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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Extraktion von Nebenfettverbindungen, insbesondere von Steroiden und
ganz besonders von Cholesterol aus einer Substanz biologischer
Herkunft.
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Mit "Nebenfettverbindungen" bezeichnet man alle fetten,
nicht glyceridischen Bestandteile, die in den natürlichen
Fettsubstanzen enthalten sind. Es kann sich hierbei um Steroide,
insbesondere Sterole, Fettalkohole, lipolösliche Vitamine,
Pigmente, Kohlenwasserstoffe, freie Fettsäuren, Abietinsäure,
Pimarinsäure, Verbindungen von Aromen u.ä. handeln.
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Genauer gesagt wird auf die Definition Bezug genommen, die
in "Manuel d'analyse des corps gras" JP WOLF - Ed Azoulay
- Paris 1969, Seiten 11 und 25 angegeben wurde.
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Im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck
"Steroide" alle Verbindungen, die ein mehr oder weniger
hydriertes Cyclopentanophenanthren-Gerüst besitzen. Viele dieser
Verbindungen sind Alkohole und werden als Sterole bezeichnet. Sie
können in Form von Estern vorliegen, insbesondere denen von
Fettsäuren, und werden gemeinhin "Ceride" genannt.
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Das Cholesterol gehört zu den Sterolen. Es ist seit langem
bekannt, daß es den Hauptbestandteil der Gallensteine bildet.
Seine Bekanntheit ist seit kurzem auf die Verbindung mit
Kreislaufstörungen zurückzuführen und insbesondere auf die Verhärtung
der Arterien.
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In den Fettkörpern tierischer Herkunft findet man im
wesentlichen nicht verestertes Cholesterol. Als überwiegender Teil in
unserer Nahrung bilden diese tierischen Fettkörper somit eine
nicht zu vernachlässigende Quelle für Cholesterol, das im Fall
seines Überschusses die Ursache für schwere cardiovasculäre
Erkrankungen sein kann, darunter insbesondere der
Myocardinfarkt.
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Die Fettkörper pflanzlicher Herkunft enthalten kein
Cholesterol, jedoch Phytosterole mit sehr ähnlicher Struktur, wie
beispielsweise: β-Sitosterol, Campesterol, Stigmasterol,
Brassicasterol, Δ-7-Stigmasterol, Δ-5-Campesterol, Δ-5-Avenasterol,
Δ-7-Avenasterol, Δ-7-9-Sigmatadienol, Fucosterol oder
Ergosterol.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung bezieht sich ebenfalls auf
oxydierte Derivate von Steroiden: die Sterone. Diese
Verbindungen finden sich insbesondere in den Fritierölen, die mehrmals
wiederverwendet werden. Ihre Anwesenheit in den
Nahrungsprodukten ist nicht erwünscht, denn sie sind nicht frei von toxischen
Wirkungen.
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Außerdem sind die Steroide Produkte mit hohem Wert, sowohl
in ökonomischer als auch in technischer Hinsicht. Sie sind
nämlich geeignet, Ausgangsstoffe der Wahl für die Herstellung von
Vitamin-Verbindungen (Ergosterol: Vitamin D2) oder Hormonen
(Aquilenin, Östron, Progesteron, Testosteron oder Cortison u.a.)
zu bilden. Außer ihrer pharmazeutischen Anwendung können die
Steroide und ganz besonders die Sterole und ihre Fettsäureester
(Ceride) in der kosmetischen Industrie als Emulgatoren verwendet
werden.
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Was die anderen Nebenfettverbindungen betrifft, so kann man
einerseits die im Hinblick auf die Ernährung oder die
Technologie unerwünschten Verbindungen wie die freien Fettsäuren, die
eine Oxidation begünstigen, die Abbauprodukte wie die
polymerisierten Säuren, die schlecht riechenden Verbindungen, die
Farbstoffe und die geschmacksintensiven Verbindungen oder andere,
und andererseits die Verbindungen mit hohem Ernährungswert oder
technologischem Wert unterscheiden, wie die lipolöslichen
Vitamine, die essentiellen Fettsäuren (Linoleinsäure,
α-Linoleinsäure, γ-Linoleinsäure, Arachidonsäure, DHA, EPA), die seltenen
Fettsäuren (Ricinolsäure, Abietinsäure) und die Verbindungen von
Aromen.
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Es sind daher aus mehreren Gründen alle technischen
Entwicklungen zu rechtfertigen, die darauf abzielen, die
Nebenfettverbindungen aus den biologischen Fettsubstanzen zu extrahieren.
Insbesondere versteht man unter diesem Begriff einerseits die
tierischen Fettsubstanzen, wie sie auch vorrätig sein mögen, wie
die Fischöle oder die tierischen Öle (Talg, Geflügelfett,
Schweineschmalz ...) mit einer Struktur wie sie in den Geweben
von Muskeln, Placenta oder Nerven enthalten ist (Fleisch, Eier,
Rückenmark, Hirn ...) oder die Fette aus der Drüsensekretion wie
die Milchfette oder der dermalen Sekretion wie die Ceride
(Lanolin) und andererseits die pflanzlichen Fettsubstanzen.
Schließlich kann es sich um eine Mischung von tierischen und
pflanzlichen Fettsubstanzen handeln, wie bei den Margarinen.
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Es wurden bereits verschiedene Methoden zur Extraktion der
Nebenfettverbindungen aus den Fette enthaltenden biologischen
Substanzen vorgeschlagen.
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An erster Stelle existieren Techniken zur Extraktion von
Steroiden, insbesondere von Cholesterol.
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Eine dieser Techniken besteht darin, die Fettsubstanz
tierischer Herkunft mit Digitonin (Glucosid des Digitogenins) in
Kontakt zu bringen, das die Eigenschaft besitzt, mit dem
Cholesterol zu reagieren und einen unlöslichen Niederschlag zu
bilden. Die Leistungsfähigkeit und die Resultate dieser Methode
sind wegen der Schwierigkeit der Abtrennung des Niederschlages
von dem Medium nicht befriedigend. Im Großen und Ganzen gesehen
ist diese Methode im industriellen Maßstab, insbesondere bei
Nahrungsmittel-Produkten, nicht anwendbar.
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Das Cholesterol kann ebenfalls aus den Eettsubstanzen durch
Mitnahme mit Hilfe eines Lösungsmittels extrahiert werden. Der
größere Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die im
allgemeinen verwendeten Lösungsmittel toxisch sind und daß immer
Spuren in den entsprechenden Fettsubstanzen verbleiben.
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Man kennt ebenfalls Verfahren zur Mikrodestillation, die im
industriellen Bereich nicht anwendbar sind, oder auch die
Absorption auf Kolonnen, wie beispielsweise in den europäischen
Patentanmeldungen No. 0 174 848 und No. 0 318 326 angegeben.
Diese Anmeldungen beschreiben ein Verfahren, gemäß dem man die
im flüssigen Zustand gehaltenen Fettsubstanzen über eine
Absorberkolonne, gegebenenfalls mit Aktivkohle, passieren läßt. Es
ist verständlich, daß ein derartiges Verfahren sehr schwierig
durchzuführen ist und obendrein ist auch die Extraktion nicht
sehr selektiv.
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Ein anderes physikalisch-chemisches Verfahren zur Extraktion
von Cholesterol aus Fetten ist in der japanischen
Patentanmeldung No. 59 140 299 veröffentlicht worden. Es besteht darin,
eine mit Cholesterol beladene Substanz wie Milchpulver mit
superkritischem CO&sub2; bei einer Temperatur zwischen 35 ºC und
45 ºC und einem Druck zwischen 130 und 200 atm in Kontakt zu
bringen. Das Einhalten dieser physikalischen Bedingungen
erfordert die Verwendung einer umfangreichen und kostspieligen
Anlage. Die Prozeßführung ist daher außerordentlich diffizil.
Außerdem ist in der Patentanmeldung ausgeführt worden, daß auch
andere lipidische Verbindungen von dem superkritischen CO&sub2;
mitgeführt werden. Dieses Verfahren ist demnach nicht selektiv.
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Zur Entfernung von Sterolen aus Fetten ist ebenfalls ein
Verfahren zur Biodegradation der genannten Sterole vorgestellt
worden, veröffentlicht in der europäischen Patentanmeldung No.
0 278 794. Dieses Verfahren setzt Bakterien ein, die mit der
Fettsubstanz in Kontakt gebracht werden und fähig sind, die
enthaltenen Sterole zu metabolisieren. Wie bei allen Verfahren, die
mit Fermentationen im Zusammenhang stehen, ist dieses Verfahren
der Biodegradation wegen der Variabilität, die der lebenden
Materie innewohnt, sehr heikel durchzuführen. Außerdem sind die
verwendeten Materialien und die relativ lange Dauer Elemente,
die ein derartiges Verfahren kostenaufwendig gestalten.
Schließlich sind die bei diesen Fermentationen produzierten Catabolite,
die in den auf diese Weise behandelten Fettsubstanzen vorliegen,
im Hinblick auf ihre Beschaffenheit und ihre Toxizität bis heute
völlig unbekannt.
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Aus der europäischen Patentanmeldung No. 0 256 911 ist auch
ein Verfahren zur Entfernung von Cholesterol bekannt, das in
Fettsubstanzen tierischer Herkunft enthalten ist. Es basiert auf
der seit 1958 bei Cyclodextrinen (cyclische Polyglycosen mit
röhrenartiger, kegelstumpfförmiger Struktur und 6, 7 oder 8
Glucoseeinheiten, jeweils mit α-, β- oder γ-Cyclodextrin bezeichnet)
bekannten Eigenschaft, in ihrem hydrophoben Hohlraum Moleküle
von Sterol und insbesondere von Cholesterol aufzunehmen, um in
Wasser lösliche Einschlußkomplexe zu bilden. Nach diesem
Verfahren wird die flüssig gehaltene Fettsubstanz im wäßrigen
Medium mit einem Cyclodextrin unter Rühren und unter nicht
oxydierender Atmosphäre 30 Minuten bis 10 Stunden lang in
Kontakt
gebracht, so daß die Bildung von Komplexen ermöglicht wird.
Die Abtrennung dieser Komplexe erfolgt anschließend durch
Mitnahme mittels Wasser, das diese Komplexe löst. Die auf diese
Weise erhaltene wäßrige Lösung wird dann nach Dekantation
gesammelt. Die erhaltene lipidische Phase soll mehrmals wiederholt
mit Wasser gewaschen werden, um die Spuren des Komplexes zu
entfernen. Die Bedingungen zur Durchführung dieses Verfahrens
scheinen relativ erzwungen zu sein. Eine der hauptsächlichsten
zu beachtenden Einschränkungen ist das Aufrechterhalten einer
nicht oxydierenden Atmosphäre auf der Basis von Stickstoff
während der gesamten Dauer des In-Kontakt-Bringens. Diese Dauer
ist außerdem für die Praxis sehr lang, denn wenn man sich auf
die Beispiele bezieht stellt man fest, daß sie immer mindestens
3 Stunden beträgt.
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Die Ausbeute der Extraktion von Cholesterol durch dieses
Verfahren ist wenig erhöht. In der Mehrzahl der Fälle beträgt
sie nämlich nur 41 %, und dies nach drei aufeinanderfolgenden
Extraktionen, wie in dem Beispiel 3 der Beschreibung zu dieser
europäischen Patentanmeldung gezeigt.
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Die Menge an Wasser, die für das In-Kontakt-Bringen vor der
Abtrennung erforderlich ist, stellt nicht weniger als
Gew.-% dar, bezogen auf die zu behandelnde Fettsubstanz.
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Ebenfalls nach dem gleichen Prinzip der Anwendung von
Cyclodextrinen für die Extraktion von Steroiden beschreibt die
europäische Patentanmeldung No. 0 326 469 ein Verfahren zur
Entfernung von Steroidverbindungen, die in einer Substanz biologischer
Herkunft enthalten sind. Gemäß diesem Verfahren wird die
Substanz biologischer Herkunft, im verflüssigten Zustand, wenn es
sich um ein bei Normaltemperatur festes Fett handelt, mit einem
Cyclodextrin im wäßrigen Medium in Kontakt gebracht. Der Kontakt
verläuft 5 Stunden lang unter Rühren bei einer Temperatur in der
Größenordnung von 40 ºC. Anschließend nimmt man eine Abtrennung
der Komplexe Cyclodextrin/Steroide vor. Hierbei muß man
feststellen, daß in allen Beispielen nur die reelle Dauer des
Kontaktes angegeben wurde, die mit minimal 5 Stunden sehr lang ist.
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Die geringen, in den Beispielen angegebenen Ausbeuten der
Extraktion von Sterolen bestätigen den Mangel dieses Verfahren
an Effektivität.
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Bei dem In-Kontakt-Bringen vor der Abtrennung enthält das
Reaktionsmedium mehr als 100 Gew.-% Wasser, bezogen auf die zu
behandelnde Substanz und ausgedrückt in Trockensubstanz.
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An zweiter Stelle wurden Verfahren zur Extraktion von
Nebenfettverbindungen vorgeschlagen, die keine Steroide sind.
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Unter diesen Verfahren kann man das in dem US-Patent
3 491 132 beschriebene Verfahren nennen, das darauf abzielt, den
Gehalt an freien Fettsäuren in glyceridischen Ölen mit Hilfe von
Cyclodextrin herabzusetzen. In diesem Fall wird das Cyclodextrin
mit dem fetten Medium in Anwesenheit von beträchtlichen
Wassermengen in Kontakt gebracht, die von 200 bis 1000 % schwanken,
bezogen auf das behandelte Fettmedium.
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Diese drei letzten in den europäischen Patentanmeldungen No.
0 256 911 und No. 0 326 469 sowie dem Patent US 3 491 132
beschriebenen Verfahren besitzen gemeinsam mindestens einen
schwerwiegenden Nachteil, nämlich den, daß sie im wäßrigen
Medium stattfinden und sehr große Mengen an Wasser für das In-
Kontakt-Bringen benötigen.
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Es ist offensichtlich, daß die Verwendung derartig großer
Wassermengen ein Handicap im industriellen Maßstab darstellt,
denn es sind große Reaktionsvolumina zu handhaben, was
Ausrüstungen mit hoher Kapazität erfordert, die umfangreich und
kostspielig sind. Außerdem muß man neben den direkten Kosten, die
nicht zu vernachlässigen sind, auch die berücksichtigen, die
durch die Behandlung der erhaltenen Flüssigkeitsströme, die aus
der Trennung stammen, verursacht werden. Diese Behandlung stellt
eine umso größere Belastung dar, je umfangreicher diese
Flüssigkeitsmengen sind.
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Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen ist
festzustellen, daß die Techniken zur Extraktion von
Nebenfettverbindungen mit Hilfe von Cyclodextrin, die dennoch insbesondere
wegen der Qualität der erhaltenen Produkte am befriedigendsten
sind, im Bereich der ökonomischen und technischen Rentabilität
noch nicht optimiert wurden.
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Indem sich die Anmelderin mit dem technischen Fortschritt
auf diesem Gebiet befaßt hat, kommt ihr das Verdienst zu, nach
längeren und zahlreichen Untersuchungen gefunden zu haben, daß
es vorteilhaft und vorzuziehen ist, das In-Kontakt-Bringen bei
einer Temperatur durchzuführen, bei der sich die Mischung aus zu
behandelnder Substanz, Cyclodextrin und Wasser in einem
halbfesten Zustand befindet, das heißt in einem Zustand, bei dem die
in der genannten Substanz enthaltenen Fettkörper nicht
vollständig gelöst sind.
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Es wurde ebenfalls gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn die
genannten Fettkörper flüssig oder fest sind, so zu verfahren,
daß das Cyclodextrin in dem Extraktionsmedium immer in nicht
gelöster Form vorliegt. Dies ist der Gegenstand einer anderen,
parallelen internationalen Patentanmeldung, veröffentlicht unter
der Nr. WO-A-92/04431.
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Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Verfahren zur
Extraktion von Nebenfettverbindungen, insbesondere von Steroiden
und ganz besonders von Cholesterol, aus einer Substanz
biologischer Herkunft mit Hilfe von Cyclodextrin, wobei das
Cyclodextrin unter Rühren und in einem Wasser umfassenden
Reaktionsmedium mit der zu behandelnden Substanz in Kontakt gebracht wird,
so daß die Bildung von Einschlußkomplexen zwischen dem
Cyclodextrin und den Nebenfettverbindungen ermöglicht wird, und diese
Komplexe anschließend von der genannten Substanz abgetrennt
werden, dadurch gekennzeichnet, daß das In-Kontakt-Bringen zwischen
Cyclodextrin und zu behandelnder Substanz bei einer solchen
Temperatur erfolgt, daß sich die in der genannten Substanz
enthaltenen Fettkörper in einem erstarrten Zustand befinden.
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Unter erstarrtem Zustand versteht man im Sinne der
vorliegenden Erfindung einen Zustand, bei dem der Gehalt an festen
oder kristallinen Fettkörpern höher oder gleich 5 Gew.-%
beträgt.
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Dieser Gehalt an festen Fettkörpern ist eine übliche Größe
auf dem Gebiet der Technologie der Lipide. Sie läßt sich durch
magnetische Kernresonanz niedriger Auflösung mit Hilfe von
Impulsions-Minispektrometern messen.
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Die Impulsions-NMR, die auf der Tatsache basiert, daß die
Moleküle der Fettkörper in der flüssigen Phase einen höheren
Mobilitätsgrad besitzen als die Moleküle der festen Phase,
ermöglicht die Bestimmung des Prozentsatzes der festen oder
flüssigen Fette. Das Prinzip und die Anwendungen dieser Methode
sind beispielsweise in Revue R.I.B.C. von Januar-Februar 1985,
No. 80, Seiten 23 bis 26, oder in Revue I-A-A von Mai 1988,
Seiten 463 bis 471 oder von Juni 1988, Seiten 463 bis 470,
beschrieben.
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Im Gegensatz dazu, was der Stand der Technik insbesondere in
den vorstehend genannten europäischen Patentanmeldungen No.
0 256 911 und 0 326 469 und dem Patent US No. 3 491 132
empfiehlt, hat die Anmelderin in überraschender und unerwarteter
Weise herausgestellt, daß der erstarrte Zustand der Fettkörper,
der in die Struktur der zu behandelnden Substanz eingeht, einem
für die Komplexbildung der Nebenfettverbindungen, insbesondere
der Steroide, mit dem Cyclodextrin in der Stufe des In-Kontakt-
Bringens unter Rühren vorteilhaften Zustand entspricht.
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Vorteilhafterweise werden die Arbeitsbedingungen in der
Weise gewählt, daß der Gehalt an festen Fettkörpern höher oder
gleich 10 %, und ganz besonders bevorzugt höher oder gleich 30 %
beträgt.
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In Übereinstimmung mit einer vorteilhaften Ausführung der
vorliegenden Erfindung liegt die in dem Reaktionsmedium
anwesende Wassermenge bei dem In-Kontakt-Bringen und vor der Abtrennung
niedriger als 100 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 10 und 90 Gew.-%
und ganz besonders bevorzugt zwischen 20 und 60 Gew.-%, bezogen
auf die Menge an zu behandelnder Substanz, ausgedrückt in
Trockensubstanz.
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Indem man auf diese Weise die verwendeten Wassermengen
begrenzt, verringert man in bemerkenswerter Weise alle Kosten der
Durchführung des Extraktionsverfahrens und dessen Anwendung
gestaltet sich flexibler und bequemer.
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Darüber hinaus sind die Ausbeuten der Extraktion während der
Dauer des kürzeren Kontaktes verbessert und die Menge der
gesammelten Flüssigkeitsströme&sub7; die weiterzubehandeln sind, ist
deutlich verringert. Diese Flüssigkeitsströme liegen in
konzentrierter Form vor, was die Kosten des Transportes und der
Aufarbeitung begrenzt.
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Das verwendete Cyclodextrin kann vom Typ α, β oder γ,
vorzugsweise β, und substituiert oder nicht substituiert sein. Die
mono- oder polysubstituierenden Gruppen des Cyclodextrins können
insbesondere Alkylgruppen wie die Hydroxypropyl- oder
-ethylgruppe oder Saccharide vom Typ Glycosyl, Maltosyl oder andere
sein. Man kann ebenfalls die Cyclodextrine nennen, die in Wasser
unlöslich gemacht wurden, beispielsweise durch Polymerisation.
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Vorteilhafterweise liegt das beim Verfahren gemäß der
Erfindung eingesetzte Cyclodextrin in Pulverform vor. Man verwendet
vorzugsweise ein Cyclodextrin mit einem Wassergehalt von
niedriger oder gleich 11 Gew.-%, vorzugsweise von 7 Gew.-% und ganz
besonders bevorzugt von 5 Gew.-%. Es kann jedoch auch nach
Rehydratisierung bis zu einem Wassergehalt von niedriger oder gleich
15 Gew.-% verwendet werden.
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Es ist von Bedeutung festzustellen, daß der Vorgang des In-
Kontakt-Bringens unter Umgebungsatmosphäre abläuft. Tatsächlich
sind die Bedingungen des Verfahrens nicht streng und es besteht
kein Risiko des Eintretens von Abbaureaktionen wie die Oxidation
der sensiblen Fettverbindungen (ungesättigte Fettsäuren). Dazu
kommt noch vorteilhaft, daß das Cyclodextrin weiterhin
ermöglicht, mindestens teilweise die gegebenenfalls voroxidierten,
unerwünschten Verbindungen zu entfernen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die zu
behandelnde Substanz, das Wasser (wenn die genannte, zu behandelnde
Substanz kein oder nicht genug Wasser enthält) und schließlich
das Cyclodextrin, vorzugsweise in Pulverform, zusammen in einen
Mischer eingebracht, der mit Knetmitteln ausgestattet ist. Die
Reihenfolge des Eintragens der Produkte ist vorzugsweise die
oben angegebene, aber man kann auch mit allen möglichen
Varianten beispielsweise die zu behandelnde Substanz und das Wasser
vormischen.
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Vorteilhafterweise liegt die Mischung in einer pastösen Form
vor, die man während der gesamten Dauer des In-Kontakt-Bringens
einem Knetvorgang unterzieht, in dessen Verlauf sich die Bildung
von Komplexen zwischen Cyclodextrin und den
Nebenfettverbindungen vollzieht.
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Zu deren Abtrennung, und dabei handelt es sich ebenfalls um
eine Originalität bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung, wird die geknetete Paste auf eine Temperatur
gebracht, die in der Weise gewählt wird, daß sich die die zu
behandelnde Substanz bildenden Fettkörper im geschmolzenen
Zustand befinden, das heißt in einem Zustand, der durch einen
Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern von unter
1 Gew.-% gekennzeichnet ist.
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Diese Umwandlung in den geschmolzenen Zustand ermöglicht
einerseits eine Phase zu erhalten, die Fettkörper und einen
reduzierten Gehalt an Nebenfettverbindungen aufweist, und
andererseits eine gemischte hydrolipidische Phase, die die
Einschlußkomplexe zwischen Cyclodextrin und den
Nebenfettverbindungen enthält.
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Diese zwei Phasen trennen sich einwandfrei voneinander ab
und es ist somit einfach, die von den Nebenfettverbindungen
befreite fette Phase zu sammeln, die anschließend bei
verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann. Die gemischte Phase
kann ihrerseits aufgearbeitet werden, um die
Nebenfettverbindungen zu extrahieren, die insbesondere auf dem Gebiet der
Pharmazeutik oder Kosmetik verwertbar sind.
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Wenn die zu behandelnde Substanz ein tierisches und/oder
pflanzliches Fett mit einem hohen Gehalt an Lipiden ist, wie
beispielsweise konzentrierte oder nicht konzentrierte Butter,
Talg, Schweineschmalz, Geflügelfette, Lanoline, hydrierte
Pflanzenöle, Palmfett oder Koprafett, Margarinen u.a., wird sie
in eine Knetvorrichtung vom Typ Petrin eingebracht, die mit
Mitteln zur Regulierung der Temperatur ausgestattet ist.
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Dann trägt man gegebenenfalls Wasser in dem Maße ein, wo die
zu behandelnde Substanz biologischer Herkunft kein oder nicht
genügend Wasser für die Durchführung des Verfahrens gemäß der
Erfindung enthält. Die notwendige Wassermenge liegt vorzugsweise
zwischen 20 und 60 Gew.-%, bezogen auf die zu behandelnde
Substanz biologischer Herkunft, ausgedrückt in Trockensubstanz.
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Anschließend setzt man das Cyclodextrin, vorzugsweise in
Pulverform, in einer so ausreichenden Menge zu, daß es mit den
zu extrahierenden Nebenfettverbindungen Einschlußkomplexe bilden
kann.
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Die Bestimmung der adäquaten Menge an zu verwendendem
Oyclodextrin ist von der Menge der zu extrahierenden
Nebenfettverbindungen und ihrer Affinität zu Cyclodextrin abhängig. Im
allgemeinen beträgt die Menge an Cyclodextrin zwischen 0,5 und
15 %, vorzugsweise zwischen 1 und 10 % und ganz besonders
bevorzugt zwischen 3 und 8 %, bezogen auf die zu behandelnde
Substanz biologischer Herkunft, ausgedrückt in Trockensubstanz.
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Das Kneten der durch das Mischen dieser Bestandteile
entstandenen Paste erfolgt bei einer Temperatur, die durch
Regulierungsmittel konstant gehalten und in der Weise gewählt wird,
daß sich die Fettsubstanz im erstarrten Zustand befindet, mit
einem Gehalt an festen oder kristallinen Fettkörpern von höher
als 5 Gew.-%, vorzugsweise höher als 10 Gew.-% und ganz
besonders bevorzugt zwischen 30 und 50 Gew.-%. Bei konzentrierter
Butter wird beispielsweise die Temperatur bevorzugt zwischen
etwa 10 und 25 ºC gewählt.
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Nach Ablauf einer variablen Zeit zwischen 10 und 120 Minuten
wird das Kneten unterbrochen und die Paste ausreichend erhitzt
damit der Gehalt an Feststoffen in der Fettsubstanz unter
1 Gew.-% beträgt. Es bildet sich so ein hydrolipidischer
Rückstand, der die Komplexe enthält und ein flüssiger, öliger und
aufschwimmender Anteil, der aus der Fettsubstanz mit einem
reduzierten Gehalt an Nebenfettverbindungen besteht.
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Was diese bevorzugte Form zur Durchführung des Verfahrens
gemäß der Erfindung betrifft, so ist festzustellen, daß es
vollständig in den Verfahrensablauf zur Fabrikation von Butter aus
Sahne integriert werden kann. Diese Fabrikation umfaßt im
wesentlichen die folgenden Stufen:
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- biologische oder physikalische Reifung der Sahne (NIZO-
Verfahren)
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- kontinuierliches oder diskontinuierliches Buttern mit
Emulsions-Inversion und Abtrennung der Buttermilch,
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- gegebenenfalls Kneten mit biologischer Reifung (NIZO-
Verfahren)
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- gegebenenfalls Waschen mit Wasser.
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In Übereinstimmung mit der Erfindung kann das Cyclodextrin
nach der Abtrennung der Buttermilch zugesetzt werden, im Verlauf
des Knetens. Nach Ablauf eines In-Kontakt-Bringens, das bei der
Temperatur des Butterns erfolgt (unterhalb von 15 ºC), führt man
die Abtrennung der gebildeten Einschlußkomplexe durch Passage im
geschmolzenen Zustand durch.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Extraktion
von Steroiden und insbesondere von Sterolen mit Ausbeuten, die
in einer einzigen Behandlung etwa 90 % erreichen können. Diese
Ausbeuten können noch verbessert werden, indem man die
Behandlungen mehrmals durchführt. Diese Leistungsfähigkeit der
Extraktion wird in ökonomischer und bequemer Art und Weise sowie in
relativ kurzer Zeit erreicht.
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Eine andere Bedeutung des Verfahrens gemäß der Erfindung
liegt darin, daß es eine schrittweise Extraktion einer gewissen
Zahl von Nebenfettverbindungen aus einer Substanz biologischer
Herkunft ermöglicht, indem man in bestimmter Reihenfolge auf
einen oder mehrere essentielle Parameter des Verfahrens
einwirkt, nämlich insbesondere die Temperatur beim Mischen oder
Kneten, die Menge des im Augenblick der Komplexbildungs-Stufe
anwesenden Wassers, die Temperatur bei der Phasentrennung und
den pH-Wert des Mediums.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann bei natürlichen
Fettkörpern angewendet werden, die im wesentlichen aus
Triglyceriden bestehen, aber arm an Gesamt-Phospholipiden sind, das
heißt, die einen Gesamtgehalt an Phospholipiden von unterhalb
10 Gew.-% aufweisen, bezogen auf die Gesamtlipide.
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Dieses Verfahren ermöglicht insbesondere die Extraktion von
Steroiden wie Cholesterol und von zahlreichen biologischen
Substanzen. Es kann sich um tierische und/oder pflanzliche
Fettsubstanzen handelt, unter denen die folgenden zu nennen sind:
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- Milchfette wie Butter, konzentriert oder nicht
konzentriert,
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- tierische Fette wie Talg Schweineschmalz, Fett vom Pferd,
Geflügelfette, Fischöle, Lanolin,
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- pflanzliche Fette wie die hydrierten Pflanzenfette,
Palmöl, Kopraöl, Kakaobutter,
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- und deren Mischungen wie die Margarinen.
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Außer der Entfernung dieser Verbindungen aus den
Nahrungsmittelprodukten bietet das Verfahren gemäß der Erfindung eine
interessante Quelle für Steroide an, die geeignet sind, bei der
Herstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen, insbesondere von
Hormonen und Vitaminen oder in der kosmetischen Industrie als
Emulgatoren verwendet zu werden.
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Es versteht sich von selbst, daß die Erfindung nicht auf die
vorstehend angegebenen Ausführungsformen eingeschränkt ist,
sondern daß sie im Gegensatz dazu alle Varianten mit einschließt.
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Die nachfolgenden Beispiele ermöglichen, das Verfahren gemäß
der Erfindung besser zu verstehen, indem alle mit ihr
verbundenen Vorteile erläutert werden.
BEISPIEL I: Extraktion von Sterolen und insbesondere von
Cholesterol aus einer konzentrierten Butter, in Übereinstimmung mit
dem Verfahren der Erfindung
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Die verwendete konzentrierte Butter besitzt eine
Anreicherung an Fetten in der Größenordnung von 99,9 %. Man wählt
beispielsweise die konzentrierte Standardbutter aus, die von der
Firma CORMAN (Belgien) gehandelt wird.
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Das Cyclodextrin ist ein β-Cyclodextrin von dem Typ, wie er
von der Anmelderin unter der eingetragenen Marke KLEPTOSE
gehandelt wird und der in Form eines weißen Pulvers mit einem
Feuchtigkeitsgehalt von etwa 12 % vorliegt.
1. In-Kontakt-Bringen
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300 g konzentrierte Butter werden in den Behälter eines
Petrin-Kneters eingetragen, dessen Typ von der Firma KUSTNER
gehandelt wird. Der Behälter des Kneters ist mit einer doppelten
Wandung versehen, in der eine Flüssigkeit zur Regulierung der
Temperatur zirkulieren kann. Der Mischer wird dann in Funktion
gesetzt und die Temperatur auf einen mittleren Wert von etwa
14 ºC eingestellt. Bei dieser Temperatur besitzt die
konzentrierte Butter einen Gehalt an festen Fettkörpern von etwa 28 %.
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Dann gibt man nacheinander 150 g Wasser und 5,70 g
Cyclodextrin KLEPTOSE hinzu. Das In-Kontakt-Bringen erfolgt während
einer Dauer von 30 Minuten.
2. Abtrennung der Einschlußkomplexe
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Die pastöse Mischung konzentrierte
Butter/Wasser/Cyclodextrin wird aus dem Kneter entnommen und auf eine Temperatur in
der Größenordnung von 37 ºC erhitzt (Gehalt an festen
Fettkörpern in der konzentrierten Butter niedriger als 1 %). Es erfolgt
spontan eine Phasentrennung und man erhält einen pastösen
Bodensatz, der insbesondere die Einschlußkomplexe und Wasser enthält.
Dieser Bodensatz wird von einer öligen Phase überlagert, die aus
konzentrierter Butter besteht, der das Cholesterol entzogen
wurde. Man kann auf diese Weise mehr als 94 Gew.-% der
eingesetzten konzentrierten Butter wiedergewinnen.
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Das Cholesterol wird durch die kolorimetrische Methode nach
Oxidation mittels Cholesterol-Oxydase zu Cholestenon bestimmt,
gemäß der Methode und mit den Referenz-Reagentien No. 139 050
der Firma BOEHRINGER Mannheim.
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Der Ausgangsgehalt der konzentrierten Butter an Cholesterol
beträgt 0,270 Gew.-%.
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Der Endgehalt beträgt 0,038 %.
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Die Ausbeute der Extraktion erhöht sich daher auf 86 %.
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Unter den gleichen Bedingungen wird eine zweite Extraktion
durchgeführt, die eine Ausbeute von 74 % ergibt, was einer
Gesamtausbeute von 96 % entspricht.
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Es ist festzustellen, daß die Leistungsfähigkeit des
Verfahrens gemäß der Erfindung sehr bemerkenswert ist, sowohl in
quantitativer Hinsicht als auch im Hinblick auf die Dauer der
Behandlung.
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Die verwendete Wassermenge ist stark herabgesetzt und
bereitet keinerlei Probleme bei der Handhabung.
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Der das eingesetzte Wasser enthaltende pastöse Rückstand
beträgt lediglich 173 g. Diese minimale und konzentrierte Menge
stellt keine Probleme bei ihrer Aufarbeitung.
BEISPIEL II : Extraktion von Sterolen und insbesondere von
Cholesterol aus Butter, in Übereinstimmung mit der Erfindung
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In diesem Beispiel wurden 9 Versuche zur Extraktion von
Sterolen aus konzentrierter Butter unter Verwendung der gleichen
Ausrüstungen und unter Beachtung der gleichen Vorschrift wie in
Beispiel I realisiert. Es wurden in einfacher Weise einige der
experimentellen Parameter verändert. Die Daten und die
Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachfolgenden Tabelle I
dargestellt.
TABELLE I
Versuch
Wasser
mittlere
Temperatur
Kleptose
Zeit des In-Kontakt-Bringens
Ausbeute der Extraktion
End-Cholesterol/
Ausgangs-Cholesterol
Cyclodextrin
bezogen auf konzentrierte Butter
Kommentar zu Tabelle I
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Beim Vergleich der Ergebnisse der Versuche 1 bis 4, die sich
lediglich in der verwendeten Wassermenge unterscheiden, stellt
man fest, daß die Ausbeute der Extraktion an Cholesterol,
ausgedrückt in %, für Wassergehalte zwischen 30 % und 50 % am größten
ist, bezogen auf die konzentrierte Butter. Die Erhöhung des
Wassergehaltes läßt die Extraktionsausbeute absinken.
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Beim Vergleich der Ergebnisse der Versuche 3 und 5, bei
denen lediglich die Konzentration an Cyclodextrin KLEPTOSE
differiert (5 % bzw. 7 %, bezogen auf konzentrierte Butter), stellt
man fest, daß es möglich ist, die Ausbeute der Extraktion um 9 %
zu steigern, und zwar durch einmalige Erhöhung der Cyclodextrin-
Konzentration um 2 %.
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In dem Versuch 6 wurde die Dauer des Knetens auf 15 Minuten
reduziert. Die erhaltene Ausbeute beträgt 75 %, was ein sehr
befriedigendes Ergebnis darstellt.
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In dem Versuch 7 wurde die Temperatur beim In-Kontakt-
Bringen auf 26,6 ºC erhöhc. Unter Herabsetzung des Gehaltes an
Feststoffen in der konzentrierten Butter verringert sich auch
die Ausbeute der Extraktion von Cholesterol (65 % gegenüber 85 %
bei Versuch 3).
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Bei Verwendung von 3 % Cyclodextrin, bezogen auf die
konzentrierte Butter (Versuche 8 und 9) stellt man fest, daß eine
Verlängerung des Knetens jenseits von 30 Minuten keine Erhöhung der
Ausbeuten mehr gestattet.
BEISPIEL III : Extraktion von Sterolen und insbesondere von
Cholesterol aus Butter, in Übereinstimmung mit dem Verfahren der
Erfindung
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Die in diesem Beispiel verwendete Butter ist eine
handelsübliche Butter mit 82 % Fettsubstanzen.
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Das Cyclodextrin, die Ausrüstungen sowie die Vorschrift sind
die gleichen wie bei den vorstehenden Beispielen, der einzige
Unterschied besteht darin, daß man kein Wasser hinzugibt. Die
Butter liefert selbst das für die Komplexbildung erforderliche
Wasser.
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Die Daten und die Ergebnisse dieses Beispieles sind in der
nachfolgenden Tabelle II angegeben.
TABELLE II
Wasser
mittl.Temper
CD KLEPTOSE
Dauer des
Kontaktes
Ausbeute der
Extraktion
bezogen auf MG*
Butter
Fettsubstanz
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Es wird hier gezeigt, daß das Verfahren gemäß der Erfindung
auch bei einer zu behandelnden Substanz wirksam ist, die am
Anfang Wasser in einer mit den Merkmalen der vorliegenden
Erfindung in Übereinstimmung stehenden Menge enthält.
BEISPIEL IV : Extraktion von Sterolen und insbesondere von
Cholesterol aus Talg, in Übereinstimmung mit dem Verfahren der
Erfindung
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Man behandelt 200 g Talg mit 99 % Fettanteil des Typs, wie
er von der Firma ROUSSELOT gehandelt wird, in der gleichen Weise
wie in den vorstehenden Beispielen.
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Der Ausgangsgehalt des Talgs an Cholesterol beträgt
0,12 Gew.-%.
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Die nachfolgende Tabelle III stellt die Daten und die
Ergebnisse des vorliegenden Beispiels dar.
TABELLE III
Wasser
mittl.Temper
CD KLEPTOSE
Dauer des
Kontaktes
Ausbeute der
Extraktion
bezogen auf MG*
Talg
Fettsubstanz
Kommentar zur Tabelle III
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Es scheint, daß eine Wassermenge von 25 Gew.-%, bezogen auf
Talg, ausreichend ist, um 86 % des Ausgangs-Cholesterols zu
extrahieren, und dies mit nur 3 Gew.-% Cyclodextrin, bezogen auf
Talg.
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Eine Erhöhung der Wassermenge und/oder der Dauer des In-
Kontakt-Bringens ermöglicht keine Verbesserung dieser Ausbeute
der Extraktion.
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In diesem Beispiel wurden ebenfalls die Veränderungen des
Säureindex gemessen. Der Säureindex ist durch die Anzahl mg
Kalilauge, die für die Neutralisation der Säure von 1 g Talg
erforderlich sind, definiert. Vor der Extraktion betrug der
Säureindex des Talgs 0,85.
Die nachfolgende Tabelle IV zeigt die erhaltenen Ergebnisse.
TABELLE IV
Wasser
(%, bezogen auf Talg)
Temperatur
CD Kleptose
Dauer des
Kontaktes
End-Säureindex
Verringerung des
Säureindex
Talg
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Es wird hier gezeigt, daß die Verringerung des Säureindex
und somit der Gehalt an freien Fettsäuren beim Talg mit 25 %
Wasser sehr bemerkenswert ist.