En síntesis, el procedimiento que se propone como invención consiste básicamente en una esterificación especialmente catalizada a fin de conseguir convertir los ácidos grasos libres presentes en el destilado de desodorización en esteres de alto peso molecular, de poca volatilidad y que por tanto en una destilación selectiva permanezcan en el residuo de la misma.

CAMPO DE LA INVENCION Esta invención tiene su aplicación dentro de la industria química y farmacéutica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Ya es conocido que los aceites como el

girasol, soja, colza y maíz constituyen valiosas frentes naturales de tocoferoles y esteroles, conteniendo además los referidos aceites y al margen de los citados tocoferoles y esteroles, ácidos grasos, glicéridos (mono, di y triglicérido), esteres no glicéridos, hidrocarburos, etc.

La obtención de los tocoferoles naturales y los esteroles a partir de esas fuentes tienen una gran importancia industrial, y aunque existen ya algunos procedimientos para su obtención, un estudio pormenorizado de los mismos nos hacen desecharlos por rendimientos industriales muy bajos, no muy altas concentraciones de ambos, formación de bay-products y en general por poderse considerar todos ellos como antieconómicos en su explotación industrial.

Los compuestos de tocoferol están contendidos en muchos aceites vegetales y animales, y se designan también como vitamina E.

La designación de vitamina E se refiere al efecto fisiológico de estos componentes de los artículos comestibles.

Se conocen ocho substancias de origen natural con efecto de vitamina E, las cuales son derivados del 6-cromanol y pertenecen a dos grupos de compuestos.

El primer grupo se deriva del tocol y porta una cadena lateral isoprenoide saturada con 16 átomos de carbono, y a este grupo pertenecen el alfa-beta- gamma-, y delta-tocoferol, diferenciándose los compuestos en el grado de metilación sobre el anillo bencénico del tocol, y en este caso el alfa-tocoferol

es la substancia con el efecto biológico de vitamina E más potente y tiene el máximo significado industrial y económico, siendo el tocoferol dominante en los tejidos de los seres humanos y de los animales.

El segundo grupo de substancias con efecto de vitamina E son los derivados del tocotrienol, y éstos se diferencian de los otros homólogos del tocoferol por la cadena lateral isoprenoide insaturada con 16 átomos de carbono.

Los tocoenoles de origen natural presentan, también, un efecto de vitamina E y se aislan junto con los homólogos saturados de tocoferol a partir de sus fuentes naturales cuando se efectúa la obtención de la vitamina E, abarcando la designación"tocoferol"en esta solicitud también estos homólogos del tocoferol, es decir las substancias con efecto de vitamina E.

Los tocoferoles encuentran aplicación, debido a sus propiedades inhibidoras de la oxidación, en artículos comestibles y en el sector cosmético- farmacéutico, así como a modo de aditivo en pinturas basadas en aceites naturales.

La designación"esterol"abarca en esta solicitud los esteroles que se denominan también esterinas, y ambas designaciones"esterol"y"esterina" se utilizarán en la presente memoria descriptiva como equivalentes.

Los esteroles son alcoholes esteroidales secundarios monovalentes con una cantidad de átomos de carbono que oscilan entre 27 y 30, que presentan la estructura básica del gonano, y el átomo de carbono 3

del gonano porta el grupo hidróxilo.

Las diferencias estructurales entre los esteroles individuales encontrados hasta ahora en la naturaleza se basan en la aparición de dobles enlaces dentro del sistema anular, en la incorporación de substituyentes en puntos preferentes y en la construcción de la cadena lateral, que está enlazada sobre el átomo de carbono 17 del gonano.

El representante más importante de los esteroles es la colesterina, que se presenta libre o esterificada en los órganos y flujos de los animales, especialmente en el cerebro, en la médula espinal, en las suprarrenales, en el aceite de hígado de bacalao y en la lanolina.

La colesterina pertenece de las denominadas zooesterinas, con las que se designan las esterinas contenidas en las grasas animales, y las esterinas vegetales se denominan fitosterinas.

Los representantes más importantes son eargosterina, estigmastearina, capesterina y sitosterina.

Las esterinas o los esteroles son materias primas valiosas en la síntesis de productos farmacéuticos, especialmente de hormonas esteroidales, por ejemplo corticosteroides y gestágenos, debiendo indicarse que a título de ejemplo puede transformarse fácilmente la estigmasterina en progesterona.

Las mezclas de partida para la obtención de tocoferol y esterol pueden ser una pluralidad de

substancias vegetales y animales, y las concentraciones máximas de tocoferol se encuentran en los aceites vegetales tales como el aceite de semilla de triqo, aceite de malz, acelte de soja y aceite de seillas de palma.

El tocoferol se encuentra sin embargo también en otros aceites vegetales, por ejemplo en aceite de cártamo, aceite de cacahuete, aceite de semillas de algodón, aceite de girasol, aceite de colza, aceite de palma y otros aceites vegetales.

Los aceites vegetales naturales contienen solo pequeñas cantidades de tocoferol, y para las aplicaciones comerciales se desea una concentración mayor, debiendo indicarse que además deben eliminarse las impurezas para reforzar el efecto antioxidante y la actividad de la vitamina E.

Las fuentes naturales más importantes del tocoferol son, por lo tanto, no los propios aceites vegetales, sino los destilados con vapor de agua que se obtienen por el desodorizado de aceites vegetales y animales, que se denominan también destilados de la desodorización, y en este caso se obtienen los tocoferoles ciertamente en estado concentrado, pero están mezclados con esterol y con esteres de esterol, con ácidos grasos libres, así como con glicéridos.

Es especialmente interesante el destilado procedente del desodorizado de aceite de soja, y a título de ejemplo se hace referencia a la especial adecuación del aceite de soja como fuente de tocoferoles en la publicación Fat Sci. Technol., 91, 1989, páginas 39 a 41, en una comparación de los

destilados de desodorizado de aceite de soja y de colza.

El destilado de la desodorización de soja contiene aproximadamente entre un 6% y un 10% en peso total de tocoferoles mixtos y esteroles en el mismo orden de magnitud, que se presentan, en cantidad proponderante, en su forma de éster.

Los tocoferoles son ampliamente utilizados en la industria alimentada y farmacéutica como antioxidantes naturales y su obtención se realiza bien por procesos de síntesis química o por extracción a partir de fuentes naturales.

Debido a las bajas concentraciones en que se encuentran en las materias vegetales, el aislamiento se realiza mayoritariamente a partir de un subproducto obtenido en el proceso de desodorización de aceites, y estos destilados contienen además : ácidos grasos, glicéridos, aceites, esteroles, productos de oxidación y otras impurezas que es preciso eliminar.

Se emplean para ello combinaciones de diferentes procesos físico-químicos entre los que se incluyen : esterificación, saponificación, extracción, estilación molecular, intercambio iónico, cromatografía de absorción, precipitación de esteroles y cristalización.

La búsqueda documental o de antecedentes relativa a la invención, se ha centrado en la obtención de tocoferol a partir de materias primas vegetales, con especial referencia a-desodorizados procedentes de aceites de soja y girasol, no habiéndose tenido en

cuenta, ni los procesos de obtención por síntesis química, la producción de alfa-tocoferol a partir de sus homólogos, ni los procesos relacionados con la aplicación de estos compuestos en composiciones cosméticas o alimenticias.

Hay que señalar como en la mayor parte de los documentos recuperados, la importancia de separar los ácidos grasos, pero en menor medida se incide en la separación de glicéridos y esteroles, sobre todo estos últimos, que pueden seguir acompañando el concentrado de tocoferol.

Uno de los aspectos más importantes es la separación de los ácidos grasos utilizando un proceso de esterificación seguido de destilación, indicándose habitualmente en la literatura como esta separación transcurre por esterificación con alcohol de forma que se producen esteres de ácidos grasos, que posteriormente son separados por destilación y que además si de utiliza un exceso de alcohol tiene lugar al mismo tiempo la transesterificación de los glicéridos.

A continuación se incluyen documentos en los que se emplea la destilación para separar ácidos grasos : A.-Destilación como proceso para separar los ácidos grasos.

Patente de invención E52.043.560, propiedad de ACEITES ALFONSO Y CIA, en la cual se parte de aceite de soja/girasol y se llevan a cabo dos destilaciones consecutivas, no separándose totalmente ni los

esteroles ni lo ácidos grasos.

Patente de invención W09700309 a nombre de D.

DOMINGO SAURA LOPEZt en la cual se realizan desodorizados de aceite de soja y girasol, se llevan a cabo una o dos destilaciones previas para eliminar la mayor parte de los ácidos grasos, el destilado se somete a un tratamiento con una lipasa, llevándose a cabo dos destilaciones consecutivas, y finalmente se realiza un tratamiento con alcohol, de forma que se precipitan sólidos que son eliminados por centrifugación.

Debe indicarse que con el proceso se consigue la práctica eliminación de ácidos grasos, permaneciendo los glicéridos y esteroles en una mayor proporción.

Patente de Invención europea 333.472, en la cual el aceite de partida es de palma e inicialmente puede hacerse una destilación para eliminar la mayor parte de los ácidos grasos, llevándose a cabo un tratamiento con alcohol de forma tal que tenga lugar la esterificación de los ácidos grasos que todavía permanecen y la transesterificación de los glicéridos, llevándose a cabo una cristalización, siendo la última fase es un proceso de destilación molecular.

En este caso no se mencionan expresamente los esteroles y puede ser que su superación tenga lugar en la fase de cristalización.

Patente de invención US 4.454.329, en la cual se contemplan residuos de aceite de soja y girasol, así como el desodorizado que se puede someter directamente a un proceso de destilación para eliminar los ácidos

grasos, realizándose una esterificación con alcohol para eliminar el resto de los ácidos grasos, llevándose a cabo una destilación/fraccionamiento para concentrar y posteriormente un tratamiento de hidrogenación que permite eliminar los triglicéridos, efectuándose un fraccionamiento por disoluión.

En la Patente de Invención no se indica que tenga lugar una separación de esteroles que siguen acompañando a los tocoferoles.

B.-Etapas combinadas de separación de ácidos grasos, glicéridos y esteroles.

Por la Patente de Invención KR9402715, se describe la separación inicial de los esteroles por cristalización, elimnénodse los ácidos grasos por metil, esterificación y posteriormente destilación molecular.

Patente de Invención W09721697, en la cual se efectúan desodorizados de aceite de soja, tratamiento con alcohol de forma que se esterifican los áacidos grasos y transesterifican los gliceroles, eliminándose el exceso de alcohol por destilación, así como un lavado para eliminar el glicerol y los alquilester de ácidos grasos, llevándose a cabo la separación de tocoferoles y esteroles por cristalización.

Patente de Invención US5424457, en la que se efectúan desodorizados de aceite de soja, reacción con alcohol, esterificación de ácidos grasos y transesterificación de glicéridos, así como eliminación por destilación del exceso de alcohol y de los esteres de ácidos grasos, efectuándose cristalizción de

esteroles y destilación molecular, así como la concentración de la mezcla.

Patente de Invención US5660691, en la que se efectúan desodorizados de aceites vegetales en general, tal y como puede ser el arroz, esterificación con alcohol y destilaciones sucesivas.

Patente de Invención ES2130294, en la que se trata aceite de soja, efectuándose previamente una desgasificación, para posteriormente calentar los residuos para provocar la esterificación de los ácidos grasos junto con los esteroles para dar esterolésteres, destilación en dos fracciones, es decir la que contiene tocoferol se somete a esterificación con metanol o se adiciona hidróxido calico, realizándose un intercambio de iones en una resina básica para separar tocoferoles.

C.-Separación de esteroles.

En estos dos documentos recuperados tratan de forma exclusiva el proceso de separación de los esteroles de mezclas de tocoferol/esterol.

Patente de invención GB1.008.767, en la que no se especifica el tipo de residuo de partida, se saponifica con sosa, acidulación/esterificación y adición de agua, dejándose cristalizar.

Patente de Invención US3.092.624, en la cual se trata aceite de soja y posteriormente se separan los esteroles por adición de piperazina y cristalización.

Los documentos que se citan a continuación se refieren a Patentes de Invención encontradas en la base

de datos WPI.

Patente de invención CN1099754, relativa a una EXTRACCIÓN NATURAL DE VITAMINA E PARTIENDO DE INSAPONIFICABLES DE GRASAS VEGETALES, incluyéndose en el proceso saponificación, alcohólisis, lavado alcohólico, destilación molecular y refinanción.

Patente de invención CN1228427, relativa a la EXTRACCIÓN Y SEPARACI#N DE VITAMIN E NATURAL DE DESODORIZADOS DE SOJA POR EXTRACCIÓN SUPERCRITICA CON DIOXIDO DE CARBONO.

Patente de Invención DE19.652.522, relativa a un MÉTODO PARA CONCENTRACIÓN DE TOCOFEROL Y ESTEROL POR DESTILACIÓN FRACCIONADA SEGUIDA DE DESTILACIÓN MOLECULAR, consistiendo el procedimiento en una destilación fraccionada seguida de destilación molecular.

Patente de Invención DE3. 126.110, relativa a la PRODUCCIÓN DE CONCENTRADO DE TOCOFEROL POR SEPARACI#N DE ACIDOS GRASOS HIDROGENACI#N Y EXTRACTION POR SOLVENTES.

Patente de Invención DE3. 424.614 relativa a la EXTRACCION POR SOLUTO DE TOCOFEROL DE COMPONENTES ORG#NICOS UTILIZANDO SOLVENTES SUPERCRITICOS.

Patente de Invención EP0191132, relativa a la PURIFICACIÓN DE TOCOFEROLES MEDIANTE EL USO DE M- ESTERES ALKOXI TOCOFEROL BORATE.

Patente de Invención EP0316729 relativa al ENREQUECIMIENTO DE TOCOFEROL Y ESTEROLES POR

TRATAMIENTO POR HIDROXIDO CALCICO EN PRESENCIA DE AGUA Y AGUA MEZCLADA CON SOLVENTES ORGANICOS E INERTES.

Patente de Invenci6n JP49085223 relativa a la PRODUCCIÓN DE TOCOFEROLES DE PLANTAS OLEAGINOSAS POR EXTRACCIÓN CON SULFACTANTES NO I#NICOS.

Patente de Invenci6n JP56012383, relative a SEPARACIÓN DE TOCOFEROL POR METIL-ESTERIFICACIÓN Y TRATAMIENTO CON RESINAS BÁSICAS Patente de Invención JP5705988, relativa a la PRODUCCIÓN DE TOCOFEROL Y TOCOTRIENOL DE CONDENSADOS DE ACEITES VEGETALES CON ALCOHOLES MONOHIDROXIILICOS Y CETONAS.

Patente de Invención JP57144281 relativa a la PREPARACIÓN DE CONCENTRADOS DE TOCOFEROL POR ADICCION DE POLYOLES Patente de Invención JP59212487 relativa a PURIFICACIÓN DE TOCOFEROLES POR DISOLUCIÓN EN SOLVENTES ORGÁNICOS Y ABSORCIÓN CON POLÍMEROS NO POLARES.

Patente de Invención US4.550.183, relativa a PURIFICACIÓN DE TOCOFEROLES DE MATERIALES ORGANICOS POR CONTACTO Y NEUTRALIZACIÓN CON METANOL CAUSTICO.

Patente de invención US5.371.245 relativa a SEPARACIÓN DE LA FRACCIÓN DE TOCOFEROLES EN ACEITES POR SAPONIFICACIÓN CON ZINC METALICO Y PRECIPITACIÓN DE LAS SALES DE ZINC DE LOS ACIDOS GRASOS.

Como habrá] podido constatarse a tenor de la documentación citada, no se tiene conocimiento de la

existencia en la actualidad de un procedimiento de extracción y purificación de tocoferoles naturales y esteroles por esterificación con trimetilol propano.

DESCRIPCION DE LA INVENCION E1 procedimiento de extracción y purificación de tocoferoles naturales y esteroles por esterificación con trimetilol propano que la invención propone se configura en si misma como una evidente novedad dentro de su campo de aplicación, ya que el mismo consiste básicamente en una esterificación especialmente catalizada a fin de conseguir convertir los ácidos grasos libres presentes en el destilado de desodorización en esteres de alto peso molecular, de poca volatilidad y que por tanto en una destilación selectiva permanezcan en el residuo de la misma.

Tras numerosos ensayos se propone en esta invención la esterificación de los ácidos grasos, aproximadamente 35% en peso, con trimetil-ol-propano (T. M. P). El referido alcohol con 6 átomos de carbono, tres grupos hidróxilo (alcohol) situados en carbonos primarios y con un peso molecular de casi 135 se comporta de forma muy racional con grados de esterificación superiores al 95% y a temperatura que comienza a 120°C (comienzo de la esterificación) hasta 190°C (finalización de la esterificación).

El proceso se hace a vacío (35-40 torr) con lo que el agua producida en la esterificación se va eliminando en continuo, desplazando el equilibrio de la reacción hacia la esterificación e impidiendo por tanto lahidrólisis.

El catalizador empleado es ácido hipofosforoso en solución acuosa al 50%, que por sus propiedades antioxidantes protege de forma efectiva el propio núcleo cromano de la molécula de tocoferol de su oxidación.

La reacción, con un gradiente de temperatura de aproximadamente 20°C/hora, tiene una duración de 6 horas, al cabo de la cual el contenido en ácidos grasos libres de la materia prima es inferior al 1%.

El catalizador no consumido (acid hipofosforoso) se elimina mediante lavado acuoso una vez enfriada la masa de reacción por debajo de 80°C, y concluida la esterificación y lavado se efectúa una destilación molecular de la masa reactante en las siguientes condiciones. A saber : -Temperatura 185°C.

- Presión absoluta 0.001 mbar.

-Velocidad de giro 400 r. p. m.

En estas condiciones se destilan tocoferoles, esteroles, e hidrocarburos permaneciendo en el residuo de la destilación los glicéridos y los esteres de trimetil-ol-propano formados.

La fracción destilada es aproximadamente el 25% de la masa inicial con un contenido en tocoferol, de aproximadamente un 20%.

El residuo de la destilación molecular compuesto al 50% aproximadamente por esteres de T. M. P.,

ácidos grasos di y triglicéridos y alguna pequeña cantidad de monoglicéridos tiene una interesante aplicación como regulador de viscosidad en aceites lubricantes.

El destilado obtenido en la destilación molecular está compuesto por la fracción esterólica, los hidrocarburos de alto peso molecular (escualeno), tocoferoles y algún esterol-éster formado en la esterificación disuelto en dilución 1 : 7 en alcohol metílico y enfriado bruscamente hasta-20%. En estas condiciones se insolubiliza los esteroles presentes y los hidrocarburos (escualenos), que se separan de la solución alcohólica por centrifugación o filtrado.

Seguidamente se procede a la destilación atmosférica del metanol en destilador que a flujo laminar permanece en el concentrado de la evaporación de"falling-filim"metanol obteniéndose un concentrado de tocoferoles superior al 50%.

Ese concentrado es sometido a una segunda destilación molecular, en las siguientes condiciones. A saber : -Temperatura : 182°C.

- Presión absoluta 0.0005 mbar.

-Velocidad de Giro 550 r. p. m.

En las condiciones expuestas, se produce un destilado oleoso amarillo claro de gran viscosidad (superior a 6.000 c. p. s. a 20°C), con un contenido en tocoferoles superior al 70%.

El residuo de la destilación está compuesto por monoglicéridos que destilaron en la primera destilación molecular hidrocarburos, esteroles, esterol, esteres con un contenido en tocoferoles inferior al 6%, lo que supone una recuperación en el proceso de tocoferoles superior al 80% iniciales.

REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCION E1 procedimiento de extracción y purificación de tocoferoles naturales y esteroles por esterificación con trimetilol propano que la invención propone puede llevarse a cabo de la siguiente manera : Empleando 500 gramos de materia prima (destilados de la desodorización industrial) de aceite de girasol con las siguientes especificaciones analíticas : -Acidos grasos libres............. 37.5% -Monoglicéridos4.8% -Hidrocarburos.....................4.16% -Esteres libres.................... 6.91% -Ester-ol-ésteres2.61% -Alfa-tocoferol....................5.35% -Di y Triglicéridos 35.65% -Otros no identificados............ 3, 1%

Se toman los 500 gramos de materia prima en un matraz de 1.000 mililitros y se agregan 32 gramos de trimetil-ol-propano y 10 gramos de ácido hipofosforoso al 50%.

A continuación se eleva la temperatura con agitación hasta 60°C, y en ese punto se conecta el equipo de vacío y se sube la temperatura manteniendo la agitación hasta 120°C.

A las dos horas se aumenta la temperatura a 140°C, a las dos horas se aumenta a 160°C y a las dos últimas horas se aumenta a 190°C.

Transcurrido este tiempo se desconecta la calefacción y se deja enfriar hasta 60°C.

Posteriormente se analiza por tritación la acidez y por G. C. con detector FID, dando los siguientes resultados : -Contenido en ácidos grasos.......... 0.8% -Contenido en tocoferol.............. 5.29% Seguidamente se alimenta el equipo de destilación molecular marca U. T. A con un caudal de 150 gramos/hora y en las condiciones expuestas en la descripción, optimizándose un destilado de 126.2 gramos con un contenido en tocoferol de 20. 08%.

El destilado se disuelve en 875 ml de metanol y se enfría en congelador hasta-28°C.

Se filtra la solución metanólica y se destila

el metanol obteniendo como residuo 62,49 gramos de concentrado de tocoferol con un contenido en Alfa- tocoferol del 50.01%.

Este residuo se somete en el mismo equipo a una segunda destilación molecular en las condiciones expuestas y con un caudal de 125 gramos/hora, obteniéndose 35,15 gramos de tocoferol del 72%.

En una segunda realización, se toman 500 gramos de un destilado de la desodorización de aceite de soja con la siguiente composición : -Acidos grasos.................... 3 1.37% -Esteroles libres 5.41% -Esterol-ésteres 2.11% -Alfa-tocoferol................... 1.84% -Beta + Gamma tocoferoles.......... 4.21% -Delta-tocoferol................... 2.04% Se procede de la misma forma que en el ejemplo primero, agregándose 3° gramos de trimetil-ol- propano y 10 gramos de ácido hipofosforoso al 50%, obteniéndose después de la primera destilación molecular 148 gramos con un contenido total en tocoferoles del 26,4%.

Se disuelve en la misma cantidad de metanol de la primera realización y en las mismas condiciones se procede a su filtración.

Una vez destilado el metanol se obtiene un residuo de 74,6 gramos de 51, 2% de contenido en tocoferoles, procediéndose seguidamente a efectuar la segunda destilación molecular en las mismas condiciones que en la realización primera, obteniéndose un destilado de 51,4 gramos de 72,16%.