Stand der Technik In der Oleochemie werden Fettsäuremethylester mit unterschiedlicher Kettenlängenvertei- lung produziert. Bei der Abtrennung von längerkettigen Fettsäuremethylestern durch Destil- lation entstehen sogenannte Vorlauf-Fettsäuremethylester, bei denen es sich um unter- schiedlichste Gemische von C4-bis C12-Methylestern handelt und die vielfach direkt in weitere Umesterungsreaktionen eingesetzt werden. Die daraus resultierenden Derivate sind aller- dings aufgrund des unreinen Rohstoffs von schlechter Qualität. Alternativ werden daher die Fettsäuremethylester zunächst gespalten und die freigesetzten Fettsäuren dann verestert.

Die chemische Hydrolyse erfolgt in Gegenwart saurer Katalysatoren, wie beispielsweise Al- kylbenzolsulfonsäuren, bekannt aus der Internationalen Anmeldung WO 94/14743. Im Ver- fahren kommt es daher zur Bildung von Schwefelsäure, die in den Anlagen zu massiver Kor- rosion führt und die Produkte mit hohen Metallgehalten verunreinigt. Daneben ist die Aus- beute dieser Verfahren noch nicht optimal. Ein weiteres Problem besteht in der umweltge- rechten Entsorgung der Katalysatoren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat somit darin bestanden, ein verbessertes Verfah- ren zur Herstellung von kurzkettigen Fettsäuren aus deren Methylestern zur Verfügung zu stellen, welches die genannten Nachteile des Stands der Technik zuverlässig vermeidet. Ins- besondere sollten die Fettsäuren in hoher Reinheit und hohen Ausbeuten erhalten werden und das Verfahren unter milden Bedingungen arbeiten.

Beschreibung der Erfindung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von C4-C12-Fettsäuren, bei dem man (a) C4-Ci2-Fettsäuremethylester in Gegenwart von Enzymen mit Wasser unter konti- nuierlicher Methanolentfernung in einer Stufe komplett oder partiell hydrolysiert (b) das Hydrolysat in eine organische und eine wässrig/alkoholische Phase auftrennt, (c) und die organische Phase, enthaltend Fettsäuren und (bei partieller Hydrolyse) Fettsäuremethylester von nicht-umgesetzten Fettsäuremethylestern befreit.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass eine enzymatische Hydrolyse unter kontinuierli- cher Methanolabtrennung zu Fettsäuren führt, die frei von unerwünschten Nebenprodukten führt. Es werden hohe Ausbeuten erzielt, das Verfahren arbeitet bei milden Bedingungen und mit Katalysatoren, die alle Anforderungen an die Umweltverträglichkeit erfüllen.

Erfolgt während des Hydrolyseverfahrens die Methanolentfernung kontinuierlich direkt aus dem Hydrolysereaktor, erreicht man in einem Einstufenverfahren eine weitaus schnellere Umsetzung.

Hydrolyse Die Hydrolyse der Fettsäuremethylester erfolgt vorzugsweise bei milden Temperaturen im Bereich von 20 bis 80 °C, vorzugsweise 30 bis 70 °C und besonders bevorzugt 35 bis 60 °C unter kontinuierlicher Abtrennung von Methanol unter Vakuum, wobei die bevorzugte Tem- peratur durch das Aktivitätsoptimum der eingesetzten Enzyme vorgegeben wird. üblicher- weise werden die Lipasen und/oder Esterasen in freier oder immobilisierter Form eingesetzt.

Typische Beispiele für geeignete Enzyme, die jedoch nicht einschränkend sein sollen, sind Lipasen und/oder Esterasen von Mikroorganismen ausgewählt aus der Gruppe, die gebildet wird von Alcaligenes, Aspergillus niger, Candida antarctica A, Candida antarctica B, Candida cylindracea, Chromobacterium viscosum, Rhizomucor miehei, Penicilium camenberti, Penicili- um roqueforti, Porcine pancreas, Pseudomonas cepacia, Pseudomonas fluorescens, Rhizopus javanicus, Rhizopus oryzae, Thermomyces lanugenosus (siehe Beispiel 1).

Bevorzugt werden Lipasen und Esterasen aus den Organismen Alcaligenes, Candida, Chro- mobacterium, Rhizomucor, Pseudomonas, Rhizopus und Thermomyces.

Die Enzyme werden in der Regel als verdünnte Suspensionen oder wässrige Konzentrate eingesetzt. Die Lipasen/Esterasen können auch immobilisiert auf Trägermaterial eingesetzt und in repeated batches wiedervervendet werden.

Als Hydrolyseverfahren eignet sich eine Batch-Fahrweise, bei der ein konstanter Wasserge- halt üblicherweise im Bereich von 30-70 Gew. % im Reaktor über Nachdosierung von Was- ser eingestellt wird. Üblicherweise wird die Reaktion bei einer Temperatur von 30-50 °C und unterhalb von 100 mbar, vorzugsweise 50 bis 70 mbar durchgeführt (Beispiele 2,3, 4, und 6).

Als weiteres eignet sich ein Hydrolyseverfahren in Batch Fahrweise, bei der Wasser kontinu- ierlich eingespeist wird und dauerhaft ein Methanol/Wasser abgestrippt wird. Üblicherweise ist der Wassergehalt im Reaktor bei dieser Fahrweise gering (0-20 Gew. %). Die Reaktion wird üblicherweise bei einer Temperatur von 50-70 °C und unterhalb von 100 mbar, vor- zugsweise 50 bis 70 mbar durchgeführt (Beispiele 7 und 8).

Deutlich schlechter arbeiten Verfahren, bei denen die Methanolentfernung räumlich und/oder zeitlich von der Hydrolysereaktion getrennt sind. Ein solches nachteiliges Verfahren ist be- schrieben in JP05317063.

Beispiele für weniger geeignete Verfahren sind die Methanolentfernung in einem separaten Reaktionsgefäß (Beispiel 9) und die Methanolentfernung über einen Dephlegmator oder z. B.

Fallfilmverdampfer (Beispiel 10), bei denen die organische und wässrige Phase kontinuierlich in den Hydrolysereaktor zurückgeführt werden. Ein Beispiel für die zeitliche Trennung von Methanolentfernung und Hydrolyse ist beschrieben in Beispiel 11 und 12. Ein Mehrstufen- verfahren nach diesem Schema führt zu geringeren Ausbeuten an kurzkettigen Fettsäuren.

Aufarbeitung Im Anschluss an die Hydrolyse wird die wässrig/alkoholische von der organischen Phase ge- trennt und letztere aufgearbeitet, d. h. nicht umgesetzter Methylester vom Wertprodukt ent- fernt.

Je nach Dauer der Hydrolyse werden unterschiedliche Spaltraten erhalten. Die Reaktion kann früh, beispielsweise schon im Bereich einer Umsetzung von 60 Gew. %, abgebrochen wer- den, so dass die nachfolgende destillative Trennung von Fettsäuren und Fettsäuremethyles- tern erfolgen muß. Sie kann jedoch auch erst bei über 90 Gew. %, vorzugsweise über 95 Gew. % beendet werden, oder sogar bis zu 99 Gew. % weitergeführt werden, so dass wie im letzteren Fall keine anschließende Abtrennung mehr notwendig ist.

Die Entfernung des nicht umgesetzten Methylesters erfolgt vorzugsweise in einer Destillati- onskolonne mit gepackten Einbauten, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, den Feed zwischen Auftriebs-und Abtriebsteil der Kolonne einzuspeisen. Bei Temperaturen im Bereich von 70 bis 100 °C und einem verminderten Druck von 10 bis 50 mbar werden die Methyls- ter am Kopf der Kolonne abgezogen und können in die Reaktion zurückgeführt werden. Kür- zerkettige Fettsäuren sowie niedrig siedende Verunreinigungen können über die Pumpe ab- gesaugt und in die Abluft gelangen, weswegen sich eine nachgeschaltete Kondensation empfiehlt. Die resultierenden Fettsäuren weisen eine Reinheit von mindestens 95 Gew.-% auf.

Beispiele Beispiel 1 : Selektion geeigneter Lipasen für die Hydrolyse kurzkettiger Fettsäuremethylester 15 Ansätze mit jeweils 4 g C8-Fettsäuremethylester (Caprylsäuremethylat) und 6 g Wasser in einem verschliessbaren Reaktionsgefäss werden mit Rührfisch versehen und bei Raumtem- peratur parallel auf einer Multirührplatte gerührt. Zu den Ansätzen werden jeweils kommer- ziell erhältliche Lipasen bzw. Esterasen nach unten angegebener Tabelle zudosiert. Nach 2 h und 24 h Reaktionszeit werden jeweils Proben genommen. Die organische Phase enthaltend Fettsäuremethylester und enzymatisch hydrolysierte Fettsäure wird separiert und analysiert.

Tabelle 1 Eingesetzte Lipasen und Esterasen Enzym Organismus Hersteller mg/Ansatz Chirazym L-10 Alcaligenes sp. Roche 40 Lipase A Aspergillus niger Amano 40 Novozym 868 Candida antarctica A Novozymes 40 Novozym 525 Candida antarctica B Novozymes 40 Lipomod 34 Candida cylindracea Biocatalysts 40 Lipase LP Chromobacterium viscosum Asahi Kasei 4 Novozym 388 Rhizomucor miehei Novozymes 40 Lipase G Penicilium camenberti Amano 40 Lipase R Penicilium roqueforti Amano 40 Lipase L115P Porcine pancreas Biocatalysts 40 Lipase PS Pseudomonas cepacia Amano 40 Lipase AK Pseudomonas fluorescens Amano 40 Lipomod 36 P Rhizopus javanicus Biocatalysts 40 Lipase F-AP 15 Rhizopus oryzae Amano 40 Lipolase Ti 100 Thermomyces lanugenosus Novozymes 40 Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 2 Umsatz mit unterschiedlichen Enzymen nach 2 und 24 h Reaktionszeit Enzym Umsatz (2 h Reaktion] Umsatz [24 h Reaktion] Chirazym L-10 18, 4 % 33, 7 % Lipase A0, 9 % 8, 8 % Novozym 868 2,4 % 8,3 % Novozym 525 27,3 % 34, 7 % Lipomod 34 22, 9 % 31, 4 % Lipase LP 23,9 % 36, 1 % Novozym 388 I 18,5 % 26, 1 % Lipase G 1, 6 % 19, 7 % Lipase R 0,9 % 2, 0 % Lipase L115P 4,0 % 12, 9 % Lipase PS 16, 3 % 27, 4 % Lipase AK 11,6 % 28, 3 % Lipomod 36 P 3,5 % 24, 5 % Lipase F-AP 15 12,7 % 12, 3 % Lipolase TI 100 18,4 % 24, 1 % Alle getesteten Lipasen und Esterase weisen eine Hydrolyseaktivität von kurzkettigen Fett- säuremethylestern auf. Nach dem Screening zu bevorzugen sind Lipasen und Esterasen aus den Organismen Alcaligenes, Candida, Chromobacterium, Rhizomucor, Pseudomonas, Rhizo- pus und Thermomyces.

Beispiel 2 : Spaltung kurzkettiger Fettsäuremethylester unter kontinuierlicher MeOH- Entfernung In einen temperierbaren Doppelmantelreaktor mit aufgesetzter Sulzerkolonne werden 2800 g Wasser, 1200 g Fettsäuremethylester und 40 ml Lipolase (Thermomyces Lipase, Novozymes) eingefüllt. Die Reaktion wird bei einer Reaktortemperatur von 35 °C und einem Vakuum von 60 mbar durchgeführt. Das Rücklauf/Abnahme Verhältnis am Kolonnenkopf wird auf 12 : 2 eingestellt. Die Rührergeschwindigkeit wird auf 300 Upm eingestellt.

Nach 5 h werden 40 mi Lipolase und 500 mi Wasser zudosiert.

Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 3 Umsatz unter kontinuierlicher Methanolentfernung nach unterschiedlichen Reaktionszeiten Reaktionszeit [h] Umsatz nach Säurezahl % 0 0 2,5 42 23 70, 6 30 75, 5 44 82 6 48 84 52 86, 5 68 91 6 92 94 Im Destillat wurde die enthaltene und damit aus dem Reaktionsgleichgewicht entfernte Des- tillatmenge bestimmt.

Tabelle 4 Umsatz unter kontinuierlicher Methanolentfernung-aus Reaktionsgleichgewicht ent- fernte Destillatmenge nach unterschiedlichen Reaktionszeiten Reaktionszeit [h] Destillatmenge [g] Methanolgehalt [% 0-4, 5 10 4,5-44 80 40 44 5 25 44-68 190 14 68 3 5 68-921604 92 3 2 In der wässrigen Phase des Reaktionsansatzes wurden nach Abschluss der Reaktion < 0,2 % Methanol gefunden.

Beispiel 3 : Spaltung kurzkettiger Fettsäuremethylester unter kontinuierlicher MeOH- Entfernung In einen temperierbaren Doppelmantelreaktor mit aufgesetzter Sulzerkolonne werden 2800 g Wasser, 1200 g Fettsäuremethylester und 40 ml Novozym (Candida antarctica B Lipase, No- vozymes) eingefüllt. Die Reaktion wird bei einer Reaktortemperatur von 35 °C und einem Vakuum von 60 mbar durchgeführt. Das Rücklauf/Abnahme Verhältnis am kolonnenkopf wird auf 12 : 2 eingestellt. Die Rührergeschwindigkeit wird auf 300 Upm eingestellt.

Nach 24 h werden 300 g Wasser nachdosiert Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 5 Umsatz unter kontinuierlicher Methanolentfernung nach unterschiedlichen Reaktionszei- ten Reaktionszeit [h] Umsatz nach Säurezahl [%] 0 0 2 47 3 50, 1 4 52, 7 6 58, 1 21 82, 5 27 87, 8 45 95, 6 Beispiel 4 : Spaltung. kurzkettiger Fettsäuremethylester unter kontinuierlicher MeOH- Entfernung mit immobilisierter Lipase In einem beheizten Kolben mit aufgesetztem Dephlegmator werden 350 g Wasser, 350 g Fettsäuremethylester und 35 g immobilisiertes Novozym (Candida antarctica B Lipase, Novo- zymes auf Polypropylenträger adsorbiert, Enzymbeladung 200 mg techn. Flüssigpräparation pro g Träger) eingefüllt. Die Reaktion wird bei einer Reaktortemperatur von 35 °C und einem Vakuum von 60 mbar durchgeführt. Wasser wird kontinuierlich mit etwa 0,75 ml/min zum Ansatz zudosiert, so dass das Reaktorvolumen über den Zeitverlauf konstant bleibt.

Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 6 Umsatz unter kontinuierlicher Methanolentfernung mit immobilisierter Lipase nach unter- schiedlichen Reaktionszeiten Reaktionszeit [h] Umsatz nach Säurezahl [%] 0 0 l44, 0 2 52, 7 3 61, 6 4 66 8 5 7l, 4 24 94, 8 Beispiel 5 : Untersuchung der Stabilität von immobilisierter Lipase bei der Spaltung kurzket- tiger Fettsäuremethylester Zur Stabilitätsuntersuchung wird Candida antarctica B Lipase (Novozym 525, Novozymes) verwendet, die zuvor auf Polypropylenträger adsorbiert wurde. Untersuchungen werden bei Raumtemperatur, 50 °C, 60 °C und 70 °C durchgeführt. Dazu werden die immobilisierten Lipasen in einem Gemisch aus kurzkettigen Fettsäuremethylestern (Gemisch aus C6-C10 Fettsäuren, 50 Gew. %) und Wasser (50 Gew. %) gerührt, bis sich ein Reaktionsgleichge- wicht einstellt. In Abständen (siehe Tabelle Ergebnisse) wird das immobilisierte Enzym abfilt- riert und mit frischem Fettsäuremethylester und Wasser versetzt. Die jeweilige Hydrolysege- schwindigkeit wird bestimmt.

Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl nach 4 h Reaktionszeit untersucht.

Tabelle 7 Umsatz mit unterschiedliche lange gelagerter immobilisierter Lipase bei unterschiedlichen Temperaturen Lagerzeit Umsatz (RT) Umsatz (50 °C) Umsatz (60 °C) Umsatz (70 °C) 1. Woche 28, 6 % 32, 7 % 33, 0 % 34 % 2. Woche 28, 8 % 33, 4 % 33, 5 % 7, 4 % 3. Woche 29, 7 % 33, 2 % 34, 1 % 4, 5 % 6. Woche 25, 0 % 29, 1 % 30, 9 % 4, 9 % 13. Woche 26, 1 % 15, 2 % 13, 2 % 4, 5 % 16 Woche 26, 5 % 7, 2 % 6, 5 % 2, 5 % Die Halbwertszeit des Enzyms beträgt bei 50 °C etwa 12 Wochen, bei 60 °C etwa 10 Wo- chen, bei 70 °C etwa 1 Woche und liegt bei Raumtemperatur bei über 16 Wochen.

Beispiel 6 : Hydrolyse kurzkettiger Fettsäuremethylester im Pilotmaßstab mit immobilisierter Lipase in repeated batches In einen temperierbaren Doppelmantelreaktor mit aufgesetztem Totalkondensator und voll- ständiger Destillatabnahme werden 25 kg Wasser, 20 kg Fettsäuremethylester Edenor Me C 6-10 und 2,5 kg immobilisiertes Novozym (Candida antarctica B Lipase, Novozymes auf Polypropylenträger adsorbiert, Enzymbeladung 200 mg techn. Flüssigpräparation pro g Trä- ger) eingefüllt. Die Reaktion wird bei einer Reaktorinnentemperatur von 45 °C und einem Vakuum von 60 mbar durchgeführt. Die Rührergeschwindigkeit wird auf 150 Upm eingestellt.

Da unter den genannten Bedingungen ein Methanol/Wasser Destillat anfällt, muß kontinuie- rich Wasser zum Ansatz zudosiert werden, so dass das Reaktorfüllvolumen über den Zeit- verlauf konstant bleibt. Nach Abschluß der Reaktion wird das Reaktionsgemisch aus dem Kessel abgelassen, wobei das immobilisierte Enzym über ein eingebautes Sieb im Reaktor zurückgehalten wird.

Der Umsatz jedes Ansatzes wird nach 12 Stunden verglichen. Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 8 Umsatz unter kontinuierlicher Methanolentfernung im Pilotmaßstab Batch Umsatz 1 75 2 73 3 76 10 75 20 75 30 75 40 75 Das immobilisierte Enzym zeigt auch nach 40 Ansätzen bei den gewählten Parametern kei- nen Aktivitätsverlust, der mit dem Umsatzgrad korreliert wurde.

Beispiel 7 : Kontinuierliche Hydrolyse von kurzkettigen Fettsäuremethylestern unter Ab- strippen von Wasser und Methanol In einen beheizbaren Kolben werden 200 g Fettsäuremethylester, 20 g Wasser und 10 g auf Polypropylen immobilisierte Candida antarctica B Lipase vorgelegt. Die Reaktion wird mit aufgesetzter Destillationsbrücke bei 60 mbar und einer Temperatur von 60 °C durchgeführt.

Wasser wird kontinuierlich mit einer Flußrate von 0,25 ml/min in den Kolben gepumpt. In einem zweiten Ansatz wird Wasser mit einer Flußrate von 0,5 ml/min in den Kolben ge- pumpt. Der Wassergehalt im Kolben liegt während der kompletten Reaktionsdauer unter 20 %.

Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 9 Umsatz unter Abstrippen von Wasser und Methanol nach unterschiedlichen Reaktionszei- ten Reaktionszeit [h] Umsatz [%] Umsatz [%] Flußrate 0, 25 ml/min Flußrate 0, 5/min 0 0 0 2 37, 1 4 61, 5 16 83, 9 23 96 0 24 90,4 29, 5 96, 9 52 95, 5 Beispiel 8 : Kontinuierliche Hydrolyse von kurzkettigen Fettsäuremethylestern unter Ab- strippen von Wasser und Methanol In einen beheizbaren Kolben werden 200 g Fettsäuremethylester, 20 g Wasser und 10 g auf Polypropylen immobilisierte Candida antarctica B Lipase vorgelegt. Die Reaktion wird mit aufgesetzter Destillationsbrücke bei 60 mbar und einer Temperatur von 70°C durchgeführt.

Wasser wird kontinuierlich mit einer Flußrate von 0,75 ml/min in den Kolben gepumpt. Der Wassergehalt im Kolben liegt während der kompletten Reaktionsdauer unter 20 % Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 10 Umsatz unter Abstrippen von Wasser und Methanol nach unterschiedlichen Reaktionszei- ten Reaktionszeit [h] Umsatz [%] 0 0 2 sol, 0 4 81 7 13 96,4 Beispiel 9 : Kontinuierliche Spaltung kurzkettiger Fettsäuremethylester unter Trennung von Spaltprozeß und Methanol-Entfernung In einen beheizbaren Kolben werden 350 mi Fettsäuremethylester, 350 mi Wasser und 35 g immobilisierte Candida antarctica B Lipase gegeben. Die Hydrolysereaktion wird bei 35 °C durchgeführt. Das Reaktionsgemisch wird kontinuierlich in einen zweiten Kolben gepumpt, der auf 120 °C geheizt ist. Bei einem Vakuum von 740 mbar wird in diesem Kolben kontinu- ierlich Methanol entfernt. Das Reaktionsgemisch aus Kolben 2 wird mit gleicher Flußrate kontinuierlich wieder in den Reaktionskolben zurückgepumpt. Wasser wird in den Reaktions- kolben so zudosiert, dass das Reaktionsvolumen konstant bleibt.

Ergebnis : Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 11 Umsatz unter Trennung von Spaltprozeß und Methanol-Entfernung nach unterschiedlichen Reaktionszeiten Reaktionszeit zahl Umsatz [%] 0 0 1 32 0 2 36 0 3 37, 2 4 38, 5 5 39, 2 6 39, 8 7 40,5 24 47, 3 Die Hydrolysereaktion ist deutlich langsamer als bei einem kontinuierlichen Methanolabzug direkt aus dem Reaktionskolben.

Beispiel 10 : Kontinuierliche Spaltung kurzkettiger Fettsäuremethylester unter Trennung von Spaltprozeß und Methanol-Entfernung In einen beheizbaren Kolben werden 350 ml Fettsäuremethylester, 350 ml Wasser und 35 g immobilisierte Candida antarctica B Lipase gegeben. Die Hydrolysereaktion wird bei 45 °C durchgeführt. Das Reaktionsgemisch wird kontinuierlich über einen Dephlegmator gepumpt, der auf 110 °C geheizt ist. Bei einem Vakuum von 740 mbar wird kontinuierlich Methanol entfernt, das verbleibende Reaktionsgemisch tropft in den Reaktionskolben zurück. Wasser wird zudosiert, um das Reaktionsvolumen konstant zu halten.

Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 12 Umsatz unter Trennung von Spaltprozeß und Methanol-Entfernung nach unterschiedlichen Reaktionszeiten Reaktionszeit [h] Umsatz [%] 0 0 1 32, 7 2 38, 4 3 47, 2 4 51, 6 5 55, 2 6 55, 9 24 74, 8 Die Hydrolysereaktion ist deutlich langsamer als bei einem kontinuierlichen Methanolabzug direkt aus dem Reaktionskolben.

Beispiel 11 : Mehrstufige Spaltung kurzkettiger Fettsäuremethylester unter Austausch der Wasserphase ohne kontinuierlichen Methanol Abzug In einem gerührten Gefäß werden 7,5 g Fettsäuremethylester, 12,5 g Wasser und 0, 1 g Li- polase (Thermomyces Lipase, Novozymes) bei Raumtemperatur zur Reaktion gebracht. Nach 18 h, 26 h und 41 h wird jeweils die Wasserphase über Separation von der organischen Pha- se entfernt. Jeweils 12,5 g Wasser und 0,1 g Lipolase werden nach jedem Phasentausch zudosiert.

Die Umsetzung der Reaktion wurde über Bestimmung der Säurezahl untersucht.

Tabelle 13 Umsatz bei mehrstufiger Spaltung nach unterschiedlichen Reaktionszeiten Reaktionszeit [h] Umsatz % 0 0 18 38 8 26 55, 9 41 70, 2 60 81, 8 Beispiel 12 : Zweistufige Spaltung kurzkettiger Fettsäuremethylester In einer Rührapparatur mit einem Fassungsvermögen von 3 I wurden 540 g eines C8- Vorlauffettsäuremethylesters vorgelegt, mit 1260 g Wasser und 16. 2 ml Lipolase-Konzentrat versetzt und bei 37 °C mit einer Geschwindigkeit von 300 Upm gerührt. Durch Probennahme wurde die Hydrolyse verfolgt. Nach 16 h wurde die Hydrolyse abgebrochen, das so erhaltene erste Hydrolysat in eine Zentrifuge überführt und in eine wässrig/alkoholische Phase (ent- haltend Wasser, Methanol und Enzyme) und eine organische Phase getrennt, welche die gebildeten Fettsäure und den noch nicht umgesetzten Methylester enthielt, getrennt. Die organische Phase wurde in den Reaktor zurückgeführt, mit 1260 g Wasser und 16,2 ml fri- schem Enzym versetzt. Anschließend wurde die Mischung einer zweiten Hydrolyse wiederum bei 37 °C unterworfen. Auch hier wurde der Reaktionsfortschritt durch Probennahme ver- folgt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 14 Umsatz Hydrolyse von Vorlauffettsäuremethylestern (Angaben in Gew.-%) Hydrolysedauer 1. Hydrolyse 2. Hydrolyse Ihl Methylester Fettsäure Methylester Fettsäure 0, 25 80, 2 18, 0 0, 5 46, 2 51, 8 0, 75 61, 1 36, 9 1, 0 57, 6 40, 4 1, 5 49, 6 48 3 42 5 55, 5 2, 5 40, 5 57, 4, 5 37, 2 60, 8 16 45, 0 53, 0 20 30, 8 67, 1 Das zweite Hydrolysat, welches 67,1 Fettsäure und 30,8 Gew. -% nicht umgesetzten Methyl- ester enthielt, wurde wiederum durch Zentrifugation in eine wässrige/alkoholische und eine organische Phase aufgetrennt. Letztere wurde zwischen Auftriebs-und Abtriebsteil in eine Rektifikationskolonne mit gepackten Einbauten aufgegeben und bei 85 °C und 20 mbar des- tilliert. Nach 6 h, während der kürzerkettige und niedrigsiedende Verunreinigungen über die Pumpe abgesaugt wurden, wurde eine C8-Fettsäure mit einer Reinheit von größer 95 Gew.- % erhalten.

Beispiel 13 : Vergleich der verschiedenen enzymatischen Verfahren zur Hydrolyse von kurz- kettigen Fettsäuremethylestern Vergleich der Verfahren aus den Beispielen 4,7, 9,10, 11.

Beispiel 4 beschreibt ein Hydrolyseverfahren unter kontinuierlicher Methanolentfernung bei einem konstanten Wassergehalt im Reaktor.

Beispiel 7 beschreibt ein Hydrolyseverfahren unter kontinuierlicher Methanolentfernung, bei dem Wasser kontinuierlich aus dem Reaktionsgefäß gestript wird. Der Wassergehalt im Re- aktionsgefäß ist dabei niedrig.

Beispiel 9 beschreibt ein Hydrolyseverfahren unter kontinuierlicher Methanolentfernung, bei dem die Methanolentfernung und die Hydrolysereaktion räumlich getrennt sind.

Beispiel 10 beschreibt ein alternatives Hydrolyseverfahren unter kontinuierlicher Methanol- entfernung, bei dem die Methanolentfernung und die Hydrolysereaktion räumlich getrennt sind.

Beispiel 11 beschreibt ein Hydrolyseverfahren ohne kontinuierlichen Methanolabzug unter Vakuum, bei dem Methanol über Separation der wässrigen Phase dem Gleichgewicht entzo- gen wird.

Tabelle 15 Vergleich unterschiedlicher Verfahren Zeit [h] Umsatz [%] Umsatz [%] Umsatz [%] Umsatz [%] Umsatz [%] Beispiel 4 Beispiel 7 Beispiel 9 Beispiel 10 Beispiel 11 <BR> <BR> <BR> <BR> 0 0 0 0 0 0 1 44, 0 32, 0 32, 7 2 52,7 37,1 36,0 38, 4 5 71, 4 39, 2 55, 2 <BR> <BR> <BR> <BR> 16 83, 9 18 38, 8 24 94,8 90,4 47,3 74, 8 26 55,9 41 70, 2 53 95, 5 60 81, 8 Der Vergleich der Verfahren zeigt deutlich, dass eine Methanolentfernung direkt aus dem Reaktionsansatz die besten Umsätze liefert. Eine räumliche Trennung der Hydrolyse und Methanolentfernung bei kontinuierlichem Methanolabzug in einem separaten Gefäss bzw. eine zeitliche Trennung von Hydrolyse und Methanolentfernung über z. B. Phasenseparation führt nicht zu befriedigenden Ergebnissen.