DE10046402B4 - Verfahren zur Herstellung von Rohstoffen für die Gewinnung von konjugierter Linolsäure - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von Rohstoffen für
die Gewinnung von konjugierter Linolsäure, dadurch gekennzeichnet,
dass man
(a) Triglyceride, die mindestens 60 Gew.-% Linolsäure enthalten, mit Ethanol bei einer Temperatur von 80 bis 120 °C in Gegenwart von Natriumethylat umestert, wobei man den Katalysator während der Reaktion kontinuierlich zuführt,
(b) das so erhaltene Umesterungsgemisch einer Destillation unterzieht und dabei restliche Glyceride, freies Glycerin und Seifen abtrennt.
(a) Triglyceride, die mindestens 60 Gew.-% Linolsäure enthalten, mit Ethanol bei einer Temperatur von 80 bis 120 °C in Gegenwart von Natriumethylat umestert, wobei man den Katalysator während der Reaktion kontinuierlich zuführt,
(b) das so erhaltene Umesterungsgemisch einer Destillation unterzieht und dabei restliche Glyceride, freies Glycerin und Seifen abtrennt.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Nahrungsergänzungsmittel und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohstoffen für konjugierte Linolsäure.
- Die mehrfach ungesättigten ω-3 und ω-6 Fettsäuren wie α-Linolensäure, Linolsäure zählen zu den für die Säugetiere und den Menschen essentiellen Fettsäuren. Neben der Linolsäure existieren in der Natur noch andere isomere Octadecadiensäuren. Diese zeichnen sich durch konjugierte Doppelbindungen an den C-Atomen 9 und 11, 10 und 12 sowie 11 und 13 aus. Diese isomeren Octadecadiensäuren werden in der wissenschaftlichen Literatur unter dem Begriff konjugierte Linolsäuren (Abkürzung: CLA – conjugated linoleic acid) zusammengefasst und haben in letzter Zeit zunehmend Beachtung gefunden. [vgl. Nutrition Vol. 19/Nr. 6 (1995)].
- Über die Bedeutung der CLA auf den Organismus haben verschiedenen Arbeitsgruppen berichtet; neuerdings wurde von Shultz et al. über die hemmende Wirkung auf das in vitro-Wachstum von menschlichen Krebszellen berichtet [vgl. Carcinogenesis 8, 1881-1887 (1987) und Cancer Lett. 63,125-133 (1992)].
- Daneben weist CLA eine hohe antioxidative Wirkung auf, womit beispielsweise die Lipidperoxidation gehemmt werden kann [vgl. Atherosclerosis 108, 19-25 (1994)]. Der Einsatz von konjugierter Linolsäure in der Tierfütterung und in diesem Zusammenhang auch in der menschlichen Ernährung ist z. B. aus der WO 96/06605 A1 bekannt. Aus der
EP 0 579 901 B1 ist der Einsatz von konjugierter Linolsäure zur Vermeidung eines Gewichtsverlustes bzw. einer Verringerung der Gewichtszunahme oder von Annorexia, die durch Immunstimulation verursacht wurde bei Menschen oder Tieren bekannt. Die WO 94/16690 A1 beschäftigt sich mit der Effizienzverbesserung der Nahrungsverwertung bei Tieren, indem eine wirksame Menge von konjugierter Linolsäure verabreicht wird. - CLA wird durch eine sogenannte Konjugierung von linolsäurehaltigen Vorprodukten erhalten, d. h. Produkten enthaltend eine Carbonsäurefunktion mit 18-C-Atomen und 2 Doppelbindungen in 9- und 12- Position, die beide in der cis-Konfiguration vorliegen. Dabei ist während der Konjugierungsreaktion darauf zu achten, dass nur die beiden CLA- Hauptisomere (9cis, 11trans und 10trans, 12cis) entstehen, deren Wirkung in der oben genannten Literatur beschrieben ist. Ein Isomerengemisch, wie es CLA darstellt, die für technische Zwecke eingesetzt wird, so in der Lackherstellung wie z. B. Edenor®UKD 6010 (Hersteller: Cognis Deutschland GmbH & Co. KG, Düsseldorf), ist unerwünscht.
- Die reine CLA wird vielfach durch Verseifung linolsäurehaltiger Öle gewonnen [vgl. z.B. WO 96/06605 A1,
EP 0902082 A1 ]. Nachteil dieser Verfahren ist der hohe Anteil unerwünschter Isomere. Diese können wiederum durch enzymatische Veresterung getrennt werden, wie in der WO 97/18320 A1 beschrieben. Um den Gehalt an Isomeren besser zu steuern, kann auch über die entsprechenden Ester als Vorprodukte gegangen werden. Stand der Technik ist hier die Herstellung der entsprechenden Ester durch Veresterung der Fettsäuren mit Methanol oder Ethanol. In der Literatur ist beschrieben, dass als Ausgangsstoffe für eine schonende Konjugierung insbesondere die Methyl- und Ethylester von Linolsäure geeignet sind [vgl. WO 99/47135 A1]. Ein Hinweis auf die besondere Eignung einer der Methoden zur Herstellung von Methyl- oder Ethyllinoleat mit möglichst hoher Reinheit bezüglich der 9cis,12cis-Konfiguration ist nicht bekannt. In der WO 99/47135 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung konjugierter Linolsäure beschrieben, indem eine Veresterung oder Umesterung unter nichtwässrigen Bedingungen stattfindet, in der der erhaltene Alkylester nachfolgend in einem weiteren Schritt isomerisiert wird. - Aus J.of AOAC International 76(3), 644-649 (1993) sind analytische Verfahren zur Bestimmung von Isomeren der konjugierten Linolsäure (CLA) bekannt. Alle dort genannten Methoden stellen jedoch Methylierungsverfahren dar. In JAOCS 65(2), 262-266 (1988) wird über die Methanolyse von Triglyceriden berichtet. Die WO 00/09163 A1 offenbart ein Ver- fahren zu Umesterung von Saffloröl mit niederen Alkoholen, vorzugsweise Methanol.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, CLA- Rohstoffe wie Ethyllinoleat aus linolsäurereichen Vorprodukten herzustellen, mit der Maßgabe, dass ein möglichst hoher Anteil an 9cis,12cis-Konfiguration erhalten bleibt und während der Herstellung des CLA- Rohstoffes keine unkontrollierten Vorkonjugierungen oder Isomerisierungen auftreten. Das Verfahren sollte zudem wirtschaftlich und im Großmaßstab durchführbar sein.
- Beschreibung der Erfindung
- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Rohstoffen für die Gewinnung von konjugierter Linolsäure, welches sich dadurch auszeichnet, dass man
- (a) Triglyceride, die mindestens 60 Gew.-% Linolsäure enthalten, mit Ethanol bei einer Temperatur von 80 bis 120 °C in Gegenwart von Natriumethylat umestert, wobei man den Katalysator während der Reaktion kontinuierlich zuführt,
- (b) das so erhaltene Umesterungsgemisch einer Destillation unterzieht und dabei restliche Glyceride, freies Glycerin und Seifen abtrennt.
- Dazu wird ein linolreiches Triglycerid, z. B. Sonnenblumenöl, vorzugsweise Saffloröl, vorzugsweise raffiniertes Saffloröl, mit Ethanol umgeestert. Gegenüber einer Veresterung mit Linolsäure ist überraschend zu beobachten, dass fast keine unerwünschten Vor- Konjugierungen und Isomerisierungen auftreten. Die Umesterung findet unter schonenden Bedingungen, ohne Einsatz von Inertgas oder Ethylen- oder Propylenglycol statt.
- Umesterung
- Die erfindungsgemäß als Ausgangsmaterialien einzusetzenden Fettsäureglyceride können die üblichen natürlichen pflanzlichen oder tierischen Fette oder Öle sein. Hierzu gehören beispielsweise Linolaöl, Sonnenblumenöl und besonders bevorzugt Saffloröl. Die Hauptbestandteile dieser Fette und Öle sind Glyceride verschiedener Arten von Fettsäuren, die beträchtliche Mengen an Verunreinigungen wie etwa Aldehydverbindungen, Phospholipidverbindungen und freie Fettsäuren enthalten. Diese Materialien können direkt oder nach vorheriger Aufreinigung eingesetzt werden. Es handelt sich um Fettsäuremischungen, die mindestens 60, bevorzugt über 70, besonders bevorzugt mehr als 75 Gew.-% konjugierte Linolsäure enthalten. Die Umsetzung findet ohne Einsatz von Inertgas unter kontrollierten Bedingungen statt. Die Reaktion wird bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 120°C, vorzugsweise 85 bis 100°C, besonders bevorzugt 88 bis 95°C durchgeführt. Das während der Reaktion anfallende Glycerin wird über einen Koaleszenzabscheider kontinuierlich abgezogen und ungefähr zwei Drittel der gesamten Katalysatormenge werden während der Reaktion kontinuierlich zugefügt. Als Katalysator gelangt Natriumethylat zum Einsatz. Die Reaktion läuft über 4 bis 7 Stunden, vorzugsweise 5 bis 6 Stunden ab. Im letzten Schritt der Umesterung wird das Reaktionsgemisch mit Citronensäure neutralisiert.
- Unter Berücksichtigung der bevorzugt eingesetzten Reaktionsprodukte dient das Verfahren besonders bevorzugt zur Herstellung eines Safflorethylesters mit einem geringen Gehalt an unerwünschten Isomeren.
- Destillation
- Die Destillation des umgeesterten Reaktionsgemisches dient der Abtrennung von anfallenden Glyceriden, freiem Glycerin und Seifen. Das Reaktionsprodukt bekommt außerdem eine ansprechendere Farbe. In Abhängigkeit vom Rohstoff kann bei der Produktdestillation des Weiteren der Gehalt an Palmitinsäure gesenkt und der Gehalt an Linolsäure gesteigert werden. Beginnend wird nach Anlegen eines Vakuums von 100 bis 300 mbar das überschüssige Ethanol abdestilliert. Zusätzlich bei der Ethanoldestillation anfallendes freies Glycerin wird über den Abscheider abgetrennt. Im weiteren Verlauf wird bei einem Vakuum von 1 bis 3 mbar die Temperatur auf 150 bis 200°C, bevorzugt 160 bis 180°C angehoben. 5 bis 10% Vorlauf werden entnommen und das Produkt bis auf 5 bis 10% Rückstand destilliert. Um eine möglichst hohe Ausbeute zu erlangen, kann vorzugsweise eine fraktionierte Destillation angewendet werden.
- Konjugierte Linolsäure (CLA)
- Unter konjugierter Linolsäure sind erfindungsgemäß vorzugsweise die Hauptisomere 9cis,11trans Octadecadiensäure und l0trans,l2cis sowie jedoch beliebige Isomerenmischungen, wie sie üblicherweise bei der Herstellung konjugierter Linolsäure anfallen zu Verstehen. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Rohstoffe sollen bereits einen hohen Anteil der bevorzugten Isomere enthalten.
- Gewerbliche Anwendbarkeit
- Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung von Rohstoffen zur Gewinnung von CLA. Der geringe Anteil an unerwünschten Isomeren im Rohprodukt erspart weitere Schritte zur Isomerentrennung und – reinigung bei der Herstellung der CLA. Die aus den Rohstoffen hergestellte CLA kann in all jenen Bereichen, die aus der Literatur für konjugierte Linolsäure bereits bekannt sind, zum Beispiel in Lebensmitteln, vorzugsweise sogenannten "Functional Foods" sowie in Pharmaka, hierbei insbesondere als unterstützendes Agens bei der Tumorbehandlung oder auch zur Behandlung von Personen, die an katabolischen Zuständen leiden, Einsatz finden.
- Beispiel 1 (erfindungsgemäß): Umesterung
- Der Versuchsaufbau für die Umesterung bestand aus einem 2 1 Reaktor (Doppelmantel) mit Rückflusskühler, Koaleszenzabscheider im Recyclekreislauf und Vakuumpumpe. Als Einsatzstoffe wurden 1500 g Saffloröl, 240 g Ethanol (> 99,5%, vergällt mit MEK), 47 g Natriumethylat (z.T. nachträglich während der Reaktion zudosiert) und Citronensäure (20%ige ethanolische Lösung) verwendet. Die Reaktion (Reaktionsdauer 5-6 h) wurde bei Umgebungsdruck durchgeführt. Dazu wurde das linolreiche Öl vorgelegt, auf 60°C erwärmt und Ethanol und ungefähr ein Drittel der Menge an Natriumethylat hinzugegeben. Der Reaktorinhalt wurde auf ca. 90°C Reaktionstemperatur aufgeheizt und die Reaktion unter Rückfluss betrieben. Unter laufender Umwälzpumpe (Umwälzrate 8 l/h) wurde während der Reaktion die anfallende Glycerinphase abgezogen und kontinuierlich alle 30 min. ca. 4 g Katalysator-Lösung zudosiert. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend mit Citronensäure neutralisiert. Zur Abtrennung von Glyceriden, freiem Glycerin und Seifen wurde eine Destillation angeschlossen. Bei 100-300 mbar Vakuum wurde das überschüssige Ethanol abdestilliert. Außerdem wurde durch Auskreisen über den Abscheider zusätzliches freies Glycerin, das durch die Ethanoldestillation anfiel, abgetrennt. Die Sumpftemperatur wurde dann bei einem Vakuum von 1-3 mbar auf 160-180°C angehoben, 5-10% Vorlauf entnommen und danach der Hauptlauf bis auf 5-10% Rückstand destilliert. Die Analyse des Produktes ergab die Gehalte gemäß Tabelle 1: Tabelle 1 Zusammensetzung Umesterungsprodukte (Angabe in Gew.-%)
- Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel): Veresterung
- Der Versuchsaufbau für die Veresterung (Betrieb nach dem Blasenreaktorprinzip) bestand aus einem beheizbaren 2 l Reaktor mit aufgesetztem Destillatkühler und -falle, Sumpftemperaturmessung und – regelung über Heizpilz, Tauchrohr für N2-Eintrag, Glasfritte und Dosimat für Ethanolzudosierung und einer Vakuumpumpe. Als Einsatzstoffe wurden 1000 g Sonnenblumenöl-Fettsäure (Edenor® Sb, Cognis Deutschland GmbH & Co. KG), 1000 g Ethanol (> 99,5%, vergällt mit Methylethylketon), 2,5 g p-Toluolsulfonsäure und Natronlauge (6%ige Lösung) verwendet. Die Reaktion (Reaktionsdauer ca. 6 h) wurde bei Umgebungsdruck betrieben. Dazu wurden Edenor® Sb und p- Toluolsulfonsäure im Reaktor vorgelegt, Stickstoff kontinuierlich über ein Tauchrohr zugeführt und der Reaktorinhalt auf 170°C aufgeheizt. Es wurde begonnen mit einer Ethanol-Zudosierung von 170 ml/h und durch Unterbrechung der Ethanolzudosierung der Reaktionsabbruch bei einer Säurezahl von <1 vollzogen. Das überschüssige Ethanol wurde abdestilliert und der Reaktor auf 80°C abgekühlt. Nach der Wäsche mit Natronlauge (doppelte stöchiometrische Menge an Lauge) wurde das Produkt bei 200 mbar getrocknet. Die Sumpftemperatur wurde bei einem Vakuum von 1-3 mbar auf 160-180°C angehoben, 5-10% Vorlauf entnommen und danach der Hauptlauf bis auf 5-10% Rückstand destilliert. Die Bestimmung der Isomeren und Fettsäurefraktionen wurde mit einem chromatographischen Verfahren durchgeführt. Verwendet wurde eine 120 m lange Silicasäule (120 m/w·w 0.25 mm Permabond® FFAP -0.25 μm, Bezug: Macherey Nagel) mit Wasserstoff als Trägergas. Die Analyse des Produktes ergab die Gehalte nach Tabelle 2: Tabelle 2 Zusammensetzung Veresterungsprodukte (Angabe in Gew.-%)
- Vergleich Veresterung und Umesterung
- Vergleich der Isomere und CLA aus dem Reaktionsprodukt der Umesterung und der Veresterung unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Ölsäure/Linolsäure-Verhältnisses in den eingesetzten Rohstoffen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefasst: Tabelle 3 Vergleich Umesterungs/Veresterungsprodukte (Angabe in Gew.-%)
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung von Rohstoffen für die Gewinnung von konjugierter Linolsäure, dadurch gekennzeichnet, dass man (a) Triglyceride, die mindestens 60 Gew.-% Linolsäure enthalten, mit Ethanol bei einer Temperatur von 80 bis 120 °C in Gegenwart von Natriumethylat umestert, wobei man den Katalysator während der Reaktion kontinuierlich zuführt, (b) das so erhaltene Umesterungsgemisch einer Destillation unterzieht und dabei restliche Glyceride, freies Glycerin und Seifen abtrennt.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Triglycerid Sonnenblumenöl einsetzt.
- Verfahren nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Triglycerid Saffloröl einsetzt.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man (a) ein linolsäurereiches Öl auf 50°C bis 70°C aufheizt und Ethanol sowie Natriumethylat hinzufügt, (b) den gesamten Reaktorinhalt dann auf 80 bis 120 °C aufheizt und die Reaktion unter (c) Rückfluss und Abtrennung der anfallenden Glycerinphase über 5 bis 6, Stunden betreibt, während man kontinuierlich Katalysatorlösung zuführt, und (d) das Reaktionsgemisch anschließend mit Citronensäure neutralisiert.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass man nach der Umesterung restliche Glyceride, freies Glycerin und Seifen abtrennt, indem man (a) bei 100 bis 300 mbar Vakuum das überschüssige Ethanol abdestilliert und (b) danach bei einem Vakuum von 1 bis 3 mbar und einer Temperatur von 150 bis 200 °C das verbleibende Produkt bis zu einem Rückstand von 5 bis 10% destilliert.
- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man das erhaltene Umesterungsgemisch einer fraktionierten Destillation unterzieht.
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