EP2097149A1 - Verfahren zur selektiven extraktion und separation organischer stoffe mittels hochdruck - Google Patents

Verfahren zur selektiven extraktion und separation organischer stoffe mittels hochdruck

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Publication number
EP2097149A1
EP2097149A1 EP07846703A EP07846703A EP2097149A1 EP 2097149 A1 EP2097149 A1 EP 2097149A1 EP 07846703 A EP07846703 A EP 07846703A EP 07846703 A EP07846703 A EP 07846703A EP 2097149 A1 EP2097149 A1 EP 2097149A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
extraction
supercritical gas
bar
fat
Prior art date
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Ceased
Application number
EP07846703A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bork
Christoph LÜTGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Uhde High Pressure Technologies GmbH
Original Assignee
Uhde High Pressure Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Uhde High Pressure Technologies GmbH filed Critical Uhde High Pressure Technologies GmbH
Publication of EP2097149A1 publication Critical patent/EP2097149A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/02—Solvent extraction of solids
    • B01D11/0203—Solvent extraction of solids with a supercritical fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D11/00—Solvent extraction
    • B01D11/02—Solvent extraction of solids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B1/00—Production of fats or fatty oils from raw materials
    • C11B1/10—Production of fats or fatty oils from raw materials by extracting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B1/00—Production of fats or fatty oils from raw materials
    • C11B1/10—Production of fats or fatty oils from raw materials by extracting
    • C11B1/104—Production of fats or fatty oils from raw materials by extracting using super critical gases or vapours
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Definitions

  • the invention relates to a method in which soluble ingredients are obtained from organic raw materials by means of a supercritical gas and at pressures above 1100 bar up to 5000 bar, wherein the addition of entraining agents is completely omitted.
  • Extraction of vegetable and animal raw materials are known and are usually operated by means of supercritical CO 2 as a solvent. It uses the fact that supercritical gas behaves almost analogously to a liquid and that there is a very good solubility of important substances in supercritical CO 2 . Very well known is the decaffeination of coffee.
  • solubility of substances increases, inter alia, with the temperature and pressure. It is also known that at fixed temperature and increasing pressure, the solubility passes through a maximum. Increasing the pressure beyond the maximum degrades the solubility.
  • WO 2006/05537 A1 describes an extraction process by means of CO 2 for the separation of caffeine from a tea plant.
  • pressures of up to 1000 bar at temperatures of up to 80 0 C are proposed as process parameters.
  • EP 1 424 385 B1 describes another process for the production of xanthohumol-enriched hops extract and its use. This process takes place at a pressure of up to a maximum of 1000 bar and temperatures above 60 ° C. Both of the abovementioned processes cite, as the limit for the pressure in the extraction stage, 1000 bar at comparable temperatures. The ideal range for the extraction is given below 1000 bar. This limit of 1000 bar described in WO 2006/05537 A1 and EP 1 424 385 B1 is identical to the physically determined range in which the solubility maximum of the raw material's own natural oils is in the supercritical CO 2 gas, the exact pressure depending on the respective temperature is.
  • US 4,466,923 describes a method in which a lipid is extracted from a lipid-containing material by means of supercritical carbon dioxide, wherein the extraction in a pressure range of 55O 0 C to 1200 0 C is performed and by selecting pressure and temperature at least 5 % solubility of the supercritical carbon dioxide over the material to be extracted is adjusted.
  • the problem arises that the different components have different solution behavior and that with increasing pressure and temperature the solubilities of one part of the components increase, while the solubilities of another part of the components, usually the more easily soluble, already decrease again ,
  • the organic material is filled into one or more high-pressure vessels, sealed and then pressurized to more than 800 bar, below
  • the filled high-pressure container is flowed through by the supercritical gas at least once, wherein the supercritical gas, no additional entraining agent is added, and then
  • the laden supercritical gas is supplied in whole or in part to a separation stage in which natural substance or mixtures of substances are separated or separated from one another under pressure reduction, and • the pressure in the extraction stage exceeds the maximum solubility pressure of the raw material's own oil or fat in the supercritical gas by at least 10%, with the respective feedstock oil or fat acting as an entraining agent.
  • the pressure in the extraction stage exceeds the maximum solubility of the raw material oil or fat in the supercritical gas by at least 10%, this pressure increase above the maximum solubility of the raw material oil or fat can also be significantly higher.
  • CO 2 carbon dioxide
  • the pressure is preferably in the range of 1100 bar to 5000 bar, ideally at 1300 bar to 2500 bar.
  • the organic material in the high-pressure vessel of the extraction stage is repeatedly flowed through by the supercritical gas in a circulating stream.
  • the temperature in the supercritical gas is changed before or in the separation stage by means of heat exchangers.
  • the extraction process can be improved to the effect that in the first separator, which adjoins downstream of the extraction stage, there is a pressure which is in the range of maximum solubility of the crude oil or fat in CO 2 , and ideally at most 2% or below this solubility maximum.
  • a pressure in this first separator is in the range of 800 bar to 1000 bar.
  • An improved embodiment of the method provides that the extraction takes place in two stages. Before the extraction at the abovementioned pressures above 1100 bar, an extraction step is carried out in advance, in which a pressure is present which in the Range of maximum solubility of the raw material's own oil or fat in CO 2 , and ideally at most 2% above or below this maximum, that is, as in the first separator after the entire extraction.
  • At least 2 and ideally 3 or 4 separators are provided in the separation stage, which have different pressure levels. By this grading, a preliminary separation of the extracted substance mixture can be achieved.
  • hazelnut kernels were extracted at 4O 0 C and different pressures.
  • a batch was extracted by the method according to the invention at 1500 bar and the same amount of nut cores in a comparative experiment with a method according to the prior art at 500 bar.
  • the method according to the invention could be achieved in the same amount of CO 2 on the double yield of oil and alkaloids, while the proportion of oil and alkaloids increased almost parallel. It can also be ascertained from these experiments that high-pressure extraction by the process according to the invention is a thermally very gentle process.
  • carotenes and carotenoids were also extracted and the yield together with capsanthin, capsorubin, beta-carotene, beta-criptoxanthin, lutein, violaxanthin and zeaxanthin totaled 8% and the oil yield was again 10%.
  • the ratio of solvent to feed was 40, as above, based on their mass.
  • a further comparative experiment 0.5 kg of hot pepper (Capsicum frutescens) was filled in an extractor and extracted at 2300 bar and 60 0 C for 2 hours. The ratio of solvent to feed was 35, based on their mass.
  • a first separator which was operated at 1000 bar and 40 0 C, 18 g of a dark red, semi-solid product containing capsanthin, capsorubin, beta-carotene, beta-criptoxanthin, lutein, violaxanthin and zeaxanthin were deposited, resulting in a yield of 3.6% corresponds.
  • the following separator which was operated at 300 bar and 4O 0 C, separated an emulsion of aromatic components and water.
  • the solid residue still contained carotenes and carotenoids.
  • the same amount of hot pepper was extracted at the same pressure and temperature, but at a ratio of solvent to feed of 17.5 initially and an extraction time of only one hour.
  • a first separator a comparable product was deposited.
  • the subsequent separator operated under the same conditions as above, an emulsion of aromatic components and water separated as well, but this emulsion was recompressed and returned to the high pressure extractor.
  • carotenes and carotenoids were also extracted and the yield together with capsanthin, capsorubin, beta-carotene, beta-criptoxanthin, lutein, violaxanthin and zeaxanthin totaled 7%, the oil yield again 10%.
  • the ratio of solvent to feed was 40, based on their mass.

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Abstract

Extraktionsverfahren zur Gewinnung löslicher Substanzen aus pflanzlichen oder tierischen organischen Rohstoffen unter Hochdruck, wobei als Lösungsmittel überkritisches Gas eingesetzt wird, wobei das organische Material in einen oder mehreren Hochdruckbehältern eingefüllt, verschlossen und anschließend mit einem Druck von mehr als 800 bar beaufschlagt wird, nachfolgend in einer Extraktionsstufe der gefüllte Hochdruckbehälter von dem überkritischen Gas mindestens einmal durchströmt wird, wobei dem überkritischen Gas kein zusätzliches Schleppmittel beigemischt wird, und anschließend das beladene überkritische Gas ganz oder teilweise einer Abscheidestufe zugeführt wird, in welcher unter Druckabsenkung natürliche Substanz oder Substanzgemische abgetrennt oder voneinander getrennt werden, wobei der Druck in der Extraktionsstufe den maximalen Löslichkeitsdruck des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in dem überkritischen Gas um mindestens 10 % übersteigt, wobei das jeweilige rohstoffeigene Öl oder Fett als Schleppmittel dient.

Description

Verfahren zur selektiven Extraktion und Separation organischer Stoffe mittels Hochdruck
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem mittels einem überkritischen Gas und bei Drücken über 1100 bar bis zu 5000 bar lösliche Inhaltsstoffe aus organischen Rohstoffen gewonnen werden, wobei die Zugabe von Schleppmitteln vollständig unterbleibt.
[0002] Extraktionsverfahren von pflanzlichen und tierischen Rohstoffen sind bekannt und werden üblicherweise mittels überkritischem CO2 als Lösungsmittel betrieben. Dabei wird der Umstand genutzt, dass sich überkritisches Gas fast analog einer Flüssigkeit verhält und eine sehr gute Löslichkeit wichtiger Stoffe in überkritischem CO2 besteht. Sehr bekannt ist die Entkoffeinierung von Kaffee.
[0003] Es ist weiterhin bekannt, dass die Löslichkeit von Stoffen unter anderem mit der Temperatur und dem Druck ansteigt. Es ist weiterhin bekannt, dass bei fester Temperatur und steigendem Druck die Löslichkeit ein Maximum durchläuft. Einer Druckerhöhung über das Maximum hinaus verschlechtert die Löslichkeit.
[0004] WO 2006/05537 A1 beschreibt ein Extraktionsverfahren mittels CO2 zur Abtrennung von Coffein aus einer Teepflanze. Hierzu werden Drücke von bis zu 1000 bar bei Temperaturen von bis zu 800C als Verfahrensparameter vorgeschlagen.
[0005] EP 1 424 385 B1 beschreibt ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Xanthohumol-angereicherten Hopfenextrakts und dessen Verwendung. Dieses Verfahren erfolgt bei einem Druck von bis zu maximal 1000 bar und Temperaturen über 600C. Beide vorgenannten Verfahren nennen als Grenze für den Druck in der Extraktionsstufe 1000 bar bei vergleichbaren Temperaturen. Der ideale Bereich für die Extraktion wird etwas unterhalb von 1000 bar angegeben. Diese in der WO 2006/05537 A1 und EP 1 424 385 B1 beschriebene Grenze von 1000 bar ist identisch mit dem physikalisch bestimmten Bereich, in welchem das Löslichkeitsmaximum der rohstoffeigenen, natürlichen öle im überkritischen Gas CO2 liegt, wobei der exakte Druck abhängig von der jeweiligen Temperatur ist.
[0006] Diese Drücke müssen bereits für industrielle Anwendungen als sehr hoch betrachtet werden, denn üblicherweise liegen die Drücke bei der Extraktion im Bereich von 300 bis 500 bar. DE 195 24 481 C2, DE 44 00 096 C2 oder DE 198 54 807 A1 beschreiben derartige Verfahren.
[0007] Im Stand der Technik wird die Löslichkeit in der Regel nicht durch weitere Erhöhung des Druckes gesteigert, sondern dadurch, dass sogenannte Schleppmittel eingesetzt werden. Schleppmittel wie Ethanol, Azeton, Hexan oder Wasser verändern die Polarität des Lösungsmittels und somit auch dessen Lösungseigenschaften. Nachteilig hieran ist, dass das zugesetzte Schleppmittel selbst wieder abgetrennt werden muss. Dies verteuert das Extraktionsverfahren, wobei eine 100%-ige Abtrennung häufig nicht möglich ist, was eine nicht gewünschte Verunreinigung zur Folge hat. In der DE 198 54 807 A1 wird für die Extraktion von Lecithin aus Trockenei die Zugabe von Ethanol oder Hexan als Cosolvent oder Schleppmittel vorgeschlagen.
[0008] Es sind auch Verfahren bekannt, die ohne zugesetzte Schleppmittel auskommen. Beispielsweise beschreibt die US 4,466,923 ein Verfahren, bei dem ein Lipid aus einem Lipid-enthaltenden Material mittels überkritischem Kohlendioxid extrahiert wird, wobei die Extraktion in einem Druckbereich von 55O0C bis 12000C durchgeführt wird und durch Wahl von Druck und Temperatur eine mindestens 5 %ige Löslichkeit des überkritischen Kohlendioxids gegenüber dem zu extrahierenden Gut eingestellt wird. Bei zu extrahierenden Stoffgemischen tritt jedoch das Problem auf, dass die unterschiedlichen Komponenten unterschiedliches Lösungsverhalten aufweisen und dass mit steigendem Druck und Temperatur die Löslichkeiten eines Teils der Komponenten noch steigen, während die Löslichkeiten eines anderen Teils der Komponenten, meist die leichter löslichen, bereits wieder sinken.
[0009] Somit besteht nach wie vor ein Bedürfnis, schlecht lösliche Inhaltsstoffe aus pflanzlichen oder tierischen Rohstoffen mit hoher Reinheit zu extrahieren.
[0010] Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Extraktionsverfahren zur Gewinnung löslicher Substanzen aus pflanzlichen oder tierischen organischen Rohstoffen unter Hochdruck gelöst, wobei als Lösungsmittel mindestens ein überkritisches Gas eingesetzt wird, wobei
• das organische Material in einen oder mehreren Hochdruckbehältern eingefüllt, verschlossen und anschließend mit einem Druck von mehr als 800 bar beaufschlagt wird, nachfolgend
• in einer Extraktionsstufe der gefüllte Hochdruckbehälter von dem überkritischen Gas mindestens einmal durchströmt wird, wobei dem überkritischen Gas kein zusätzliches Schleppmittel beigemischt wird, und anschließend
• das beladene überkritische Gas ganz oder teilweise einer Abscheidestufe zugeführt wird, in welcher unter Druckabsenkung natürliche Substanz oder Substanzgemische abgetrennt oder voneinander getrennt werden, und • der Druck in der Extraktionsstufe den maximalen Löslichkeitsdruck des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in dem überkritischen Gas um mindestens 10 % übersteigt, wobei das jeweilige rohstoffeigene Öl oder Fett als Schleppmittel dient.
[0011] Entscheidend dabei ist, dass der Druck in der Extraktionsstufe den maximalen Löslichkeitsdruck des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in dem überkritischen Gas um mindestens 10 % übersteigt, diese Druckerhöhung über den maximalen Löslichkeitsdruck des rohstoffeigenen Öles oder Fettes kann auch deutlich darüber liegen. Bei Verwendung von Kohlendioxid (CO2) als überkritischem Gas liegt der Druck vorzugsweise im Bereich von 1100 bar bis 5000 bar, im Idealfall bei 1300 bar bis 2500 bar.
[0012] Es konnte überraschenderweise festgestellt werden, dass bei einer derartigen Überhöhung des Druckes in der Extraktionsstufe die rohstoffeigenen öle und Fette als rohstoffeigenes beziehungsweise arteigenes Schleppmittel für die zu gewinnende Substanz oder Substanzgemisch wirken. Auf diese Weise können bei Stoffgemischen auch Substanzen ohne zusätzliche Schleppmittel extrahiert werden konnten, die bisher überhaupt nicht mittels überkritischer Extraktion oder nur unter Einsatz von organischen Schleppmitteln gewonnen werden konnten.
[0013] In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass das organische Material im Hochdruckbehälter der Extraktionsstufe vom überkritischen Gas in einem Kreislaufstrom mehrfach durchströmt wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, dass die Temperatur im überkritischen Gas vor oder in der Abscheidestufe mittels Wärmetauscher verändert wird.
[0014] Das Extraktionsverfahren kann dahingehend verbessert werden, dass im ersten Abscheider, welcher sich stromabwärts an die Extraktionsstufe anschließt, ein Druck vorliegt, der im Bereich der maximalen Löslichkeit des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in CO2 liegt, und im Idealfall höchstens 2 % über oder unter diesem Löslichkeitsmaximum liegt. Auch hier wurde eine überraschende Beobachtung gemacht. Die sich ergebende Fraktion von schwerstextrahierbaren Substanzen verbleibt bei diesem Druckniveau in dem gasförmigen Gemisch aus Lösungsmittel und öl und ist somit relativ leicht von dem Gemisch aus leichter löslichen Substanzen abtrennbar. Die Abtrennung dieser schwerstlöslichen Substanzen erfolgt dann in nachfolgenden Abscheidern. Vorzugsweise liegt der Druck in diesem ersten Abscheider im Bereich von 800 bar bis 1000 bar.
[0015] Eine verbesserte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Extraktion zweistufig erfolgt. Vor der Extraktion bei den vorgenannten Drücken oberhalb von 1100 bar wird vorab ein Extraktionsschritt vorgenommen, bei welchem ein Druck vorliegt, der im Bereich der maximalen Löslichkeit des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in CO2 liegt, und idealerweise maximal 2 % über oder unter diesem Maximum liegt, also so, wie in dem ersten Abscheider nach der gesamten Extraktion. Durch diese vorlaufende Extraktion im ersten Schritt kann ein großer Anteil der zu extrahierenden Substanzen abgetrennt werden, wodurch verhindert wird, dass sie wieder aus der Lösung ausfallen, wenn anschließend der Druck nochmal deutlich gesteigert wird, um im zweiten Extraktionsschritt bei Drücken, die den maximalen Löslichkeitsdruck des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in dem überkritischen Gas um mindestens 10 % übersteigen, dann die schwerlöslichen Anteile zu extrahieren, wobei das jeweilige rohstoffeigene Öl oder Fett als Schleppmittel dient. Da ein Teil des rohstoffeigenen Öls oder Fetts als Schleppmittel dienen soll, darf es natürlich im ersten Extraktionsschritt nicht vollständig abgeschieden werden, sondern nur soweit, dass die Schleppmittelwirkung für die nachfolgende Extraktion nicht beeinträchtigt wird.
[0016] In einer verbesserten Verfahrensvariante sind in der Abscheidestufe mindestens 2 und idealerweise 3 oder 4 Abscheider vorgesehen, die unterschiedliche Druckstufen aufweisen. Durch diese Abstufung kann eine Vorab-Auftrennung des extrahierten Stoffgemisches erreicht werden.
[0017] In mehreren Versuchen wurden Haselnusskerne bei 4O0C und unterschiedlichen Drücken extrahiert. Eine Charge wurde mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei 1500 bar und dieselbe Menge an Nusskernen in einem Vergleichsversuch mit einem Verfahren nach dem Stand der Technik bei 500 bar extrahiert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte bei der identischen Menge an CO2 über die doppelte Ausbeute an Öl und Alkaloiden erreicht werden, dabei stieg der Anteil an öl und Alkaloiden fast parallel an. An diesen Versuchen kann auch festgestellt werden, dass das Hochdruckextrahieren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ein thermisch sehr schonendes Verfahren ist.
[0018] In weiteren Versuchsreihen wurden Vergleichsversuche zum entsprechenden herkömmlichen Stand der Technik durchgeführt. Zunächst wurde 0,5 kg Süß-Paprika (Capsicum annuum) in einen Extraktor gefüllt und bei 1800 bar und 60°C über 3 Stunden extrahiert. Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff betrug 40, bezogen auf deren Masse. In einem ersten Abscheider, der bei 1000 bar und 40 0C betrieben wurde, konnten 15 g eines dunkelroten, halbfesten Produktes, enthaltend Capsanthin, Capsorubin, Beta- Carotin, Beta-Criptoxanthin, Lutein, Violaxanthin und Zeaxanthin abgeschieden werden, was einer Ausbeute von 3 % entspricht. Im nachfolgenden Abscheider, der bei 1000 bar und 400C betrieben wurde, schied sich eine Emulsion aromatischer Komponenten und Wasser ab. Der feste Rückstand enthielt noch Carotine und Carotinoide. Im Vergleichsversuch entsprechend der Erfindung wurde die gleiche Menge Süß-Paprika bei gleichem Druck und gleicher Temperatur, aber bei einem Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff von zunächst 13 und einer Extraktionsdauer von nur einer Stunde extrahiert. In einem ersten Abscheider wurde ein vergleichbares Produkt abgeschieden. Im nachfolgenden Abscheider, der unter den gleichen Bedingungen wie oben betrieben wurde, schied sich ebenso eine Emulsion aromatischer Komponenten und Wasser ab, diese Emulsion wurde aber wieder verdichtet und in den Hochdruck-Extraktor zurückgeführt. In einem weiteren Extraktionschritt wurden auch Carotine und Carotinoide extrahiert und die Ausbeute zusammen mit Capsanthin, Capsorubin, Beta-Carotin, Beta-Criptoxanthin, Lutein, Violaxanthin und Zeaxanthin betrug insgesamt 8 %,die Ölausbeute nochmal 10 %. Über beide Extraktionsschritte zusammen betrug das Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff 40, wie oben, bezogen auf deren Masse.
[0019] In einem weiteren Vergleichsversuch wurde 0,5 kg scharfer Paprika (Capsicum frutescens) in einen Extraktor gefüllt und bei 2300 bar und 600C über 2 Stunden extrahiert. Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff betrug 35, bezogen auf deren Masse. In einem ersten Abscheider, der bei 1000 bar und 40 0C betrieben wurde, konnten 18 g eines dunkelroten, halbfesten Produktes, enthaltend Capsanthin, Capsorubin, Beta-Carotin, Beta- Criptoxanthin, Lutein, Violaxanthin und Zeaxanthin abgeschieden werden, was einer Ausbeute von 3,6 % entspricht. Im nachfolgenden Abscheider, der bei 300 bar und 4O0C betrieben wurde, schied sich eine Emulsion aromatischer Komponenten und Wasser ab. Der feste Rückstand enthielt noch Carotine und Carotinoide. Im Vergleichsversuch entsprechend der Erfindung wurde die gleiche Menge scharfer Paprika bei gleichem Druck und gleicher Temperatur, aber bei einem Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff von zunächst 17,5 und einer Extraktionsdauer von nur einer Stunde extrahiert. In einem ersten Abscheider wurde ein vergleichbares Produkt abgeschieden. Im nachfolgenden Abscheider, der unter den gleichen Bedingungen wie oben betrieben wurde, schied sich ebenso eine Emulsion aromatischer Komponenten und Wasser ab, diese Emulsion wurde aber wieder verdichtet und in den Hochdruck-Extraktor zurückgeführt. In einem weiteren Extraktionschritt wurden auch Carotine und Carotinoide extrahiert und die Ausbeute zusammen mit Capsanthin, Capsorubin, Beta-Carotin, Beta-Criptoxanthin, Lutein, Violaxanthin und Zeaxanthin betrug insgesamt 7 %,die ölausbeute wieder 10 %. Über beide Extraktionsschritte zusammen betrug das Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff 40, bezogen auf deren Masse.
[0020] In einem weiteren Vergleichsversuch wurde 0,5 kg Tomatenpulver (Lycoperscum esculentum) in einen Extraktor gefüllt und bei 2800 bar und 600C über 2 Stunden extrahiert. Das Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff betrug 35, bezogen auf deren Masse. In einem ersten Abscheider, der bei 1000 bar und 40 0C betrieben wurde, konnten 12 g eines dunkelroten, halbfesten Produktes, enthaltend Carotine und Carotinoide, überwiegend Licopen und Beta-Carotin, abgeschieden werden, was einer Ausbeute von 2,4 % entspricht. Im nachfolgenden Abscheider, der bei 300 bar und 400C betrieben wurde, schied sich eine Emulsion aromatischer Komponenten und Wasser ab. Der feste Rückstand enthielt noch Carotine und Carotinoide. Im Vergleichsversuch entsprechend der Erfindung wurde die gleiche Menge Tomatenpulver bei gleichem Druck und gleicher Temperatur, aber bei einem Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff von zunächst 17,5 und einer Extraktionsdauer von nur einer Stunde extrahiert. In einem ersten Abscheider wurde ein vergleichbares Produkt abgeschieden. Im nachfolgenden Abscheider, der unter den gleichen Bedingungen wie oben betrieben wurde, schied sich ebenso eine Emulsion aromatischer Komponenten und Wasser ab, diese Emulsion wurde aber wieder verdichtet und in den Hochdruck- Extraktor zurückgeführt. In einem weiteren Extraktionschritt wurden weitere Carotine und Carotinoide extrahiert und die Ausbeute betrug insgesamt 4 %, die Ölausbeute wieder 10 %. Über beide Extraktionsschritte zusammen betrug das Verhältnis von Lösungsmittel zu Einsatzstoff 40, bezogen auf deren Masse.

Claims

Patentansprüche
1 Extraktionsverfahren zur Gewinnung löslicher Substanzen aus pflanzlichen oder tierischen organischen Rohstoffen unter Hochdruck, wobei als Lösungsmittel überkritisches Gas eingesetzt wird, wobei
• das organische Material in einen oder mehreren Hochdruckbehältern eingefüllt, verschlossen und anschließend mit einem Druck von mehr als 800 bar beaufschlagt wird, nachfolgend
• in einer Extraktionsstufe der gefüllte Hochdruckbehälter von dem überkritischen Gas mindestens einmal durchströmt wird, wobei dem überkritischen Gas kein zusätzliches Schleppmittel beigemischt wird, und anschließend
• das beladene überkritische Gas ganz oder teilweise einer Abscheidestufe zugeführt wird, in welcher unter Druckabsenkung natürliche Substanz oder Substanzgemische abgetrennt oder voneinander getrennt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druck in der Extraktionsstufe den maximalen Löslichkeitsdruck des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in dem überkritischen Gas um mindestens 10 % übersteigt, wobei das jeweilige rohstoffeigene Öl oder Fett als Schleppmittel dient.
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als überkritisches Gas und Lösungsmittel CO2 eingesetzt wird.
3 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Extraktionsstufe ein Arbeitsdruck von 1100 bar bis zu 5000 bar ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Extraktionsstufe ein Arbeitsdruck von 1300 bar bis 2500 bar ausgewählt wird.
5 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material im Hochdruckbehälter der Extraktionsstufe vom überkritischen Gas in einem Kreislaufstrom mehrfach durchströmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im überkritischen Gas vor oder in der Abscheidestufe mittels Wärmetauscher verändert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem der Extraktionsstufe nachfolgenden ersten Abscheider ein Druck vorliegt, der im Bereich der maximalen Löslichkeit des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in CO2 liegt, und idealerweise maximal 2 % über oder unter diesem Maximum liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in dem ersten Abscheider im Bereich von 800 bar bis 1000 bar liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abscheidestufe mindestens 2, idealerweise 3 oder 4 Abscheider vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktion gemäß Anspruch 1 ein weiterer Extraktionsschritt vorangestellt wird, bei welchem ein Druck vorliegt, der im Bereich der maximalen Löslichkeit des rohstoffeigenen Öles oder Fettes in CO2 liegt, und idealerweise maximal 2 % über oder unter diesem Maximum liegt.
EP07846703A 2006-11-23 2007-11-21 Verfahren zur selektiven extraktion und separation organischer stoffe mittels hochdruck Ceased EP2097149A1 (de)

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Application Number Title Priority Date Filing Date
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US (1) US20100136190A1 (de)
EP (1) EP2097149A1 (de)
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