WO2003048095A1 - Verfahren zur aufreinigung von glycerolether enthaltenden mischungen - Google Patents

Verfahren zur aufreinigung von glycerolether enthaltenden mischungen Download PDF

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WO2003048095A1
WO2003048095A1 PCT/EP2002/013583 EP0213583W WO03048095A1 WO 2003048095 A1 WO2003048095 A1 WO 2003048095A1 EP 0213583 W EP0213583 W EP 0213583W WO 03048095 A1 WO03048095 A1 WO 03048095A1
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glycerol ether
pufas
extraction
fluid
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PCT/EP2002/013583
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Dirk Fabritius
Dominik Burger
Heinz Engelhardt
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Nutrinova Nutrition Specialties & Food Ingredients Gmbh
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11C—FATTY ACIDS FROM FATS, OILS OR WAXES; CANDLES; FATS, OILS OR FATTY ACIDS BY CHEMICAL MODIFICATION OF FATS, OILS, OR FATTY ACIDS OBTAINED THEREFROM
    • C11C3/00—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom
    • C11C3/003—Fats, oils, or fatty acids by chemical modification of fats, oils, or fatty acids obtained therefrom by esterification of fatty acids with alcohols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
    • C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
    • C11B7/00—Separation of mixtures of fats or fatty oils into their constituents, e.g. saturated oils from unsaturated oils
    • C11B7/0008—Separation of mixtures of fats or fatty oils into their constituents, e.g. saturated oils from unsaturated oils by differences of solubilities, e.g. by extraction, by separation from a solution by means of anti-solvents
    • C11B7/005—Separation of mixtures of fats or fatty oils into their constituents, e.g. saturated oils from unsaturated oils by differences of solubilities, e.g. by extraction, by separation from a solution by means of anti-solvents in solvents used at superatmospheric pressures

Definitions

  • the present invention relates to processes for the purification of mixtures which contain glycerol ether and PUFA.
  • glycerol ethers frequently occur as 1-O-alkyl 1-2,3-diacyl-sn-glycerols. These are then referred to as non-polar glycerol ether lipids (or ether lipids) and are natural main components of liver oils (cod liver oil) of certain fish species (e.g. shark or cod).
  • nonpolar glycerol ether lipids or ether lipids
  • liver oils cod liver oil
  • certain fish species e.g. shark or cod
  • polar compounds of the 0-alkyl ether phospholipid type also occur (Smith, JP, CM Mello ⁇ ndD. J. O'Reilly (1988): Separation ofphospholipids and phosphonolipids of Tetrahyme a by high-performance liquid chromatography. Journal of ' Chromatography, 431, 395-399).
  • PAF platelet activating factor
  • oleyl alcohol (18: 1) leads to selachyl alcohol (SA)
  • stearyl alcohol (18: 0) leads to batyl alcohol (BA)
  • 1-hexadecanol (16: 0) ) leads to chimyl alcohol (CA).
  • Appropriate PAF substituents can be produced from these 1-O-alkyl ethers using biocatalytic processes (Haraldsson, GG and A. Thorarensen (1994): The generation ofglyceryl ether lipids highly enriched ' with eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid by lipase. Tetrahedron Leu., 35, 7681-7684).
  • the production of glycerol ethers with highly unsaturated fatty acids, such as EPA or DHA seems particularly interesting because these representatives are only present in small quantities in nature (Haraldsson, GG in Enzym es in Lipid modification (2000), pp. 178-179, Ed. U. Bornscheuer. Wiley-VCH, Weinheim).
  • Tetrahymena Certain microorganisms such as B. Species of the genus Tetrahymena are characterized by a high content of ether lipids and are at the same time able to synthesize high amounts of highly unsaturated fatty acids (PUFAs: Polyunsaturated Fatty Acids) (Holz, GG Jr. (1973): The composition, metabolism, and roles of lipids in Tetrahymena. Eds. Elliot, AM, Biol. Tetrahymena, 99-122). Tetrahymena is characterized by very high levels of the fatty acid ⁇ -linolenic acid (GLA), which is essential for humans.
  • GLA fatty acid ⁇ -linolenic acid
  • the fatty acid spectrum of Tetrahymena also shows unwanted and unusual fatty acids such as Iso fatty acids and odd fatty acids (Koroly, M.J. and R.L. Conner (1976): Unsaturated fatty acid biosynthesis in Tetrahymena. J. Biol. Chem., 251 (23), 7588-7592). For use in human nutrition or clinical use, it is therefore necessary to separate the undesired fatty acids from the desired fatty acids.
  • Tetrahymena is particularly suitable for industrial cultivation since the organism can be grown heterotrophically in conventional fermenters (Hellenbroich, D., U. Valley, T. Ryll, R. Wagner, N. Tekkant, W. Kessler, A. Roß and W . -D. Decker (1999): Cultivation of Tetrahymena thermoph ⁇ la in a 1,5-mß airlift bioreactor. Appl. Microbiol. Biotechnol, 51, 447-455). This enables simultaneous access to ether lipids and PUFAs.
  • PUFAs cannot be synthesized de-novo by humans because they lack the enzyme systems that can introduce a double bond into the carbon chain at positions> C9 (missing ⁇ l2-desaturase). It is only through the supply of so-called precursor fatty acids (precursors, e.g. ⁇ -linolenic acid) through food that humans are able to synthesize highly unsaturated fatty acids. However, it is controversial whether this amount is sufficient to meet the need for highly unsaturated fatty acids.
  • Vegetable oils in particular are enriched with ⁇ -6 fatty acids (e.g. contains evening primrose oil GLA), but only up to a chain length of C18, and fish oils or oils from microorganisms with co-3 fatty acids (e.g. contains salmon oil EPA and DHA).
  • fish oils and oils from microorganisms are the only commercial source for highly unsaturated fatty acids.
  • the content of the desired PUFA is low and is present in a mixture, and PUFAs with an antagonistic effect may also be present. In order to take the recommended daily dose of PUFAs, a large amount of oil must be consumed.
  • PUFAs eg cystic fibrosis
  • PUFAs eg cystic fibrosis
  • enriched or high-purity PUFAs must be used. There is therefore a high demand in the prior art for high-purity PUFAs.
  • Another object of the invention was to use the new process to generate polyunsaturated fatty acid derivatives which are pure, particularly with regard to the residual solvent content, the by-product spectrum and the product properties with regard to their natural occurrence.
  • the object of the invention is therefore to provide an improved process for working up raw material obtained from the production process, which simultaneously concentrates the various PUFAs.
  • the different PUFAs should be separated according to their number of carbon atoms in order to separate PUFAs with an antagonistic effect from the mixtures.
  • glycerol ethers should be separated from PUFAs, since these are valuable raw materials on the one hand, and on the other hand, their physiological effects can lead to undesirable side effects when high PUFA doses are administered. It should be borne in mind here that PAFs are highly effective even in very small amounts.
  • the process of the present invention can also be carried out on an industrial scale.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain valuable esters of long-chain fatty acids in a surprisingly simple manner.
  • the present process surprisingly succeeds in obtaining PUFA in high concentration without the usual precipitation processes being necessary. As a result, very pure products can be obtained which are essentially free of by-products and residual solvents.
  • the method according to the invention allows the different PUFAs to be separated according to their number of carbon atoms and / or their number of unsaturated bonds, without the need for complex chromatography.
  • the procedure is relatively simple and inexpensive.
  • Mixtures containing glycerol ether and PUFA are purified according to the invention.
  • the term mixture is to be understood broadly here. In particular, it can be a raw material.
  • Raw material means that the mixture was obtained from natural sources, and the mixture may have been subjected to conventional physical or chemical separation methods, such as extraction, winterization, filtration, chromatography, centrifugation, sedimentation or distillation. In this way, for example, oils containing PUFA can be obtained from the raw materials, which are subsequently purified in accordance with the method of the present invention.
  • This also includes mixtures obtained by chemical conversion of raw materials. This includes, inter alia, that the mixture containing the PUFAs and glycerol ethers was saponified or transesterified before the work-up according to the invention.
  • All known sources which also contain glycerol ethers in addition to PUFA can be used as raw material.
  • they are also fermentation products of microorganisms.
  • To the preferred sources include in particular the raw materials obtained by fermentation of Tetrahymena. The fermentation of Tetrahymena is known per se, reference being made to the literature mentioned at the beginning.
  • glycerol ethers are known per se. This is preferably to be understood as meaning compounds which are etherified in particular at the 1-position of the glycerol residue. These compounds can carry further substituents on the glycerol residue. Accordingly, the glycerin compound can be polar. Such compounds occur in particular as glycerol phosphates or lecithins. In addition, the glycerol ether can also be non-polar in nature. These include, in particular, compounds that, in addition to the ether group, also ask about other long-chain fatty acid residues that are esterified on the glycerol residue.
  • polar means that the compound carries at least one charge in arithmetic terms at a pH of 7.0. This also includes compounds which carry a positive partial charge as well as a negative partial charge, such as lecithme.
  • non-polar means that the connection is not charged, although a certain polarization of the connection is harmless.
  • the preferred glycerol ethers include, in particular, compounds which, in addition to the glycerol residue, have a long-chain alkyl residue with at least 10, preferably at least 14, carbon atoms. Alkyl radicals with an even number of carbon atoms are preferred, the carbon radical having no branching.
  • These glycerol ethers include in particular selachyl alcohol (SA), batyl alcohol (BA) and chimyl alcohol (CA).
  • the mixtures to be purified according to the invention contain polyunsaturated fatty acids (PUFAs), which can be present both as free acids or as a derivative.
  • PUFAs polyunsaturated fatty acids
  • the preferred derivatives include the ethyl esters of these fatty acids.
  • the process according to the invention enables a simple separation of these different PUFA-containing ethyl ester mixtures from the alkyl ethers.
  • the different glycerides or other lipid classes are converted into the esters of a monohydric alcohol.
  • Suitable alcohols include, but are not limited to, alkanols having 1 to 10, preferably 1 to 6, carbon atoms which comprise a hydroxy group. Examples of these preferred compounds include methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, cyclopentanol, hexanol and cyclohexanol.
  • Transesterification processes are known per se. For example, transesterification with ethanolic sulfuric acid can take place. This gives the ethyl esters of unsaturated fatty acids.
  • the mixture is treated with a supercritical fluid.
  • fluid is intended to clarify that the gas or liquid is in the supercritical state.
  • Such fluids are known per se, and the supercritical data of the substances, i.e. the respective supercritical pressure or temperature, can generally be found in tables or reference works.
  • the preferred substances that can serve as a fluid include carbon dioxide (CO 2 ), nitrous oxide, ethylene, propane and ammonia.
  • CO 2 can be used as a fluid in a range from 50 to 500 bar.
  • the above-mentioned process is characterized in that a mixture containing PUFA and glycerol ether is treated with supercritical gas or a supercritical liquid.
  • the fluid is brought into contact with the mixture. This can be done batchwise or continuously, with the fluid phase as a solvent either flowing through or washing around the mixture, depending on the procedure of the workup. This can be done in any way known to those skilled in the art.
  • the mixture to be cleaned is applied to a solid phase.
  • Sea sand, amino phases, cyanophases and silica gel are particularly preferred.
  • Amino or cyanophases are matrix materials that contain amino or cyano groups. Such materials are widely known and commercially available (eg from Merck).
  • the solid phase containing the mixture to be cleaned can then be flushed with or flowed through with fluid, the individual constituents of the mixture adhering differently to or on the solid phase. These differences enable the mixture to be separated. Accordingly, the mixture can be separated by means of extraction.
  • the pressure to which the fluid is exposed is varied.
  • Variation means any change in pressure that leads to a change in the solvent capacity of the fluid.
  • the pressure is usually increased in order to improve the solvency of the fluid. This variation can take place continuously or in steps.
  • the pressure change is gradual, this change can fluctuate over a wide range.
  • the variation of the pressure depends in particular on the solid phase and the solubility of the individual components of the mixture.
  • the pressure is changed very little from step to step.
  • a large change in pressure can make sense. This is particularly true in areas in which only by-products separate from the solid phase, the separation of which is not of particular interest.
  • the pressure of the different extraction steps preferably differs by at least 1 bar, in particular by at least 5 bar, without this being intended to impose a restriction.
  • the duration of the individual extraction step depends on the amount of mixture containing PUFA and glycerol ether applied to the solid phase, so that this can vary within wide ranges. However, it is preferred to extract at least 5 minutes, particularly preferably at least 10 minutes, in an extraction step.
  • the solid phase can additionally be extracted with an organic solvent.
  • Suitable solvents are known per se. These solvents should be slightly different from those you want Be separated components and have a high solvency. Suitable solvents include n-hexane, n-heptane and ethanol.
  • the fraction of the deck can be obtained according to the present method, for example, a fraction comprising PUFAs.
  • This fraction is particularly preferably distinguished by a high concentration of PUFAs. This concentration is preferably in the range from 15 to 100% by weight, preferably 30 to 100% by weight, based on the weight of the fraction after the fluid has been separated off.
  • the method of the present invention makes it possible to obtain two, three, four or more fractions comprising PUFAs, the individual fractions differing in the composition of the PUFAs.
  • the present process enables the PUFAs to be separated according to the number of carbon atoms and / or the number of unsaturated bonds.
  • fractions can be obtained which in particular contain a high concentration of PUFA with a certain number of carbon atoms.
  • individual fractions have more than 15% by weight, preferably more than 20% by weight and particularly preferably more than 40% by weight, based on the weight of the fraction, of a certain polyunsaturated fatty acid.
  • the fluid is separated off by relaxing the respective fraction at a sufficiently high temperature. Accordingly, preference is given to using fluids which are gaseous under normal conditions. The pressure drop accordingly makes the fluid gaseous, so that the respective fractions contain only very small residual amounts of fluid after the expansion. This enables particularly gentle processing.
  • Devices for carrying out the present method are known per se. A particularly preferred device is described in the examples. This device can be adapted particularly easily to the respective requirements.
  • the work-up can be carried out in any temperature range, the compounds to be purified should be essentially stable under these conditions. The workup is therefore preferably carried out at a temperature in the range from 10 to 50.degree.
  • the process of the present invention results in very mild workup conditions that help prevent PUFA degradation. These conditions lead to very high-quality polyunsaturated compounds and glycerol ethers, the residual solvent content of which, however, is lower than that of a compound purified according to the prior art with a significantly lower proportion of by-products. Polyunsaturated compounds and glycerol ethers produced by the present process have a by-product and residual solvent content that is better than that of the prior art polyunsaturated compounds.
  • the example describes a process for the separation of chimyl alcohol from a fatty acid ethyl ester mixture by selective extraction with supercritical carbon dioxide.
  • the separation of chimyl alcohol from fatty acid ethyl esters is carried out in an SFE apparatus, which is shown in Figure 1.
  • FIG. 1 shows a CO 2 riser bottle in which CO 2 is in a liquid state.
  • CO 2 is passed through a copper spiral through an ethylene glycol bath cooled to -5 ° C.
  • the CO 2 enters the HPLC pump heads in liquid form. Since the pump heads are subject to strong mechanical stress, frictional heat is generated, which leads to CO 2 "outgassing" and therefore no longer being able to be pumped.
  • a preparative HPLC pump is modified in such a way that the pump heads are cooled.
  • the cooling takes place via a copper plate, which is rinsed inside with ethylene glycol cooled to -5 ° C (circulation pump of the cryostat).
  • the pump pumps the liquid CO 2 into a gas chromatograph furnace (generation of the supercritical temperature); the supercritical drain is generated via a back-pressure valve, which is located behind the extraction chamber.
  • the analytes are now extracted by CO 2 in the supercritical state. Behind the back-pressure valve, CO 2 is expanded to normal pressure again and is in gaseous form; Under these conditions, CO 2 no longer has the ability to dissolve the analytes.
  • the analytes are separated in an aerocyclone, whereby the gaseous CO 2 can escape.
  • the back-pressure valve and the aerocyclone are located in a drying cabinet that is thermostatted at 80 ° C to prevent the capillaries from becoming blocked on dry ice (Joule-Thomson effect).
  • a preparative stainless steel column was used as the extraction chamber for the SFE (empty column: 25 * 250 mm), which is shown in Figure 2. This is filled with 15 g sea sand (Merck, Darmstadt) to which the mixture to be separated is applied. In this example, 1g fatty acid mixture was applied. Then another 160 g of sea sand are added.
  • a fatty acid ethyl ester mixture was used, which was obtained from the organism of the genus Tetrahymena. The organism was grown according to a literature regulation (Kiy, T. and A. Tiedke (1992): Mass cultivation of Tetrahymena thermophila yielding high cell densities and short generation times. Appl. Microbiol. Biotechnol, 37, 576-579). The lyophilized dry biomass obtained was converted into the ethyl ester using ethanolic sulfuric acid in accordance with the prior art. The ethyl ester mixture obtained contains about 5% (w / w) chimyl alcohol / ethyl ester mixture. The fatty acid composition is given in Example 4.
  • the density, ie the strength of extraction of the supercritical carbon dioxide can be adjusted so that only the fatty acid ethyl esters are extracted from the mixture from the sea sand. With a CO 2 flow of 20 ml / min (80 bar), extraction is carried out at 40 ° C. for 30 min.
  • the DC analysis shown in Figure 3 shows that chimyl alcohol (CA) can be separated from fatty acid ethyl esters by selective extraction with supercritical carbon dioxide (SFE). CA can no longer be detected in the ethyl ester product.
  • SFE supercritical carbon dioxide
  • sea sand (Merck, Darmstadt) is filled into an analytical stainless steel extraction chamber (dimension: 1.1 mm x 81.0 mm), which is shown in Figure 5. Then 25-75 mg of fatty acid ethyl ester mixture (contains about 5% (w / w) chimyl alcohol). The sample is finally covered with 10.0 g of sea sand.
  • the density, ie the strength of extraction, of the supercritical CO 2 can be adjusted so that only the fatty acid ethyl ester is extracted from the mixture, while chimyl alcohol remains adsorbed on sea sand.
  • the fatty acid ethyl esters are separated after releasing the CO 2 to atmospheric pressure on an RP18 solid phase trap (Lichrosorp RP18, 5 ⁇ m, diameter 100 ⁇ , Merck, Darmstadt) with dimensions of 50 mm x 5 mm.
  • the fatty acid ethyl esters are eluted from the solid phase trap with n-heptane and can then be analyzed by TLC and GC-MS.
  • the adsorbed chimyl alcohol (glycerol ether) can be extracted from the adsorbent in a second step.
  • chimyl alcohol glycerol ether
  • the analytical detection of chimyl alcohol is also carried out with DC and GC-MS after elution from the solid phase trap.
  • Example 2 The experiment was carried out as described in Example 1, but a further 6.4% (w / w) chimyl alcohol was added to the fatty acid ethyl ester mixture. 54.5 mg of fatty acid ethyl ester mixture (already contains 5% (w / w) chimyl alcohol) and 3.5 mg of chimyl alcohol were mixed with 11.0 g of sea sand and extracted analogously to Example 1.
  • Example 2 The experiment was carried out as described in Example 1, but a further 50% (w / w) chimyl alcohol was added to the fatty acid ethyl ester mixture. 11.1 mg of a mixture of ethyl esters (already containing 5% (w / w) chimyl alcohol) and 9.0 mg of chimyl alcohol were mixed with 1.01 g of sea sand and extracted analogously to Example 1.
  • Example 1 For the extraction, the extraction chamber from Example 1 is added with 65.4 mg of fatty acid ethyl ester mixture (as in Example 1) and 4.2 mg of chimyl alcohol (6.4%, w / w). 4.1 g of silica gel F60 from Merck (Darmstadt) served as adsorbent.
  • Table 2 Parameters of SFE extraction with the adsorbent silica gel.
  • the analytical detection for chimyl alcohol was carried out with TLC and GC-MS.
  • the DC analysis shown in Figure 8 shows that a separation of chimyl alcohol (CA) from fatty acid ethyl esters can be successfully carried out by selective extraction with supercritical carbon dioxide (SFE).
  • CA chimyl alcohol
  • SFE supercritical carbon dioxide
  • the fatty acid ethyl esters can then be extracted at pressures of 115-161 bar, the extracts being free of chimyl alcohol. At the same time, fractionation of the fatty acid ethyl esters is observed according to increasing chain length or degree of saturation.
  • Table 3 Fatty acid composition of the SFE samples (adsorbent silica gel)
  • Tr . traces ⁇ Traces, CA: chimyl alcohol
  • the adsorbent was extracted with hot solutions (60 ° C., 30 minutes) of n-heptane (1st extraction) and ethanol (2nd extraction). The extracts were also analyzed by TLC ( Figure 6). It can be seen that the CA could be extracted from the silica gel with ethanol. In any case, when using silica gel as the adsorbent, a separation CA from FAEE mixtures can be carried out in this way.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Aufarbeitung von Mischungen, die Glycerolether und PUFA enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass man die Mischung auf eine feste Phase aufbringt und anschliessend Bestandteile der Mischung mit mindestens einem überkritischen Fluid selektiv extrahiert, wobei man zur Auftrennung der Mischung den Druck des Fluids variiert.

Description

Verfahren zur Aufreinigung von Glycerolet er enthaltenden Mischungen
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Aufreinigung von Mischungen, die Glycerolether und PUFA enthalten.
Glycerolether treten in der Natur häufig als 1-O-Alky 1-2,3 -diacyl-sn-glycerole auf. Diese werden dann als unpolare Glyceroletherlipide (oder Etherlipide) bezeichnet und sind natürliche Hauptbestandteile von Leberölen (Lebertrane) bestimmter Fischarten (z.B. Hai oder Kabeljau). Neben den unpolaren 0-Alkylethem treten aber auch polare Verbindungen vom Typ der 0-Alkyletherphospholipide auf (Smith, J.P., C. M. Mello αndD. J. O'Reilly (1988): Separation ofphospholipids and phosphonolipids of Tetrahyme a by high- performance liquid chromatography. Journal of ' Chromatography, 431, 395-399).
Ihnen werden gesundheitsfördernde Wirkung zugeschrieben und stellen zugleich hochwertige Verbindungen dar, da sie starke Ähnlichkeit mit dem sogenannten Platelet activating factor (PAF) aufweisen (Mangold, H. K. and F. Paltauf (1983): Ether Lipids. Bioch mical and Biomedical Aspects. Academic Press, Inc., New York). PAF ist l-O-Alk l-2-acetyl-sn- glycerophosphocholin und gehört demnach zur Gruppe der Phopholipide (Choline). Weiterhin wirken sie antibakteriell und hemmen das Wachstum von Tumorzellen und schützen Zellen von Strahlenschäden (Seppänen-Laakso, T. (1990): Rapid determinntion of unsubstituted alkylglyceryl ethers by gas chromatography-mass spectrometry. J. Chrom., 530, 94-101).
Es sind drei Hauptgruppen von Alkoholen beschrieben, die im Glycerol in 1 -Position verethert sind Oleylalkohol (18: 1) führt zum Selachylalkohol (SA), Stearylalkohol (18:0) führt zum Batylalkohol (BA) und 1-Hexadecanol (16:0) führt zum Chimylalkohol (CA).
Ausgehend von diesen 1-O-Alkylethem lassen sich mittels biokatalytischer Verfahren entsprechende PAF-Substituenten herstellen (Haraldsson, G. G. andA. Thorarensen (1994): The generation ofglyceryl ether lipids highly enriched ' with eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid by lipase. Tetrahedron Leu., 35, 7681-7684). Insbesondere die Herstellung von Glycerol ethem mit hochungesättigten Fettsäuren, wie z B. EPA oder DHA scheint dabei besonders interessant, da diese Vertreter in der Natur nur in geringen Mengen vorliegen (Haraldsson, G. G. in Enzym es in Lipid modification (2000), S. 178-179, Ed. U. Bornscheuer. Wiley-VCH, Weinheim).
Bestimmte Mikroorganismen wie z. B. Arten der Gattung Tetrahymena zeichnen sich durch einen hohen Gehalt an Etherlipiden aus und sind gleichzeitig in der Lage hohe Mengen von hochungesättigten Fettsäuren (PUFAs: Polyunsaturated Fatty Acids) zu synthetisieren (Holz, G. G. Jr. (1973): The composition, metabolism, and roles of lipids in Tetrahymena. Eds. Elliot, A. M., Biol. Tetrahymena, 99-122). So zeichnet sich Tetrahymena durch sehr hohe Gehalte an der für den Menschen essentiellen Fettsäure γ-Linolensäure (GLA) aus. Daneben weist das Fettsäurespektram von Tetrahymena aber auch unerwünschte und ungewöhnliche Fettsäuren wie z.B. Isofettsäuren und ungeradzahlige Fettsäuren auf (Koroly, M. J. and R. L. Conner (1976): Unsaturated fatty acid biosynthesis in Tetrahymena. J. Biol. Chem., 251(23), 7588-7592). Für die Verwendung in der menschlichen Ernährung oder der klinischen Anwendung ist es daher erforderlich die unerwünschten Fettsäuren von den gewünschten Fettsäuren abzutrennen.
Tetrahymena eignet sich besonders für die industrielle Anzucht, da der Organismus heterotroph in konventionellen Fermentem angezogen werden kann (Hellenbroich, D., U. Valley, T. Ryll, R. Wagner, N. Tekkant, W. Kessler, A. Roß und W.-D. Decker (1999): Cultivation of Tetrahymena thermophϊla in a 1,5-mß airlift bioreactor. Appl. Microbiol. Biotechnol, 51, 447-455). Dadurch gelingt der gleichzeitige Zugang zu Etherlipiden und PUFAs.
PUFAs können vom Menschen nicht de-novo synthetisiert werden, da ihnen die Enzymsysteme fehlen, die eine Doppelbindung in die Kohlenstoffkette an Positionen > C9 einführen können (fehlende Δl2-Desaturase). Erst durch die Zufuhr von sogenannten Vorläufer-Fettsäuren (Precursoren, z.B. α-Linolensäure) über die Nahrung ist der Mensch in der Lage, hochungesättigte Fettsäuren zu synthetisieren. Ob diese Menge jedoch ausreicht, um den Bedarf an hochungesättigten Fettsäuren zu decken, ist umstritten.
Der allergrößte Teil der essentiellen Fettsäuren wird durch die Nahrung aufgenommen. Insbesondere Pflanzenöle sind angereichert mit ω-6 Fettsäuren (z. B. enthält Nachtkerzenöl GLA), jedoch nur bis zu einer Kettenlänge von C18, und Fischöle bzw. Öle aus Mikroorganismen mit co-3 Fettsäuren (z.B. enthält Lachsöl EPA und DHA). Grundsätzlich stellen Fischöle und Öle aus Mikroorganismen die einzige kommerzielle Quelle für hochungesättigte Fettsäuren dar. Im Allgemeinen ist jedoch der Gehalt an der erwünschten PUFA gering und diese liegt in einer Mischung vor, wobei antagonistisch wirkende PUFAs ebenfalls enthalten sein können. Um die empfohlene tägliche Dosis an PUFAs zu sich zu nehmen, muß also eine hohe Ölmenge aufgenommen werden. Insbesondere trifft das auf solche Patienten zu, die hohe Dosen von PUFAs zu sich nehmen müssen (z.B. Cystische Fibröse). Um eine möglichst gezielte Wirkung der einzelnen PUFAs zu erreichen, müssen angereicherte bzw. hochreine PUFAs eingesetzt werden Es besteht daher im Stand der Technik ein hoher Bedarf an hochreinen PUFAs.
In der Regel laufen alle technischen Aufreinigungsverfahren für PUFAs über die freien Fettsäuren oder Ester und nicht über die nativen Triglyceride oder polaren Lipide (Chen, T- C. and Y.-H. Ju (2000): Enrichement of eicosapentaenoic acid and docosahexaenoic acid in saponified menhaden oil. JAOCS, 77(4), 425-428; Gunstone, F. D. (1999): The avaüabϊlity of polyunsaturated fatty acids. Appendix to chapter 1, Scottish Crop Research Institute, Dundee, UK. Editor(s): Gunstone, FrankΩ., Lipid Synth. Manuf, 39-45. Publisher: Sheffield Academic Press, Sheffield, UK). Vielfach kommen Fällungsreaktionen mit Hainstoff (Spurvey, S. A. and F. Shaidi (2000): Concentration ofgamma Hnolenic acid (GLA) from borage oil by urea complexation: optimization ofreaction conditions. J. Food Lipids, 7, 163-174) oder chromatographis ehe Verfahren (Yamamura, R. and Y. Shimomura (1997): Industrial high-performance liquid chromatography puriflcation of docosahexaenoic acid ethyl ester and docosapentaenoie acid ethyl esterfrom Single ceϊl oil. JAOCS, 74(11), 1435-1440)) zum Tragen, die zum einen aufgrund der hohen technischen Anforderung aufwendig und teuer und zum anderen wegen der potentiellen Carbamatbildung (krebs erregend) nur bedingt geeignet sind berichtet (B. J. Canas (1999): Ethyl carbamate formation during urea complexation for fr actionation of fatty acids. JAOCS, 76(4), 537). Weiterhin gelingt die Abtrennung bei verschiedenen anderen Aufreinigungsverfahren nicht oder nur unzureichend.
In Anbetracht des hierin angegebenen und diskutierten Standes der Technik war es mithin Aufgabe der vorliegenden Erfindung Verfahren zur Aufreinigung von PUFA und Gylcerolether enthaltenden Mischungen anzugeben, die besondere einfach und kostengünstig durchführbar sind. Hierbei sollte insbesondere auf die Verwendung von gesundheitsbedenklichen Verbindungen verzichtet werden.
Aufgabe der Erfindung war es weiterhin, mit dem neuen Verfahren poly ungesättigte Fettsäurederivate zu generieren, welche besonders bezüglich des Restlösungsmittelgehaltes, des Nebenproduktspektrums und der Produkteigenschaften in Hinblick auf deren natürliches Vorkommen rein ist.
Aufgabe der Erfindung ist somit, ein verbessertes Verfahren zur Aufarbeitung von aus dem Herstellprozeß erhaltenen Rohmaterial zur Verfügung zu stellen, welches gleichzeitig die verschiedenen PUFAs aufkonzentriert.
Des weiteren sollten die unterschiedlichen PUFAs entsprechend ihrer Anzahl an Kohlenstoff atomen aufgetrennt werden, um antagonistisch wirkende PUFAs aus den Mischungen abzutrennen.
Darüber hinaus sollten Glycerolether von PUFAs getrennt werden, da diese einerseits wertvolle Rohstoffe darstellen und andererseits deren physiologische Wirkung bei Verabreichung von hohen PUFA-Dosen zu unerwünschten Nebenwirkungen führen kann. Hierbei ist zu bedenken, daß PAFs bereits in sehr geringen Mengen eine hohe Wirkung zeigen.
Gelöst werden diese sowie weitere, nicht explizit genannten Aufgaben, die jedoch aus den hierin einleitend diskutierten Zusammenhängen ohne weiteres ableitbar oder erschließbar sind, durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1. Zweckmäßige Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Unter ansprächen unter Schutz gestellt.
Dadurch, daß man eine Glycerolether und PUFA enthaltende Mischung auf eine feste Phase aufbringt und anschließend Bestandteile der Mischung mit mindestens einem überkritischen Fluid selektiv extrahiert, wobei man zur Auftrennung der Mischung den Druck des Fluids variiert, gelingt es überraschend ein Verfahren zur Aufreinigung zur Verfügung zu stellen, das besonders kostengünstig und einfach durchführbar ist. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden u.a. insbesondere folgende Vorteile erzielt:
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch in industriellem Maßstab durchgeführt werden.
Das erfmdungsgemäße Verfahren ermöglicht auf erstaunlich einfache Weise die Gewinnung von wertvollen Estern langkettiger Fettsäuren.
> Durch das vorliegende Verfahren gelingt es überraschend PUFA in hoher Konzentration zu erhalten, ohne daß die üblichen Fällungsverfahren notwendig sind. Hierdurch können sehr reine Produkte erhalten werden, die im wesentlichen frei von Nebenprodukten und Restlösemitteln sind.
Das erfmdungsgemäße Verfahren erlaubt die Auftrennung der verschiedenen PUFAs gemäß ihrer Anzahl an Kohlenstoffatomen und/oder ihrer Anzahl an ungesättigten Bindungen, ohne daß hierfür eine aufwendige Chromatographie notwendig wäre. Die Durchführung des Verfahrens ist relativ einfach und kostengünstig.
Erfindungsgemäß werden Mischungen aufgereinigt, die Glycerolether und PUFA enthalten. Der Begriff Mischung ist hierbei weit zu verstehen. Es kann sich insbesondere um ein Rohmaterial handeln. Rohmaterial bedeutet, daß das Gemisch aus natürlichen Quellen gewonnen wurde, wobei das Gemisch üblichen physikalischen oder chemischen Trennmethoden, wie Extraktion, Winterisierung, Filtration, Chromatographie, Zentrifugation, Sedimentation oder Destillation unterzogen worden sein kann. Hierdurch können beispielsweise PUFA enthaltende Öle aus den Rohmaterialien gewonnen werden, die anschließend gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung aufgereinigt werden.
Des weiteren fallen hierunter auch Gemische, die durch chemische Umwandlung von Rohmaterialien erhalten wurden. Hierzu gehört unter anderem, daß das die PUFAs und Glycerolether enthaltende Gemisch vor der erfmdungsgemäßen Aufarbeitung verseift oder umgeestert wurde.
Als Rohmaterial können alle bekannten Quellen, die neben PUFA auch Glycerolether enthalten verwendet werden. Neben den zu beginn erwähnten Pflanzen- und Fischölen handelt es sich insbesondere auch um Fermentationsprodukte von Mikroorganismen. Zu den bevorzugten Quellen gehören insbesondere die durch Fermentation von Tetrahymena gewonnenen Rohmaterialien. Die Fermentation von Tetrahymena ist an sich bekannt, wobei auf die zu beginn erwähnte Literatur verwiesen wird.
Wie zuvor erwähnt sind Glycerolether an sich bekannt. Vorzugsweise sind hierunter Verbindungen zu verstehen, die insbesondere an der 1 -Position des Glycerinrests verethert sind. Diese Verbindungen können am Glycerinrest weitere Substituenten tragen. Dementsprechend kann die Glycerinverbindung polar sein. Derartige Verbindungen kommen insbesondere als Glycerinphospate oder Lecithine vor. Darüber hinaus kann der Glycerolether auch unpolarer Natur sein. Hierzu gehören insbesondere auch Verbindungen, die neben der Ethergruppe auch weitere langkettige Fettsäurereste fragen, die am Glycerinrest verestert sind.
Die Begriffe polar und unpolar sind in der Fachwelt bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet polar, daß die Verbindung bei einem pH- Wert von 7,0 rechnerisch mindestens eine Ladung trägt. Dies umfaßt auch Verbindungen, die neben einer positiven auch eine negative Partialladung tragen, wie beispielsweise Lecithme. Unpolar bedeutet in diesem Zusammenhang, daß die Verbindung nicht geladen ist, wobei jedoch eine gewisse Polarisierung der Verbindung unschädlich ist.
Zu den bevorzugten Glycerolethem gehören insbesondere Verbindungen, die neben dem Glycerinrest einen langkettigen Alkylrest mit mindestens 10, vorzugsweise mindestens 14 Kohlenstoffatomen aufweisen. Bevorzugt sind hierbei Alkylreste mit einer geradzahligen Anzahl an Kohlenstoffatomen, wobei der Kohlenstoffrest keine Verzweigung aufweist. Zu diesen Glycerolethem gehören insbesondere Selachylalkohol (SA), Batylalkohol (BA) und Chimylalkohol (CA).
Neben dem Glycerolether enthalten die erfindungsgemäß aufzureinigenden Mischungen mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs), die sowohl als freie Säuren oder als Derivat vorliegen können. Zu den bevorzugten Derivaten zählen unter anderem die Ethylester dieser Fettsäuren. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auf einfache Weise eine Trennung dieser verschiedenen PUFA enthaltendenEthylestermischungen von den Alkylethem. Gemäß einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die unterschiedlichen Glyceride oder andere Lipidklassen (z.B. Phospholipide) in die Ester eines einwertigen Alkohols überführt. Zu geeigneten Alkoholen gehören unter anderem Alkanole mit 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatome, die eine Hydroxygruppe umfassen. Beispiele dieser bevorzugten Verbindungen sind unter anderem Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Pentanol, Cyclopentanol, Hexanol und Cyclohexanol.
Verfahren zur Umesterung sind an sich bekannt. Beispielsweise kann eine Umesterung mit ethanolischer Schwefelsäure erfolgen. Hierdurch werden die Ethylester der ungesättigten Fettsäuren erhalten.
Zur Aufreinigung behandelt man die Mischung mit einem überkritischen Fluid. Der Begriff Fluid soll verdeutlichen, daß sich das Gas bzw. die Flüssigkeit im überkritischen Zustand befindet. Derartige Fluide sind an sich bekannt, wobei im allgemeinen die überkritischen Daten der Stoffe, d.h., der jeweils überkritische Druck bzw. die überkritische Temperatur, aus Tabellen oder Nachschlagewerken entnommen werden können.
Zu den bevorzugten Stoffen, die als Fluid dienen können, gehören unter anderem Kohlendioxid (CO2), Distickstoffmonoxid, Ethylen, Propan und Ammoniak.
Beispielsweise kann CO2 in einem Bereich von 50 bis 500 bar als Fluid eingesetzt werden.
Dem oben genannten Verfahren ist eigen, daß eine PUFA und Glycerolether enthaltende Mischung mit überkritischem Gas oder einer überkritischen Flüssigkeit behandelt wird. Hierzu wird das Fluid mit der Mischung in Kontakt gebracht. Das kann batchweise oder kontinuierlich geschehen, wobei die fluide Phase als Lösungsmittel die Mischung je nach Fahrweise der Aufarbeitung entweder durchströmt oder umspült. Dies kann auf jede dem Fachmann bekannte Weise durchgeführt werden.
Die aufzureinigende Mischung wird obligatorisch auf eine feste Phase aufgebracht. Besonders bevorzugt sind unter anderem Seesand, Aminophasen, Cyanophasen und Kieselgel. Amino- bzw. Cyanophasen sind Matrixmaterialien, die Amino- bzw. Cyanogruppen enthalten. Derartige Materialien sind weithin bekannt und kommerziell (z.B. von Merck) erhältlich. Die die zu reinigende Mischung enthaltende feste Phase kann anschließend mit Fluid umspült oder durchströmt werden, wobei die einzelnen Bestandteile der Mischung unterschiedlich auf bzw. an der festen Phase haften. Durch diese Unterschiede ist eine Auftrennung der Mischung möglich. Dementsprechend kann man die Mischung mittels Extraktion trennen.
Zur selektiven Extraktion wird der Druck dem das Fluid ausgesetzt ist variiert. Unter Variation ist jede Änderung des Drucks zu verstehen, die zu einer Änderung des Lösungsvermögens des Fluids führt. Üblicherweise erhöht man den Druck, um das Lösungsvermögen des Fluids zu verbessern. Diese Variation kann kontinuierlich oder stufenförmig erfolgen.
Erfolgt die Druckänderung stufenförmig, so kann diese Änderung in weiten Bereichen schwanken. Die Variation des Drucks ist insbesondere von der festen Phase sowie der Löslichkeit der einzelnen Bestandteile der Mischung abhängig. Um eine besonders hohe Trennungsleistung zu erzielen wird der Druck von Schritt zu Schritt nur sehr wenig geändert. Aus wirtschaftlichen Gründen kann eine hohe Änderung des Drucks sinnvoll sein. Dies gilt insbesondere in Bereichen in denen sich nur Nebenprodukte von der festen Phase lösen, deren Auftrennung nicht von besonderem Interesse ist. Im allgemeinen unterscheidet sich der Druck der verschiedenen Extraktionsschritte vorzugsweise um mindestens 1 bar, insbesondere um mindestens 5 bar, ohne daß hierdurch eine Einschränkung erfolgen soll.
Die Dauer der einzelnen Extraktionsschritt hängt von der auf die feste Phase aufgetragenen Menge an PUFA und Glycerolether enthaltenden Mischung ab, so daß diese in weiten Bereichen schwanken kann. Vorzugsweise wird jedoch bei einem Extraktionsschritt mindestens 5 Minuten, besonders bevorzugt mindestens 10 Minuten extrahiert.
Je nach Wahl des festen Phase wird hierdurch eine überraschend einfache Auftrennung der Mischung durch selektive Extraktion möglich, da die Löslichkeit der zu trennenden Bestandteile in besonderem Maß vom Druck abhängig ist, dem das Fluid ausgesetzt ist.
Falls das Lösungsvermögen des Fluids nicht zur Extraktion eines gewünschten Bestandteils der zur reinigenden Mischung ausreicht sowie zur Regeneration der festen Phase kann man die feste Phase zusätzlich mit einem organischen Lösungsmittel extrahieren. Geeignete Lösungsmittel sind an sich bekannt. Diese Lösungsmittel sollten leicht von den gewünschten Bestandteilen abzutrennen sein und ein hohes Lösungsvermögen aufweisen. Zu den geeigneten Lösungsmittel gehören unter anderem n-Hexan, n-Heptan und Ethanol.
Durch die Variation des Dracks kann gemäß dem vorliegenden Verfahren beispielsweise eine Fraktion erhalten werden, die PUFAs umfaßt. Diese Fraktion zeichnet sich besonders bevorzugt durch eine hohe Konzentration an PUFAs aus. Vorzugsweise liegt diese Konzentration im Bereich von 15 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 30 bis 100 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Fraktion nach Abtrennung des Fluids.
Darüber ermöglicht das Verfahren der vorliegenden Erfindung die Gewinnung von zwei, drei, vier oder mehr Fraktionen, die PUFAs umfassen, wobei sich die einzelnen Fraktionen in der Zusammensetzung der PUFAs unterscheiden.
Überführt man die PUFAs vor der Aufreinigung in die Monoester, so ermöglicht das vorliegende Verfahren die Auftrennung der PUFAs entsprechend der Anzahl der Kohlenstoffatome und/oder der Anzahl der ungesättigten Bindungen.
Hierdurch können Fraktionen erhalten werden, die insbesondere eine hohe Konzentration an PUFA mit einer bestimmten Anzahl an Kohlenstoffatomen enthalten. So weisen einzelne Fraktionen mehr als 15 Gew.-%, vorzugsweise mehr als 20 Gew.-% und besonders bevorzugt mehr als 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Fraktion, einer bestimmten polyungesättigten Fettsäure aus.
Die Abtrennung des Fluids erfolgt gemäß einer besonderen Ausführungsform durch entspannen der jeweiligen Fraktion bei einer ausreichend hohen Temperatur. Bevorzugt werden dementsprechend Fluide eingesetzt, die bei Normalbedingungen gasförmig sind. Durch den Druckabfall wird das Fluid dementsprechend gasförmig, so daß die jeweiligen Fraktionen nach dem Entspannen nur sehr geringe Restmengen an Fluid enthalten. Hierdurch wird eine besonders schonende Aufarbeitung möglich.
Voπichtungen zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens sind an sich bekannt. Eine besonders bevorzugte Vonichtung wird in den Beispielen beschrieben. Diese Voπichtung kann an die jeweilige Anforderungen besonders einfach angepaßt werden. Die Aufarbeitung kann in jedem Temperaturbereich durchgeführt werden, wobei die zu reinigenden Verbindungen unter diesen Bedingungen im wesentlichen stabil sein sollten. Vorzugsweise findet daher die Aufarbeitung bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 50°C statt.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung führt zu sehr milden Bedingungen bei der Aufarbeitung, die eine Zersetzung von PUFA vermeiden helfen. Diese Bedingungen führen zu qualitativ sehr hochwertigen polyungesättigten Verbindungen und Glycerolethem, deren Restlösemittelgehalt jedoch unter demjenigen einer nach dem Stand der Technik gereinigten Verbindung bei wesentlich geringerem Nebenproduktanteil liegt. Polyungesättigte Verbindungen und Glycerolethem, die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellt wurden, besitzt ein Nebenproduktanteil und Restlösemittelanteil, der besser ist als der nach einem Verfahren des Standes der Technik hergestellten polyungesättigten Verbindungen.
Nachfolgend wird die Erfindung durch Beispiele eingehender erläutert, ohne daß die Erfindung auf diese Beispiele beschränkt werden soll.
Abkürzungs Verzeichnis :
CA: Chimylalkohol DC: DünnschichtchiOmatographie PUFA: Polyunsaturated Fatty Acid SFE: Supercritical Fluid Extraction
Beispiel 1: ■
Präparative Abtrennung von Chimylalkohol und Fettsäureethylestem auf Seesand
Das Beispiel beschreibt eine Verfahren zur Abtrennung von Chimylalkohol aus einem Fetts äureethylestergemisch durch selektive Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid. Die Abtrennung von Chimylalkohol von Fettsäureethylestem wird in einer SFE Apparatur durchgeführt, die in Abbildung 1 dargestellt ist.
In Abbildung 1 ist eine CO2-Steigrohrflasche dargestellt, in der CO2 in flüssigem Zustand vorliegt. Bei der Durchführang der Aufremigung ist unbedingt darauf zu achten, daß CO2 bis zum Eintritt in die Pumpe flüssig bleibt. Zu diesem Zweck wird CO2 über eine Kupferspirale durch ein auf -5 °C gekühltes Ethylenglykolbad geleitet. Das CO2 tritt in flüssiger Form in die HPLC-Pumpenköpfe ein. Da die Pumpenköpfe einer starken mechanischen Beanspruchung unterliegen, wird Reibungswärme erzeugt, welche dazu führt, daß CO2 "ausgast" und somit nicht mehr gepumpt werden kann. Um die Reibungswärme der Pumpenköpfe abzuführen und das "Ausgasen" des CO2 zu verhindern, wird eine präparative HPLC-Pumpe so modifiziert, daß die Pumpenkδpfe gekühlt werden. Die Kühlung erfolgt über eine Kupferplatte, die im Innern mit auf -5 °C gekühltem Ethylenglykol gespült wird (Umwälzpumpe des Kryostaten). Die Pumpe pumpt das flüssige CO2 in einen Gaschromatograph-Ofen (Erzeugung der überkritischen Temperatur); der überkritische Drack wird dabei über ein Back-pressure- Ventil erzeugt, das sich hinter der Extraktionskammer befindet. Die Extraktion der Analyte erfolgt nun durch CO2 im überkritischen Zustand. Hinter dem Back-pressure- Ventil wird CO2 wieder auf Normaldruck entspannt und liegt gasförmig vor; CO2 besitzt unter diesen Bedingungen kein Lösungsvermögen mehr für die Analyte. Die Analyte werden in einem Aerozyklon abgeschieden, wobei das gasförmige CO2 entweichen kann. Das Back-pressure- Ventil und der Aerozyklon befinden sich in einem auf 80 °C thermostatisierten Trockenschrank, um eine Verblockung der Kapillaren auf Grand von Trockeneis (Joule-Thomson-Effekt) zu verhindern.
Als Extraktionskammer für die SFE fand eine präparative Edelstahlsäule Verwendung (Leersäule: 25 * 250 mm), die in Abbildung 2 dargestellt ist. Diese wird mit 15 g Seesand (Merck, Darmstadt) befüllt auf den das zu trennende Gemisch aufgetragen wird. In diesem Beispiel wurde lg Fettsäuregemisch aufgetragen. Anschließend werden weitere 160 g Seesand zugegeben.
Eingesetzt wurde ein Fettsäureethylestergemisch, das aus dem Organismus der Gattung Tetrahymena gewonnen wurde. Der Organismus wurde nach einer Literatur Vorschrift angezogen (Kiy, T. andA. Tiedke (1992): Mass cultivation of Tetrahymena thermophila yielding high cell densities and short generation times. Appl. Microbiol. Biotechnol, 37, 576- 579). Die erhaltene lyophilisierte Biotrockenmasse wurde nach dem Stand der Technik mit ethanolischer Schwefelsäure in die Ethylester überführt. Das erhaltene Ethylestergemisch enthält ca. 5% (w/w) Chimylalkohol/Ethylestergemisch. Die Fettsäurezusammensetzung ist in Beispiel 4 angegeben. Die Dichte, d.h. die Extraktionsstärke des überkritischen Kohlendioxids kann so eingestellt werden, daß nur die Fettsäureethylester aus dem Gemisch vom Seesand extrahiert werden. Bei einem CO2-Fluß von 20ml/min (80 bar) wird 30 min bei 40 °C extrahiert.
Dünnschichtchromatographische Analyse:
Stationäre Phase: HPTLC-Fertigplatten Kieselgel 60 F254 (Merck, Darmstadt)
Mobile Phase: Diethylether/n-Hexan, 80:20 (v:v)
Entwicklung der DC-Platte mit Sprühreagenz: Molybdatophosphorsäure
Die in Abbildung 3 dargestellte DC- Analytik zeigt, daß eine Abtrennung von Chimylalkohol (CA) von Fettsäureethylestem mittels selektiver Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid (SFE) durchgeführt werden kann. Es läßt sich kein CA mehr im Ethyl ester-Produkt nachweisen.
Beispiel 2:
Analytische Abtrennung γon Chimylalkohol von Fettsäureethylestem auf Seesand
Die nachfolgenden Beispiele wurden in einer kommerziellen analytischen SFE Apparatur Hewlett Packard HP SFE Module 7680 T durchgeführt. Diese analytische Apparatur zur Abtrennung von Chimylalkohol von Fettsäureethylestem ist in Abbildung 4 dargestellt.
Zur Auftrennung füllt man in eine analytische Edelstahl-Extraktionskammer (Dimension: 1,1 mm x 81,0 mm), die in Abbildung 5 dargestellt ist, 1,0 g Seesand (Merck, Darmstadt). Darauf gibt man 25-75 mg Fettsäureethylester-Gemisch (enthält ca. 5% (w/w) Chimylalkohol). Die Probe wird schließlich mit 10,0 g Seesand überschichtet.
Die Dichte, d.h. die Extraktionsstärke, des überkritischen CO2 kann so eingestellt werden, daß nur die Fettsäureethylester aus dem Gemisch extrahiert wird, Chimylalkohol bleibt hierbei auf Seesand adsorbiert.
Extraktionsbedingungen:
Dauer: 30 min Temperatur: 40 °C Druck: 89 bar
Flussrate: 4 ml/min
Die Abscheidung der Fettsäureethylester erfolgt nach Entspannen des CO2 auf Normaldruck an einer RP18-Festphasenfalle (Lichrosorp RP18, 5μm, Durchmesser 100Ä, Merck, Darmstadt) der Dimension 50 mm x 5 mm. Die Fettsäureethylester werden mit n-Heptan von der Festphasenfalle eluiert und können anschließend mittels DC und GC-MS analysiert werden.
Erhöht man die Extraktionsstärke des überkritischen CO2, so kann in einem 2. Schritt der adsorbierte Chimylalkohol (Glycerolether) von dem Adsorbens extrahiert werden.
Bedingungen für die Extraktion von Chimylalkohol (CA):
Dauer: 30 min Temperatur: 40 °C Druck: 97 bar
Flussrate: 4 ml/min
Der analytische Nachweis von Chimylalkohol (Glycerolether) wird nach Elution von der Festphasenfalle ebenfalls mit DC und GC-MS durchgeführt.
Beispiel 3:
Fraktionierte Abtrennung von zudotiertem Chimylalkohol (6,4%) von Fettsäureethylestem auf Seesand
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt, allerdings wurden weitere 6,4% (w/w) Chimylalkohol dem Fettsäureethylestergemisch zugegeben. Es wurden 54,5 mg Fettsäureethylestergemisch (enthält bereits 5% (w/w) Chimylalkohol) und 3,5 mg Chimylalkohol mit 11,0 g Seesand vermischt und analog zu Beispiel 1 extrahiert.
Die Proben wurden nach Silylierung mit MSTFA (N-Methylsilytrifluoracetamid) per GaschiOmatographie-Massenspektrometrie untersucht (Hewlett Packard GC 6890 mit MSD 5973 Massenspektrometer, Säule: Hewlett Packard HP5-MS 0,25 μm Belegung (30 m Länge, 0,25 mm Innendurchmesser), Splitbetrieb (10: 1), Trägergas: Helium (constant flow 1,0 ml/min), Injektortemperatur 270° C, GC-Ofen-Temperaturprogramm: Anfangstemperatur 100° C, Temperaturanstiegsrate 10° C/min auf Temperatur 315° C, weiter mit einer Temperaturanstiegsrate von 2° C/min auf Endtemperatur 325° C, Injektionsvolumen: 1,0 μl). Das Massenspektrometer wurde im Ei-Betrieb mit 70 eV betrieben. Der detektierte Massenbereich lag zwischen 35 und 550 m/e. Es zeigt sich, das der noch im Ausgangsgemisch vorliegende Chimylalkohol im Produkt vollständig entfernt werden konnte.
In Abbildung 6, die die Ergebnisse der GC-MS Untersuchung der Probe vor und nach Abtrennung von CA durch SFE darstellt, ist der Totalionenstrom abgebildet aus dem hervorgeht, daß unter dem Signal des CA eine weitere Verbindung retentiert, die durch GC- MS als Ethylester der Fettsäure 21:0 identifiziert werden konnte (M=354 g/mol). Diese wurde durch die SFE nicht beeinflußt. Das Signal für den CA ist dagegen vollständig entfernt.
Beispiel 4:
Fraktionierte Abtrennung von zudotierten 50% Chimylalkohol von Fettsäureethylestem auf Seesand
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt, allerdings wurden weitere 50% (w/w) Chimylalkohol dem Fettsäureethylestergemisch zugegeben. Es wurden 11,1 mg Esthylestergemisch (enthält bereits 5% (w/w) Chimylalkohol) und 9,0 mg Chimylalkohol mit 1,01 g Seesand vermischt und analog zu Beispiel 1 extrahiert.
Analog werden folgende Extraktionen durchgeführt (4 ml/min, jede Extraktion 20 Minuten):
Tabelle 1: Parameter der SFE-Extraktion mit dem Adsorbens Seesand
Die Analytik der Extrakte wurden wiederum mit DC durchgeführt. Die erhaltenen Dünnschi chtchromatogramme sind in Abbildung 7 dargestellt. Es zeigt sich deutlich, daß auch bei einem sehr hohen Chimylalkoholgehalt die Abtrennung von Fettsäureethylestem gelingt.
Beispiel 5:
Fraktionierte Abtrennung von zudotierten 6,4% Chimylalkohol von Fettsäureethylestem auf Kieselgel
Für die Extraktion wird in die Exfraktionskammer aus Beispiel 1 mit 65,4 mg Fettsäure- ethylester-Gemisch (wie in Beispiel 1) und 4,2 mg Chimylalkohol (6,4%, w/w) gegeben. Als Adsorbens dienten 4,1 g Kieselgel F60 der Firma Merck (Darmstadt).
Teilchengröße: 70 - 230 μm
Porendurchmesser: 60 Ä
Es werden 7 Extraktionsversuche mit überkritischem CO2 durchgeführt: Tabelle 2: Parameter der SFE-Extraktion mit dem Adsorbens Kieselgel.
Figure imgf000017_0001
Der analytische Nachweis auf Chimylalkohol wurde mit DC und GC-MS durchgeführt.
DünnschichtchiOmatographische Analyse:
Stationäre Phase: HPTLC-Fertigplatten Kieselgel 60 F254 (Merck, Darmstadt) Mobile Phase: Diethylether/n-Hexan, 80:20 (v:v) Entwicklung der DC-Platte mit Iod
Die in Abbildung 8 dargestellte DC-Analytik zeigt, daß eine Abtrennung von Chimylalkohol (CA) von Fettsäureethylestem mittels selektiver Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid (SFE) erfolgreich durchgeführt werden kann.
Bei niederen Drücken (81 bar) wird ein ganz geringer Anteil Chimylalkohol extrahiert.
Bei Drücken von 115 - 161 bar können anschließend die Fettsäureethylester extrahiert werden, die Extrakte sind hierbei Chimylalkohol-frei. Gleichzeitig beobactet man eine Fraktionierung der Fettsäureethylester nach aufsteigender Kettenlänge bzw. Sättigungsgrad. Tabelle 3: Fettsäurezusammensetzung der SFE-Proben (Adsorbens Kieselgel)
-. nicht detektierbar, Tr.: Spuren^Traces, CA: Chimylalkohol
Im vorliegenden Fall erhält man gegenüber Seesand eine Extraktionsumkehr, zunächst wird CA und erst bei höheren Dräcken die Fettsäureethylester extrahiert (bei Seesand zunächst die Fettsäureethylester und dann CA).
Das Adsorbens wurde nach der SFE mit heißen Lösungen (60 °C, 30 Minuten) von n-Heptan (1. Extraktion) und Ethanol (2. Extraktion) extrahiert. Die Extrakte wurden ebenfalls mittels DC analysiert (Abbildung 6). Es ist zu erkennen, daß mit Ethanol der CA vom Kieselgel extraliiert werden konnte. In jedem Fall ist bei Einsatz von Kieselgel als Adsorbens auf diese Weise eine Abtrennung CA von FAEE-Gemischen durchführbar.

Claims

Patentanspräche:
1. Verfahren zur Aufarbeitung von Mischungen, die Glycerolether und PUFA enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung auf 'eine feste Phase aufbringt und anschließend Bestandteile der Mischung mit mindestens einem überkritischen Fluid selektiv extrahiert, wobei man zur Auftrennung der Mischung den Drack des Fluids variiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man CO2, Distickstoffmonoxid, Ethylen, Propan und/oder Ammoniak als Fluid verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen polaren Glycerolether aufreinigt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Glycerolether aufarbeitet, der eine Phosphorgruppe aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen unpolaren Glycerolether aufreinigt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch' gekennzeichnet, daß der Glycerolether einen Alkylrest mit mindestens 10 Kohlenstoffatomen aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung Selachylalkohol (SA), Batylalkohol (BA) und/oder Chimylalkohol (CA) oder Isomere als Glycerolether umfaßt.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung ein Rohmaterial ist.
9. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohmaterial durch Fermentation von Mikroorganismen erhalten wurde.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß man als feste Phase Seesand, Aminophasen, Cyanophasen oder Kieselgel verwendet.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens zwei PUFAs umfassende Fraktion erhält, die sich in ihrer PUFA-Zusammensetzung unterscheiden.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß man die in der Mischung vorhandenen Fettsäuren in Monoestei- umestert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Fettsäuren mit ethanolischer Schwefelsäure in die Ethylester umwandelt.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß man die Monoestei" der PUFAs nach der Anzahl ihrer Kohlenstoffatome und/oder der Anzahl ihrer ungesättigten Bindungen in mindestens zwei Fraktionen trennt.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß man die PUFAs aufkonzentriert.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Drack zur Extraktion stufenförmig variiert.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Drack der verschiedenen Extraktionsschritte um mindestens 1 bar unterscheidet.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß man nach der Extraktion mit einem überkritischen Fluid die feste Phase zusätzlich mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man CO2 in einem Drackbereich von 50 bis 500 baieinsetzt.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufarbeitung bei einer Temperatur im Bereich von 10 bis 50 °C erfolgt.
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Citations (2)

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