EP3930738A1 - Verfahren zum erhalt von fucoxanthin und fettsäuren aus algenbiomasse - Google Patents

Verfahren zum erhalt von fucoxanthin und fettsäuren aus algenbiomasse

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EP3930738A1
EP3930738A1 EP20707609.2A EP20707609A EP3930738A1 EP 3930738 A1 EP3930738 A1 EP 3930738A1 EP 20707609 A EP20707609 A EP 20707609A EP 3930738 A1 EP3930738 A1 EP 3930738A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bar
fucoxanthin
process step
fatty acid
particularly preferred
Prior art date
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Pending
Application number
EP20707609.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Felix DERWENSKUS
Ulrike Schmid-Staiger
Christian BRINGMANN
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.)
Universitaet Stuttgart
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Universitaet Stuttgart
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Stuttgart, Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Universitaet Stuttgart
Publication of EP3930738A1 publication Critical patent/EP3930738A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61K36/00—Medicinal preparations of undetermined constitution containing material from algae, lichens, fungi or plants, or derivatives thereof, e.g. traditional herbal medicines
    • A61K36/02—Algae
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07D303/00—Compounds containing three-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
    • C07D303/02—Compounds containing oxirane rings
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    • A61K31/19—Carboxylic acids, e.g. valproic acid
    • A61K31/20—Carboxylic acids, e.g. valproic acid having a carboxyl group bound to a chain of seven or more carbon atoms, e.g. stearic, palmitic, arachidic acids
    • A61K31/202—Carboxylic acids, e.g. valproic acid having a carboxyl group bound to a chain of seven or more carbon atoms, e.g. stearic, palmitic, arachidic acids having three or more double bonds, e.g. linolenic
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    • A61K31/336—Heterocyclic compounds having oxygen as the only ring hetero atom, e.g. fungichromin having three-membered rings, e.g. oxirane, fumagillin
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/42—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B2200/00—Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
    • C07B2200/13—Crystalline forms, e.g. polymorphs

Definitions

  • the present invention relates to a method for obtaining a fucoxanthin crystal-containing precipitate, in particular fucoxanthin crystals, in particular fucoxanthin, and a fatty acid-containing lipid fraction, in particular fatty acids, from algal biomass, in particular a method for the integrated extraction and separation of fucoxanthin and fatty acids from algal biomass, as well as the products obtained from these processes, in particular fucoxanthin crystals and fatty acids.
  • Various macroalgae and microalgae especially diatoms (also known as Bacillariophyta or diatoms) and members of the Prymnesiophyceae class, contain industrially relevant amounts of the carotenoid fucoxanthin (FX) and various, mostly polyunsaturated fatty acids (e.g. eicosapentaenoic acid EPA or docosahexaenoic acid DHA).
  • FX carotenoid fucoxanthin
  • various, mostly polyunsaturated fatty acids e.g. eicosapentaenoic acid EPA or docosahexaenoic acid DHA.
  • a chemical synthesis of fucoxanthin is possible, but very laborious (Kajikawa et al., 2012).
  • EPA and DHA are usually made from fish oil (Lee et al., 2009).
  • Fucoxanthin is a light-harvesting pigment that occurs in the form of fucoxanthin-chlorophyll-a / c-protein complexes (FCP) in the spaces between the thylakoid membranes of the algae cells, where there is light energy in the green to blue wavelength range to the intrinsic primary pigments in the photosystems of the Forwards cells.
  • FCP fucoxanthin-chlorophyll-a / c-protein complexes
  • fucoxanthin is also of interest from a commercial point of view due to its health-promoting properties, which are essentially based on the structure and functional groups of the molecule (including the epoxy group and cumulative carbon double bonds) (Peng et al., 2011 ).
  • the fatty acids (mostly mono- and polyunsaturated) contained in the algae are, depending on the algae species, either in the form of glyco and phospholipids as part of the chloroplast membrane or as storage lipids in the form of triacylglycerides (TAG). Most economically interesting are essential fatty acids such as EPA and DHA. They also have various health-promoting properties.
  • Fatty acids such as EPA or DHA
  • EPA or DHA can be obtained with both polar and non-polar solvents in the traditional way or with pressure-based methods (Pieber et al., 2012).
  • Polar solvents ethanol, ethyl acetate, acetone
  • the polar solvents that are classically used provide high yields of fucoxanthin, but are very unselective.
  • the extracts obtained therefore contain very high proportions of other lipids (including fatty acids, phytosterols and other carotenoids) and have to be purified in a complex process in order to obtain highly pure fucoxanthin.
  • an extract is created that contains fucoxanthin, fatty acids and many other lipids.
  • the other lipids can represent a main part of the extract with regard to the dry matter.
  • Non-polar solvents which are not or only partially miscible with the solvents previously used (for example hexane in combination with ethanol and water), can be used to remove the fatty acids and fucoxanthin in the previously obtained extracts by means of liquid / liquid extraction Separate two-phase system (Kim et al., 2012a, 2012b). For this, large amounts of the additional solvent are necessary and the separation of the components is usually not completely possible, which means that the high purity is not required two components based on the total dry weight of the individual fractions is achieved.
  • n-hexane used to remove lipids / fatty acids from the ethanol extract, which contains both substance classes (fatty acids and fucoxanthin). It was found that fucoxanthin is almost insoluble in n-hexane and that n-hexane can therefore absorb fucoxanthin significantly less than the polar solvents mentioned above. In total, the extraction took a very long time of 3 hours.
  • the fucoxanthin can be caused to precipitate by “displacement” (Gömez-Loredo et al., 2014).
  • the problem here is that the large amount of phosphate salt has to be removed from the system, for example by means of diafiltration, in order to be able to use both substances, which in turn is complex and results in a further process step.
  • WO 2015/101410 A1 discloses a method for the continuous extraction of fucoxanthin, a liquid / solid extraction of the fucoxanthin taking place with at least one alkane and the fucoxanthin being isolated from the extract by crystallization.
  • chromatographic columns or a packed column with a fixed bed are used in particular to isolate the fucoxanthin.
  • the disadvantage of the method is that the fucoxanthin is not very pure and that the use of chromatographic columns or a packed fixed bed in particular represents a high expenditure, in particular a high expenditure of time.
  • the method disclosed in WO 2015/101410 is less economical, since the fraction containing fatty acids from the algae extract is not processed further.
  • the present invention is based on the technical problem of obtaining both fucoxanthin and fatty acids, in particular EPA and / or DHA, in high yield, in particularly high purity and without product damage, and thereby providing a particularly cost-effective and economically attractive process.
  • the present invention solves the underlying technical problem by providing the teachings of the independent claims.
  • a method for obtaining a fucoxanthin-containing precipitate and a fatty acid-containing lipid fraction from algal biomass comprising the following method steps: a) providing at least one non-polar organic solvent and
  • Process step a) provided algal biomass in at least one
  • Extraction reactor unit to which at least one first filter element is assigned, at a temperature of 60 to 150 ° C and a pressure of 1.5 to 100 bar to obtain a mixture comprising an algae extract and an algae biomass subjected to extraction, c) separating the algal biomass subjected to extraction from the in Method step b) obtained mixture by means of filtration through the at least one first filter element to
  • Precipitation reactor unit for the precipitation of fucoxanthin crystals to obtain a
  • Algae extract fraction e) separating the fucoxanthin crystal-containing precipitate from the mixture of fucoxanthin crystal-containing precipitate and fatty acid-containing algae extract fraction by filtering through the at least one second filter element to obtain a fucoxanthin crystal-containing precipitate and a fatty acid fraction containing algae extract , and f) separating a fatty acid-containing lipid fraction from the fatty acid-containing one
  • the present invention therefore provides a method for, in particular discontinuously, obtaining a precipitate containing fucoxanthin crystals, in particular fucoxanthin, and a lipid fraction containing fatty acids from algal biomass, wherein in a first
  • Process step a) at least one non-polar organic solvent and algae biomass is provided and in a second process step b) fucoxanthin and fatty acids are extracted from the algae biomass provided in the first process step by means of the at least one non-polar organic solvent provided in the first process step, in particular at a temperature of 60 to 150 ° C and a pressure of 1.5 to 100 bar to obtain a mixture comprising an algae extract and an algae biomass subjected to extraction.
  • a third process step c) the algae biomass subjected to extraction is separated from the mixture obtained in the second process step by means of filtration to obtain a filtered algae extract.
  • a fourth process step d) the temperature of the filtered algae extract is lowered to -80 to 50 ° C for the precipitation of fucoxanthin crystals and thus to obtain a mixture of fucoxanthin crystal-containing precipitate and fatty acid-containing algae extract fraction.
  • the fucoxanthin crystal-containing precipitate is made from the mixture of fucoxanthin crystal-containing precipitate and fatty acid-containing
  • a fatty acid-containing lipid fraction is derived from the fatty acid-containing one
  • the present invention provides for the aforementioned six process steps a) to f) to be carried out in a reactor system which has at least one extraction reactor unit and at least one precipitation reactor unit downstream of the extraction reactor unit, and each extraction reactor unit being assigned at least one first filter element and each precipitation reactor unit being assigned at least one second filter element and wherein the at least one first filter element - viewed in the process direction from the first to the last step (process step a) to the sixth step, process step f)) - is arranged in front of the at least one precipitation reactor unit and the at least one second filter element is arranged after the at least one precipitation reactor unit.
  • the present inventive, in particular discontinuous, procedure is accordingly characterized in particular by extracting a fucoxanthin-containing precipitate, in particular fucoxanthin, and a fatty acid-containing lipid fraction from algal biomass by means of at least one non-polar organic solvent and by means of the reaction parameters according to the invention and the, especially discontinuous Procedure using at least two filter elements, namely to separate an algae biomass obtained in a second process step and a fucoxanthine crystal-containing precipitate obtained in a fourth process step, to be able to obtain high yields and purities of fucoxanthin and fatty acids.
  • the process can be carried out continuously or batchwise.
  • the extraction of fucoxanthin and fatty acids from the algae biomass takes place according to the invention at a temperature of 60 to 100 ° C. and a pressure of 1.5 to 100 bar in at least one extraction reactor unit to which at least one first filter element is assigned.
  • the extraction gives a mixture comprising an algae extract and an algae biomass subjected to extraction.
  • the algal biomass subjected to extraction is removed from the mixture by filtration using the at least one first filter element.
  • a filtered algae extract is obtained, which is introduced into at least one precipitation reactor unit to which at least one second filter element is assigned.
  • the temperature of the filtered algae extract is lowered to -80 to 50 ° C in order to precipitate fucoxanthin crystals from the filtered algae extract and accordingly to add a mixture of precipitate containing fucoxanthin crystals and a non-precipitated fatty acid-containing algae extract fraction receive.
  • the fucoxanthine crystal-containing precipitate is separated from the previously formed mixture of fucoxanthine crystal-containing precipitate and a fatty acid-containing algae extract fraction by filtration using the at least one second filter element, with a fucoxanthin crystal-containing precipitate and a fatty acid-containing algae extract fraction can be obtained.
  • a fatty acid-containing lipid fraction is obtained from the fatty acid-containing algae extract fraction by evaporating the at least one non-polar organic solvent.
  • the fucoxanthin crystal-containing precipitate can be further processed in at least one further process step, for example dissolving, drying, recrystallization, comminution, in particular with ultrasound treatment or the like to obtain fucoxanthin crystals, in particular fucoxanthin, in particular with a defined diameter.
  • the process according to the invention advantageously produces fucoxanthin crystals, in particular fucoxanthin, and fatty acids, in particular DHA and EPA, in particularly high purity and particularly high yield.
  • fucoxanthin crystals in particular fucoxanthin
  • fatty acids in particular DHA and EPA
  • particularly high yield of fatty acids is not readily predictable in view of the fact that the fatty acids occur in the algae used in the form of glycolipids, which have a more polar character.
  • thermally induced conversions of the glycolipids to free fatty acids during the extraction lead to this particularly high yield.
  • the process according to the invention produces the fatty acids and also the fucoxanthin in particularly high purity, with both components advantageously being able to be obtained in a single process step and thus the process also being particularly economical and inexpensive. In particular, further purification steps can be omitted.
  • a particular advantage of the high purity of the fatty acids and the fucoxanthin crystals lies in their better processing.
  • the fatty acids obtained by the process according to the invention have little or no discoloration, which is why they can be used advantageously in the cosmetics industry in particular.
  • a reactor system set up according to the invention comprises at least one extraction reactor unit, to which at least one first filter element is assigned, and at least one second precipitation reactor unit, to which at least one second filter element is assigned.
  • the reactor system preferably has an evaporation device, in particular a distillation apparatus, arranged downstream of the second filter element and connected to the precipitation reactor unit.
  • At least two, in particular at least three, in particular two, in particular three, first filter elements are assigned to an extraction reactor unit.
  • at least two, in particular at least three, in particular two, in particular three, second filter elements are assigned to a precipitation reactor unit.
  • Extraction reactor unit and the at least one precipitation reactor unit are two spatially separated reactors connected by a connection, in particular a fluid connection.
  • connection is between the two
  • Reactor units at least one hose or at least one tube.
  • connection is between the two
  • Reactor units have an opening in a spatial separation device.
  • the spatial separation device can be a wall.
  • a stirrer is contained in at least one of the reactor units.
  • Extraction reactor unit contain an agitator.
  • Precipitation reactor unit contain an agitator.
  • Extraction reactor unit and the at least one precipitation unit each contain a stirrer.
  • At least one of the reactor units is a fluidized bed reactor. In a particularly preferred embodiment, the at least one
  • Extraction reactor unit a fluidized bed reactor.
  • Precipitation reactor unit a fluidized bed reactor.
  • Extraction reactor unit and the at least one precipitation reactor unit are Extraction reactor unit and the at least one precipitation reactor unit
  • At least one of the reactor units has a device for controlling the temperature of the reactor unit.
  • Extraction reactor unit on a device for temperature control of the reactor unit.
  • Precipitation reactor unit on a device for temperature control of the reactor unit.
  • the extraction reactor unit and the at least one precipitation reactor unit each have a device for controlling the temperature of the reactor unit.
  • an extraction reactor unit has at least one inlet and at least one outlet.
  • a precipitation reactor unit has at least one inlet and at least one outlet.
  • an extraction reactor unit has an inlet and an outlet.
  • a precipitation reactor unit has an inlet and an outlet.
  • at least a first is one
  • each first filter element assigned to an extraction reactor unit is in the outlet of an extraction reactor unit.
  • At least a first is one
  • Filter element assigned to the extraction reactor unit in the inlet of a precipitation reactor unit.
  • each first filter element assigned to an extraction reactor unit is in the inlet of a precipitation reactor unit.
  • the at least one first is located
  • the at least one first is located
  • Extraction reactor unit associated filter element in the opening of the spatial separation device, in particular in the opening of a wall.
  • This at least one first filter element is thus present in the connection of the at least one extraction reactor unit and the at least one precipitation reactor unit.
  • the at least one first filter element is heated. This has the advantage that early precipitation of the fucoxanthin crystal-containing precipitate is reduced, in particular noticeably prevented, in particular completely prevented.
  • the at least one first filter element has a pore size of 0.1 to 0.9 ⁇ m, in particular 0.1 to 0.5 ⁇ m, in particular 0.1 ⁇ m, in particular 0.2 ⁇ m, in particular 0.25 pm, in particular 0.5 pm, in particular 1 pm.
  • the at least one first filter element consists of steel, ceramic or PTFE or a combination of these.
  • the at least one first filter element is a filter which is suitable for cross-flow filtration, in particular a hollow fiber filter.
  • the at least one first filter element is a sieve filter.
  • the second is the
  • Precipitation reactor unit associated filter element in the outlet of the precipitation reactor unit.
  • the second is the
  • Precipitation reactor unit associated filter element in at least one, in particular in one, connection of the precipitation reactor unit with subsequent devices.
  • the second filter element has a pore size of 0.2 to 10 ⁇ m, in particular from 0.2 to 5 ⁇ m, in particular from 0.2 to 1 ⁇ m, in particular from 0.2 to 0.45 ⁇ m, in particular from exactly 0.2 pm, in particular from exactly 0.45 pm, in particular from exactly 1 pm, in particular from exactly 5 pm.
  • the second filter element consists of steel, ceramic or PTFE or a combination of these.
  • the at least one second filter element is a filter which is suitable for cross-flow filtration, in particular a hollow fiber filter.
  • the at least one second filter element is a sieve filter.
  • Extraction reactor unit a device for drying, in particular for spray drying, in particular for freeze drying, is connected.
  • Extraction reactor unit is connected to a device for cell disruption.
  • Extraction reactor unit a device for cell disruption and after the device for Cell disruption a device for drying, in particular for spray drying, in particular for freeze drying, are connected.
  • the device for cell disruption is a high-pressure homogenizer or a ball mill, in particular an agitator ball mill.
  • a distillation apparatus is connected after the second filter element.
  • a device for solvent recycling is connected after the distillation apparatus.
  • a device for further processing, in particular for comminuting, the precipitate containing fucoxanthin crystals is provided after the second filter element.
  • This device for further processing, in particular for comminuting, the precipitate containing fucoxanthin crystals can be connected without prejudice to the connection of a distillation apparatus, that is to say in particular in parallel therewith.
  • the device for comminuting the fucoxanthin-crystal-containing precipitate is a device which comminutes the fucoxanthin-crystal-containing precipitate by means of ultrasound.
  • the device for comminuting the fucoxanthin-crystal-containing precipitate is a device which comminutes the fucoxanthin-crystal-containing precipitate by means of mechanical shear forces.
  • the pressure difference across the first filter element, in particular between the at least one extraction reactor unit and the at least one precipitation reactor unit is 1 to 99 bar, in particular 1 to 98 bar, in particular 1 to 97 bar, in particular 1 to 90 bar, in particular 1 up to 80 bar, especially 1 to 70 bar, especially 1 to 60 bar, especially 5 to 99 bar, especially 5 to 98 bar, especially 5 to 97 bar, especially 5 to 90 bar, especially 5 to 80 bar, especially 5 to 70 bar, especially 5 to 60 bar, especially 10 to 99 bar, especially 20 to 98 bar, especially 20 to 97 bar, especially 20 to 90 bar, especially 20 to 80 bar, especially 20 to 70 bar, especially 20 to 60 bar bar, especially 20 to 99 bar, especially 20 to 98 bar, especially 20 to 97 bar, especially 20 to 90 bar, especially 20 to 80 bar, especially 20 to 70 bar, especially 20 to 60 bar bar, especially 20 to 99 bar, especially 20 to 98 bar, especially 20 to 97 bar, especially 20 to 90 bar, especially 20 to 80 bar, especially 20 to 70 bar, especially 20 to 60 bar
  • the pressure difference across the second filter element, in particular between the at least one extraction reactor unit and an evaporation device is 1 to 99 bar, in particular 1 to 98 bar, in particular 1 to 97 bar, in particular 1 to 90 bar, in particular 1 to 80 bar, especially 1 to 70 bar, especially 1 to 60 bar, especially 5 to 99 bar, especially 5 to 98 bar, especially 5 to 97 bar, especially 5 to 90 bar, especially 5 to 80 bar, especially 5 to 70 bar, especially 5 to 60 bar, especially 10 to 99 bar, especially 20 to 98 bar, especially 20 to 97 bar, especially 20 to 90 bar, especially 20 to 80 bar, especially 20 to 70 bar, especially 20 to 60 bar, especially 20 up to 99 bar, especially 20 to 98 bar, especially 20 to 97 bar, especially 20 to 90 bar, especially 20 to 80 bar, especially 20 to 70 bar, especially 20 to 60 bar.
  • the process according to the invention has yields of 65 to 95% by weight (TS, dry substance) (yield based on the dry weight of the fatty acids in the starting material) for fatty acids.
  • the process according to the invention has yields of 65 to 98% by weight (TS) (yield based on the dry weight of the EPA in the starting material) for EPA.
  • the process according to the invention has yields of 30 to 75% by weight, in particular 40 to 75% by weight (TS) (yield based on the dry weight of the fucoxanthine in the starting material) for fucoxanthin.
  • TS yield based on the dry weight of the fucoxanthine in the starting material
  • the algal biomass provided in method step a) has been comminuted, in particular by cell disruption, before being provided.
  • the algae biomass provided in method step a) was dried, in particular by means of spray or freeze drying, before being provided.
  • the algae biomass provided in method step a) has been comminuted, in particular by cell disruption, and dried, in particular by means of spray or freeze drying, before being provided.
  • the algal biomass provided in method step a) is a particulate algal biomass.
  • the comminution, in particular the cell disruption, of the algae biomass is carried out by a ball mill, in particular an agitator ball mill, or by a high pressure homogenizer, in particular by a ball mill, in particular an agitator ball mill, before it is provided in process step a).
  • the at least one non-polar organic solvent is an alkane, in particular an n-alkane, or is a combination of different alkanes, in particular different n-alkanes.
  • the at least one non-polar organic solvent is pentane, hexane, heptane and / or a combination of these, in particular n-hexane, n-pentane, n-heptane and / or a combination of these, in particular cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane and / or a combination of these.
  • the at least one non-polar organic solvent is hexane or heptane, in particular hexane, in particular heptane. In a particularly preferred embodiment of the present invention it is provided that the at least one non-polar organic solvent is n-hexane or n-heptane, in particular n-hexane, in particular n-heptane.
  • the at least one non-polar organic solvent is mixed with small amounts of at least one polar solvent, in particular 0.1 to 10% by volume, in particular 0.1 to 5% by volume, in particular, before being provided in process step a) 0.1 to 1% by volume, in particular 0.1 to 0.5% by volume (in each case based on the total volume of the mixture of the at least one non-polar organic solvent and the at least one polar solvent), mixed.
  • the at least one polar solvent in the mixture of the at least one non-polar organic solvent and the at least one polar solvent is a solvent selected from the group consisting of ethanol, ethyl acetate, acetone or mixtures thereof.
  • the algae biomass is an algal biomass of macroalgae or microalgae, in particular diatoms, in particular Bacillariophyceae, in particular algae of the class Prymnesiophyceae, in particular Phaeodactylum tricornutum, in particular Cylinderotheca fusiformis, in particular Odontella aurita, in particular Haptophyceae Isochrysis spec., Especially Isochrysis aff galbana.
  • macroalgae or microalgae in particular diatoms, in particular Bacillariophyceae, in particular algae of the class Prymnesiophyceae, in particular Phaeodactylum tricornutum, in particular Cylinderotheca fusiformis, in particular Odontella aurita, in particular Haptophyceae Isochrysis spec., Especially Isochrysis aff galbana.
  • the algae biomass is an algae biomass from Phaeodactylum tricornutum.
  • the method for obtaining a fucoxanthin-containing precipitate and a fatty acid-containing lipid fraction from algal biomass is a method for discontinuously obtaining a fucoxanthin-containing precipitate and a fatty acid-containing lipid fraction from algal biomass.
  • the method according to the invention provides that the temperature in method step b) is 100 to 120 ° C, in particular exactly 100 ° C.
  • the temperature in process step b) is 70 to 120 ° C, in particular 70 to 100 ° C, in particular 70 to 95 ° C, in particular 70 to 90 ° C, in particular 70 to 80 ° C, in particular exactly 70 ° C.
  • the temperature in process step b) is 80 to 150 ° C, in particular 80 to 120 ° C, in particular 80 to 100 ° C, 85 to 150 ° C, in particular 85 to 120 ° C, in particular 85 up to 100 ° C, in particular 90 to 150 ° C, in particular 90 to 100 ° C, in particular exactly 80 ° C, in particular exactly 90 ° C, in particular exactly 95 ° C.
  • the pressure in process step b) is 3 to 100 bar, in particular 5 to 100 bar, in particular 10 to 100 bar, in particular 15 to 100 bar, in particular 20 to 100 bar, in particular 25 to 100 bar , especially 30 to 100 bar, especially 40 to 100 bar, especially 50 to 100 bar, especially 60 to 100 bar, especially 70 to 100 bar, especially 1.5 to 90 bar, especially 1.5 to 80 bar, especially 1, 5 to 70 bar, especially 1.5 to 60 bar, especially 1.5 to 50 bar, especially 1.5 to 40 bar, especially 1.5 to 30 bar, especially 1.5 to 25 bar, especially 1.5 to 20 bar, especially 1.5 to 15 bar, especially 1.5 to 10 bar, especially 1.5 to 5 bar, especially 1.5 to 3 bar, especially 3 to 90 bar, especially 3 to 80 bar, especially 3 to 70 bar, in particular 3 to 60 bar, in particular 3 to 50 bar, in particular 3 to 40 bar, in particular 3 to 30 bar, in particular 3 to 25 bar, especially 3 to 20 bar, especially 3 to 15 bar, especially 3 to 10 bar, especially 3 to 5 bar, especially 3 to 40 bar, in particular 3 to 30 bar, in particular 3 to 25
  • the pressure in process step b) is 100 bar.
  • the pressure used in process step b) can in particular be used synergistically to bring about the extraction according to process step b) and according to a special embodiment to obtain a filtered algae extract with the help of the pressure via the first filter element and to separate a fucoxanthin-containing precipitate via the second filter element and to obtain a fatty acid-containing algae extract fraction.
  • the pressure used in process step b) can be used to obtain a filtered algae extract via the first filter element and / or a fucoxanthine-containing precipitate can be separated off via the second filter element and a fatty acid-containing algae extract fraction can be obtained.
  • the pressure used in process step b) can be used to obtain a filtered algae extract via the first filter element and a fucoxanthin-containing precipitate can be separated off via the second filter element and an algae extract fraction containing fatty acids can be obtained.
  • the residence time in the extraction reactor unit in process step b) is 1 to 60 minutes, in particular 1 to 45 minutes, in particular 1 to 30 minutes, in particular 1 to 25 minutes, in particular 1 to 20 minutes, in particular 1 to 15 minutes, in particular 1 to 10 minutes, in particular 1 to 5 minutes.
  • the residence time in the extraction reactor unit in process step b) is 1 to 5 minutes.
  • the particularly short residence times in process step b) mean that, compared to previously known processes, there is less product damage from fatty acids and / or fucoxanthin and / or the fatty acid-containing lipid fraction and / or the fucoxanthin crystal-containing precipitate is more pure exhibit.
  • process step b) is carried out in a batch mode of operation.
  • the method according to the invention provides that method step b) is repeated at least once, in particular at least twice, in particular at least three times, in particular at least four times, before carrying out method step c).
  • the algae extract obtained in process step b) comprises further carotenoids, polyphenols and / or phytosterols.
  • the aforementioned substances, i.e. further carotenoids, polyphenols and / or phytosterols are obtained in a particularly preferred embodiment of the present invention with the fatty acid-containing lipid fraction in process step f), that is, in the fatty acid-containing lipid fraction obtained available.
  • the at least one non-polar organic solvent is preheated to the temperature required in process step b) before process step b) in process step b), in particular in the extraction reactor unit, preferably in a separate device upstream of the extraction reactor unit and connected to it.
  • the at least one non-polar organic solvent is preheated before process step b) in a process step bO) in the precipitation reactor unit, which is preferably equipped with a temperature control device, and then transferred to the extraction reactor unit.
  • the pressure is increased to 1 to 30 bar, in particular 1 to 20 bar, in particular 1 to 15 bar, in particular 1 to 10 bar, in particular 1 to 5 bar, in particular 1 to 3 bar, in particular 1 to 2 bar, in particular 1 to 1.5 bar, in particular 1.5 to 30 bar, in particular 1.5 to 20 bar, in particular 1.5 to 15 bar, in particular 1.5 to 10 bar, especially 1.5 to 5 bar, especially 1.5 to 3 bar, especially 1.5 to 2 bar, especially 2 to 30 bar, especially 2 to 20 bar, especially 2 to 15 bar, especially 2 to 10 bar, especially 2 to 5 bar, especially 2 to 3 bar, especially 3 to 30 bar, especially 3 to 20 bar, especially 3 to 15 bar, especially 3 to 10 bar, especially 3 to 5 bar, especially 1 bar, especially 2 bar, in particular 3 bar, in particular 10 bar, in particular 20 bar, reduced.
  • the pressure in process step c) is 0 to 10 bar, in particular 0 to 5 bar, in particular 0 to 3 bar, in particular 0 to 2 bar, in particular 0 to 1.5 bar, especially 0 bar.
  • the pressure is lowered to 30 bar in process step c).
  • the pressure that is used for extraction in process step b) can also be used to effect the filtrations in process steps c) and / or e) via the pressure differences on the at least one first and / or at least one second filter element, in particular to effect energetically meaningful.
  • the pressure according to method step b) can be used to effect the filtrations in method steps c) and e) via the pressure differences on the at least one first and at least one second filter element, in particular to effectuate it in an energetically sensible manner.
  • the pressure in the precipitation reactor unit during process step d) is 1 to 30 bar, in particular 1 to 20 bar, in particular 1 to 15 bar, in particular 1 to 10 bar, in particular 1 to 5 bar, in particular 1 to 3 bar , especially 1 to 2 bar, especially 1 to 1.5 bar, especially 1.5 to 30 bar, especially 1.5 to 20 bar, especially 1.5 to 15 bar, especially 1.5 to 10 bar, especially 1, 5 to 5 bar, especially 1.5 to 3 bar, especially 1.5 to 2 bar, especially 2 to 30 bar, especially 2 to 20 bar, especially 2 to 15 bar, especially 2 to 10 bar, especially 2 to 5 bar , especially 2 to 3 bar, especially 3 to 30 bar, especially 3 to 20 bar, especially 3 to 15 bar, especially 3 to 10 bar, especially 3 to 5 bar, especially 1 bar, especially 2 bar, especially 3 bar, especially 5 bar, especially 10 bar, especially 20 bar, especially 30 bar.
  • the pressure in the precipitation reactor unit during process step d) is 30 bar. In a particularly preferred embodiment, the pressure in the
  • the pressure in the precipitation reactor unit is lowered to 3 bar during process step d).
  • the pressure in the precipitation reactor unit is 30 bar at the beginning of process step d) and is reduced to 3 bar during process step d).
  • the pressure is set to 1 to 20 bar, in particular 1 to 15 bar, in particular 1 to 10 bar, in particular 1 to 5 bar, in particular 1 to 3 bar, especially 1 to 2 bar, especially 1 to 1.5 bar, especially 1.5 to 20 bar, especially 1.5 to 15 bar, especially 1.5 to 10 bar, especially 1.5 to 5 bar, especially 1.5 up to 3 bar, especially 1.5 to 2 bar, especially 2 to 20 bar, especially 2 to 15 bar, especially 2 to 10 bar, especially 2 to 5 bar, especially 2 to 3 bar, especially 3 to 20 bar, especially 3 to 15 bar, especially 3 to 10 bar, especially 3 to 5 bar, especially 1 bar, especially 2 bar, especially 3 bar, especially 5 bar, especially 10 bar, especially 20 bar.
  • the pressure is 0 to 10 bar, in particular 0 to 5 bar, in particular 0 to 3 bar, in particular 0 to 2 bar, in particular 0 to 1.5 bar, in particular 0 bar.
  • the pressure is reduced to 0 bar in process step e).
  • the filtration of process step c) is a cross-flow filtration.
  • the filtration of process step c) is a sieve filtration.
  • the temperature in process step d) is -80 to 40 ° C, in particular -60 to 50 ° C, in particular -60 to 40 ° C, in particular -40 to 50 ° C, in particular -40 to 40 ° C, in particular -20 to 50 ° C, in particular -20 to 40 ° C, in particular 0 to 50 ° C, in particular 0 to 40 ° C, in particular 5 to 50 ° C, in particular 5 to 40 ° C, in particular 10 to 50 ° C, in particular 10 to 40 ° C, in particular 15 to 50 ° C, in particular 15 to 40 ° C, is lowered.
  • the residence time in the precipitation reactor unit in process step d) is 1 to 60 minutes, in particular 1 to 45 minutes, in particular 1 to 30 minutes, in particular 1 to 20 minutes, in particular 1 to 15 minutes, in particular 1 to 10 minutes, in particular 1 to 5 minutes.
  • the particularly short residence times in process step d) mean that, compared to previously known processes, there is less product damage from fatty acids and / or fucoxanthin and / or the fatty acid-containing lipid fraction and / or the fucoxanthin crystal-containing precipitate is more pure exhibit.
  • process step d) is carried out in a semi-continuous mode of operation, in particular in a countercurrent mode of operation.
  • step d) is carried out in a batch mode.
  • process steps b) and d) are carried out in a batch mode of operation.
  • process step b) are carried out in a batch mode and process step d) in a semi-continuous mode of operation, in particular in a countercurrent mode of operation.
  • the fucoxanthin crystal-containing precipitate is separated off in process step e) by means of overpressure, reduced pressure or vacuum-assisted filtration.
  • the filtration of process step e) is a cross-flow filtration.
  • the filtration of process step e) is a screen filtration.
  • the method according to the invention provides that the at least one apolar organic solvent evaporated in method step f) is liquefied in an additional method step g) and the liquefied at least one apolar organic solvent is provided again in method step a).
  • the method according to the invention provides that method step g) is carried out in a device for recycling the solvent.
  • the present invention also relates to fucoxanthin crystals which can be produced, in particular produced, by a method according to the invention.
  • the present invention also relates to the fatty acids, in particular EPA and / or DHA, which can be produced, in particular produced, by a method according to the invention.
  • the fatty acid-containing lipid fraction obtained in process step f) has 40 to 90% by weight, in particular 45 to 75% by weight, of fatty acids (based on the total weight of the dry substance).
  • the fatty acid-containing lipid fraction consists essentially of fatty acids, in particular consists of these.
  • the fatty acid-containing lipid fraction obtained in process step f) has 10 to 50% by weight, in particular 20 to 35% by weight, EPA (based on the total weight of the dry substance).
  • the fatty acid-containing lipid fraction obtained in process step f) has 50 to 70% by weight, in particular 55 to 65% by weight, EPA (based on the total weight of the dry substance of fatty acids in the fatty acid-containing lipid fraction) .
  • the fatty acid-containing lipid fraction obtained in process step f) has 50 to 70% by weight, in particular 55 to 65% by weight, DHA (based on the total weight of the dry substance of fatty acids in the fatty acid-containing lipid fraction) .
  • the fatty acid-containing lipid fraction obtained in process step f) has more EPA than DHA, in particular 1.2 times, in particular 1.5 times, in particular 2 times, in particular 5 times, in particular 10 times times the amount of EPA compared to DHA (based on the total weight of EPA and DHA). This is particularly advantageous when higher levels of EPA are required. From the previously used source for EPA and DHA fish oil, both have to be separated from one another using a complex chromatographic process.
  • the fatty acid-containing lipid fraction obtained in process step f) has an oily consistency.
  • the fucoxanthin crystal-containing precipitate obtained in process step e) has 50 to 100% by weight, in particular 60 to 99.999% by weight, of fucoxanthin, in particular fucoxanthin crystals (based on the total weight of the dry substance).
  • the purity of the fucoxanthin crystals i.e. the proportion of fucoxanthin crystals in the fucoxanthin crystal, is provided by varying the duration of the dwell time, the rate of cooling or both parameters in process step d) -containing precipitate.
  • the diameter of the fucoxanthin crystals obtained in the fucoxanthin crystal-containing precipitate can be influenced by varying the duration of the residence time, by the rate of cooling or by both parameters in process step d).
  • the fucoxanthin crystals contained in the fucoxanthin crystal-containing precipitate are in the form of agglomerates, for example a size of 10 to 100 ⁇ m, in particular 10 to 80 ⁇ m, in particular 10 to 70 ⁇ m, in particular 10 to 50 pm, especially 10 to 25 pm, especially 20 to 100 pm, especially 20 to 80 pm, especially 20 to 70 pm, especially 20 to 50 pm, especially 20 to 25 pm, especially 30 to 80 pm, especially 30 to 70 pm , especially 30 to 50 pm.
  • these agglomerates can be converted into individual crystals by ultrasound.
  • the fucoxanthin crystals are obtained from the fucoxanthin crystal-containing precipitate by comminuting the fucoxanthin crystal-containing precipitate.
  • the fucoxanthin crystal-containing precipitate is comminuted by means of ultrasound to obtain fucoxanthin crystals.
  • the precipitate containing fucoxanthin crystals is comminuted by means of mechanical shear forces to obtain fucoxanthin crystals.
  • the precipitate containing fucoxanthin crystals is recrystallized to obtain fucoxanthin crystals.
  • the fucoxanthin crystals contained in process step e) in the fucoxanthin crystal-containing precipitate have a diameter of 0.1 to 10 ⁇ m, in particular from 0.5 to 10 mih, in particular from 1 to 10 mih, in particular from 2 to 10 mih, in particular from 3 to 10 mih, in particular from 4 to 10 mih, in particular from 5 to 10 mih, in particular from 6 to 10 mih, in particular from 8 to 10 mih, in particular from 0.1 to 8 mih, in particular from 0.1 to 6 mih, in particular from 0.1 to 4 mih, in particular from 0.1 to 2 mih, in particular from 0.1 to 1 mih, in particular from 0 , 5 to 8 mih, in particular from 0.5 to 6 mih, in particular from 0.5 to 4 mih, in particular from 0.5 to 2 mih, in particular from 0.5 to 1 mih, in particular from 1 to 9 mih, in particular from 1 to 8 mih, in particular from 1 to 6 mi
  • algae biomass is understood to mean a material of biological origin which comprises algae, in particular macroalgae, in particular microalgae, in particular consists essentially of them, in particular consists of them.
  • an “algal biomass subjected to extraction” is understood to mean an algal biomass from which substances have been removed by means of extraction. In particular, this is understood to mean the materials which do not dissolve in the solvent used.
  • an “algae extract” is understood to mean a composition of at least one non-polar solvent and substances from algae biomass dissolved in the solvent.
  • a “filtered algae extract” is understood to mean an algae extract which has been subjected to a separation, in particular a filtration.
  • a “fucoxanthin crystal-containing precipitate” is understood to mean a material precipitated from a filtered algae extract, that is, precipitated, which comprises fucoxanthin crystals, in particular essentially consists of them, in particular consists of them.
  • the fucoxanthin crystal-containing precipitate can comprise agglomerates of fucoxanthin crystals, in particular consist essentially of them, in particular consist of them.
  • a “fatty acid-containing algae extract fraction” is understood to mean an algae extract fraction which comprises fatty acids, in particular consists essentially of them, in particular consists of them and which for the most part, in particular completely, has been separated from precipitated fucoxanthin crystals.
  • a “fatty acid-containing lipid fraction” is understood to mean a fraction which comprises lipids, including fatty acids, in particular essentially consists of them, in particular consists of them.
  • the fatty acid-containing lipid fraction can comprise fatty acids, in particular consist essentially of them, in particular consist of them. This can also be referred to as algae oil.
  • a “filter element” is understood to mean a device which is suitable for filtering. This can be designed in any design, shape, size or type as long as it is suitable for filtering.
  • a “first filter element” is understood to mean a filter element which is able to separate an algae biomass that has been subjected to extraction from an algae extract obtained by extracting fucoxanthin and fatty acids using at least one non-polar organic solvent, the algae extract, as filtered algae extract, the permeate and the algae biomass subjected to extraction represents the retentate.
  • a “second filter element” is understood to mean a filter element which is able to separate a precipitate containing fucoxanthin crystals from a fatty acid-containing algae extract fraction, the precipitate containing fucoxanthin crystals and the Fatty acid-containing algae extract fraction represents the permeate.
  • an “extraction reactor unit” is understood to mean a device which serves as a reaction space for a solution reaction, that is to say extraction.
  • a “precipitation reactor unit” is understood to mean a device which serves as a reaction space for a precipitation reaction, that is to say precipitation.
  • a “batch mode” is understood to mean a discontinuous mode of operation of a reactor unit, that is, the starting materials are added to the almost empty, in particular empty, reactor unit and the products are removed from the reactor unit after a certain residence time.
  • separation is understood to mean that part of a mixture is spatially separated from the remaining part or parts and the part of the mixture is thus no longer physically in contact with the remaining part or parts .
  • discontinuous preservation is understood to mean that the procedure according to the invention is such that no continuous product stream leads to the preservation of the products according to the invention, but these are obtained in discrete quantity units.
  • extraction is understood to mean that one or more substances from a material or mixture of substances are dissolved by means of an extractant, that is to say solvent, that is to say dissolve in the extractant.
  • pressure is understood to mean the pressure after subtracting atmospheric pressure.
  • a lowering or lowering of a first pressure from a first pressure range specified for a specific method step to a second pressure which falls within a further, second pressure range specified for a subsequent further, second method step means that the According to the invention, the first pressure used in the method, selected from the first pressure range, is lowered to a different, namely lower, pressure selected from the second further pressure range.
  • a lowering of the pressure is preferably understood to mean that the pressure is reduced to> 0 bar.
  • a lowering of the pressure is preferably understood to mean that the pressure is reduced to 0 bar.
  • the specified pressure in bar can also be specified in Pa.
  • One bar is 100,000 Pa (0.1 MPa).
  • Figure 1 is a schematic representation of a method according to the invention
  • FIG. 2 UHPLC chromatograms (A) and mass spectra (B) of a commercial analytical fucoxanthin standard (> 95%, in each case above) and of a precipitate containing fucoxanthin crystals obtained according to the invention from P. tricornutum (> 95%, in each case below),
  • FIG. 3 Fucoxanthin crystal-containing dried and obtained according to the invention
  • FIG. 4 is a scanning electron micrograph (SEM) of the fucoxanthin-containing precipitate obtained according to the invention with fucoxanthin crystal agglomerates (A) and individual fucoxanthin crystals (B and C).
  • Microalgae biomass for example from Bacillariophyceae or Prymnesiophyceae, is comminuted in an optional process step in a device for cell disruption of the algal biomass (51).
  • the comminuted microalgae biomass is then dried in an optional process step in a device for drying the algae biomass (52) and a particulate algae biomass is thus generated.
  • the particulate microalgae biomass is transferred to an extraction reactor unit (10), in which at a pressure of 3 to 100 bar and a temperature of 60 to 150 ° C from the algae biomass by means of the at least one non-polar organic solvent, for example n-hexane, a mixture comprising an algae extract and an algae biomass subjected to extraction is obtained.
  • the algae biomass subjected to extraction is separated from the algae extract on the way to the precipitation reactor unit (20) by the first filter element (11), which is assigned to the extraction reactor unit (10).
  • the pressure difference that prevails between the extraction reactor unit (10) and the precipitation reactor unit (20) is used for the filtration.
  • the pressure is accordingly reduced to 3 to 20 bar.
  • the pressure in the precipitation reactor unit (20) is then reduced further to 3 to 10 bar and to a temperature of 50 to -80 ° C., with fucoxanthin crystals precipitating from the algae extract.
  • These precipitated fucoxanthin crystals are then separated by means of filtration, in particular using the pressure of 3 to 10 bar present in the precipitation reactor unit (20), through the second filter element (21), a fucoxanthin crystal-containing precipitate (PI) and a Fatty acid-containing algae extract fraction can be obtained.
  • the filtration through the second filter element (21), in particular when the pressure in the precipitation reactor unit is lowered to 0 bar, can be a vacuum filtration.
  • the fatty acid-containing lipid fraction (P2) from this fatty acid-containing algae extract fraction is separated from the at least one non-polar organic solvent in a further process step by means of distillation in a distillation apparatus (30).
  • the evaporated solvent is cooled again in a device for solvent recycling (40) and recycled in order to be used for a renewed extraction in the extraction reactor.
  • the diatom Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) was used as the microalgae biomass (Al), which was previously produced in 180 L flat-plate photobioreactors under photoautotrophic conditions in an outdoor pilot plant.
  • the algae biomass was comminuted using an agitator ball mill (PML-2, Bühler) with a Centrex S1 milling chamber and a milling volume of 0.22 dm 3 as a device for cell disruption (51).
  • Stabilized ceramic balls Draison Ytterium Ultra Power, Bühler
  • the algae cells, suspended in an aqueous medium were continuously conveyed from a storage container by a pump (PSF 3, Ragazzini) into the grinding chamber of the agitator ball mill.
  • the degree of digestion was checked over a period of 3 hours by measuring the protein content in the supernatant by means of FTIR spectroscopy.
  • the algae biomass was then dried under vacuum using a freeze-drying device from Christ for a period of 24 hours.
  • the particulate algae biomass dried in a vacuum was then transferred to an extraction reactor unit (10).
  • a pressure of 100 bar and a temperature of 100 ° C. were used for the extraction in the extraction reactor unit (10).
  • the residence time during the solid-liquid extraction was 20 minutes.
  • N-hexane was used as the solvent and a pressure-tight stainless steel container as the extraction reactor unit (10).
  • a sintered stainless steel filter with a pore size of 0.25 ⁇ m was used as the first filter element (11) to separate the algae biomass subjected to extraction.
  • the algae biomass subjected to extraction was separated from the algae extract by the first filter element (11), which is assigned to the extraction reactor unit (10), on the way to the precipitation reactor unit (20), the pressure being reduced from originally 100 to 30 bar in the precipitation reactor unit.
  • the pressure in the precipitation reactor unit (20) was then reduced to 3 bar and the temperature to 25 ° C., fucoxanthin crystals precipitating out of the algae extract in the form of a precipitate.
  • tricornutum algae biomass used in the example had, based on the total dry matter of the algae biomass, a total fatty acid content of 104.7 mg / g, an eicosapentaenoic acid (EPA) content of 54.5 mg / g and a fucoxanthin content of 17.6 mg / g on.
  • EPA eicosapentaenoic acid
  • fucoxanthin crystals As a precipitate containing fucoxanthin crystals (PI), based on 1 g of the P. tricornutum algal biomass used, 7.1 mg of fucoxanthin crystal-containing precipitate could be obtained in the example (see FIG. 3).
  • the precipitate containing fucoxanthin crystals had individual fucoxanthin crystals (FIGS. 4B and 4C) in the form of agglomerates (FIG. 4A).
  • the precipitate containing fucoxanthin crystals had a mass fraction, that is to say a purity, of fucoxanthin of 98.3% by weight (UHPLC-MS) (based on total dry matter) (see FIG. 2). Based on the amount of fucoxanthin available in the starting biomass used, this corresponds to a yield of 40% by weight (TS) (yield based on the dry weight of the fucoxanthin in the starting material).
  • EPA eicosapentaenoic acid
  • TS yield based on the dry weight of the EPA in the starting material

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Erhalt eines Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats, insbesondere Fucoxanthin-Kristallen, insbesondere Fucoxanthin, und einer Fettsäurehaltigen Lipidfraktion, insbesondere Fettsäuren, aus Algenbiomasse, insbesondere Verfahren zur integrierten Extraktion und Separation von Fucoxanthin und Fettsäuren aus Algenbiomasse, sowie die aus diesen Verfahren erhaltenen Produkte, insbesondere Fucoxanthin-Kristalle und Fettsäuren.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren zum Erhalt von Fucoxanthin und Fettsäuren aus Algenbiomasse
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Erhalt eines Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats, insbesondere Fucoxanthin-Kristallen, insbesondere Fucoxanthin, und einer Fettsäure haltigen Lipidfraktion, insbesondere Fettsäuren, aus Algenbiomasse, insbesondere Verfahren zur integrierten Extraktion und Separation von Fucoxanthin und Fettsäuren aus Algenbiomasse, sowie die aus diesen Verfahren erhaltenen Produkte, insbesondere Fucoxanthin-Kristalle und Fettsäuren. Verschiedene Makroalgen sowie Mikroalgen, insbesondere Diatomeen (auch bekannt als Bacillariophyta oder Kieselalgen) und Vertreter der Klasse Prymnesiophyceae enthalten industriell relevante Mengen des Carotinoids Fucoxanthin (FX) sowie verschiedene meist mehrfach ungesättigte Fettsäuren (zum Beispiel Eicosapentaensäure EPA oder Docosahexaensäure DHA). Eine chemische Synthese von Fucoxanthin ist möglich, jedoch sehr aufwändig (Kajikawa et al., 2012). EPA und DHA wird für gewöhnlich aus Fischöl hergestellt (Lee et al., 2009).
Bei Fucoxanthin handelt es sich um ein Lichtsammelpigment, welches in Form von Fucoxanthin-Chlorophyll-a/c-Proteinkomplexen (FCP) in den Membranzwischenräumen der Thylakoidmembranen der Algenzellen vorkommt, wo es Lichtenergie im grünen bis blauen Wellenlängenbereich an die intrinsischen Primärpigmente in den Photosystemen der Zellen weiterleitet. Neben seiner färbenden Eigenschaft als orange-rötliches Pigment ist Fucoxanthin aus kommerzieller Sicht auch aufgrund seiner gesundheitsfördernden Eigenschaften interessant, welche im Wesentlichen auf der Struktur und den funktionalen Gruppen des Moleküls (unter anderem der Epoxylgruppe und kumulierte Kohlenstoffdoppelbindungen) basieren (Peng et al., 2011). Es wurden bereits eine Vielzahl von Studien durchgeführt, welche unter anderem die anti oxidative (Airanthi et al., 2011), anti-inflammatorische (Heo et al., 2012), krebshemmende (Hosokawa et al., 1999) und gewichtsreduzierende Wirkung (Maeda et al., 2005) von Fucoxanthin dokumentieren. Aufgrund dieser Eigenschaften ist es nicht nur aus ernähmngsphysiologischer Sicht interessant, sondern auch in Kosmetikprodukten wie zum Beispiel Sonnencremes (Heo and Jeon, 2009) vorteilhaft einsetzbar.
Die in den Algen enthaltenen (größtenteils einfach- und mehrfach ungesättigten) Fettsäuren liegen je nach Algenspezies entweder in Form von Glyco- und Phospholipiden als Bestandteil der Chloroplastenmembran oder als Speicherlipide in Form von Triacylgylceriden (TAG) vor. Wirtschaftlich am interessantesten sind essentielle Fettsäuren wie EPA und DHA. Sie besitzen ebenfalls verschiedene gesundheitsfördernde Eigenschaften.
Fettsäuren, wie EPA oder DHA, können sowohl mit polaren als auch mit unpolaren Lösungsmitteln klassisch oder mit druckbasierten Verfahren gewonnen werden (Pieber et al., 2012). Polare Lösungsmittel (Ethanol, Ethylacetat, Aceton) werden ebenfalls genutzt, um
Fucoxanthin zusammen mit weiteren lipophilen Komponenten wie Fettsäuren bei Raumtemperatur oder mittels druckbasierten Verfahren bei höheren Temperaturen zu extrahieren.
Die klassischerweise eingesetzten polaren Lösungsmittel liefern zwar hohe Ausbeuten von Fucoxanthin, sind jedoch sehr unselektiv. Daher enthalten die gewonnenen Extrakte sehr hohe Anteile von anderen Lipiden (unter anderem Fettsäuren, Phytosterole und andere Carotinoide) und müssen aufwändig aufgereinigt werden, um hochreines Fucoxanthin zu gewinnen.
Im Fall von Mikro- und Makroalgen entsteht dabei ein Extrakt, der Fucoxanthin, Fettsäuren und viele weitere Lipide enthält. Die weiteren Lipide können dabei im Hinblick auf die Trockenmasse einen Hauptteil des Extraktes darstellen.
Bisher kennt die Fachwelt insbesondere folgende Möglichkeiten die Fettsäuren (zum Beispiel EPA) und das Fucoxanthin in der extrahierten Fraktion voneinander zu separieren und so die Komponenten aufzureinigen:
Es können unpolare Lösungsmittel, welche nicht oder nur bedingt mit den zuvor verwendeten Lösungsmitteln mischbar sind (zum Beispiel Hexan in Kombination mit Ethanol und Wasser), genutzt werden, um die Fettsäuren und das Fucoxanthin in den zuvor gewonnenen Extrakten mittels Flüssig/Flüssig-Extraktion im Zwei-Phasensystem (Kim et al., 2012a, 2012b) zu trennen. Hierfür sind große Mengen des zusätzlichen Lösungsmittels notwendig und die Trennung der Komponenten ist meist nicht vollständig möglich, wodurch keine benötigte hohe Reinheit der beiden Komponenten bezogen auf die Gesamttrockenmasse der einzelnen Fraktionen erreicht wird.
Beispielsweise wird in einem Verfahren nach Kim et al. 2012a n-Hexan verwendet, um Lipide/Fettsäuren aus dem Ethanol extrakt, welcher beide Stoffklassen (Fettsäuren und Fucoxanthin) enthält, zu entfernen. Es wurde festgestellt, dass Fucoxanthin in n-Hexan nahezu unlöslich ist und n-Hexan das Fucoxanthin damit deutlich schlechter aufnehmen kann als die zuvor genannten polaren Lösungsmittel. Insgesamt dauerte mit 3 Stunden die Extraktion zudem sehr lange.
Durch die Zugabe von Phosphatsalzen in so genannten ATPS-Systemen kann das Fucoxanthin durch„Verdrängung“ zum Ausfallen gebracht werden (Gömez-Loredo et al., 2014). Hier besteht das Problem, dass die große Menge an Phosphatsalz wieder aus dem System entfernt werden muss, zum Beispiel mittels Diafiltration, um beide Stoffe nutzen zu können, was wiederum aufwändig ist und einen weiteren Prozessschritt zur Folge hat.
Es gibt ebenfalls Untersuchungen zur chromatographischen Trennung der Komponenten mit Silica-Gel-Säulen (Xia et al., 2013). Dabei wird zwar eine hohe Reinheit für das Fucoxanthin erreicht, das Verfahren ist jedoch teuer und sehr zeitaufwändig.
In der WO 2015/101410 Al wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Extraktion von Fucoxanthin offenbart, wobei eine Flüssig-/Fest-Extraktion des Fucoxanthins mit mindestens einem Alkan erfolgt und das Fucoxanthin durch Kristallisation aus dem Extrakt isoliert wird. In diesem Verfahren werden insbesondere chromatographische Säulen oder eine gepackte Säule mit Festbett zur Isolation des Fucoxanthins eingesetzt. Nachteilhaft an dem Verfahren ist es, dass keine hohe Reinheit des Fucoxanthin erreicht wird und dass insbesondere der Einsatz von chromatographischen Säulen oder eines gepackten Festbetts einen hohen Aufwand, insbesondere einen hohen zeitlichen Aufwand, darstellt. Ferner ist das in WO 2015/101410 offenbarte Verfahren weniger wirtschaftlich, da die Fettsäure enthaltende Fraktion aus dem Algenextrakt nicht weiter verarbeitet wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, sowohl Fucoxanthin als auch Fettsäuren, insbesondere EPA und/oder DHA, in hoher Ausbeute, in besonders hoher Reinheit und ohne Produktschädigung zu gewinnen und dabei ein besonders kostengünstiges und wirtschaftlich attraktives Verfahren bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung löst das ihr zugrunde liegende technische Problem durch die Bereitstellung der Lehren der unabhängigen Ansprüche.
Erfmdungsgemäß bereitgestellt wird ein Verfahren zum Erhalt eines Fucoxanthin-haltigen Präzipitats und einer Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus Algenbiomasse, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen von mindestens einem apolaren organischen Lösungsmittel und
Algenbiomasse, b) Extraktion von Fucoxanthin und Fettsäuren mittels des in Verfahrensschritt a)
bereitgestellten mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels aus der in
Verfahrensschritt a) bereitgestellten Algenbiomasse in mindestens einer
Extraktionsreaktoreinheit, der mindestens ein erstes Filterelement zugeordnet ist, bei einer Temperatur von 60 bis 150 °C und einem Druck von 1,5 bis 100 bar zum Erhalt eines Gemisches umfassend einen Algenextrakt und eine extraktionsunterzogene Algenbiomasse, c) Abtrennen der extraktionsunterzogenen Algenbiomasse aus dem in Verfahrensschritt b) erhaltenen Gemisch mittels Filtrierung durch das mindestens eine erste Filterelement zum
Erhalt eines filtrierten Algenextraktes und Einleiten des erhaltenen filtrierten Algenextraktes in mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit, der mindestens ein zweites Filterelement zugeordnet ist, d) Absenken der Temperatur des filtrierten Algenextrakts auf -80 bis 50 °C in der
Präzipitationsreaktoreinheit zur Präzipitation von Fucoxanthin-Kristallen zum Erhalt eines
Gemisches aus Fucoxanthin-Kristall-haltigem Präzipitat und Fettsäure-haltiger
Algenextraktfraktion, e) Abtrennen des Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats aus dem Gemisch aus Fucoxanthin- Kristall-haltigem Präzipitat und Fettsäure-haltiger Algenextraktfraktion mittels Filtrierung durch das mindestens eine zweite Filterelement zum Erhalt eines Fucoxanthin-Kristall- haltigen Präzipitats und einer Fettsäure-haltigen Algenextraktfraktion, und f) Abtrennen einer Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus der Fettsäure-haltigen
Algenextraktfraktion durch Verdampfen des mindestens einen apolaren organischen
Lösungsmittels zum Erhalt der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion. Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zum , insbesondere diskontinuierlichen, Erhalt eines Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats, insbesondere von Fucoxanthin, und einer Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus Algenbiomasse bereit, wobei in einem ersten
Verfahrensschritt a) mindestens ein apolares organisches Lösungsmittel und Algenbiomasse bereitgestellt wird und in einem zweiten Verfahrensschritt b) Fucoxanthin und Fettsäuren mittels des im ersten Verfahrensschritt bereitgestellten mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels aus der im ersten Verfahrensschritt bereitgestellten Algenbiomasse extrahiert werden, insbesondere bei einer Temperatur von 60 bis 150 °C und einem Druck von 1,5 bis 100 bar zum Erhalt eines Gemisches umfassend einen Algenextrakt und eine extraktionsunterzogene Algenbiomasse.
In einem dritten Verfahrensschritt c) wird die extraktionsunterzogene Algenbiomasse aus dem im zweiten Verfahrensschritt erhaltenen Gemisch mittels Filtrierung zum Erhalt eines filtrierten Algenextrakts abgetrennt. In einem vierten Verfahrensschritt d) wird die Temperatur des filtrierten Algenextrakts auf -80 bis 50 °C zur Präzipitation von Fucoxanthin-Kristallen und somit zum Erhalt eines Gemisches aus Fucoxanthin-Kristall-haltigem Präzipitat und Fettsäure haltiger Algenextraktfraktion abgesenkt.
In einem fünften Verfahrensschritt e) wird das Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat aus dem Gemisch aus Fucoxanthin-Kristall-haltigem Präzipitat und Fettsäure-haltiger
Algenextraktfraktion mittels Filtrierung zum Erhalt eines Fucoxanthin-Kristall-haltigen
Präzipitats und einer Fettsäure-haltigen Algenextraktfraktion abgetrennt. In einem sechsten Verfahrensschritt f) wird eine Fettsäure-haltige Lipidfraktion aus der Fettsäure-haltigen
Algenextraktfraktion durch Verdampfen des mindestens einen apolaren organischen
Lösungsmittels zum Erhalt der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion abgetrennt. Die vorliegende Erfindung sieht insbesondere vor, die vorgenannten sechs Verfahrensschritte a) bis f) in einem Reaktorsystem durchzuführen, welches mindestens eine Extraktionsreaktoreinheit und mindestens eine der Extraktionsreaktoreinheit nachgeschaltete Präzipitationsreaktoreinheit aufweist und wobei jeder Extraktionsreaktoreinheit mindestens ein erstes Filterelement und jeder Präzipitationsreaktoreinheit mindestens ein zweites Filterelement zugeordnet sind und wobei das mindestens eine erste Filterelement - in Prozessrichtung vom ersten zum letzten Schritt (Verfahrensschritt a) zum sechsten Schritt, Verfahrensschritt f)) gesehen - vor der mindestens einen Präzipitationsreaktoreinheit angeordnet ist und das mindestens eine zweite Filterelement nach der mindestens einen Präzipitationsreaktoreinheit angeordnet ist. Die vorliegende erfindungsgemäße, insbesondere diskontinuierliche, Verfahrensweise zeichnet sich demgemäß insbesondere dadurch aus, ein Fucoxanthin-haltiges Präzipitat, insbesondere Fucoxanthin, und eine Fettsäure-haltige Lipidfraktion aus Algenbiomasse mittels mindestens eines apolaren organischen Lösungsmittels zu extrahieren und durch die erfmdungsgemäßen Reaktionsparameter und die, insbesondere diskontinuierliche, Verfahrensweise unter Nutzung mindestens zweier Filterelemente, nämlich zur Abtrennung einer in einem zweiten Verfahrensschritt erhaltenen extraktionsunterzogenen Algenbiomasse und eines in einem vierten Verfahrensschritt erhaltenen Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats, hohe Ausbeuten und Reinheiten an Fucoxanthin und Fettsäuren erhalten zu können.
Das Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.
Die Extraktion von Fucoxanthin und Fettsäuren aus der Algenbiomasse erfolgt erfmdungsgemäß bei einer Temperatur von 60 bis 100 °C und einem Druck von 1,5 bis 100 bar in mindestens einer Extraktionsreaktoreinheit, welcher mindestens ein erstes Filterelement zugeordnet ist. Erhalten wird durch die Extraktion ein Gemisch umfassend einen Algenextrakt sowie eine extraktionsunterzogene Algenbiomasse. Die extraktionsunterzogene Algenbiomasse wird durch Filtration mittels des mindestens einen ersten Filterelements aus dem Gemisch entfernt. Es wird ein filtrierter Algenextrakt erhalten, welcher in mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit eingeleitet wird, der mindestens ein zweites Filterelement zugeordnet ist. In dieser mindestens einen Präzipitationsreaktoreinheit wird die Temperatur des filtrierten Algenextraktes abgesenkt auf -80 bis 50 °C, um Fucoxanthin-Kristalle aus dem filtrierten Algenextrakt zu präzipitieren und demgemäß ein Gemisch aus Fucoxanthin-Kristall-haltigem Präzipitat und einer nicht präzipitierten Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion zu erhalten. Das Fucoxanthin-Kristall- haltige Präzipitat wird aus dem zuvor gebildeten Gemisch aus Fucoxanthin-Kristall-haltigem Präzipitat und einer Fettsäure-haltigen Algenextraktfraktion durch Filtration mittels des mindestens einen zweiten Filterelements abgetrennt, wobei ein Fucoxanthin-Kristall-haltiges Präzipitat sowie eine Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion erhalten werden. Aus der Fettsäure haltigen Algenextraktfraktion wird in einem weiteren Verfahrensschritt durch Verdampfen des mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels eine Fettsäure-haltige Lipidfraktion erhalten. Das Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat kann in mindestens einem weiteren Verfahrensschritt, zum Beispiel Auflösen, Trocknen, Umkristallisieren, Zerkleinern, insbesondere mit Ultraschallbehandlung, oder dergleichen, weiterverarbeitet werden, um Fucoxanthin-Kristalle, insbesondere Fucoxanthin, insbesondere mit einem definierten Durchmesser, zu erhalten.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt vorteilhafterweise Fucoxanthin-Kristalle, insbesondere Fucoxanthin, sowie Fettsäuren, insbesondere DHA und EPA, in besonders hoher Reinheit sowie besonders hoher Ausbeute her. Insbesondere die besonders hohe Ausbeute der Fettsäuren ist mit Blick darauf, dass die Fettsäuren in den eingesetzten Algen in Form von Glycolipiden Vorkommen, welche einen eher polaren Charakter aufweisen, nicht ohne weiteres vorhersehbar. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, kann es sein, dass thermisch bedingte Umwandlungen der Glycolipide zu freien Fettsäuren während der Extraktion zu dieser besonders hohen Ausbeute führen.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt die Fettsäuren und auch das Fucoxanthin in besonders hoher Reinheit her, wobei vorteilhafterweise beide Komponenten in einem einzigen Verfahrensgang gewonnen werden können und somit das Verfahren auch besonders wirtschaftlich und kostengünstig ist. Insbesondere können weitere Aufreinigungsschritte entfallen. Ein besonderer Vorteil der hohen Reinheit der Fettsäuren sowie der Fucoxanthin- Kristalle liegt in deren besserer Weiterverarbeitung. Zum Beispiel weisen die Fettsäuren, gewonnen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, geringe oder keine Verfärbungen auf, weswegen sie insbesondere in der Kosmetikindustrie vorteilhafterweise verwendet werden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren in einem erfmdungsgemäß für die Durchführung der Erfindung eingerichteten Reaktorsystem durchgeführt. Ein erfmdungsgemäß eingerichtetes Reaktorsystem umfasst mindestens eine Extraktionsreaktoreinheit, welcher mindestens ein erstes Filterelement zugeordnet ist, und mindestens eine zweite Präzipitationsreaktoreinheit, welcher mindestens ein zweites Filterelement zugeordnet ist. Vorzugsweise weist das Reaktorsystem eine dem zweiten Filterelement nachgeordnete und mit der Präzipitationsreaktoreinheit verbundene Verdampfungsvorrichtung, insbesondere Destillationsapparat auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind einer Extraktionsreaktoreinheit mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere zwei, insbesondere drei, erste Filterelemente zugeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind einer Präzipitationsreaktoreinheit mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere zwei, insbesondere drei, zweite Filterelemente zugeordnet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens eine
Extraktionsreaktoreinheit und die mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit zwei räumlich voneinander getrennte, durch eine Verbindung, insbesondere Fluidverbindung, verbundene Reaktoren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegen die mindestens eine
Extraktionsreaktoreinheit und die mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit in einem Reaktor integriert vor und stellen zwei getrennte durch eine Verbindung, insbesondere Fluidverbindung, verbundene Einheiten des Reaktors dar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen beiden
Reaktoreinheiten mindestens ein Schlauch oder mindestens ein Rohr.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Verbindung zwischen beiden
Reaktoreinheiten eine Öffnung in einer räumlichen Trennvorrichtung. Die räumliche Trennvorrichtung kann eine Wand sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in mindestens einer der Reaktoreinheiten ein Rührwerk enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der mindestens einen
Extraktionsreaktoreinheit ein Rührwerk enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der mindestens einen
Präzipitationsreaktoreinheit ein Rührwerk enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der mindestens einen
Extraktionsreaktoreinheit und der mindestens einen Präzipitationseinheit jeweils ein Rührwerk enthalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist mindestens eine der Reaktoreinheiten ein Wirbelbettreaktor. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine
Extraktionsreaktoreinheit ein Wirbelbettreaktor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die mindestens eine
Präzipitationsreaktoreinheit ein Wirbelbettreaktor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die mindestens eine
Extraktionsreaktoreinheit und die mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit
Wirbelbettreaktoren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist mindestens eine der Reaktoreinheiten eine Vorrichtung zum Temperieren der Reaktoreinheit auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine
Extraktionsreaktoreinheit eine Vorrichtung zum Temperieren der Reaktoreinheit auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die mindestens eine
Präzipitationsreaktoreinheit eine Vorrichtung zum Temperieren der Reaktoreinheit auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die mindestens eine
Extraktionsreaktoreinheit und die mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit jeweils eine Vorrichtung zum Temperieren der Reaktoreinheit auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat eine Extraktionsreaktoreinheit mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat eine Präzipitationsreaktoreinheit mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat eine Extraktionsreaktoreinheit einen Einlass und einen Auslass.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat eine Präzipitationsreaktoreinheit einen Einlass und einen Auslass. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein erstes einer
Extraktionsreaktoreinheit zugeordnetes Filterelement im Auslass einer Extraktionsreaktoreinheit.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jedes erste einer Extraktionsreaktoreinheit zugeordnete Filterelement im Auslass einer Extraktionsreaktoreinheit.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist mindestens ein erstes einer
Extraktionsreaktoreinheit zugeordnetes Filterelement im Einlass einer Präzipitationsreaktoreinheit.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist jedes erste einer Extraktionsreaktoreinheit zugeordnete Filterelement im Einlass einer Präzipitationsreaktoreinheit.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das mindestens eine erste der
Extraktionsreaktoreinheit zugeordnete Filterelement in einer Verbindung zwischen der mindestens einen Extraktionsreaktoreinheit und der mindestens einen
Präzipitationsreaktoreinheit vor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das mindestens eine erste der
Extraktionsreaktoreinheit zugeordnete Filterelement in der Öffnung der räumlichen Trennvorrichtung, insbesondere in der Öffnung einer Wand, vor. Dieses mindestens eine erste Filterelement liegt somit in der Verbindung der mindestens einen Extraktionsreaktoreinheit und der mindestens einen Präzipitationsreaktoreinheit vor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine erste Filterelement beheizt. Dies hat den Vorteil, dass eine frühzeitige Präzipitation des Fucoxanthin-Kristall- haltigen Präzipitats verringert, insbesondere merklich verhindert, insbesondere ganz verhindert, wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine erste Filterelement eine Porengröße von 0,1 bis 0,9 pm, insbesondere 0,1 bis 0,5 pm, insbesondere von 0,1 pm, insbesondere 0,2 pm, insbesondere 0,25 pm, insbesondere 0,5 pm, insbesondere 1 pm auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das mindestens eine erste Filterelement aus Stahl, Keramik oder PTFE oder einer Kombination dieser. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine erste Filterelement ein Filter, welcher für eine Querstromfiltration geeignet ist, insbesondere ein Hohlfaserfilter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine erste Filterelement ein Siebfilter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das zweite der
Präzipitationsreaktoreinheit zugeordnete Filterelement im Auslass der Präzipitationsreaktoreinheit vor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt das zweite der
Präzipitationsreaktoreinheit zugeordnete Filterelement in mindestens einer, insbesondere in einer, Verbindung der Präzipitationsreaktoreinheit mit nachfolgenden Vorrichtungen vor.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das zweite Filterelement eine Porengröße von 0,2 bis 10 pm, insbesondere von 0,2 bis 5 pm, insbesondere von 0,2 bis 1 pm, insbesondere von 0,2 bis 0,45 pm, insbesondere von genau 0,2 pm, insbesondere von genau 0,45 pm, insbesondere von genau 1 pm, insbesondere von genau 5 pm auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das zweite Filterelement aus Stahl, Keramik oder PTFE oder einer Kombination dieser.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine zweite Filterelement ein Filter, welcher für eine Querstromfiltration geeignet ist, insbesondere ein Hohlfaserfilter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine zweite Filterelement ein Siebfilter.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor der
Extraktionsreaktoreinheit eine Vorrichtung zur Trocknung, insbesondere zur Sprühtrocknung, insbesondere zur Gefriertrocknung, angeschlossen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor der
Extraktionsreaktoreinheit eine Vorrichtung zum Zellaufschluss angeschlossen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass vor der
Extraktionsreaktoreinheit eine Vorrichtung zum Zellaufschluss und nach der Vorrichtung zum Zellaufschluss eine Vorrichtung zur Trocknung, insbesondere zur Sprühtrocknung, insbesondere zur Gefriertrocknung, angeschlossen sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Zellaufschluss ein Hochdruckhomogenisator oder eine Kugelmühle, insbesondere eine Rührwerkskugelmühle.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach dem zweiten Filterelement ein Destillationsapparat angeschlossen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass nach dem Destillationsapparat eine Vorrichtung zur Lösungsmittelrückführung angeschlossen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist nach dem zweiten Filterelement eine Vorrichtung zum Weiterverarbeiten, insbesondere zum Zerkleinern, des Fucoxanthin-Kristall- haltigen Präzipitats vorgesehen. Diese Vorrichtung zum Weiterverarbeiten, insbesondere zum Zerkleinern, des Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats kann unbeschadet des Anschlusses eines Destillationsapparats, das heißt insbesondere parallel zu diesem, angeschlossen sein.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Zerkleinern des Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats eine Vorrichtung, welche mittels Ultraschall das Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat zerkleinert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zum Zerkleinern des Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats eine Vorrichtung, welche mittels mechanischer Scherkräfte das Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat zerkleinert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform herrscht zwischen der mindestens einen Extraktionsreaktoreinheit und der mindestens einen Präzipitationsreaktoreinheit eine Druckdifferenz.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Druckdifferenz über das erste Filterelement, insbesondere zwischen der mindestens einen Extraktionsreaktoreinheit und der mindestens einen Präzipitationsreaktoreinheit, 1 bis 99 bar, insbesondere 1 bis 98 bar, insbesondere 1 bis 97 bar, insbesondere 1 bis 90 bar, insbesondere 1 bis 80 bar, insbesondere 1 bis 70 bar, insbesondere 1 bis 60 bar, insbesondere 5 bis 99 bar, insbesondere 5 bis 98 bar, insbesondere 5 bis 97 bar, insbesondere 5 bis 90 bar, insbesondere 5 bis 80 bar, insbesondere 5 bis 70 bar, insbesondere 5 bis 60 bar, insbesondere 10 bis 99 bar, insbesondere 20 bis 98 bar, insbesondere 20 bis 97 bar, insbesondere 20 bis 90 bar, insbesondere 20 bis 80 bar, insbesondere 20 bis 70 bar, insbesondere 20 bis 60 bar, insbesondere 20 bis 99 bar, insbesondere 20 bis 98 bar, insbesondere 20 bis 97 bar, insbesondere 20 bis 90 bar, insbesondere 20 bis 80 bar, insbesondere 20 bis 70 bar, insbesondere 20 bis 60 bar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform herrscht zwischen der mindestens einen Extraktionsreaktoreinheit und dem mindestens einen zweiten Filterelement eine Druckdifferenz.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die Druckdifferenz über das zweite Filterelement, insbesondere zwischen der mindestens einen Extraktionsreaktoreinheit und einer Verdampfungsvorrichtung, 1 bis 99 bar, insbesondere 1 bis 98 bar, insbesondere 1 bis 97 bar, insbesondere 1 bis 90 bar, insbesondere 1 bis 80 bar, insbesondere 1 bis 70 bar, insbesondere 1 bis 60 bar, insbesondere 5 bis 99 bar, insbesondere 5 bis 98 bar, insbesondere 5 bis 97 bar, insbesondere 5 bis 90 bar, insbesondere 5 bis 80 bar, insbesondere 5 bis 70 bar, insbesondere 5 bis 60 bar, insbesondere 10 bis 99 bar, insbesondere 20 bis 98 bar, insbesondere 20 bis 97 bar, insbesondere 20 bis 90 bar, insbesondere 20 bis 80 bar, insbesondere 20 bis 70 bar, insbesondere 20 bis 60 bar, insbesondere 20 bis 99 bar, insbesondere 20 bis 98 bar, insbesondere 20 bis 97 bar, insbesondere 20 bis 90 bar, insbesondere 20 bis 80 bar, insbesondere 20 bis 70 bar, insbesondere 20 bis 60 bar.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren Ausbeuten von 65 bis 95 Gew.-% (TS, Trockensubstanz) (Ausbeute bezogen auf Trockengewicht der Fettsäuren im Ausgangsmaterial) für Fettsäuren auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren Ausbeuten von 65 bis 98 Gew.-% (TS) (Ausbeute bezogen auf Trockengewicht des EPA im Ausgangsmaterial) für EPA auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Verfahren Ausbeuten von 30 bis 75 Gew.-%, insbesondere 40 bis 75 Gew.-% (TS) (Ausbeute bezogen auf Trockengewicht des Fucoxanthins im Ausgangsmaterial) für Fucoxanthin auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Algenbiomasse vor der Bereitstellung zerkleinert, insbesondere durch Zellaufschluss, wurde.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfmdungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Algenbiomasse vor der Bereitstellung getrocknet, insbesondere mittels Sprüh- oder Gefriertrocknung, wurde.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Algenbiomasse vor der Bereitstellung zerkleinert, insbesondere durch Zellaufschluss, und getrocknet, insbesondere mittels Sprüh- oder Gefriertrocknung, wurde.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Algenbiomasse eine partikuläre Algenbiomasse.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zerkleinerung, insbesondere der Zellaufschluss, der Algenbiomasse vor dem Bereitstellen in Verfahrensschritt a) durch eine Kugelmühle, insbesondere eine Rührwerkskugelmühle, oder durch einen Hochdruckhomogenisator, insbesondere durch eine Kugelmühle, insbesondere eine Rührwerkskugelmühle, durchgeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine apolare organische Lösungsmittel ein Alkan, insbesondere ein n-Alkan ist oder eine Kombination aus verschiedenen Alkanen, insbesondere verschiedenen n-Alkanen ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine apolare organische Lösungsmittel Pentan, Hexan, Heptan und/oder eine Kombination dieser ist, insbesondere n-Hexan, n-Pentan, n-Heptan und/oder eine Kombination dieser, insbesondere Cyclopentan, Cyclohexan, Cycloheptan und/oder eine Kombination dieser ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine apolare organische Lösungsmittel Hexan oder Heptan ist, insbesondere Hexan, insbesondere Heptan ist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine apolare organische Lösungsmittel n-Hexan oder n-Heptan ist, insbesondere n-Hexan, insbesondere n-Heptan ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine apolare organische Lösungsmittel vor der Bereitstellung in Verfahrensschritt a) mit geringen Mengen mindestens eines polaren Lösungsmittels, insbesondere 0,1 bis 10 Vol.-%, insbesondere 0,1 bis 5 Vol.-%, insbesondere 0,1 bis 1 Vol.-%, insbesondere 0,1 bis 0,5 Vol.-% (jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen der Mischung aus dem mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittel und dem mindestens einen polaren Lösungsmittel), gemischt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine polare Lösungsmittel in der Mischung aus dem mindestens einen apolaren organische Lösungsmittel und dem mindestens einen polaren Lösungsmittel ein Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethanol, Ethylacetat, Aceton oder Mischungen davon.
Das Mischen des mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels vor der Bereitstellung in Verfahrensschritt a) mit geringen Mengen mindestens eines polaren Lösungsmittels führt insbesondere in vorteilhafter Weise zu einer Steigerung der Ausbeuten an Fucoxanthin und/oder Fettsäuren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Algenbiomasse eine Algenbiomasse von Makroalgen oder Mikroalgen ist, insbesondere Diatomeen, insbesondere Bacillariophyceae, insbesondere Algen der Klasse Prymnesiophyceae, insbesondere Phaeodactylum tricornutum , insbesondere Cylindrotheca fusiformis , insbesondere Odontella aurita , insbesondere Haptophyta, insbesondere Isochrysis spec., insbesondere Isochrysis aff galbana.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Algenbiomasse eine Algenbiomasse von Phaeodactylum tricornutum ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren zum Erhalt eines Fucoxanthin-haltigen Präzipitats und einer Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus Algenbiomasse ein Verfahren zum diskontinuierlichen Erhalt eines Fucoxanthin-haltigen Präzipitats und einer Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus Algenbiomasse. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Temperatur im Verfahrensschritt b) 100 bis 120 °C, insbesondere genau 100 °C, beträgt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Temperatur im Verfahrensschritt b) 70 bis 120 °C, insbesondere 70 bis 100 °C, insbesondere 70 bis 95 °C, insbesondere 70 bis 90 °C, insbesondere 70 bis 80 °C, insbesondere genau 70 °C.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Temperatur im Verfahrensschritt b) 80 bis 150 °C, insbesondere 80 bis 120 °C, insbesondere 80 bis 100 °C, 85 bis 150 °C, insbesondere 85 bis 120 °C, insbesondere 85 bis 100 °C, insbesondere 90 bis 150 °C, insbesondere 90 bis 100 °C, insbesondere genau 80 °C, insbesondere genau 90 °C, insbesondere genau 95 °C.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druck in Verfahrensschritt b) 3 bis 100 bar beträgt, insbesondere 5 bis 100 bar, insbesondere 10 bis 100 bar, insbesondere 15 bis 100 bar, insbesondere 20 bis 100 bar, insbesondere 25 bis 100 bar, insbesondere 30 bis 100 bar, insbesondere 40 bis 100 bar, insbesondere 50 bis 100 bar, insbesondere 60 bis 100 bar, insbesondere 70 bis 100 bar, insbesondere 1,5 bis 90 bar, insbesondere 1,5 bis 80 bar, insbesondere 1,5 bis 70 bar, insbesondere 1,5 bis 60 bar, insbesondere 1,5 bis 50 bar, insbesondere 1,5 bis 40 bar, insbesondere 1,5 bis 30 bar, insbesondere 1,5 bis 25 bar, insbesondere 1,5 bis 20 bar, insbesondere 1,5 bis 15 bar, insbesondere 1,5 bis 10 bar, insbesondere 1,5 bis 5 bar, insbesondere 1,5 bis 3 bar, insbesondere 3 bis 90 bar, insbesondere 3 bis 80 bar, insbesondere 3 bis 70 bar, insbesondere 3 bis 60 bar, insbesondere 3 bis 50 bar, insbesondere 3 bis 40 bar, insbesondere 3 bis 30 bar, insbesondere 3 bis 25 bar, insbesondere 3 bis 20 bar, insbesondere 3 bis 15 bar, insbesondere 3 bis 10 bar, insbesondere 3 bis 5 bar, insbesondere 5 bis 90 bar, insbesondere 5 bis 80 bar, insbesondere 5 bis 70 bar, insbesondere 5 bis 60 bar, insbesondere 5 bis 50 bar, insbesondere 5 bis 40 bar, insbesondere 5 bis 30 bar, insbesondere 5 bis 25 bar, insbesondere 5 bis 20 bar, insbesondere 5 bis 15 bar, insbesondere 5 bis 10 bar.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Druck in Verfahrensschritt b) 100 bar beträgt.
Der in Verfahrensschritt b) eingesetzte Druck kann insbesondere synergistisch eingesetzt werden, um die Extraktion gemäß Verfahrensschritt b) zu bewirken und um gemäß einer besonderen Ausführungsform mit Hilfe des Drucks über das erste Filterelement einen filtrierten Algenextrakt zu erhalten und über das zweite Filterelement ein Fucoxanthin-haltiges Präzipitat abzutrennen sowie eine Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion zu erhalten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann mit Hilfe des in Verfahrensschritt b) eingesetzten Drucks über das erste Filterelement ein filtrierter Algenextrakt erhalten und/oder über das zweite Filterelement ein Fucoxanthin-haltiges Präzipitat abgetrennt sowie eine Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion erhalten werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann mit Hilfe des in Verfahrensschritt b) eingesetzten Drucks über das erste Filterelement ein filtrierter Algenextrakt erhalten und über das zweite Filterelement ein Fucoxanthin-haltiges Präzipitat abgetrennt sowie eine Fettsäure haltige Algenextraktfraktion erhalten werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verweilzeit in der Extraktionsreaktoreinheit in Verfahrensschritt b) 1 bis 60 Minuten, insbesondere 1 bis 45 Minuten, insbesondere 1 bis 30 Minuten, insbesondere 1 bis 25 Minuten, insbesondere 1 bis 20 Minuten, insbesondere 1 bis 15 Minuten, insbesondere 1 bis 10 Minuten, insbesondere 1 bis 5 Minuten, beträgt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verweilzeit in der Extraktionsreaktoreinheit in Verfahrensschritt b) 1 bis 5 Minuten beträgt.
Durch die besonders kurzen Verweilzeiten in Verfahrensschritt b) kann erreicht werden, dass im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren weniger Produktschädigungen von Fettsäuren und/oder Fucoxanthin auftreten und/oder die Fettsäure-haltige Lipidfraktion und/oder das Fucoxanthin- Kristall-haltige Präzipitat eine höhere Reinheit aufweisen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Verfahrensschritt b) in einer Batch-Betriebsweise durchgeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass Verfahrensschritt b) vor Durchführung von Verfahrensschritt c) mindestens einmal, insbesondere mindestens zweimal, insbesondere mindestens dreimal, insbesondere mindestens viermal, wiederholt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der in Verfahrensschritt b) erhaltene Algenextrakt weitere Carotinoide, Polyphenole und/oder Phytosterole umfasst. Insbesondere ist vorgesehen, dass die zuvor genannten Substanzen, das heißt weitere Carotinoide, Polyphenole und/oder Phytosterole, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion in Verfahrensschritt f) erhalten werden, das heißt in der erhaltenen Fettsäure haltigen Lipidfraktion vorhanden sind.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine apolare organische Lösungsmittel vor dem Verfahrensschritt b) in einem Verfahrensschritt bO) vortemperiert auf die in Verfahrensschritt b) benötigte Temperatur, insbesondere in der Extraktionsreaktoreinheit, vorzugsweise in einer separaten der Extraktionsreaktoreinheit vorgelagerten und mit ihr verbundenen Vorrichtung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine apolare organische Lösungsmittel vor dem Verfahrensschritt b) in einem Verfahrensschritt bO) in der Präzipitationsreaktoreinheit, welche vorzugsweise mit einer Vorrichtung zum Temperieren ausgestattet ist, vortemperiert und anschließend in die Extraktionsreaktoreinheit überführt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Druck nach Durchführung der Extraktion in Verfahrensschritt b) in Verfahrensschritt c) gesenkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck nach Durchführung der Extraktion in Verfahrensschritt b) in Verfahrensschritt c) auf 1 bis 30 bar, insbesondere 1 bis 20 bar, insbesondere 1 bis 15 bar, insbesondere 1 bis 10 bar, insbesondere 1 bis 5 bar, insbesondere 1 bis 3 bar, insbesondere 1 bis 2 bar, insbesondere 1 bis 1,5 bar, insbesondere 1,5 bis 30 bar, insbesondere 1,5 bis 20 bar, insbesondere 1,5 bis 15 bar, insbesondere 1,5 bis 10 bar, insbesondere 1,5 bis 5 bar, insbesondere 1,5 bis 3 bar, insbesondere 1,5 bis 2 bar, insbesondere 2 bis 30 bar, insbesondere 2 bis 20 bar, insbesondere 2 bis 15 bar, insbesondere 2 bis 10 bar, insbesondere 2 bis 5 bar, insbesondere 2 bis 3 bar, insbesondere 3 bis 30 bar, insbesondere 3 bis 20 bar, insbesondere 3 bis 15 bar, insbesondere 3 bis 10 bar, insbesondere 3 bis 5 bar, insbesondere 1 bar, insbesondere 2 bar, insbesondere 3 bar, insbesondere 5 bar, insbesondere 10 bar, insbesondere 20 bar, gesenkt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck nach Durchführung der Extraktion in Verfahrensschritt b) in Verfahrensschritt c) auf 0 bis 10 bar, insbesondere 0 bis 5 bar, insbesondere 0 bis 3 bar, insbesondere 0 bis 2 bar, insbesondere 0 bis 1,5 bar, insbesondere 0 bar, gesenkt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck nach Durchführung der Extraktion in Verfahrensschritt b) in Verfahrensschritt c) auf 30 bar gesenkt.
Der Druck, welcher in Verfahrensschritt b) zur Extraktion eingesetzt wird, kann auch eingesetzt werden, um über die Druckdifferenzen an dem mindestens einen ersten und/oder mindestens einen zweiten Filterelement die Filtrationen in den Verfahrensschritten c) und/oder e) zu bewirken, insbesondere energetisch sinnvoll zu bewirken. Insbesondere kann der Druck gemäß Verfahrensschritt b) eingesetzt werden, um über die Druckdifferenzen an dem mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Filterelement die Filtrationen in den Verfahrensschritten c) und e) zu bewirken, insbesondere energetisch sinnvoll zu bewirken.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Druck nach Durchführung der Präzipitation in Verfahrensschritt d) in Verfahrensschritt e) gesenkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Druck in der Präzipitationsreaktoreinheit während des Verfahrensschrittes d) 1 bis 30 bar, insbesondere 1 bis 20 bar, insbesondere 1 bis 15 bar, insbesondere 1 bis 10 bar, insbesondere 1 bis 5 bar, insbesondere 1 bis 3 bar, insbesondere 1 bis 2 bar, insbesondere 1 bis 1,5 bar, insbesondere 1,5 bis 30 bar, insbesondere 1,5 bis 20 bar, insbesondere 1,5 bis 15 bar, insbesondere 1,5 bis 10 bar, insbesondere 1,5 bis 5 bar, insbesondere 1,5 bis 3 bar, insbesondere 1,5 bis 2 bar, insbesondere 2 bis 30 bar, insbesondere 2 bis 20 bar, insbesondere 2 bis 15 bar, insbesondere 2 bis 10 bar, insbesondere 2 bis 5 bar, insbesondere 2 bis 3 bar, insbesondere 3 bis 30 bar, insbesondere 3 bis 20 bar, insbesondere 3 bis 15 bar, insbesondere 3 bis 10 bar, insbesondere 3 bis 5 bar, insbesondere 1 bar, insbesondere 2 bar, insbesondere 3 bar, insbesondere 5 bar, insbesondere 10 bar, insbesondere 20 bar, insbesondere 30 bar.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Druck in der Präzipitationsreaktoreinheit während des Verfahrensschrittes d) 30 bar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck in der
Präzipitationsreaktoreinheit während des Verfahrensschrittes d) abgesenkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck in der
Präzipitationsreaktoreinheit während des Verfahrensschrittes d) auf 1 bis 20 bar, insbesondere 1 bis 15 bar, insbesondere 1 bis 10 bar, insbesondere 1 bis 5 bar, insbesondere 1 bis 3 bar, insbesondere 1 bis 2 bar, insbesondere 1 bis 1,5 bar, insbesondere 1,5 bis 20 bar, insbesondere 1,5 bis 15 bar, insbesondere 1,5 bis 10 bar, insbesondere 1,5 bis 5 bar, insbesondere 1,5 bis 3 bar, insbesondere 1,5 bis 2 bar, insbesondere 2 bis 20 bar, insbesondere 2 bis 15 bar, insbesondere 2 bis 10 bar, insbesondere 2 bis 5 bar, insbesondere 2 bis 3 bar, insbesondere 3 bis 20 bar, insbesondere 3 bis 15 bar, insbesondere 3 bis 10 bar, insbesondere 3 bis 5 bar, insbesondere 1 bar, insbesondere 2 bar, insbesondere 3 bar, insbesondere 5 bar, insbesondere 10 bar, insbesondere 20 bar, abgesenkt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck in der Präzipitationsreaktoreinheit während des Verfahrensschrittes d) auf 3 bar abgesenkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Druck in der Präzipitationsreaktoreinheit zu Anfang von Verfahrensschritt d) 30 bar und wird auf 3 bar während des Verfahrensschrittes d) abgesenkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck nach Durchführung der Präzipitation in Verfahrensschritt d) in Verfahrensschritt e) auf 1 bis 20 bar, insbesondere 1 bis 15 bar, insbesondere 1 bis 10 bar, insbesondere 1 bis 5 bar, insbesondere 1 bis 3 bar, insbesondere 1 bis 2 bar, insbesondere 1 bis 1,5 bar, insbesondere 1,5 bis 20 bar, insbesondere 1,5 bis 15 bar, insbesondere 1,5 bis 10 bar, insbesondere 1,5 bis 5 bar, insbesondere 1,5 bis 3 bar, insbesondere 1,5 bis 2 bar, insbesondere 2 bis 20 bar, insbesondere 2 bis 15 bar, insbesondere 2 bis 10 bar, insbesondere 2 bis 5 bar, insbesondere 2 bis 3 bar, insbesondere 3 bis 20 bar, insbesondere 3 bis 15 bar, insbesondere 3 bis 10 bar, insbesondere 3 bis 5 bar, insbesondere 1 bar, insbesondere 2 bar, insbesondere 3 bar, insbesondere 5 bar, insbesondere 10 bar, insbesondere 20 bar, gesenkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck nach Durchführung der Präzipitation in Verfahrensschritt d) in Verfahrensschritt e) auf 0 bis 10 bar, insbesondere 0 bis 5 bar, insbesondere 0 bis 3 bar, insbesondere 0 bis 2 bar, insbesondere 0 bis 1,5 bar, insbesondere 0 bar, gesenkt.
In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Druck nach Durchführung der Präzipitation in Verfahrensschritt d) in Verfahrensschritt e) auf 0 bar gesenkt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Filtration von Verfahrensschritt c) eine Querstromfiltration ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Filtration von Verfahrensschritt c) eine Siebfiltration ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Temperatur in Verfahrensschritt d) auf -80 bis 40 °C, insbesondere -60 bis 50 °C, insbesondere -60 bis 40 °C, insbesondere -40 bis 50 °C, insbesondere -40 bis 40 °C, insbesondere -20 bis 50 °C, insbesondere -20 bis 40 °C, insbesondere 0 bis 50 °C, insbesondere 0 bis 40 °C, insbesondere 5 bis 50 °C, insbesondere 5 bis 40 °C, insbesondere 10 bis 50 °C, insbesondere 10 bis 40 °C, insbesondere 15 bis 50 °C, insbesondere 15 bis 40 °C, abgesenkt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verweilzeit in der Präzipitationsreaktoreinheit in Verfahrensschritt d) 1 bis 60 Minuten, insbesondere 1 bis 45 Minuten, insbesondere 1 bis 30 Minuten, insbesondere 1 bis 20 Minuten, insbesondere 1 bis 15 Minuten, insbesondere 1 bis 10 Minuten, insbesondere 1 bis 5 Minuten, beträgt.
Durch die besonders kurzen Verweilzeiten in Verfahrensschritt d) kann erreicht werden, dass im Vergleich zu bisher bekannten Verfahren weniger Produktschädigungen von Fettsäuren und/oder Fucoxanthin auftreten und/oder die Fettsäure-haltige Lipidfraktion und/oder das Fucoxanthin- Kristall-haltige Präzipitat eine höhere Reinheit aufweisen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Verfahrensschritt d) in einer Semi-kontinuierlichen-Betriebsweise, insbesondere in einer Gegenstrombetriebsweise, durchgeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass der Verfahrensschritt d) in einer Batch-Betriebsweise durchgeführt wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte b) und d) in einer Batch-Betriebsweise durchgeführt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass Verfahrensschritt b) in einer Batch-Betriebsweise und Verfahrensschritt d) in einer Semi-kontinuierlichen- Betriebsweise, insbesondere in einer Gegenstrombetriebsweise, durchgeführt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Abtrennung des Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats in Verfahrensschritt e) mittels Überdruck-, Unterdrück- oder Vakuum- unterstützter Filtration erfolgt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Filtration von Verfahrensschritt e) eine Querstromfiltration ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Filtration von Verfahrensschritt e) eine Siebfiltration ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass das in Verfahrensschritt f) verdampfte mindestens eine apolare organische Lösungsmittel in einem zusätzlichen Verfahrensschritt g) verflüssigt wird und das verflüssigte mindestens eine apolare organische Lösungsmittel in Verfahrensschritt a) wieder bereitgestellt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass der Verfahrensschritt g) in einer Vorrichtung zur Rückführung des Lösungsmittels durchgeführt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung auch Fucoxanthin-Kristalle herstellbar, insbesondere hergestellt, durch ein erfindungsgemäßes Verfahren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung auch die Fettsäuren, insbesondere EPA und/oder DHA, herstellbar, insbesondere hergestellt, durch ein erfindungsgemäßes Verfahren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion 40 bis 90 Gew.-%, insbesondere 45 bis 75 Gew.-%, Fettsäuren (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz) auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Fettsäure-haltige Lipidfraktion im Wesentlichen aus Fettsäuren, insbesondere besteht aus diesen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion 10 bis 50 Gew.-%, insbesondere 20 bis 35 Gew.-%, EPA (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz) auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion 50 bis 70 Gew.-%, insbesondere 55 bis 65 Gew.-%, EPA (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz an Fettsäuren in der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion) auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion 50 bis 70 Gew.-%, insbesondere 55 bis 65 Gew.-%, DHA (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz an Fettsäuren in der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion) auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion mehr EPA als DHA auf, insbesondere eine 1,2-fache, insbesondere 1,5-fache, insbesondere 2-fache, insbesondere 5-fache, insbesondere 10-fache, Menge von EPA im Vergleich zu DHA (bezogen auf das Gesamtgewicht an EPA und DHA) auf. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn höhere Anteile an EPA benötigt werden. Aus der bisher verwendeten Quelle für EPA und DHA Fischöl, müssen hierzu beide aufwendig mittels chromatographischer Verfahren voneinander getrennt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion eine ölige Konsistenz auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das in Verfahrensschritt e) erhaltene Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat 50 bis 100 Gew.-%, insbesondere 60 bis 99,999 Gew.-%, Fucoxanthin, insbesondere Fucoxanthin-Kristalle (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz) auf. Es ist insbesondere in erfindungsgemäß bevorzugter Ausführungsform vorgesehen, dass durch die Variation der Dauer der Verweilzeit, der Geschwindigkeit der Abkühlung oder von beiden Parametern in Verfahrensschritt d) die Reinheit der Fucoxanthin-Kristalle, das heißt der Anteil an Fucoxanthin-Kristallen in dem Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitat, beeinflusst wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass durch die Variation der Dauer der Verweilzeit, durch die Geschwindigkeit der Abkühlung oder durch beide Parameter in Verfahrensschritt d), den Durchmesser der erhaltenen Fucoxanthin-Kristalle in dem Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitat zu beeinflussen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen die in dem Fucoxanthin-Kristall- haltigen Präzipitat enthaltenen Fucoxanthin-Kristalle in Form von Agglomeraten, zum Beispiel einer Größe von 10 bis 100 pm, insbesondere 10 bis 80 pm, insbesondere 10 bis 70 pm, insbesondere 10 bis 50 pm, insbesondere 10 bis 25 pm, insbesondere 20 bis 100 pm, insbesondere 20 bis 80 pm, insbesondere 20 bis 70 pm, insbesondere 20 bis 50 pm, insbesondere 20 bis 25 pm, insbesondere 30 bis 80 pm, insbesondere 30 bis 70 pm, insbesondere 30 bis 50 pm, vor. In besonders bevorzugten Ausführungsformen lassen sich diese Agglomerate durch Ultraschall in einzelne Kristalle überführen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Fucoxanthin-Kristalle aus dem Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitat erhalten durch Zerkleinerung des Fucoxanthin-Kristall- haltigen Präzipitats.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fucoxanthin-Kristall- haltige Präzipitat mittels Ultraschall zum Erhalt von Fucoxanthin-Kristallen zerkleinert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fucoxanthin-Kristall- haltige Präzipitat mittels mechanischer Scherkräfte zum Erhalt von Fucoxanthin-Kristallen zerkleinert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Fucoxanthin-Kristall- haltige Präzipitat zum Erhalt von Fucoxanthin-Kristallen umkristallisiert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die in Verfahrensschritt e) im Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat enthaltenen Fucoxanthin-Kristalle einen Durchmesser von 0,1 bis 10 pm aufweisen, insbesondere von 0,5 bis 10 mih, insbesondere von 1 bis 10 mih, insbesondere von 2 bis 10 mih, insbesondere von 3 bis 10 mih, insbesondere von 4 bis 10 mih, insbesondere von 5 bis 10 mih, insbesondere von 6 bis 10 mih, insbesondere von 8 bis 10 mih, insbesondere von 0,1 bis 8 mih, insbesondere von 0,1 bis 6 mih, insbesondere von 0,1 bis 4 mih, insbesondere von 0,1 bis 2 mih, insbesondere von 0,1 bis 1 mih, insbesondere von 0,5 bis 8 mih, insbesondere von 0,5 bis 6 mih, insbesondere von 0,5 bis 4 mih, insbesondere von 0,5 bis 2 mih, insbesondere von 0,5 bis 1 mih, insbesondere von 1 bis 9 mih, insbesondere von 1 bis 8 mih, insbesondere von 1 bis 6 mih, insbesondere von 1 bis 5 mih, insbesondere von 1 bis 4 mih, insbesondere von 1 bis 2 mih, insbesondere von 3 bis 8 mih, insbesondere von 3 bis 6 mih, insbesondere von 3 bis 5 mih, insbesondere von 3 bis 4 mih aufweisen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter„Algenbiomasse“ ein Material biologischen Ursprungs verstanden, welches Algen, insbesondere Makroalgen, insbesondere Mikroalgen, umfasst, insbesondere im Wesentlichen aus diesen besteht, insbesondere aus diesen besteht.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer„extraktionsunterzogenen Algenbiomasse“ eine Algenbiomasse verstanden, aus welcher mittels Extraktion Stoffe entfernt worden sind. Insbesondere werden darunter die Materialien verstanden, welche sich nicht im eingesetzten Lösungsmittel lösen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Algenextrakt“ eine Zusammensetzung aus mindestens einem apolaren Lösungsmittel und in dem Lösungsmittel gelösten Stoffen aus Algenbiomasse verstanden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem„filtrierten Algenextrakt“ ein Algenextrakt verstanden, welcher einer Abtrennung, insbesondere einer Filtration, unterzogen wurde.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem„Fucoxanthin-Kristall- haltigen Präzipitat“ ein aus einem filtrierten Algenextrakt ausgefallenes, das heißt präzipitiertes, Material verstanden, welches Fucoxanthin-Kristalle umfasst, insbesondere im Wesentlichen aus diesen besteht, insbesondere aus diesen besteht. Insbesondere kann das Fucoxanthin-Kristall- haltige Präzipitat Agglomerate von Fucoxanthin-Kristallen umfassen, insbesondere im Wesentlichen aus diesen bestehen, insbesondere aus diesen bestehen. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Fettsäure-haltigen Algenextraktfraktion“ eine Algenextraktfraktion verstanden, welche Fettsäuren umfasst, insbesondere im Wesentlichen aus diesen besteht, insbesondere aus diesen besteht und welche größtenteils, insbesondere ganz, von ausgefallenen Fucoxanthin-Kristallen abgetrennt wurde.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Fettsäure-haltigen Lipidfraktion“ eine Fraktion verstanden, welche Lipide, unter anderem Fettsäuren, umfasst, insbesondere im Wesentlichen aus diesen besteht, insbesondere aus diesen besteht. Insbesondere kann die Fettsäure-haltige Lipidfraktion Fettsäuren umfassen, insbesondere im Wesentlichen aus diesen bestehen, insbesondere aus diesen bestehen. Diese kann auch als Algen-Öl bezeichnet werden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem„Filterelement“ eine Vorrichtung verstanden, welche zum Filtrieren geeignet ist. Diese kann in jedweder Bauart, Form, Größe oder Typ ausgestaltet sein, solange sie zum Filtrieren geeignet ist.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem„ersten Filterelement“ ein Filterelement verstanden, das in der Lage ist eine extraktionsunterzogene Algenbiomasse von einem Algenextrakt, gewonnen durch Extraktion von Fucoxanthin und Fettsäuren mittels mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels, zu trennen, wobei der Algenextrakt, als filtrierter Algenextrakt, das Permeat und die extraktionsunterzogene Algenbiomasse das Retentat darstellt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem„zweiten Filterelement“ ein Filterelement verstanden, das in der Lage ist ein Fucoxanthin-Kristall-haltiges Präzipitat von einer Fettsäure-haltigen Algenextraktfraktion zu trennen, wobei das Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat das Retentat und die Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion das Permeat darstellt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer„Extraktionsreaktoreinheit“ eine Vorrichtung verstanden, die als Reaktionsraum für eine Lösungsreaktion, das heißt Extraktion, dient.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer „Präzipitationsreaktoreinheit“ eine Vorrichtung verstanden, die als Reaktionsraum für eine Ausfällungsreaktion, das heißt Präzipitation, dient. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer„Batch-Betriebsweise“ eine diskontinuierliche Betriebsweise einer Reaktoreinheit verstanden, das heißt die Edukte werden in die nahezu leere, insbesondere leere, Reaktoreinheit gegeben und die Produkte nach einer bestimmten Verweilzeit aus der Reaktoreinheit genommen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter„Abtrennen“ verstanden, dass ein Teil eines Gemisches von dem restlichen Teil oder den restlichen Teilen, räumlich getrennt wird und der Teil des Gemischs somit physisch nicht mehr mit dem restlichen Teil oder den restlichen Teilen in Kontakt steht.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter„diskontinuierlichem Erhalt“ verstanden, dass die erfindungsgemäße Verfahrensweise dergestalt ist, dass kein kontinuierlicher Produktstrom zum Erhalt der erfmdungsgemäßen Produkte führt, sondern diese in diskreten Mengeneinheiten erhalten werden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter„Extraktion“ verstanden, dass eine oder mehrere Substanzen aus einem Material oder Stoffgemisch mittels eines Extraktionsmittels, das heißt Lösungsmittels, gelöst werden, das heißt im Extraktionsmittel in Lösung gehen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter Druck der Druck nach Abzug des Atmosphärendrucks verstanden.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Absenken oder einer Absenkung eines ersten Druckes aus einem für einen bestimmten Verfahrensschritt angegebenen ersten Druckbereich zu einem zweiten Druck, der in einen für einen nachfolgenden weiteren, zweiten Verfahrensschritt angegebenen weiteren, zweiten Druckbereich fällt verstanden, dass der erfmdungsgemäß im Verfahren eingesetzte erste Druck ausgewählt aus dem ersten Druckbereich auf einen abweichenden, nämlich niedrigeren, Druck ausgewählt aus den im zweiten weiteren Druckbereich, abgesenkt wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Absenkung des Drucks vorzugsweise verstanden, dass der Druck auf > 0 bar abgesenkt wird.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Absenkung des Drucks vorzugsweise verstanden, dass der Druck auf 0 bar abgesenkt wird. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung kann der angegebene Druck in bar auch in Pa angegeben werden. Ein bar sind 100.000 Pa (0,1 MPa).
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung sind in Bezug auf das im erfmdungsgemäßen Verfahren eingesetzte Reaktorsystem angegebene relative räumliche Angaben, insbesondere „vor“ und„nach“ in Richtung der erfmdungsgemäßen Verfahrensweise zu verstehen, das heißt ausgehend von Verfahrensschritt a) zu Verfahrensschritt f).
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele und dazugehörigen Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfmdungsgemäßen Verfahrens,
Figur 2 UHPLC-Chromatogramme (A) und Massenspektra (B) eines kommerziellen analytischen Fucoxanthin-Standards (> 95 %, jeweils oben) und eines erfmdungsgemäß gewonnenen Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats aus P. tricornutum (> 95 %, jeweils unten),
Figur 3 erfmdungsgemäß gewonnenes und getrocknetes Fucoxanthin-Kristall-haltiges
Präzipitat aus P. tricornutum,
Figur 4 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme (REM) des erfmdungsgemäß gewonnenen Fucoxanthin-haltigen Präzipitats mit Fucoxanthin-Kristall-Agglomeraten (A) und einzelnen Fucoxanthin-Kristallen (B und C).
Bezugszeichenliste
10 Extraktionsreaktoreinheit
20 Präzipitationsreaktoreinheit
11 erstes Filterelement 21 zweites Filterelement
30 Destillationsapparat
40 Vorrichtung zur Lösungsmittelrückführung
51 Vorrichtung zum Zellaufschluss der Algenbiomasse 52 Vorrichtung zur Trocknung der Algenbiomasse
Al Algenbiomasse
PI Fucoxanthin-haltiges Präzipitat
P2 Fettsäure-haltige Lipidfraktion
Beispiel:
Im Folgenden soll schematisch eine beispielhafte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Figur 1 dargestellt werden.
Mikroalgenbiomasse (Al), zum Beispiel aus Bacillariophyceae oder Prymnesiophyceae, wird in einem optionalen Verfahrensschritt in einer Vorrichtung zum Zellaufschluss der Algenbiomasse (51) zerkleinert.
Die zerkleinerte Mikroalgenbiomasse wird in einem optionalen Verfahrensschritt anschließend in einer Vorrichtung zur Trocknung der Algenbiomasse (52) getrocknet und so eine partikuläre Algenbiomasse erzeugt.
Die partikuläre Mikroalgenbiomasse wird in eine Extraktionsreaktoreinheit (10) überführt, in der bei einem Druck von 3 bis 100 bar sowie einer Temperatur von 60 bis 150 °C aus der Algenbiomasse mittels des mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels, zum Beispiel n-Hexan, ein Gemisch umfassend einen Algenextrakt sowie eine extraktionsunterzogene Algenbiomasse erhalten wird. Die extraktionsunterzogene Algenbiomasse wird durch das erste Filterelement (11), welches der Extraktionsreaktoreinheit (10) zugeordnet ist, auf dem Weg zur Präzipitationsreaktoreinheit (20) von dem Algenextrakt abgetrennt. Hierbei wird die Druckdifferenz, welche zwischen der Extraktionsreaktoreinheit (10) sowie der Präzipitationsreaktoreinheit (20) herrscht, für die Filtration ausgenutzt.
Der Druck wird demgemäß auf 3 bis 20 bar abgesenkt. Anschließend erfolgt in der Präzipitationsreaktoreinheit (20) eine weitere Absenkung des Druckes auf 3 bis 10 bar sowie auf eine Temperatur von 50 bis -80 °C, wobei Fucoxanthin-Kristalle aus dem Algenextrakt ausfallen. Diese ausgefallenen Fucoxanthin-Kristalle werden anschließend mittels Filtration, insbesondere unter Ausnutzung des in der Präzipitationsreaktoreinheit (20) vorhandenen Drucks von 3 bis 10 bar, durch das zweite Filterelement (21) abgetrennt, wobei ein Fucoxanthin-Kristall-haltiges Präzipitat (PI) sowie eine Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion gewonnen werden.
Alternativ kann die Filtration durch das zweite Filterelement (21), insbesondere wenn der Druck in der Präzipitationsreaktoreinheit auf 0 bar abgesenkt wird, eine Vakuum-Filtration sein. Die Fettsäure-haltige Lipidfraktion (P2) aus dieser Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion wird in einem weiteren Verfahrensschritt mittels Destillation in einem Destillationsapparat (30) von dem mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittel getrennt.
Optional wird das verdampfte Lösungsmittel in einer Vorrichtung zur Lösungsmittelrückführung (40) wieder abgekühlt und zurückgeführt, um für eine erneute Extraktion im Extraktionsreaktor eingesetzt zu werden.
Nachfolgend wird eine konkrete Ausführungsform der schematischen Darstellung aufgeführt.
Als Mikroalgenbiomasse (Al) wurde die Kieselalge Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) verwendet, welche zuvor in 180 L Flachplatten-Photobioreaktoren unter photoautotrophen Bedingungen in einer Outdoor-Pilotanlage erzeugt wurde.
Die Zerkleinerung der Algenbiomasse erfolgte mittels Rührwerkskugelmühle (PML-2, Bühler) mit einer Mahlkammer Centrex S1 und einem Mahlvolumen von 0,22 dm3 als Vorrichtung zum Zellaufschluss (51). Als Mahlkörper wurden stabilisierte Keramikkugeln (Draison Ytterium Ultra Power, Bühler) mit einem Durchmesser 0,3 mm und einer Dichte von 5.95 g cm 3 verwendet. Die in einem wässrigen Medium suspendierten Algenzellen wurden kontinuierlich aus einem Vorlagebehälter durch eine Pumpe (PSF 3, Ragazzini) in den Mahlraum der Rührwerkskugelmühle gefördert. Die Kontrolle des Aufschlussgrades erfolgte über einen Zeitraum von 3 h durch Messung des Proteingehalts im Überstand mittels FTIR-Spektroskopie.
Anschließend wurde die Algenbiomasse mit einer Gefriertrocknungsvorrichtung der Fa. Christ über einen Zeitraum von 24 h unter Vakuum getrocknet. Die partikuläre im Vakuum getrocknete Algenbiomasse wurde danach in eine Extraktionsreaktoreinheit (10) überführt.
Für die Extraktion in der Extraktionsreaktoreinheit (10) wurde ein Druck von 100 bar und eine Temperatur von 100 °C verwendet. Die Verweilzeit während der Fest-Flüssig-Extraktion betrug 20 min. Als Lösungsmittel diente n-Hexan und als Extraktionsreaktoreinheit (10) ein druckfester Edelstahlbehälter. Als erstes Filterelement (11) wurde ein gesinterter Edelstahlfilter mit einer Porengröße von 0,25 pm zur Abtrennung der extraktionsunterzogenen Algenbiomasse.
Die extraktionsunterzogene Algenbiomasse wurde durch das erste Filterelement (11), welches der Extraktionsreaktoreinheit (10) zugeordnet ist, auf dem Weg zur Präzipitationsreaktoreinheit (20) von dem Algenextrakt abgetrennt, wobei der Druck von ursprünglich 100 auf 30 bar in der Präzipitationsreaktoreinheit abgesenkt wurde.
Nachfolgend wurde der Druck in der Präzipitationsreaktoreinheit (20) auf 3 bar und die Temperatur auf 25 °C gesenkt, wobei Fucoxanthin-Kristalle in Form eines Präzipitats aus dem Algenextrakt ausfallen.
Diese ausgefallenen Fucoxanthin-Kristalle wurden anschließend mittels Filtration, insbesondere unter Ausnutzung des in der Präzipitationsreaktoreinheit (20) vorhandenen Drucks von 3 bar, durch das zweite Filterelement (21) abgetrennt, wobei ein Fucoxanthin-Kristall-haltiges Präzipitat sowie eine Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion gewonnen wurden. Als zweites Filterelement (21) diente ein Filter aus Polytetrafluorethylen (PTFE) mit einer Porengröße von 1 pm. Die Fettsäure-haltige Lipidfraktion aus dieser Fettsäure-haltige Algenextraktfraktion wurde in einem weiteren Verfahrensschritt mittels Destillation in einem Destillationsapparat (30) von dem mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittel, n-Hexan, getrennt. Das n-Hexan wurde in der Extraktionsreaktoreinheit (10) anschließend für nachfolgende Durchführungen wiederverwendet. Die im Beispiel eingesetzte P. tricornutum Algenbiomasse wies, bezogen auf die Gesamttrockensubstanz der Algenbiomasse, einen Gesamtfettsäuregehalt von 104,7 mg/g, einen Eicosapentaensäure (EPA)-Gehalt von 54,5 mg/g und einen Fucoxanthingehalt von 17,6 mg/g auf.
Als Fucoxanthin-Kristall-haltiges Präzipitat (PI) konnten im Beispiel bezogen auf 1 g der eingesetzten P. tricornutum Algenbiomasse 7,1 mg Fucoxanthin-Kristall-haltiges Präzipitat gewonnen werden (siehe Figur 3). Das Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat wies einzelne Fucoxanthin-Kristalle (Figur 4 B und 4C) in Form von zusammengelagerten Agglomeraten (Figur 4A) auf. Das Fucoxanthin-Kristall-haltige Präzipitat wies einen Massenanteil, das heißt eine Reinheit, von Fucoxanthin von 98,3 Gew.-% (UHPLC-MS) (bezogen auf Gesamttrockensubstanz) auf (siehe Figur 2). Bezogen auf die in der eingesetzten Ausgangsbiomasse verfügbare Menge an Fucoxanthin entspricht dies einer Ausbeute 40 Gew.-% (TS) (Ausbeute bezogen auf Trockengewicht des Fucoxanthins im Ausgangsmaterial).
Bezogen auf 1 g der eingesetzten P. tricornutum Algenbiomasse konnten 87,85 mg Fettsäuren und 49,0 mg Eicosapentaensäure (EPA) gewonnen werden. Somit sind etwa 55,8 Gew.-% (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz an Fettsäuren in der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion) der Fettsäuren in der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion (P2) EPA. Bezogen auf die in der eingesetzten Ausgangsbiomasse verfügbare Menge an Fettsäuren entspricht dies einer Ausbeute von 83,9 Gew.-% (TS) (Ausbeute bezogen auf Trockengewicht der Fettsäuren im Ausgangsmaterial). Bezogen auf die in der eingesetzten Ausgangsbiomasse verfügbare Menge an Eicosapentaensäure (EPA) wurde eine Ausbeute von 89,9 Gew.-% (TS) (Ausbeute bezogen auf Trockengewicht des EPA im Ausgangsmaterial) erreicht. In Anbetracht der Gesamttrockensubstanz der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion (P2) von 134 mg (für 1 g Biotrockenmasse) stellen die Fettsäuren somit einen Anteil von 65,6 Gew.-% (bezogen auf Gesamttrockensubstanz) in der Fraktion dar.
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Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Erhalt eines Fucoxanthin-haltigen Präzipitats und einer Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus Algenbiomasse, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a) Bereitstellen von mindestens einem apolaren organischen Lösungsmittel und Algenbiomasse, b) Extraktion von Fucoxanthin und Fettsäuren mittels des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels aus der in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Algenbiomasse in mindestens einer
Extraktionsreaktoreinheit (10), der mindestens ein erstes Filterelement (11) zugeordnet ist, bei einer Temperatur von 60 bis 150 °C und einem Druck von 1,5 bis 100 bar zum Erhalt eines Gemisches umfassend einen Algenextrakt und eine extraktionsunterzogene Algenbiomasse, c) Abtrennen der extraktionsunterzogenen Algenbiomasse aus dem in
Verfahrensschritt b) erhaltenen Gemisch mittels Filtrierung durch das mindestens eine erste Filterelement (11) zum Erhalt eines filtrierten Algenextraktes und Einleiten des erhaltenen filtrierten Algenextraktes in mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit (20), der mindestens ein zweites Filterelement (21) zugeordnet ist, d) Absenken der Temperatur des filtrierten Algenextrakts auf -80 bis 50 °C in der Präzipitationsreaktoreinheit (20) zur Präzipitation von Fucoxanthin-Kristallen zum Erhalt eines Gemisches aus Fucoxanthin-Kristall-haltigem Präzipitat und Fettsäure-haltiger Algenextraktfraktion, e) Abtrennen des Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats aus dem Gemisch aus Fucoxanthin-Kristall-haltigem Präzipitat und Fettsäure-haltiger
Algenextraktfraktion mittels Filtrierung durch das mindestens eine zweite Filterelement (21) zum Erhalt eines Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats und einer Fettsäure-haltigen Algenextraktfraktion, und f) Abtrennen einer Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus der Fettsäure-haltigen
Algenextraktfraktion durch Verdampfen des mindestens einen apolaren organischen Lösungsmittels zum Erhalt der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur in Verfahrensschritt b) 85 bis 120 °C beträgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck nach
Durchführung der Extraktion in Verfahrensschritt b) in Verfahrensschritt c) gesenkt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Druck nach Durchführung der Extraktion in
Verfahrensschritt b) in Verfahrensschritt c) auf 1 bis 30 bar gesenkt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druck nach
Durchführung der Präzipitation in Verfahrensschritt d) in Verfahrensschritt e) gesenkt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in Verfahrensschritt f) verdampfte mindestens eine apolare organische Lösungsmittel in einem zusätzlichen Verfahrensschritt g) verflüssigt wird und das flüssige mindestens eine apolare organische Lösungsmittel in Verfahrensschritt a) wieder bereitgestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Algenbiomasse einem Zellaufschluss zugeführt und/oder getrocknet wurde.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Algenbiomasse eine partikuläre Algenbiomasse ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine
apolare organische Lösungsmittel ein Alkan, insbesondere ein n-Alkan, ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der in Verfahrensschritt b) erhaltene Algenextrakt weitere Carotinoide, Polyphenole und/oder Phytosterole umfasst, welche in Verfahrensschritt f) von dem mindestens einen apolaren organischen
Lösungsmittel zusammen mit der Fettsäure-haltigen Lipidfraktion aus der Fettsäure haltigen Algenextraktfraktion abgetrennt werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Verfahrensschritt e) erhaltenen Fucoxanthin-Kristalle im Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitat einen Durchmesser von 0,1 bis 10 mih aufweisen.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Verfahrensschritt e) erhaltenen Fucoxanthin-Kristalle im Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitat in Form von Agglomeraten, insbesondere in einer Größe von 10 bis 100 mih, vorliegen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abtrennung des
Fucoxanthin-Kristall-haltigen Präzipitats in Verfahrensschritt e) mittels Überdruck-, Unterdrück- oder Vakuum-unterstützter Filtration erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verweilzeit im
Extraktionsreaktor in Verfahrensschritt b) 1 bis 60 Minuten beträgt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verweilzeit im
Präzipitationsreaktor in Verfahrensschritt d) 1 bis 60 Minuten beträgt.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine
Extraktionsreaktoreinheit (10) und/oder die mindestens eine Präzipitationsreaktoreinheit (20) ein Wirbelbettreaktor ist oder Wirbelbettreaktoren sind.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion 50 bis 70 Gew.-% EPA (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz an Fettsäuren in der Fettsäure-haltigen
Lipidfraktion) aufweist.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die in Verfahrensschritt f) erhaltene Fettsäure-haltige Lipidfraktion 50 bis 70 Gew.-% DHA (bezogen auf Gesamtgewicht der Trockensubstanz an Fettsäuren in der Fettsäure-haltigen
Lipidfraktion) aufweist.
19. Fucoxanthin-Kristalle herstellbar, insbesondere hergestellt, durch ein Verfahren der Ansprüche 1 bis 18.
20. Fettsäuren, insbesondere EPA und/oder DHA, herstellbar, insbesondere hergestellt, durch ein Verfahren der Ansprüche 1 bis 18.
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