"Naturstoffextraktion"

Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Extraktion von Wertstoffen aus tierischem oder pflanzlichem Ausgangsmaterial .

Eine Hochdruck-Extraktion ist eine Möglichkeit, Produkte aus tierischem oder pflanzlichem Material zu gewinnen, insbesondere mit dem Ziel, die Umwelt zu schonen und Energie zu sparen. Zum Stand der Technik zählt beispielsweise die WO 2007/017106-A1 , die ein Verfahren zur Gewinnung von natürlichen ölen aus pflanzlichen Bestandteilen betrifft, oder die WO 2007/017105-A2, die die Extraktion von Fruchtwachsen beschreibt, oder beispielsweise die DE-102 00 226- Al, die eine Hochdruck-Spülextraktion zum Inhalt hat. Zweistufige Extraktionsverfahren sind z.B. in der DE 31 14 593 Cl oder der EP 0 711 508 Al beschrieben.

Zeigen die Verfahrensweisen nach dem Stand der Technik bereits zum Teil gute Ergebnisse, so hat sich gezeigt, dass die Extraktion und Abscheidung besonderer Substanzen nicht immer befriedigend möglich ist, so dass die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, die Extraktion sowohl was die Ausbeute und die Trennung zu extrahierender Naturstoffe als auch die Verfahrensführung betrifft, zu verbessern.

Mit einem Verfahren der Eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass aus dem Ausgangsmaterial in einem ersten Extraktionsschritt mit Hilfe von CO ₂ lösliche Inhaltsstoffe extrahiert werden und nachfolgend in einem zweiten Extraktionsschritt weitere Inhaltsstoffe mit verdichteten Kohlenwasserstoffen extrahiert werden.

Es hat sich gezeigt, dass die zweistufige Extraktion zunächst mit CO ₂ und nachfolgend mit verdichteten Kohlenwas-

serstoffen zu optimalen Ergebnissen führt.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Dabei kann es erfindungsgemäß zweckmäßig sein, bei dem ersten Extraktionsschritt eine Mischung aus CO ₂ und polarem Schleppmittel (Wasser, Alkohole, Ketone oder Mischungen) einzusetzen.

Der zweite Extraktionsschritt kann dabei erfindungsgemäß beispielsweise mit Fluorkohlenwasserstoffen oder Chlorkohlenwasserstoffen als Extraktionsmittel durchgeführt werden, es können aber auch hier Mischungen aus CO ₂ und Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden, wie dies die Erfindung in weiterer Ausgestaltung ebenfalls vorsieht.

Auch im zweiten Extraktionsschritt können als Extraktions- mittel Mischungen aus CO ₂ und polarem Schleppmittel, etwa Wasser, Alkohole, Ketone oder Mischungen daraus, eingesetzt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verfahrensweise besteht darin, dass der erste Extraktionsschritt und/oder der zweite Extraktionsschritt je in mehreren Stufen durchgeführt wird/werden und die fraktionierende Abscheidung aufgrund unterschiedlicher Drücke oder unterschiedlicher Temperaturen in den einzelnen Stufen durchgeführt wird.

Vorteilhaft kann es sein, wenn die Trennung der Extrakte von den Lösungsmitteln durch eine Druck- und/oder Temperaturänderung erfolgt, wobei in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein kann, dass die Abscheidung der einzelnen Lösungsmittel und Schleppmittel durch Destillation oder Rektifikation erfolgt und/oder mit Hilfe einer Membran durchgeführt wird.

Die Trennung der Extraktionsextrakte von den Schleppmitteln kann beispielsweise in einer dafür vorgesehenen speziellen Einrichtung innerhalb des Verfahrens durchgeführt werden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass als Ausgangsmaterial Produkte der Meeresfauna oder der Meeresflora eingesetzt werden, wobei die Erfindung nicht auf dieses Einsatzgebiet beschränkt ist, wie die nachfolgenden Beispiele belegen:

Beispiel 1:

0,5 kg süßer Paprika (Capsicun annuutn) wurde in den Extrak- tor eingefüllt und bei 90 bar und 60 ⁰ C drei Stunden lang

(Verhältnis Lösungsmittel/Rohstoff 40 kg/kg) extrahiert. In dem Abscheider, welcher bei 50 bar und 40 ⁰ C betrieben wird, wurden 10 g pastöses Produkt (Wachse, die Emulgatoren enthalten, aromatische Komponente und Wasser) aufgefangen. Im nachfolgenden Schritt wurde eine Extraktion mit Propan durchgeführt, bei welcher Carotinoide gewonnen wurden (Cap- santhin, Capsorubin, Beta-Carotin, Beta-Cryptoxanthin, Lu- tein, Violaxanthin, Zeaxanthin) . Die Extraktion wurde bei 150 bar und 40 ⁰ C, Verhältnis Lösungsmittel/Rohstoff 4 kg Propan/kg Rohstoff durchgeführt. Die Ausbeute betrug 3%

(w/w) , hängt aber auch vom Gehalt dieser Komponenten in den Ausgangsmaterialien ab.

Beispiel 2 :

0,5 kg scharfer Paprika (Capsicun frutescens) wurde in den Extraktor eingebracht und bei 150 bar und 6O ⁰ C zwei Stunden lang (Verhältnis Lösungsmittel/Rohstoff 45 kg/kg) extrahiert. In dem ersten Abscheider, welcher bei 90 bar und 40 ⁰ C betrieben wird, wurden 9 g (1,8 % w/w) helles, pastöses Produkt gesammelt, welches Capsaicinoide enthält. In dem zweiten Abscheider, der bei 50 bar und 40 ⁰ C betrieben

wird, wurden 10 g pastöses Produkt (fettige öle, die Emul- gatoren enthalten, und Wasser) aufgefangen. Im nachfolgenden Schritt wurde eine Extraktion mit Propan durchgeführt, bei welcher Carotinoide gesammelt wurden (Capsanthin, Cap- sorubin, Beta-Carotin, Beta-Cryptoxanthin, Lutein, Viola- xanthin, Zeaxanthin) . Die Extraktion wurde bei 150 bar und 40 ⁰ C, Verhältnis Lösungsmittel/Rohstoff 4 kg Propan/kg Rohstoff, durchgeführt. Die Ausbeute betrug 3 % (w/w) , hängt aber auch vom Gehalt dieser Komponenten in den Ausgangs- materialien ab.

Beispiel 3 :

0,5 kg Tomatenpulver (Lycoperscom esculentum) wurde in den Extraktor eingefüllt und bei 200 bar und 60 ⁰ C zwei Stunden lang (Verhältnis Lösungsmittel/Rohstoff 35 kg/kg) extrahiert. In dem Abscheider, welcher bei 40 bar und 40 ⁰ C betrieben wird, wurden 12 g (2,4 %) helles, pastöses Produkt (enthält Fette, Wachse und Wasser) gewonnen. Im nachfolgenden Schritt wurde eine Extraktion mit Propan durchgeführt, bei welcher Carotinoide gesammelt wurden (Carotin und Carotinoide - zumeist Licopen und Beta-Carotin) . Die Extraktion wurde bei 150 bar und 40 ⁰ C, Verhältnis Lösungsmittel/Rohstoff 4 kg Propan/kg Rohstoff, durchgeführt. Die Ausbeute der Propan-Extraktion beträgt 1 bis 2 % (w/w) und hängt vom Gehalt dieser Komponenten in den Ausgangsmaterialien ab.

Beispiel 4 :

0,5 kg Pulver der Tagetes erecta wurde in den Extraktor gefüllt und bei 250 bar und 6O ⁰ C zwei Stunden lang (Verhältnis Lösungsmittel/Rohstoff 50 kg/kg) extrahiert. Im Abscheider, der bei 40 bar und 40 ⁰ C betrieben wurde, wurden 10 g helles, pastöses Produkt (mit einem Gehalt an Fetten, Wachsen und Wasser) abgeschieden. Im nachfolgenden Schritt wurde eine Extraktion mit Propan durchgeführt, bei welcher

Carotinoide aufgefangen wurden. Die Extraktion wurde bei 150 bar und 60 ⁰ C durchgeführt, wobei das Verhältnis des Lösungsmittels zum Rohstoff 4 kg Propan/kg Rohstoff beträgt. Die Ausbeute der Propan-Extraktion hängt vom Gehalt dieser Verbindungen in Ausgangsmaterialien ab und beträgt zwischen 1 und 2 % (w/w) .

Beispiel 5 :

0,5 kg Mehl von Meeresfrüchten wurde in den Extraktor gefüllt und bei 150 bar und 60 ⁰ C mit reinem Propan bis zu einem Verhältnis von Lösungsmittel zu Rohstoff von 6,5 kg/kg extrahiert. In einem bei 40 bar und 40 ⁰ C betriebenen Abscheider wurde dunkles rotes öl gesammelt. Das öl enthält kein Wasser.

Beispiel 6:

0,5 kg Mehl von Meeresfruchten wurde in den Extraktor gefüllt und bei 850 bar und 60 ⁰ C mit reinem CO ₂ bis zum Verhältnis des Lösungsmittels mit dem Rohstoff von 15 kg/kg extrahiert. In dem bei 40 bar und 40 ⁰ C betriebenen Abscheider wurden leichtes rotes öl und Wasser aufgefangen. Die Ausbeute dieser Extraktionsstufe (CO ₂ ) betrug 8 bis 10 % je nach Quelle des Fischmehls.

Im nachfolgenden Schritt der Extraktion mit Propan wurden Phospholipide extrahiert und aufgefangen. Die Extraktion wurde bei 150 bar und 60 ⁰ C durchgeführt, wobei das Verhältnis des Lösungsmittels zum Rohstoff 2,8 kg Propan/kg Rohstoff betrug. Die Ausbeute der Propanextraktion hängt vom Gehalt dieser Inhaltsstoffe in den Ausgangsmaterialien ab und beträgt normalerweise zwischen 2 bis 4 % (w/w) .

Beispiel 7 :

0,5 kg Sojamehl wurde in den Extraktor eingefüllt und bei 150 bar und 60 ⁰ C mit reinem Propan bis zu einem Verhältnis von Lösungsmittel zu Rohstoff von 12 kg/kg extrahiert. In einem bei 40 bar und 40 ⁰ C betriebenen Abscheider wurde öl aufgefangen. Das öl enthält kein Wasser. Die Extraktions- kinetik zeigte, dass ein Verhältnis des Lösungsmittels zum Rohstoff von mindestens 12 kg/kg notwendig ist, um die höchsten Ausbeuten zu erzielen (ca. 14 % w/w) .

Beispiel 8 :

0,5 kg Sojamehl wurde in den Extraktor eingefüllt und bei 1000 bar und 80 ⁰ C mit reinem CO ₂ bis zu einem Verhältnis von Lösungsmittel zu Rohstoff von 40 kg/kg extrahiert. In einem bei 40 bar und 40 ⁰ C betriebenen Abscheider wurden öl und Wasser gesammelt. Der Ertrag dieses Extraktionsschrittes (CO ₂ ) betrug ca. 17 % je nach Quelle des Sojamehls.

Im nachfolgenden Schritt einer Extraktion mit Propan wurden Phospholipide extrahiert und abgeschieden. Die Extraktion wurde bei 150 bar und 60 ⁰ C durchgeführt, wobei das Verhältnis des Lösungsmittels zum Rohstoff 4,4 kg Propan/kg Rohstoff betrug. Die Ausbeute der Propanextraktion hängt von dem Gehalt dieser Inhaltsstoffe in den Ausgangsmaterialien ab und beträgt normalerweise 10 % (w/w) .

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aufgrund der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Figur schematisch die erfindungsgemäße Verfahrensweise als Fließbild.

In einen oder mehreren Extraktoren, allgemein mit 1 bezeichnet, wird das zu behandelnde Produkt, z.B. pulverför-

mige oder pelletierte Feststoffe, eingebracht und zunächst mittels CO ₂ aus einem ersten Vorlagebehälter 2 beaufschlagt. Das im Gas enthaltende Extraktionsprodukt wird einem Separator, allgemein mit 3 bezeichnet, zugeführt und dort getrennt . Das CO ₂ wird zurückgewonnen und über einen Wärmetauscher 4 dem Vorlagebehälter 2 wieder zugeführt .

Im zweiten Verfahrensschritt wird aus einem Vorlagebehälter 5 Propan dem Extraktor oder mehreren Extraktoren 1 zugeführt, um eine weitere Extraktion vorzunehmen. Die jeweilige Förderung der Extraktionsmittel geschieht über wenigstens eine Pumpe 6 unter Beaufschlagung von weiteren Wärmetauschern 7 und 8.

Das vorliegende Schaubild stellt nur ein Beispiel dar und ist stark vereinfacht. Wie schon erwähnt, können mehrere Extraktionsbehälter vorgesehen sein, auch mehrere Separatoren, je nach eingesetztem Produkt und je nach gewünschten, zu extrahierenden Wertstoffen.