DE69207588T2 - Extraktion von carotinoiden aus naturrohstoffen - Google Patents

Extraktion von carotinoiden aus naturrohstoffen

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    • C07C403/24—Derivatives of cyclohexane or of a cyclohexene or of cyclohexadiene, having a side-chain containing an acyclic unsaturated part of at least four carbon atoms, this part being directly attached to the cyclohexane or cyclohexene or cyclohexadiene rings, e.g. vitamin A, beta-carotene, beta-ionone having side-chains substituted by six-membered non-aromatic rings, e.g. beta-carotene

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Description

  • Allgemein gesagt bezieht sich die Erfindung auf die Extraktion von Carotinoiden aus carotinoidhaltigen Naturrohstoffen. Genauer gesagt betrifft die Erfindung die Extraktion von Carotinoiden aus einem Naturrohstoff, wie beispielsweise Karotten, durch Versaften der Karotten, Behandeln des Saftes mit einem Carotinoid-Fällungsmittel, das Calciumchlorid, Calciumhydroxid, Calciumlaktat oder Calciumglukonat einschließt, um einen carotinoidreichen festen Niederschlagsteil und einen carotinoidarmen flüssigen Teil herzustellen, und die Trennung des festen und flüssigen Teiles.
  • Carotinoide bilden eine Klasse von natürlich vorkommenden Pigmenten, die in Spurenelementen in den Geweben von höheren Pflanzen, Algen, Bakterien und Pilzen auftreten. Bei den Carotinoiden handelt es sich um Polyene, die ein C&sub4;&sub0;- Kohlenstoffskelett (Phytoin) besitzen, das ein ausgedehntes Netzwerk von Einfach- und Doppelbindungen aufweist. Die verschiedenartigen Carotinoide werden durch chemische Modifikation dieses C&sub4;&sub0;-Kohlenstoffskeletts gebildet. Beispielsweise führt die Dehydrierung von Phytom zu dem Carotinoid Lycopin, das für die Farbe von Tomaten verantwortlich ist, und die Zyklisierung von beiden Enden von Lycopin führt zu dem Carotinoid β-Carotin, das für die Farbe von Karotten verantwortlich ist.
  • Carotinoide, wie beispielsweise das β-Carotin, sind wertvolle Pigmente, die zum Färben von verschiedenen Nahrungsmitteln, wie beispielsweise Margarine, geeignet sind, da hierdurch die mit der Verwendung von synthetischen Pigmenten verbundenen Gesundheitsprobleme vermieden werden und die Carotinoide darüber hinaus einen beträchtlichen Nährwert besitzen (β-Carotin ist ein Vorläufer in bezug auf die Bildung von Retinal und von Vitamin A beim Menschen).
  • Da Carotinoide in der Natur nur in Spurenmengen auftreten, müssen sie in konzentrierter Form extrahiert werden, damit sie nutzbringend sind. Üblicherweise werden Carotinoide aus natürlichen Rohstoffen extrahiert, indem das Material mit einem carotinoid-lösenden Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie beispielsweise Hexan oder Chloroform, behandelt wird, das carotinoid-enthaltende Kohlenwasserstofflösungsmittel vom restlichen Teil des Materiales abgetrennt wird und dann das Kohlenwasserstofflösungsmittel abgetrieben wird, um ein carotinoidreiches Festprodukt herzustellen.
  • Zusätzlich zu den Carotinoiden enthalten Pflanzen eine Vielzahl von anderen Bestandteilen, die in Kohlenwasserstofflösungsmitteln löslich sind, wie beispielsweise diverse Proteine und Lipide. Daher enthält das carotinoidreiche Festprodukt typischerweise wesentliche Mengen von anderen Bestandteilen zusätzlich zu dem Carotinoid bzw. den Carotinoiden.
  • Durch die Verwendung eines Kohlenwasserstofflösungsmittels zum Extrahieren der Carotinoide werden die Kosten und Komplexität des Extraktionsverfahrens durch die Kosten des Kohlenwasserstofflösungsmittels, die Kosten zum Entfernen des Kohlenwasserstofflösungsmittels vom Endprodukt, die Kosten zur Rückgewinnung des entfernten Kohlenwasserstofflösungsmittels und die Kosten zur Beseitigung des verunreinigten Kohlenwasserstofflösungsmittels, das nicht wiederverwendet werden kann, beträchtlich erhöht. Darüber hinaus führt die Verwendung eines Kohlenwasserstofflösungsmittels zur Durchführung einer Extraktion von Carotinoiden zu beträchtlichen Umweltschäden, da Kohlenwasserstoffdämpfe in die Atmosphäre entweichen und das verunreinigte Kohlenwasserstofflösungsmittel, das nicht wiederverwendet werden kann, beseitigt werden muß.
  • Es besteht daher ein beträchtlicher Bedarf nach einem einfachen und umweltsicheren Verfahren zum Extrahieren von Carotinoiden aus carotinoidhaltigen Naturrohstoffen, mit dem die Verwendung eines Kohlenwasserstofflösungsmittels vermieden werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Extraktion von Carotinoiden aus einem carotinoidhaltigen Naturrohstoff ohne die Verwendung eines Kohlenwasserstoffs als Lösungsmittel zur Verfügung gestellt, das die folgenden Schritte umfaßt:
  • a) Trennung eines als Carotinoidquelle dienenden Naturrohstoffs in eine carotinoidhaltige flüssige Fraktion und eine Pulpefraktion,
  • b) Inkontaktbringen der flüssigen Fraktion mit einer wirksamen, fraktionierenden Menge eines Fällungsmittels, das die flüssige Fraktion mit ionisiertem Calcium versorgen kann, um die flüssige Fraktion in einen carotinoidreichen festen Niederschlagsteil und einen carotinoidarmen flüssigen Teil aufzutrennen, und
  • c) Trennen des carotinoidreichen festen Teils vom carotinoidarmen flüssigen Teil, um einen carotinoidreichen festen Extrakt zu erhalten.
  • Vorzugsweise wird das Fällungsmittel aus Calciumchlorid, Calciumhydroxid, Calciumlaktat und Calciumglukonat ausgewählt.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Naturrohstoff um Karotten.
  • Vorzugsweise handelt es sich beim Fällungsmittel um Calciumchlorid oder Calciumhydroxid, und die flüssige Fraktion wird mit 0,01 bis und einschließlich 10 Gew.% des Fällungsmittels in Kontakt gebracht. Noch bevorzugter wird die flüssige Fraktion mit 0,05 bis und einschließlich 2 Gew.% des Fällungsmittels in Kontakt gebracht.
  • Wenn es sich jedoch bei dem Fällungsmittel um Calciumlaktat oder Calciumglukonat handelt, wird die flüssige Fraktion mit 2 bis und einschließlich 10 Gew.-% des Fällungsmittels in Kontakt gebracht, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumlaktat handelt, und mit 4 bis und einschließ lich 10 Gew.% des Fällungsmittels, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumglukonat handelt.
  • Vorzugsweise wird die flüssige Fraktion mit 2 bis und einschließlich 4 Gew.-% des Fällungsmittels in Kontakt ge bracht, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumlaktat handelt, und mit 4 bis und einschließlich 6 Gew.% des Fällungsmittels, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumglukonat handelt.
  • Vorzugsweise wird die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel unter Umgebungsbedingungen in Kontakt gebracht.
  • Die flüssige Fraktion kann mit dem Fällungsmittel bei einer Temperatur von nicht weniger als 40º C, vorzugsweise bei einer Temperatur von 40º bis und einschließlich 60º C oder von 80º bis und einschließlich 120º C in Kontakt gebracht werden.
  • Vorzugsweise wird die flüssige Fraktion mit dem Fällungs mittel für einen Zeitraum von maximal einer Stunde in Kontakt gebracht, wenn die Temperatur 40º bis 60º C beträgt, oder nicht mehr als 10 Minuten, wenn die Temperatur 80º bis 120º C beträgt.
  • Noch bevorzugter wird die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel über einen Zeitraum von nicht mehr als 20 Minuten in Kontakt gebracht, wenn die Temperatur 40º bis 60º C beträgt, oder nicht mehr als 2 Minuten, wenn die Temperatur 80º C bis 120º C beträgt.
  • Vorzugsweise beträgt der pH-Wert der flüssigen Fraktion 6 bis und einschließlich 8.
  • Die carotinoidreiche flüssige Fraktion kann direkt verwendet oder weiter gereinigt werden, um das Carotinoid bzw. die Carotinoide von den anderen Bestandteilen der flüssigen Fraktion über irgendeine geeignete Trenntechnik abzutrennen. Bevorzugte Techniken umfassen die chemische und enzymatische Hydrolyse und die chemische und enzymatische Zersetzung, wobei die Nichtcarotinoid-Bestandteile vom Carotinoid bzw. den Carotinoiden in einem wässrigen Medium trennbar gemacht werden. Während die carotinoidreiche flüssige Fraktion unter Verwendung einer herkömmlichen organischen Flüssigkeit oder durch Festphasenextraktion gereinigt werden kann, wird durch die Anwendung eines derartigen Extraktionsverfahrens die gewünschte lösungsmittelfreie organische Natur des Verfahrens zerstört, so daß dies nicht bevorzugt wird.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beigefügten Zeichnungen verwiesen, von denen zeigen:
  • Figur 1 ein aus den Daten der Tabelle gewonnenes Diagramm, das die Konzentration von aus behandeltem und unbehandeltem Karottensaft gewonnenem Carotinoid wiedergibt;
  • Figur 2 ein Diagramm, das den Grad der durch Zugabe von 0,5 bis 2 Gew.% von diversen Salzen zu ganzem Karottensaft erreichten Carotinoidabtrennung wiedergibt, wobei der für jedes Salz innerhalb des getesteten Konzentrationsbereiches erhaltene höchste Trenngrad im Diagramm wiedergegeben ist;
  • Figur 3 ein Diagramm, das den durch Zugabe von diversen Konzentrationen von Calciumsalzen zu ganzem Karottensaft erreichten Grad der Carotinoidabtrennung wiedergibt; und
  • Figur 4 ein Diagramm, das die durch Zugabe von Calciumchlorid zu ganzem Karottensaft bei verschiedenen pH-Werten erzielte Geschwindigkeit der Carotinoidabtrennung zeigt.
  • Es wird davon ausgegangen, daß nahezu jeder carotinoidhaltige Naturrohstoff in erfindungsgemäßer Weise wirksam fraktioniert werden kann, um ein carotinoidreiches Produkt herzustellen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich Früchte, wie beispielsweise Ananas und Orangen, Gemüse, wie beispielsweise Karotten, Spinat, Süßkartoffeln und Tomaten, Algen, wie beispielsweise Dunaliella Salina, Bakterien, wie diejenigen der Ordnung Mucorales einschließlich C. trispora und Blakeslea Circinans, und Pilze. Aufgrund der einfachen Erhältlichkeit, niedrigen Kosten und hohen Konzentration von kommerziell wertvollem β-Carotin dienen als Ausgangsmaterial vorzugsweise Karotten.
  • Der erste Schritt in dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, den carotinoidhaltigen Naturrohstoff in eine carotinoidhaltige flüssige Fraktion und eine Pulpefraktion zu trennen. Obwohl der zur Erzielung dieser Trennung eingesetzte exakte Mechanismus von diversen Faktoren abhängig ist, einschließlich der speziellen Carotinoidquelle, kann eine solche Trennung typischerweise durchgeführt werden, indem der Carotinoidrohstoff einfach versaftet und der Saft durch ein Grobmaschenfilter filtriert wird. Die Zerstörung der Zellenstruktur des Carotinoidrohstoffs während der Trennung führt normalerweise in inhärenter Weise zu einer Überführung des Carotinoids bzw. der Carotinoide im Carotinoidrohstoff von der Pulpefraktion zur flüssigen Fraktion.
  • Die Zugabe eines Carotinoidfällungsmittels, das vorzugsweise aus Calciumchlorid, Calciumhydroxid, Calciumlaktat und Calciumglukonat ausgewählt ist, zu der carotinoidhaltigen flüssigen Fraktion bewirkt die Ausfällung einer caro tinoidreichen Fraktion, die durch herkömmliche Trennverfahren von der verbleibenden carotinoidarmen flüssigen Fraktion abgetrennt werden kann.
  • Die physikalischen und/oder chemischen Mechanismen, die für eine derartige Ausfällung einer carotinoidreichen festen Fraktion durch Zugabe einer Quelle von ionisiertem Calcium verantwortlich sind, sind nicht vollständig verständlich. In einem Versuch zur Ermittlung, ob das Pectin und/oder die Proteine, die in der flüssigen Fraktion enthalten sind, an diesem Phänomen teilhaben, wurden Proben von Karottensaft mit einem Proteaseenzym und einem Pectinaseenzym vor der Zugabe des Carotinoidfällungsmittels Calciumchlorid behandelt (siehe Tabelle 3 und die beigefügten Schlußfolgerungen) Eine derartige Vorbehandlung mit einem Enzym, um die im Saft enthaltenen Proteine (Protease) und das darin enthaltene Pectin (Pectinase) abzubauen, führte zu keiner feststellbaren Veränderung der Fraktionierung des Saftes durch das Calciumchlorid. Offensichtlich spielen daher die Proteine und das Pectin, die in der carotinoidhaltigen flüssigen Fraktion enthalten sind, keine unabhängige aktive Rolle in den physikalischen und/oder chemischen Mechanismen, die für die Ausfällung einer carotinoidreichen festen Fraktion aus der flüssigen Fraktion durch Zugabe der aufgeführten Carotinoidfällungsmittel verantwortlich sind.
  • Versuche, eine vergleichbare Fraktionierung mit anderen Mineralsalzen, wie Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Calciumcarbonat und Calciumphosphat, und Laugen, wie Natriumhydroxid und Caliumhydroxid, zu erzielen, waren im wesentlichen nicht erfolgreich (siehe Figur 2 und das Protokoll Salzbehandlung). Offensichtlich sind daher die einzigen Reagenzien, die in der Lage sind, eine wirksame Fraktionierung zu bewirken, diejenigen, die unter diesen im Saft vorhandenen Bedingungen ionisiertes Calcium zur Verfügung stellen können, wie beispielsweise Calciumchlorid, Calciumhydroxid, Calciumlaktat und Calciumglukonat, wobei Calciumchlorid offensichtlich eine wesentlich bessere Trennung bei niedrigeren Konzentrationen bewirkt.
  • Wie in Figur 3 gezeigt, kann eine bessere Trennung der Carotinoide in einen getrennten festen Niederschlagsteil von einer carotinoidhaltigen flüssigen Fraktion eines carotinoidhaltigen Naturrohstoffs erzielt werden, indem Calciumchlorid in Konzentrationen von etwa 0,01 bis 10 Gew.%, vorzugsweise etwa 0,05 bis 3 Gew.%, Calciumhydroxid in Konzentrationen von 0,01 bis 10 Gew.%, vorzugsweise etwa 0,05 bis 3 Gew.%, Calciumlaktat in Konzentrationen von etwa 2 bis 10 Gew.%, vorzugsweise etwa 2 bis 4 Gew.%, und Calciumglukonat in Konzentrationen von etwa 4 bis 10 Gew.%, vorzugsweise etwa 4 bis 6 Gew.% zugesetzt werden, wobei die beste Gesamttrennung mit Calciumchlorid erreicht wird.
  • Wie man Figur 1 und Tabelle 1 entnehmen kann, kann die flüssige Fraktion durch Erhitzen derselben auf Temperaturen von mindestens 60º C in signifikanter Weise fraktioniert werden.
  • Die Abtrennung der flüssigen Fraktion durch Behandlung mit den aufgeführten Carotinoidfällungsmitteln gemäß dem Verfahren der Erfindung kann unter Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Um jedoch die Trennrate zu erhöhen, wird die flüssige Fraktion vorzugsweise auf eine Temperatur über etwa 40º C und vorzugsweise zwischen etwa 40º C und 60º C erhitzt, während sie mit einem der aufgeführten Carotinoidfällungsmittel behandelt wird.
  • Eine wirksame Fraktionierung kann erreicht werden, indem man die flüssige Fraktion mit einem der aufgeführten Carotinoidfällungsmittel über etwa 1 Minute behandelt (siehe Tabelle 2 und die zugehörigen Kommentierungen). Obwohl diverse Faktoren die optimale Kontaktdauer beeinflussen können, beispielsweise das spezielle verwendete Carotinoidfällungsmittel, die Konzentration des Carotinoidfällungsmittels, die Temperatur der flüssigen Fraktion und die Art des carotinoidhaltigen Rohstoffs, tritt eine wirksame Fraktionierung normalerweise in weniger als einer Stunde, insbesondere in weniger als 30 Minuten, auf. Normalerweise ergibt sich eine optimale Fraktionierung für Karottensaft, wenn dieser auf geringfügig erhöhte Temperaturen gebracht und mit einem der aufgeführten Carotinoidfällungsmittel bei einer Kontaktdauer von etwa 5 bis 10 Minuten behandelt wird. Kontaktdauern von weniger als etwa 5 Minuten können zu einer geringfügig schlechteren Trennung führen, während Kontaktdauern von mehr als etwa 10 Minuten nur einen geringen zusätzlichen Trenneffekt erbringen.
  • Es wird davon ausgegangen, daß eine optimale Fraktionierung auch dadurch erzielt werden kann, daß die flüssige Fraktion mit einem der aufgeführten Carotinoidfällungsmittel über eine Zeitdauer behandelt wird, die von der Temperatur der Behandlung abhängig ist.
  • Wie in Figur 4 und Tabelle 4 gezeigt, kann der pH-wert der flüssigen Fraktion die Trennrate und den Gesamttrennwirkungsgrad beeinflussen. Karottensaft besitzt einen natürlichen pH-wert von etwa 6,0. Offensichtlich führt Karottensaft mit einem mit NAOH erforderlichenfalls auf zwischen etwa 6 und 7 eingestellten pH-Wert zur vollständigsten Trennung (klarere flüssige Fraktion), während ein pH-Wert zwischen etwa 10 und 11 offensichtlich eine nahezu sofortige Trennung nach Zugabe des Carotinoidfällungsmittels bewirkt.
  • Die Trennung des carotinoidreichen festen Niederschlagsteils vom carotinoidarmen flüssigen Teil kann durch irgendein herkömmliches Verfahren erreicht werden, einschließlich Zentrifugieren/Dekantieren/Gefriertrocknen, Zentrifugieren/Dekantieren/Wärmetrocknen, Wärmetrocknen, Verdampfen u.ä.
  • Der feste carotinoidreiche Teil kann ohne weitere Behandlung dort verwendet werden, wo auch immer die vom konzentrierten Carotinoid bzw. den konzentrierten Carotinoiden erzielte Pigmentierung gewünscht wird. Falls gewünscht, kann der carotinoidreiche feste Teil weiter verfeinert werden, um das Carotinoid bzw. die Carotinoide von den anderen ausgefällten Komponenten, wie beispielsweise Asche, Kohlenhydrate, Fette und Proteine, abzutrennen und ein konzentrierteres carotinoidhaltiges Produkt zu erhalten, indem herkömmliche Reinigungstechniken eingesetzt werden, wie beispielsweise chemische und enzymatische Hydrolyse, chemische und enzymatische Zersetzung, Flüssig-Flüssig-Extraktion, Festphasenextraktion etc.
    • Vergleichstestprotokoll
  • Karotten wurden mit einem Desintegrator entsaftet, und der Saft wurde durch Zentrifugieren oder Pressen von der Pulpe abgetrennt. Der Saft wurde in drei Proben 40 ml unterteilt, die in Erlenmeyer-Kolben von 125 ml eingebracht wurden. Eine erste Probe wurde unbehandelt gelassen. Eine zweite Probe wurde erhitzt, indem die Probe 20 Minuten lang in ein Wasserbad getaucht wurde, das auf 60º C gehalten wurde. Eine dritte Probe wurde mit Calciumchloriddihydrat behandelt und dann erhitzt, indem die Probe 20 Minuten lang in ein Wasserbad getaucht wurde, das auf 60º C gehalten wurde.
  • Die Proben wurden 15 Minuten lang bei 2000 x g zentrifugiert, um ein festes Pellet und einen flüssigen Überstand zu erzeugen. Der Überstand wurde vom festen Pellet dekantiert, und das Pellet wurde gefriergetrocknet. Die gefriergetrockneten Pellets wurden unter Einsatz der HPLC-Technologie gemäß dem nachfolgenden HPLC-Protokoll in bezug auf die α- und β-Carotin-Konzentrationen analysiert.
    • Testprotokoll HPLC
  • Die gefriergetrockneten Pellets wurden mit einem Mörser und einem Stößel pulverisiert. Etwa 0,025 g einer jeden Probe wurden zu 4 ml Wasser gegeben. Dieses Gemisch wurde dann mit drei 10 ml-Teilen einer Kombination Petroleumether:Aceton (50:50 v/v) extrahiert und über einen Büchner-Trichter filtriert. Der Filterkuchen wurde verworfen, und das Filtrat wurde unter Stickstoff zur Trockne verdampft. Der entstandene getrocknete Extrakt wurde in 4 ml reinem Chloroform resuspendiert. Eine 1 ml-Probe des resuspendierten Extraktes wurde mit 4 ml Chloroform verdünnt. Der verdünnte Extrakt wurde durch ein 0,45 µm-Filter filtriert und dann durch Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) gemäß dem in Journal of Food Science, Band 52, Nr. 3, Seiten 744-46, 1987 beschriebenen Verfahren in bezug auf den α- und β-Carotin-Gehalt analysiert.
  • Der Carotingehalt der Probe wurde quantifiziert, indem die Peak-Bereiche mit Peak-Bereichen von authentischen Standards bekannter Konzentration, die von Sigma Chemical Co. erhalten wurden, verglichen wurden. Die verwendeten Standardkonzentrationen betrugen 12,5, 25,0, 50,0 und 100,0 µg/ml.
  • Die Milligramm-Anteile von α- und β-Carotin pro Gramm des getrockneten festen Materiales sind in Figur 1 wiedergegeben.
    • Testprotokoll Behandlung mit verschiedenen Salzen
  • Karotten wurden mit einem Desintegrator entsaftet, und der Saft wurde durch Zentrifugieren oder Pressen von der Pulpe abgetrennt. Der Saft wurde in 40 ml-Proben aufgeteilt, die in Erlenmeyer-Kolben von 125 ml eingebracht wurden. Einzelne Proben wurden mit einem Salz behandelt, das aus Natriumchlorid, Kaliumhydroxid, Magnesiumchloridhexahydrat, Calciumchloriddihydrat, Kaliumchlorid, Natriumhydroxid, Calciumcarbonat, Calciumphosphat, Calciumhydroxid, Calciumlaktat und Calciumglukonat ausgewählt wurde, und zwar über 60 Minuten bei Konzentrationen von 0,5, 1,0 und 2,0 Gew.%. Das Ausmaß der Trennung wurde beobachtet und gemäß der nachfolgenden Nomenklatur aufgezeichnet.
    • Nomenklatur
  • 0 = keine Trennung
  • 1 = geringe Trennung
  • 2 = befriedigende Trennung
  • 3 = gute Trennung
  • 4 = ausgezeichnete Trennung
  • Der beste Trennungsgrad, der für jedes der Salze bei den getesteten Konzentrationen erreicht wurde, ist in Figur 2 dargestellt.
  • Die behandelten Proben wurden 15 Minuten lang bei 20º C und 200 x g zentrifugiert, um ein festes Pellet und einen flüssigen Überstand zu erzeugen. Der Uberstand wurde vom festen Pellet dekantiert, und das Pellet wurde gefriergetrocknet.
    • Testprotokoll Salzbehandlung mit Calciumsalzen
  • Karotten wurden mit einem Desintegrator entsaftet, und der Saft wurde durch Zentrifugieren oder Pressen von der Pulpe abgetrennt. Der Saft wurde in 40 ml-Proben unterteilt, und die Proben wurden in Erlenmeyer-Kolben von 125 ml eingebracht. Probenduplikate wurden mit einem Calciumsalz behandelt, das aus Calciumchloriddihydrat, Calciumcarbonat, Calciumphosphat, Calciumhydroxid, Calciumlaktat und Calciumglukonat ausgewählt wurde, und zwar bei Konzentrationen von 1, 2 und 4 mMol über 60 Minuten. Das Ausmaß der Trennung wurde beobachtet und gemäß der nachfolgenden Nomenklatur aufgezeichnet.
    • Nomenklatur
  • 0 = keine Trennung
  • 1 = geringe Trennung
  • 2 = befriedigende Trennung
  • 3 = gute Trennung
  • 4 = ausgezeichnete Trennung
  • Der Trennungsgrad für jedes der Calciumsalze bei jedem Konzentrationsniveau ist in Figur 3 dargestellt.
  • Die behandelten Proben wurden 15 Minuten lang bei 25º C und 200 x g zentrifugiert, um ein festes Pellet und einen flüssigen Überstand zu erzeugen. Der Uberstand wurde vom festen Pellet dekantiert, und das Pellet wurde gefriergetrocknet.
    • Testprotokoll Erhitzen und Salzbehandlung
  • Karotten wurden mit einem Desintegrator entsaftet, und der Saft wurde durch Zentrifugieren oder Pressen von der Pulpe getrennt. Der Saft wurde in 40 ml-Proben unterteilt, und die Proben wurden in Erlenmeyer-Kolben von 125 ml eingebracht. Die Proben wurden mit einem Salz eines Typs (Salztyp) und einer Menge (Salz-g) behandelt, die in Tabelle 2 wiedergegeben sind, und in ein Wasserbad konstanter Temperatur eingetaucht, das über die in Tabelle 2 wiedergegebene Zeitdauer (Kontaktzeit) auf 60º C erhitzt wurde. Das Ausmaß der Trennung wurde beobachtet und gemäß der nachfolgenden Nomenklatur aufgezeichnet.
    • Nomenklatur
  • 0 = keine Trennung
  • 1 = geringe Trennung
  • 2 = befriedigende Trennung
  • 3 = gute Trennung
  • 4 = ausgezeichnete Trennung
  • Die behandelten Proben wurden 15 Minuten lang bei 25º C und 2000 x g zentrifugiert, um ein festes Pellet und einen flüssigen Überstand zu erzeugen. Der Überstand wurde vom festen Pellet dekantiert, und das Pellet wurde gefriergetrocknet.
    • Testprotokoll Erhitzen, Salz- und Enzymbehandlung
  • Karotten wurden mit einem Desintegrator entsaftet, und der Saft wurde durch Zentrifugieren oder Pressen von der Pulpe getrennt. Der Saft wurde in 40 ml-Proben unterteilt, die in Erlenmeyer-Kolben von 125 ml eingebracht wurden. Die Proben wurden mit einem Enzym eines Typs (Enzym-Typ) und einer Menge (Enzym-g) behandelt, die in Tabelle 3 wiedergegeben sind. Die das Enzym enthaltende Probe wurde in ein Wasserbad konstanter Temperatur eingetaucht, das auf die in Tabelle 3 wiedergegebene Temperatur (Badtemperatur) über die in Tabelle 3 wiedergegebene Zeitdauer (Kontaktzeit Hitze + Enzym) erhitzt wurde. Die mit Enzym/Hitze behandelten Proben wurden mit einem Salz eines Typs (Salz-Typ) und einer Menge (Salz-g) behandelt, die in Tabelle 3 wiedergegeben sind, über eine Zeitdauer (Kontaktzeit-Salz), die ebenfalls in Tabelle 3 wiedergegeben ist. Das Ausmaß der Trennung wurde beobachtet und gemäß der nachfolgenden Nomenklatur aufgezeichnet.
    • Nomenklatur
  • 0 = keine Trennung
  • 1 = geringe Trennung
  • 2 = befriedigende Trennung
  • 3 = gute Trennung
  • 4 = ausgezeichnete Trennung
  • Die behandelten Proben wurden 15 Minuten lang bei 25º C und 2000 x g zentrifugiert, um ein festes Pellet und einen flüssigen Überstand zu erzeugen. Der Überstand wurde vom festen Pellet dekantiert, und das Pellet wurde gefriergetrocknet.
    • Testprotokoll Behandlung mit CaCl und pH-Behandlung
  • Karotten wurden mit einem Desintegrator entsaftet, und der Saft wurde durch Zentrifugieren oder Pressen von der Pulpe abgetrennt. Der Saft wurde in 40 ml-Proben unterteilt, die in Erlenmeyer-Kolben von 125 ml eingebracht wurden. Der pH- Wert der Proben wurde mit einer Lösung von 10N NaOH auf 8, 9, 10 oder 11 eingestellt und dann 30 Minuten lang mit 0,294 g Calciumchloriddihydrat behandelt. Für alle Proben wurde eine ausgezeichnete Trennung beobachtet. Die Länge der zum Erzielen einer ausgezeichneten Trennung erforderlichen Zeit nach Zugabe des Calciumchlorides wurde aufgezeichnet.
    • Nomenklatur
  • 0 keine Trennung
  • 1 geringe Trennung
  • 2 = befriedigende Trennung
  • 3 = gute Trennung
  • 4 = ausgezeichnete Trennung
  • Die behandelten Proben wurden 15 Minuten lang bei 25º C und 2000 x g zentrifugiert, um ein festes Pellet und einen flüssigen Überstand zu erzeugen. Der Überstand wurde vom festen Pellet dekantiert, und das Pellet wurde gefriergetrocknet.
    • Testprotokoll Erhitzen, Salz- und pH-Behandlung
  • Karotten wurden mit einem Desintegrator entsaftet, und der Saft wurde durch Zentrifugieren oder Fressen von der Pulpe abgetrennt. Der Saft wurde in 40 ml-Proben unterteilt, die in Erlenmeyer-Kolben von 125 ml eingebracht wurden. Der pH- Wert der Proben wurde, wie in Tabelle 4 wiedergegeben, mit einer Lösung von 10N NaOH eingestellt, die Proben wurden mit 0,294 g Calciumchloriddihydrat behandelt und danach in ein Wasserbad konstanter Temperatur getaucht, das 10 Minuten lang auf 60º C erhitzt wurde. Für alle Proben wurde eine ausgezeichnete Trennung beobachtet. Das Ausmaß der Trennung wurde festgestellt und gemäß der nachfolgend wiedergegebenen Nomenklatur aufgezeichnet.
  • Die behandelten Proben wurden 15 Minuten lang bei 25º C und 2000 x g zentrifugiert, um ein festes Pellet und einen flüssigen Überstand zu erzeugen. Der Überstand wurde vom festen Pellet dekantiert, und das Pellet wurde gefriergetrocknet. Tabelle 1 Vergleich der Carotin-Konzentrationen wärmebehandeltes/calciumbehandeltes/unbehandeltes Carotin Konzentration Bad-temperatur (ºC) Kontaktzeit im Bad (min) Salz (mMol) gesamt
  • Beobachtung: Sowohl durch die Wärmebehandlung als auch durch die Calciumbehandlung von Karottensaft wird ein Coagulum erzeugt, das stark angereichert ist mit α- und β-Carotin. Der größte Anteil des α- und β-Carotins im gesamten Saft wird durch diese Prozesse gewonnen. Offensichtlich wird durch die mit der Calciumbehandlung kombinierte Wärmebehandlung die Gesamtmenge an gewonnenem Carotin (α und β) gegenüber der nur durch Wärmebehandlung gewonnenen um etwa 23 % erhöht. Tabelle 2 Hitze + anorganische Salze Kontaktzeit (min) Salz (Type) Trennung Versuch Kommentar Trennung war ausgezeichnet. Der Überstand war sehr klar, und die Pellets waren sehr fest. Die Dekantierung war sehr einfach. Die Trennung war ausgezeichnet. Die Pellets waren sehr fest. Die Dekantierung war sehr einfach. Tabelle 3 Hitze + anorganische Salze + Enzyme Bad-temperatur (ºC) Zeit Hitze + Enzym (h) Zeit (Salz) (h) Saltz (Typ) Enzym (Typ) Trennung Protease
    • Beobachtungen:
  • Die Behandlung einer 40 ml-Probe aus ganzem Karottensaft mit 0,01 Gew.% Protease (Inkubation bei 40º C über 5 h) ergab keine sichtbare Trennung. Die nachfolgende Zugabe von 0,0027 Mol von Ca&spplus;&spplus; in der Form von CaCl&sub2; H&sub2;O ergab eine rasche Trennung, die zu einem klareren Überstandsanteil und einem Carotinoid-Anteil mit geringerer Viskosität als üblich führte. Dies macht deutlich, daß der Abbau des im ganzen Karottensaft vorhandenen Proteins die Trennung der Carotinoide bei alleiniger Verwendung nicht beeinflußt, aber zur Erzielung einer besseren Trennung beitagen kann, wenn eine Verwendung in verbindung mit einer Calciumbehandlung erfolgt.
  • Die Behandlung einer 40 ml-Probe von ganzem Karottensaft mit 0,01 gew.% Pectinase (Inkubabtion bei 30º C über 18 h) ergab keine sichtbare Trennung. Die nachfolgende Zugabe von 0,001 Mol von Ca&spplus;&spplus; in der Form von CaCl&sub2; H&sub2;O initiierte die Trennung innerhalb von 3 Minuten, was zu einem klaren Überstandsanteil und einem gut definierten Carotinoid-Anteil innerhalb einer Stunde führte. Hierdurch wird deutlich, daß der Abbau des im ganzen Karottensaft vorhenden Pectins bei alleiniger Verwendung keine Trennung der Carotinoide bewirkt, jedoch in Verbindung mit einer Calciumbehandlung zu einer Beschleunigung der Trennung beitragen kann. Tabelle 4 Hitze + anorganisches Salz w/ pH EinstellungpH Ablesung Badtemperatur (ºC) Kontaktzeit (min) Salz (Typ) Trennung b = Probe unter konstantem Rühren mit 87 Zyklen/min während des Eintauchens in das Wasserbad bb = Probe unter konstantem Rühren mit 85 Zyklen/min während des Eintauchens in das Wasserbad. c = Sequenz: Enzym und Salz wurden der Probe zugesetzt, wonach eine Wärmebehandlung folgte. cc = Sequenz: Enzym und Salz wurden zugesetzt, wobei dazwischen eine Wärmebehandlungsperiode vorhanden war.
  • Versuche mit den gleichen Zehnerstellen (110s, 120s etc.) zeigen an, daß sie unter Verwendung der gleichen Karottensaftquelle durchgeführt wurden. Die Versuche, die nur in bezug auf die Bezeichnung (a) (b) differieren, wurden mit einem Paar von identisch behandelten Proben durchgeführt.
  • Die Beschreibung einschließlich der Beispiele soll zu einem vollständigen und unbegrenzten Verständnis der Erfindung beitragen. Da diverse Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht werden können, ohne von der Lehre und vom Rahmen der Erfindung abzuweichen, wird der Schutzumfang durch die nachfolgenden Patentansprüche festgelegt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Extraktion von Carotinoiden aus einem carotinoidhaltigen Naturrohstoff ohne die Verwendung eines Kohlenwasserstoffs als Lösungsmittel, das die folgenden Schritte umfaßt:
a) Trennung eines als Carotinoidquelle dienenden Naturrohstoffs in eine carotinoidhaltige flüssige Fraktion und eine Pulpefraktion,
b) Inkontaktbringen der flüssigen Fraktion mit einer wirksamen, fraktionierenden Menge eines Fällungsmittels, das die flüssige Fraktion mit ionisiertem Calcium versorgen kann, um die flüssige Fraktion in einen carotinoidreichen festen Niederschlagsteil und einen carotinoidarmen flüssigen Teil aufzutrennen und
c) Trennen des carotinoidreichen festen Teils vom carotinoidarmen flüssigen Teil, um einen carotinoidreichen festen Extrakt zu erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fällungsmittel aus der Reihe umfassend Calciumchlorid, Calciumhydroxid, Calciumlactat und Calciumgluconat ausgewählt wird.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Naturrohstoff um Karotten handelt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich beim Fällungsmittel um Calciumchlorid oder Calciumhydroxid handelt und daß man die flüssige Fraktion mit von 0,01 bis und einschließlich 10 Gew.-% des Fällungsmittels in Kontakt bringt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit von 0,05 bis und einschließlich 2 Gew.-% des Fällungsmittels in Kontakt bringt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumlactat oder Calciumgluconat handelt und daß man die flüssige Fraktion mit von 2 bis und einschließlich 10 Gew.-% des Fällungsmittels in Kontakt bringt, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumlactat handelt, und mit von 4 bis und einschließlich 10 Gew.-% des Fällungsmittels, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumgluconat handelt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit von 2 bis und einschließlich 4 Gew.-% des Fällungsmittels in Kontakt bringt, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumlactat handelt, und mit 4 bis und einschließlich 6 Gew.-% des Fällungsmittels, wenn es sich bei dem Fällungsmittel um Calciumgluconat handelt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel unter Umgebungsbedingungen in Kontakt bringt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel bei einer Temperatur von nicht weniger als 40ºC in Kontakt bringt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel bei einer Temperatur von 40º bis und einschließlich 60ºC oder von 80º bis und einschließlich 120ºC in Kontakt bringt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel für einen Zeitraum von maximal einer Stunde in Kontakt bringt, wenn die Temperatur 400 bis 60ºC beträgt, bzw. maximal 10 Minuten, wenn die Temperatur 80º bis 120ºC beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel für einen Zeitraum von maximal 20 Minuten in Kontakt bringt, wenn die Temperatur 40º bis 60ºC beträgt, bzw. maximal 2 Minuten, wenn die Temperatur 80º bis 120ºC beträgt.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die flüssige Fraktion mit dem Fällungsmittel maximal 10 Minuten in Kontakt bringt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der pH der flüssigen Fraktion von 6 bis und einschließlich 8 beträgt.
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