NO813336L - Separasjonsprosess. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte•for å utvinne fra

en blanding, som inneholder forbindelser som i alt vesentlig ikke-polare løsningsmidler danner blandede miceller eller ko-miceller, en fraksjon som.er anriket på én av de nevnte forbindelser .

En spesiell klasse av slike forbindelser er fosfatidene eller fosfolipidene fra vegetabilsk eller animalsk opprinnelse. Disse fosfolipider, spesielt fosfolipidene i . soyabønner, danner micelle-aggregater i ikke-polare organiske løsningsmidler,, spesielt i heksan. Disse miceller dannes ved molekylær assosia-sjon og kan ha. molekylvekter som er så høye som 500 000. De polare og ladede andeler av fosfolipidene danner kjernen i micellene, mens. hydrokarbonandelene i de f orestrede f ett syrer

danner de upolare ytre skall.. Mange polare ikke-lipide komponenter, for eksempel sukkere, sterolglukosidér, vann, proteiner

osv., kan være ko-micelldannet, dvs. at disse.komponenter er plassert i den polare kjerne i fosfolipid-micellene. På grunn av dannelsen av micellene blir fosfolipidene lett løselige i heksan til tross for deres polare og ioniske strukturer. Det samme er tilfelle for sukkere, sterolglukosidér osv.,.osv,,

som også ■ solubiliseres i heksan ved dannelse av ko-miceller.

Soyabønneolje oppnås vanligvis industrielt av de knuste

og pelletiserte bønner ved . ekstraksjon med varm heksan. Heksan-løsningen inneholder hovedsakelig■glyceridolje, men også små mengder av fosfolipider, frie , sukkere, steroler, sterolglukosidér osv. Forholdet mellom fosfolipider og glyceridolje er vanligvis mellom 1:30 og 1:40. Fosfolipidene er hovedsakelig' bygd opp av 4- komponenter: Fosfatidyl-kolin' (idet følgende kalt PC), fosfatidyl-etanolamin (PE) , fosfatidyl-inositol (PI) , f osf atidinsyre (PA)-.

I tillegg inneholder' soyabønnefosfolipidene også små mengder

av andre forbindelser, for eksempel fosfatidylserin (PS), kardiolipin (CL), sfingofosfatider (SP), og delvis hydrolyserte substanser som generelt kalles, lysofosfolipider, for eksempel lysofosfatidylkolin (LPC)..

I den rå heksanekstrakt av soyabønnene er alle disse for-skjellige fosfolipid-substanser til stede som blandede miceller, som også '-inkluderer de - ko—micelldannede ikke-lipider , for eksempel frie sukkere, sterolglukosidér osv.

.For raffinering av den'rå soyabønneolje må fosfolipidene

og deres forurensninger av sukkere osv. fjernes. Vi har opp-funnet en fremgangsmåte (britisk patent nr. 1 509 543) i hvilken den rå heksanekstrakt fra soyabønnene, også kalt rå soyabønne-ol je-heksan-miscella , ultrafiltreres- under trykk gjennom en egnet semipermeabel membran som tillater passasje av glycerid-oljeløsningen i heksan, men holder tilbake alle fosfolipidene sammen med sukkere, sterolglukosidér osv., slik at det dannes ko-miceller med fosfoldpider i heksanløsning. Denne fremgangsmåte tillater således fullstendig separasjon av ,fosfor-frie lipider (dvs.' triglycerider, frie fettsyrer osv.) fra fosfolipider og ikke-lipider (for eksempel sukkere osv.), som er assosiert med dem. Fjerning av heksan fra ultrafiltratet gir

en olje som er fullstendig fri for fosfatider, mens retentat-miscell.a gir kommersielt lecitin ved destillasjon.

.Disse typer av komersielle lecitiner kan også oppnås på annen måte, for eksempel ved først å destillere av heksanet fra .den rå soyabønneolje-heksan-miscella og deretter separere fosfolipidene ved hydratisering med varmt vann eller damp, hvilket gjør dem uløselige i olje, fra' hvilken de deretter lett kan gjenvinnes ved sentrifugering. I tillegg til fosfolipidene inneholder de kommersielle lecitiner også glyceridfett, pig-menter', sukkere, sterolglykosider og andre forurensninger. Følgende tabell gir en tilnærmet sammensetning av kommersielt soyabønne-lecitin:

Som allerede angitt, danner alle f osf olipidene. i heksan-løsning blandede miceller av betydelig størrelse, som kan prepareres fullstendig fra glyceridoljer ved ultrafiltrering gjennom en'egnet semi-permeabel membran.

Det'er nå overraskende funnet at i visse løsnihgsmiddel-blandinger er micelle-dannelsen selektiv, dvs. at en eller flere forbindelser som normalt inkorporeres, i- de store, blandede

miceller, delvis eller fullstendig utelukkes' fra micellene

og er nå til stede i løsningsmiddélblandingen i molekylær tilstand. Denne oppdagelse gjør det mulig å oppnå en fraksjonering, av slike forbindelser som danner blandede miceller. Hvis for eksempel en løsning av forbindelsene i en løsnings-middelblanding i hvilken det inntreffer selektiv micelle-dannelse, bringes i kontakt med en semi-permeabel membran,

vil den eller de forbindelser som delvis eller fullstendig er utelukket fra micellene, passerer gjennom membranen i sin molekylære oppløste tilstand.

Derfor tilveiebringer oppfinnelsen en fremgangsmåte for utvinning fra en blanding, som inneholder forbindelser som ialt vesentlig ikke-polare løsningsmidler danner blandede miceller, en fraksjon som er anriket på en av de nevnte forbindelser, ved å.bringe en løsning av nevnte blanding- i en egnet løsningsmiddelblanding i hvilken det inntreffer selektiv micelle-dannelse, under, trykk i kontakt med en semi-permeabel membran for å separere blandingen i et permeat og et retentat, og å utvinne en anriket fraksjon fra retentatet•og/eller permeatet ved å fjerne løsningsmiddel fra dette.

Fremgangsmåten'i henhold til oppfinnelsen er spesielt egnet for. fraksjonering av fosfatider. Når soyabønne-fosfolipider oppløses i en blanding av et hydrokarbon-løsningsmiddel og en alkohol, for eksempel i en blanding av heksan og isopropanol (4:1) (istedenfor å bli oppløst i heksan eller et annet rent hydrokarbon-løsningsmiddel), var PC ikke eller ufullstendig inkludert i de blandede miceller i fosfolipidene. Ultrafiltrering av en slik løsning resulterte i et filtrat (idet følgende kalt permeat) som hovedsakelig inneholdt glyceridfett og .PC med mindre mengder av ■ PA og PE. Sukkere, PI og noen andre, mindre fosfolipider ble nesten fullstendig holdt tilbake av membranen i likhet med hoveddelene av PA og PE.. Denne metode tillater således en fraksjonering av fosfolipidene ved ultrafiltrering på en slik måte at anriket PC og/eller anriket PI kan fremstilles fra en blanding av-et stort antall fosfolipider.

Egnede løsningsmiddelblandinger omfatter et .ialt vesentlig ikke-polart løsningsmiddel og et polart løsningsmiddel. Forholdet mellom de to løsningsmidler bestemmer både selektiviteten og utbyttet av separasjonsprosessen. Det'optimale forhold mellom de to løsningsmidler avhenger både av de spesielle løsningsmidler

som anvendes, og av den spesielle.forbindelse som skal anrikes.. Det optimale forhold for spesielle løsningsmidler som. anvendes for en spesiell separasjonsprosess, kan lett bestemmes ved enkel eksperimentering. Det er for eksempel funnet at hvis en løsning av soyabøn.ne-f osf olipider i en blanding av et ikke-polart og et polart løsningsmiddel som inneholder 1-5 %. av det polare løsningsmiddel, bringes i kontakt med en semi-permeabel membran, passerer mesteparten av sterolglukosidene, sterol-glukosid-esterne, sterolene og glyceridene gjennom membranen. Eksempler på egnede blandinger av et ikke-polart og et polart løsningsmiddel- er: heksan/alkohpl, dietyleter/aceton, kloroform/- metanol osv. Derfor kan en fraksjon, som er anriket på fosfatider utvinnes fra retentatet. Hvis imidlertid mengden av det polare løsningsmiddel i retentat-løsningen■heves, til 20-25 %,

så passerer PC gjennom membranen. Ved denne to-trinns prosess kan en PC-anriket fraksjon, fattig på sukkere, sterol, sterolglukosidér og estere.derav og glycerider utvinnes fra det siste permeat. Det resulterende produkt har en svært lys gul farve. Naturligvis kan separasjonsprosessen. gjentas et hvilket som helst antall ganger, ved anvendelse av de samme løsningsmidler

i andre forhold eller andre løsningsmidler i de samme eller for-skjellige forhold..

Egnede ikke-polare løsningsmidler er ialt vesentlig apro-tiske, for eksempel heksan og andre hydrokarboner, etere, for eksempel dietyleter, og estere, for eksempel etylacetat. Også halogenerte hydrokarboner, etere og estere kan anvendes, for eksempel kloroform, metylenklorid, metylendiklorid, etylen-mono-, di-'og triklorid osv. ,

Polare løsningsmidler er ialt vesentlig protiskep fortrinnsvis anvendes en lavere enverdig alkohol, for eksempel metanol,. etanol, propanol, isopropanol, butanol, iso-butanol osv., eller et keton som i sin enoliske form oppfører seg som et

■protonisk løsningsmiddel, for eksempel aceton, metyletylketon osv.

Forholdet mellom polart og ikke-polart løsningsmiddel avhenger av typen av substanser som er til stede, de forbindelser som man ønsker å bevare i retentatet og de forbindelser som man ønsker skal passere til permeatet. Generelt inneholder løsnings-m.iddel-blandingen 1-50' vekt% av det polare løsningsmiddel. Hvis man ønsker at PC skal passere membranen, inneholder løsnings- ■ middelblandingen vanligvis '15-30 vekt% av det polare løsnings- ■ middel, fortrinnsvis 20-25 vekt%.

For fremstilling av PC-anrikede fraksjoner er utgangs-. materialet fortrinnsvis en blanding som inneholder vegetabilske fosfatider, for eksempel rå soyabønnefosfatider eller lecitin.

Man kan også gå ut fra en fosfatid-fraksjon som er anriket på

PC i henhold til en annen prosess, for eksempel ved ekstraksjon

av rå fosfatider med en lavere alkohol.

Det er videre funnet at micelledannelsen og derfor separa-sjons-prosessen influeres ved nærvær av vann. Fosfatider kan binde opp til 30 % vann.. Således kan blandingen som inneholder fosfatider inneholde ca. 1-30 vekt% vann.

Micelle-dahnelsen influeres videre av nærvær av salter', spesielt salter av to- og treverdige kationer, for eksempel magnesium, kalsium, aluminium og jern. Vanligvis lages blandingen som inneholder fosfatider slik at den inneholder ca..0,1-5 vekt% av et slikt salt. Generelt inneholder rå fosfatid-blandinger tilstrekkelig magnesium og kalsium, men i noen tilfeller,

spesielt når det dreier seg om alkohol-løselige fosfatid-fraksjoner, er det ønskelig å', .tilset-te mer' av de samme eller-, andre kationer.

Saltene kan, hvis de tilsettes, tilsettes til blandingen som inneholder fosfatidene som skal fraksjoneres, men også-til det vandige slam som oppnås'ved avgummiering av en vegetabilsk olje, og til og med til det vann som anvendes for avgummieringen.

Effekten av tilsetning av vann og/eller salter er å øke størrelsen på micellene, hvorved membraner med en høyere "cut-off"-grense, tillates å bli anvendt, hvorved gjennomgangen øker. Imidlertid kan også selektiviteten bli influert.

Løsningen av forbindelsene som skal fraksjoneres biringes i kontakt med membranen under trykk. Generelt anvendes et absolutt trykk på.1-50 bar, fortrinnsvis 2-10 bar.

Den temperatur som prosessen skal utføres ved er ikke kritisk,<p>g derfor kan prosessen utføres ved en hvilken som helst temperatur mellom frysepunktet og kokepunktet for den løsningsmiddel--blanding som- anvendes. Ved høyere temperaturer er imidlertid . fluksraten vanligvis større. Semi-permeable membraner, som kan være isotropiske eller anisotropiske, porøse.eller ikke-porøse, erkarakterisert vedsin "cut-off"-grense, som' er definert som størrelsen på mole-kylet eller molekyl-komplekset som'akkurat kan passere membranen.

"Cut-off"-grensen uttrykkes i nominelle molekylvektenheter. For fremgangsmåten i- henhold til oppfinnelsen er membraner

med en "cut-off"-grense på mellom 500 og 300 000 egnet. "Cut-of f "-grensen er fortrinnsvis mellom 1 000 og 15 000. Membranene må naturligvis være resistente overfor den løsningsmiddel-blanding som anvendes. En uttømmende beskrivelse av egnede membraner er gitt i britisk patentskrift 1 509 543, som det er referert til ovenfor, som herved inkorporeres som referanse.

Egnede eksempler inkluderer Amicon XM- og PM-seriene av membraner som er kjent som Diaflo-membraner som omfatter en polysulf on-hud', for eksempel en dif enyl-4 , 41 -disulfonyl- eller dif enyl-eter-4 , 4-'"-disulf onylpolymer , montert på et under-støttelseslag av polyetylen. Andre egnede membraner inkluderer dem som markedsføres av Rhone-Poulenc og omfatter en polyakryl-nitril-hud, og av Abcor med en polyamid-hud.

Membranen kan anvendes i hvilken som helst av de former som konvensjonelt anvendes, hvor disse er passende for det membran-materiale som velges. Således kan membranen anvendes i plate-, rør- eller fiberform, selv om de elastomere membraner er mindre egnet i sistnevnte form. I plate- og rørform må minst adekvat mekanisk understøttelse tilveiebringes for membranen for at den skal motstå de hydrauliske trykk som anvendes på den for å bevirke filtrering. Understøttelsen kan være i form av porøst metall, glassfiber eller kan være en annen porøs., stiv konstruksjon.

Ved utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan det være nødvendig å utsette de membraner som skal anvendes, for behandling som gjør dem egnet for ikke-vandig bruk. Slik

de leveres fra produsenten er for eksempel mange membraner allerede oppbl.øtt i vann eller 'i glycerol og må suksessivt for-håndsbehandles ved kontakt med vann, et intermediært løsnings-middel og det fortynnende løsningsmiddel som skal anvendes ved fremgangsmåten.. Hvis sistnevnte er heksan, kan isopropanol anvendes som det intermediære 'løsningsmiddel, men andre vil være innlysende for fagmannen- på området som egnet.. Det intermediære løsningsmiddel må være blandbart, eventuelt bare i begrenset grad, både med vann og det fortynnende løsningsmiddel. Det er å foretrekke også å behandle membranen ved en lignende vaske-prosess etter langvarig bruk, slik at membranens effektivitet

gjen-etableres.

Oppfinnelsen skal idet følgende illustreres., men er .ikke begrenset, ved eksempler.

' Eksempel 1

• 2 kg avfettet so.yabønne-lécitin ble oppløst, i en blanding

av 6 kg heksan-og 2 kg isopropanol. Den resulterende løsning

ble ultrafiltreirt ved 50°C. og 3,8 bar gjennom en polyakryl-nitril-membran med en "cut-of f "-grense på 15 000 (T-6B of Messrs Patterson Candy International, Whitchurch-, Hampshire, England

2

(total membran-overflate 0,04 m )).

De første 2,9 kg permeat, oppnådd i løpet av 2 timer (dvs. en fluks på 36 kg/m 2 h), ga 31,2 g fosfolipider. De't gjenvundne løsningsmiddel ble tilsatt til retentat-tanken igjen og ultra- • filtreringen fortsatte. Ialt 6 fraksjoner ble oppnådd.

Det totale fosfolipid-permeat (165,7 g) ble analysert. Følgende tabell viser resultatene i sammenligning med de avfetted.e'soyabønne-lecitintyper som man gikk. ut fra.

Eksempel - 2

En prøve av kommersielt søyabønne-lecitin anriket- på PC ved alkohol-ekstraksjon .(Bole.c F 304 fra Oelwerke Spyck) ble ultrafiltrert som beskrevet i eksempel 1. Ialt 1,5 kg av lecitinet ble oppløst i en blanding av 7,5 kg heksan og 2,5 kg isopropanol. Ialt 1,066 kg lecitin ble oppnådd i permeatet. Både det Bolec F .304 som man gikk ut fra og permeat-lecitinet ble avfe.ttet og. analysert. Resultatene er vist i følgende tabell.

Disse resultater viser at et kommersielt lecitin kan av-sukre.s og anrikes på PC ved filtrering gjennom en semi-permeabel membran hvis det oppløses i et blandet løsningsmiddel.

Eksempel 3

En prøve av soyabønne-fosfatider (kommersielt lecitin) ble avfettet ved multippel vasking med kold aceton og deretter tørket. 80 g; av de avfettede fosfatider ble oppløst i 320 g av en blanding av heksan og etanol (75:25, vol/vol). En Amicon 401 S modul forsynt med en polysulfonmembran PM 10 (også frem-stilt- av Amicon GmbH, Witten (Ruhr), BRD) med en "cut-off"-grense på 10 000 ble brukt ved 20°C og 4. bar for ultrafiltrering av 300 ml av den ovennevnte løsning (fra et totalt innløp på 400 ml). Den ultrafiltrerte permeat-løsning ga ved inndampning til tørr-het- 8,4 g lys gulfarvet inndampningsrest som ble analysert med hensyn på innholdet av de enkelte lipid-typer. Det avfettede kommersielle lecitin ble også analysert på samme måte. Resultatene er vist i følge.nde- tabell. •

Eksempel 4

En løsning av ca. 3,5 kg av kommersielt soyabønne-lecitin ble oppløst i 30 kg av en løsningsmiddel-blanding som besto av heksan og etanol i volum-forholdet 95:5, og blandingen ble ultraf iltrert som beskrevet i eksempel 1... 27,7 liter av'ultrafiltrat ble destillert slik at man fikk 1 kg av en fettblanding som inneholdt, i henhold til. tynnsjiktkromatografisk analyse '

(TLC) for det meste triglyceridolje, sammen med fri.e steroler, sterolestere, frie fettsyrer og små mengder av f.ettsyreesterne av sterolglukosidene.. •

Det løsningsmiddel som ble gjenvunnet fra dette ultrafiltrat ble ført tilbake til retentatet og ultrafiltreringen fortsatte. De neste 20 liter ultrafiltrat ga ved destillasjon av løsningsmidlet 0,7 kg av en fettblanding som inneholdt, i tillegg til små-mengder av triglycerider og frie fettsyrer, hovedsakelig steroler og forestrede . sterol-glukosider og meget små mengder av PC. Det gjenvundne løsningsmiddelblanding ble igjen ført tilbake til retentatet, og ultrafiltreringen fort-, satte. Til sist ble alle fraksjonene analysert ved TLC, og resultatene er vist i følgende tabell.

Eksempler 5- 9

En rekke forskjellige•løsningsmiddel-blandinger ble utprøvd på sin effekt på fraksjonering av fosfolipider ved ultrafiltrering. Utstyr og omstendigheter .som ble anvendt , var de samme som- beskrevet i eksempel 3.. Resultatene er vist i følgende tabell.. De oppnådde produkter (permeat og retentat-llpider) ble analysert semikvantitativt ved. "tynnsjiktkromatografi. I alle de følgende eksempler ble avfettet kommersielt soyabønne-lecitin-brukt, og sammensetningen av dette var som følger: Sammensetning av avfettet soyabønne- lecitin anvendt i eksemplene 5- 9.

Frie sukkere 7,5 %

Sterolglukosidér 12,0 % ' •

og deres estere

PC 23,0 %

PE 19,0%

PA 10,0 %

PI 22,0 %

Annet 6,5 %

I alle eksemplene (5-9) fremgår det at konsentrasjonen

av PC.i permeatene.var sterkt øket, mens de for PI og sukkere var meget effektivt redusert.- PI og sukkere- var naturligvis sterkt anriket-på retentat-fraksjonen, dvs. den fraksjon som ikke passerte membranen.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte for å utvinne fra en blanding, som inneholder forbindelser som i ialt. vesentlig ikke-polare løsnings-midler danner blandede miceller, en fraksjon som er anriket på én av de nevnte forbindelser, karakterisert ved, at en løsning av nevnte blanding i et egnet løsnings-middel-system i hvilket det foregår selektiv micelle-dannelse, ■bringes i kontakt under trykk med en semipermeabel membran for å separere blandingen i et permeat og et retentat, og en anriket fraksjon utvinnes fra retentatet og/eller permeatet ved å fjerne løsningsmiddel derfra.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at.det som løsningsmiddel-blanding anvendes en blanding som omfatter et ialt vesentlig ikke-polart løsnings-middel og et polart løsningsmiddel.

3.. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som det ialt vesentlig ikke-polare løsningsmiddel anvendes et hydrokarbon, for eksempel heksan, et halogenert hydrokarbon, for eksempel kloroform, en eter, for eksempel dietyleter, og/éller en ester, for eksempel etylacetat.

4. Fremgangsmåte , som angitt i krav 2 eller .3, karakterisert v- e,d at det som det polare løsningsmiddel anvendes et keton, for eksempel aceton, og/eller en lavere enverdig alkohol, for eksempel metanol, e.tanol, propanol, isopropanol, butanol eller isobutanol. .

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 til 4, karakterisert ved at det anvendes en semipermeabel membran med en "cut-off"-grense på 500.-300 000, fortrinnsvis 1 000-15' 000.

6. Fremgangsmåte som angitt, i krav 1 til 5, karakterisert ved at løsningen bringes i kontakt med membranen under et absolutt trykk på 1-50 bar, fortrinnsvis 2-10 bar.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 1. til -6, karakterisert ved at den blanding som behandles er en fosfatidholdig blanding.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at blandingen er en alkohol-løselig fosfatid-fraksjon.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 eller 8, karakterisert ved at den fosfatidholdige blanding inneholder. 1-30 vekt% vann.

'10. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 til 9, karakterisert ved at den fosfatidholdige blanding inneholder 0,1-5 vekt% av et salt av. et to- eller treverdig kation, fortrinnsvis et magnesium- eller et kalsiumsalt.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 til 10, karakterisert ved at en fraksjon anriket på fosfatidyl-kolin utvinnes fra permeatet.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 7 til 11, karakterisert ved at en' fraksjon anriket på fosfatidyl-inositol utvinnes fra retentatet.