt in %, für Wassergehalte zwischen 30 % und 50 % am größten ist, bezogen auf die konzentrierte Butter. Die Erhöhung des Wassergehaltes läßt die Extraktionsausbeute absinken.
Beim Vergleich der Ergebnisse der Versuche 3 und 5, bei denen lediglich die Konzentration an Cyclodextrin KLEPTOSE differiert (5 % bzw. 7 %, bezogen auf konzentrierte Butter), stellt man fest, daß es möglich ist, die Ausbeute der Extraktion um 9 % zu steigern, und zwar durch einmalige Erhöhung der Cyclodextrin- Konzentration um 2 %.
In dem Versuch 6 wurde die Dauer des Knetens auf 15 Minuten reduziert. Die erhaltene Ausbeute beträgt 75 %, was ein sehr befriedigendes Ergebnis darstellt.
In dem Versuch 7 wurde die Temperatur beim In-Kontakt- Bringen auf 26,6 ºC erhöhc. Unter Herabsetzung des Gehaltes an Feststoffen in der konzentrierten Butter verringert sich auch die Ausbeute der Extraktion von Cholesterol (65 % gegenüber 85 % bei Versuch 3).
Bei Verwendung von 3 % Cyclodextrin, bezogen auf die konzentrierte Butter (Versuche 8 und 9) stellt man fest, daß eine Verlängerung des Knetens jenseits von 30 Minuten keine Erhöhung der Ausbeuten mehr gestattet.

BEISPIEL III : Extraktion von Sterolen und insbesondere von Cholesterol aus Butter, in Übereinstimmung mit dem Verfahren der Erfindung

Die in diesem Beispiel verwendete Butter ist eine handelsübliche Butter mit 82 % Fettsubstanzen.
Das Cyclodextrin, die Ausrüstungen sowie die Vorschrift sind die gleichen wie bei den vorstehenden Beispielen, der einzige Unterschied besteht darin, daß man kein Wasser hinzugibt. Die Butter liefert selbst das für die Komplexbildung erforderliche Wasser.
Die Daten und die Ergebnisse dieses Beispieles sind in der nachfolgenden Tabelle II angegeben. TABELLE II Wasser mittl.Temper CD KLEPTOSE Dauer des Kontaktes Ausbeute der Extraktion bezogen auf MG* Butter Fettsubstanz
Es wird hier gezeigt, daß das Verfahren gemäß der Erfindung auch bei einer zu behandelnden Substanz wirksam ist, die am Anfang Wasser in einer mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung stehenden Menge enthält.

BEISPIEL IV : Extraktion von Sterolen und insbesondere von Cholesterol aus Talg, in Übereinstimmung mit dem Verfahren der Erfindung

Man behandelt 200 g Talg mit 99 % Fettanteil des Typs, wie er von der Firma ROUSSELOT gehandelt wird, in der gleichen Weise wie in den vorstehenden Beispielen.
Der Ausgangsgehalt des Talgs an Cholesterol beträgt 0,12 Gew.-%.
Die nachfolgende Tabelle III stellt die Daten und die Ergebnisse des vorliegenden Beispiels dar. TABELLE III Wasser mittl.Temper CD KLEPTOSE Dauer des Kontaktes Ausbeute der Extraktion bezogen auf MG* Talg Fettsubstanz

Kommentar zur Tabelle III

Es scheint, daß eine Wassermenge von 25 Gew.-%, bezogen auf Talg, ausreichend ist, um 86 % des Ausgangs-Cholesterols zu extrahieren, und dies mit nur 3 Gew.-% Cyclodextrin, bezogen auf Talg.
Eine Erhöhung der Wassermenge und/oder der Dauer des In- Kontakt-Bringens ermöglicht keine Verbesserung dieser Ausbeute der Extraktion.
In diesem Beispiel wurden ebenfalls die Veränderungen des Säureindex gemessen. Der Säureindex ist durch die Anzahl mg Kalilauge, die für die Neutralisation der Säure von 1 g Talg erforderlich sind, definiert. Vor der Extraktion betrug der Säureindex des Talgs 0,85. Die nachfolgende Tabelle IV zeigt die erhaltenen Ergebnisse. TABELLE IV Wasser (%, bezogen auf Talg) Temperatur CD Kleptose Dauer des Kontaktes End-Säureindex Verringerung des Säureindex Talg
Es wird hier gezeigt, daß die Verringerung des Säureindex und somit der Gehalt an freien Fettsäuren beim Talg mit 25 % Wasser sehr bemerkenswert ist.

Claims

1. Verfahren zur Extraktion von Nebenfettverbindungen, insbesondere von Steroiden, aus einer Substanz biologischer Herkunft mit Hilfe von Cyclodextrin, wobei das Cyclodextrin unter Rühren und in einem Wasser umfassenden Reaktionsmedium mit der zu behandelnden Substanz in Kontakt gebracht wird, so daß die Bildung von Einschlußkomplexen zwischen Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen ermöglicht wird, und diese Komplexe anschließend von der genannten Substanz abgetrennt werden, dadurch gekennzeichnet, daß das In-Kontakt-Bringen zwischen Cyclodextrin und zu behandelnder Substanz bei einer solchen Temperatur erfolgt, daß sich die in der genannten Substanz enthaltenen Fettkörper in einem erstarrten Zustand befinden, das heißt in einem Zustand, bei dem der Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern höher oder gleich 5 Gew.-% beträgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Weise gewählt wird, daß der Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern vorzugsweise höher oder gleich 10 % und ganz besonders bevorzugt 30 % beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem Reaktionsmedium anwesende Wassermenge niedriger als 100 Gew.-% vorzugsweise zwischen 10 und 90 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zwischen 20 und 60 Gew.-% liegt, bezogen auf die Menge an zu behandelnder Substanz biologischer Herkunft, ausgedrückt in Trockensubstanz.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Cyclodextrin ein substituiertes oder unsubstituiertes β-Cyclodextrin ist.

5. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Cyclodextrin in Pulverform eingesetzt wird und daß es einen Wassergehalt von niedriger oder gleich 11 Gew.-%, vorzugsweise von 7 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt von 5 Gew.-% aufweist.

6. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zwischen zu behandelnder Substanz, Wasser und Cyclodextrin in einer pastösen Form vorliegt, die während der Dauer des In-Kontakt-Bringens einem Knetvorgang unterzogen wird, in dessen Verlauf sich Komplexe zwischen Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen bilden.

7. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Einschlußkomplexe zwischen Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen in der Weise realisiert wird, daß man die Mischung auf eine solche Temperatur bringt, bei der sich die in der zu behandelnden Substanz biologischer Herkunft enthaltenen Fettkörper im geschmolzenen Zustand befinden, das heißt in einem Zustand, wo der Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern niedriger als 1 Gew.-% liegt, aufgrunddessen sich eine aufschwimmende fette Phase mit einem reduzierten Gehalt an Nebenfettverbindungen von einer gemischten hydrolipidischen Phase abscheidet, die die Einschlußkomplexe zwischen Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen enthält.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an verwendetem Cyclodextrin zwischen 0,5 und 15 -%, vorzugsweise zwischen 1 und 10 % und ganz besonders bevorzugt zwischen 3 und 8 % liegt, bezogen auf die Menge an zu behandelnder Substanz biologischer Herkunft, ausgedrückt in Trockensubstanz.