Phenolextrakte aus ölsaaten

Technisches Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft hochwirksame und native phenolische Verbindungen, die in Form von Extrakten aus ölsaaten oder aus Presskuchen oder Schroten dieser Saaten nach der Speiseölgewinnung gewonnen werden.

Stand der Technik Natürlich vorkommende phenolische Verbindungen sind sekundäre Pflanzenstoffe, die ein wichtiger Bestandteil pharmazeutischer Präparate sein können. In verschiedenen Studien wird die Bedeutung von phenolischen Verbindungen zur Vorbeugung koronarer Herzerkrankungen beschrieben oder es wird über andere positive Effekte von Phenolen zur Erhaltung der Gesundheit oder bei therapeutischen Anwendungen berichtet.

Phenolische Säuren, wie Kaffeesäure oder Gallensäure, Katechine, Flavone (z.B. Quercitin) ,

Anthocyane, Isoflavone, Rosmanol und Rosmarinsäure sind weitgehend in ihren antioxidativen Eigenschaften untersucht. Die meist genutzten natürlichen Antioxidantien sind Tocopherole, die ebenfalls zu den phenolischen Substanzen gehören. Verschiedene kommerzielle Antioxidantien sind Extrakte oder Pulver aus Pflanzen, z.B. aus Rosmarin oder Salbei. Phenolisehe Verbindungen werden üblicherweise mit herkömmlichen verfahrenstechnischen Operationen gewonnen, z.B. in kontinuierlichen Verfahren wie

Gegenstromextraktion und Gleichstromextraktion, aber auch in Batch-Verfahren.

Meist werden für die Extraktionen Lösemittel wie Methanol, Ethanol , Isopropanol, Aceton oder superkritisches CO ₂ verwendet. Nur in wenigen Fällen wurde die rein wässrige Extraktion hydrophiler Phenolsäuren beschrieben. Ein Grund dafür ist der hohe Anteil nicht phenolischer Bestandteile, die zusammen mit den Phenolen extrahiert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, hochreine Phenolextrakte aus ölsaaten oder aus Rückständen der Speiseölerzeugung zu gewinnen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Gewinnung eines phenolhaltigen Extraktes aus einem pflanzlichen, phenolhaltigen Ausgangsmaterial gemäß Patentanspruch 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Im vorgeschlagenen Verfahren zur Gewinnung eines phenolhaltigen Extraktes aus einem pflanzlichen, phenolhaltigen Ausgangsmaterial wird das pflanzliche, phenolhaltige Ausgangsmaterial in zerkleinerter Form bereitgestellt, wird bis auf einen Restölgehalt entölt und wird in einem wässrigen, wässrig-alkoholischen oder alkoholischen Lösemittel suspendiert. Während eines kurzen Zeitraumes von weniger als 10 Minuten werden phenolhaltige Zellen des pflanzlichen, phenolhaltigen

Ausgangsmaterials durch eine periodische Wechseldruckbelastung mechanisch aufgeschlossen. Durch den durch die Wechseldruckbelastung bedingten intensiven, mechanischen Energieeintrag ist die Phenolanreicherung bereits in der kurzen Zeit weitgehend, d.h. zu > 90 % bezogen auf eine maximal mögliche Ausbeute, abgeschlossen. Der phenolhaltige Extrakt wird durch mechanische Abtrennung eines überstands gewonnen.

Der durch das Verfahren gewonnene hochreine

Extrakt zeichnet sich durch einen besonders geringen Anteil nicht-phenolischer Verbindungen bzw. Stoffe aus. Dabei liegt der besondere Vorteil des Verfahrens darin, dass die phenolischen Verbindungen insbesondere schneller als Proteine extrahiert werden. Dadurch wird automatisch eine irreversible Anlagerung von Proteinen an die phenolischen Verbindungen vermieden, die zu einem Verlust der besonders vorteilhaften gesundheitsfördernden, antioxidativen Wirksamkeit der phenolisehen Verbindungen führt.

Der besondere Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass sogar wässrige Lösemittel zur Extraktion phenolischer Verbindungen mit hoher Ausbeute eingesetzt werden können, ohne dass ein hoher Anteil nicht- phenolischer Stoffe mit extrahiert wird. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der Aufwand zur Reinigung des Extraktes hier deutlich reduziert werden kann, da Wasser als Lösemittel neutral, unschädlich für die Gesundheit und auch unproblematisch hinsichtlich der Entsorgung ist .

Ein weiterer besonderer Vorteil des Verfahrens liegt darin, dass bedingt durch die hohe Extraktionsgeschwindigkeit die phenolischen Verbindungen bereits weniger Strukturänderungen durch Oxidation erfahren als bei anderen Extraktionsverfahren, die einen längeren Zeitraum zur Extraktion einer gleichen Phenolmenge benötigen.

Die Temperatur des Lösemittels und die Misch- temperatur in der Suspension soll dabei kleiner 10 ⁰ C betragen. Vorzugsweise beträgt die Temperatur 5 +/ 2 ⁰ C. Die Temperatur wird während des Zellaufschlusses kontrolliert bzw. durch Kühlung geregelt. Die niedrige Temperatur während des Extraktionsprozesses wirkt sich besonders günstig auf die Unterdrückung der Oxidation der phenolischen Verbindungen und auf die Minimierung des Anteils nicht phenolischer Komponenten im Extrakt aus .

Besonders vorteilhaft hat sich die Erzeugung einer Wechseldruckbelastung mit Druckdifferenzen zwischen 5*10 ⁸ und 10*10 ⁸ Pa (5 und 10 bar) , vorzugsweise von 7*10 ⁸ Pa (7 bar) erwiesen.

Die Wechseldruckbelastung kann in besonders vorteilhafter Weise durch Einkopplung von Ultraschall erfolgen.

Besonders einfach und schnell ist die Anreicherung von Phenolen im Extrakt, wenn ein hoher mechanischer Energieeintrag erfolgt. Die Energiedichte liegt dabei um mindestens eine Größenordnung über der, die durch Rühren eingebracht werden kann. Die Energiedichte soll

vorzugsweise zwischen 10 ⁸ und 10 ⁹ J/m ³ , besonders bevorzugt bei 5*10 ⁸ J/m ³ liegen.

In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird während eines kurzen Zeitraums von 1 Minute mechanische Energie so eingetragen, dass eine Phenolanreicherung zu 80 % abgeschlossen ist, bevor eine Konzentration nicht phenolischer Stoffe über einen Anteil von 1% ansteigt. Insbesondere kann eine Minimierung nicht phenolischer Komponenten im Extrakt durch den intensiven mechanischen ZellaufSchluss in Verbindung mit niedrigen Temperaturen und der sehr kurzen Extraktionszeit erzielt werden.

Besonders gering ist die Anreicherung nicht- phenolischer Verbindungen im Extrakt, wenn die Leitfähigkeit des Lösemittels, insbesondere des verwendeten Wassers, kleiner als 1,5 μS/cm. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,5 μS/cm erwiesen. Die Leitfähigkeit ist mit der Ionenkonzentration korreliert .

Die Ausbeute phenolischer Verbindungen im Extrakt steigt mit kleiner werdendem Feststoff-Flüssigkeitsverhältnis s:l (solid: liquid) . Besonders hoch ist die Ausbeute, wenn s:l < 1 vorzugsweise < 0,85 ist.

Das Verfahren kann besonders vorteilhaft weitergebildet werden, wenn weitere Milieubedingungen so gewählt werden, dass die Phenole während der Extraktion keine Strukturveränderungen durch Oxidation erfahren. Dann können durch das Verfahren besonders

wertvolle phenolische Verbindungen gewonnen werden, deren Wirksamkeit bspw. als Antioxidantien nicht durch eine Oxidation während des Extraktionsprozesses eingeschränkt oder zerstört wurde. Phenolsäuren werden im alkalischen Milieu oxidiert, wobei Sauerstoff- partialdruck, Temperatur und Katalysatoren, wie Metalle oder Enzyme, die Oxidationsgeschwindigkeit beeinflussen. Besonders einfach kann die intakte Struktur wie die antioxidative Wirkung der phenolischen Verbindungen erhalten bleiben, wenn der pH-Wert des

Lösemittels/Mediums kleiner als pH = 6 ist. Besonders vorteilhaft haben sich pH-Werte zwischen pH = 4 und pH = 5,5 erwiesen.

Als phenolhaltiges Ausgangsmaterial eignen sich beispielsweise ölsaaten, Presskuchen oder Extraktionsschrote der Speiseölgewinnung. Die Saaten werden vor der Phenolgewinnung entölt. Dazu wird die direkte Entölung mit Lösemitteln oder die kombinierte Entölung aus einem Pressvorgang mit anschließender Lösemittel - entölung eingesetzt. Die Saaten können vor der Entölung geschält und/oder flockiert werden. Werden Saaten geschält, so ist die Schalenfraktion in gleicher Weise zur Gewinnung von Phenolen verwendbar wie die Frucht- fleischfraktion. Der Restölgehalt im entölten

Ausgangsmaterial soll < 6 % sein, vorzugsweise < 2 %. Der Restschalenanteil in Extraktionsschroten aus geschälten Saaten soll < 20 % betragen, vorzugsweise < 10 %.

Nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die flüssige und die feste Phase durch Zentrifugation getrennt. Der abgetrennte Feststoff kann

erneut in einem frischen Medium suspendiert und unter definierten Bedingungen behandelt werden. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden.

Die mit dem Verfahren gewonnenen Extrakte enthalten in hoher Konzentration saateigene phenolische Verbindungen wie beispielsweise Sinapin, Sinapinsäure oder deren Derivate, Tannine, Ferulasäure, Kaffeesäure oder deren Derivate. Die Extrakte können als Anti- oxidantien für Lebensmittel oder Non-Food-Anwendungen oder zu pharmazeutischen Zwecken oder als Additiv in Pflanzenschutzmitteln genutzt werden.

Durch die gezielte Wahl der Milieubedingungen und der Verfahrensweise bei der Extraktion der phenolischen Verbindungen wird die gleichzeitige Extraktion von hohen Anteilen nicht phenolischer Substanzen vermieden. Der Reinigungsaufwand für die Phenolpräparate wird damit erheblich reduziert. Insbesondere ist der Aufwand für die Entfernung von Proteinen deutlich reduziert.

Diese müssen aus dem Phenolextrakt entfernt werden, da sie mit den phenolischen Verbindungen reagieren können. Durch eine solche Reaktion würden die phenolischen Verbindungen ihr antioxidatives Potential verlieren. Proteine werden mit alkoholischen Lösemitteln gefällt und durch Filtration oder Zentrifugation vom Phenol- extrakt abgetrennt .

Vorteile bei der Extraktion phenolischer Verbindungen unter Einfluss von Ultraschall bei unterschiedlichen, beispielhaften Ausgestaltungen des Verfahrens :

- Bei der Extraktion phenolischer Verbindungen mit organischen Lösemitteln bei Raumtemperatur unter Einfluss von Ultraschall können antioxidative Effekte von Sinapin- säurederivaten aus Rapssamen und aus

Nebenprodukten der Senfölgewinnung aufgrund der höheren Extraktionsgeschwindigkeit im Vergleich zu anderen Extraktionsverfahren erhalten und genutzt werden.

- Bei der Extraktion in rein wässrigen Medien ist die Ausbeute phenolischer Verbindungen vergleichbar mit Phenolausbeuten bei wässrig- alkoholisehen Extraktionen.

- Höhere Reinheit, d.h. geringerer Anteil nicht phenolischer Stoffe im Extrakt in wässrigen Medien bei Einsatz von Ultraschall im Vergleich zur Extraktion ohne Ultraschall.

Ausführungsbeispiele

Zur Demonstration der Effizienz der oben genannten Einflussparameter wird die Herstellung von phenol- haltigen Extrakten an zwei Beispielen beschrieben.

In Beispiel 1 sind die Parameter so gewählt, dass mit rein wässrigen Extraktionen (mit mechanischem Zellaufschluss) vergleichbare Phenolausbeuten wie bei wässrig-alkoholischen Extraktionen (ohne mechanischen Zellaufschluss) erzielbar sind.

In Beispiel 2 wird durch die Wahl der Parameter gezeigt, dass bei gleicher Phenolausbeute wie in

Beispiel 1 der Anteil nicht phenolischer Verbindungen im Extrakt ohne mechanischen ZellaufSchluss und bei hoher Temperatur deutlich zunimmt.

Beispiel 1: Herstellung eines hoch phenolhaltigen Extraktes aus entöltem Rapsschrot

Das für die Phenolextraktion verwendete Schrot wurde industriell aus schwarzschaligem geschälten Raps hergestellt. Die Schalen werden durch Windsichtung vom Fruchtfleisch abgetrennt Der Schalenanteil in der

Fruchtfleischfraktion beträgt 15 %. Die Fruchtfleischfraktion wird mittels einer Flockierwalze auf eine Plättchendicke von 0,25 mm +/- 0,05 mm eingestellt. Die Rapsflocken werden mit Hexan entölt . Der Restfettgehalt im Extraktionsschrot beträgt ca. 2 %.

10 g des entölten Schrotes werden in 100 ml Wasser von 5 ⁰ C suspendiert und drei Minuten mit Ultraschall (Stativgerät, 400 W, 24 kHz) behandelt. Danach wird der Ansatz zentrifugiert . Der überstand der Zentrifugation ist der phenolhaltige Extrakt mit einer Phenolkonzentration von ca. 7-12 mg/g. Die phenolischen Substanzen bestehen dabei zu ca. 58 % aus Sinapin und zu ca. 10% aus Sinapinsäure .

In wässrig-alkoholischen Extraktionen (z.B.70% Methanol, 70% Ethanol oder 70% Isopropanol) enthält der überstand der Zentrifugation ca. 9-15 mg/g phenolische Verbindungen. Auch hier bestehen die phenolischen Substanzen zu ca. 58 % aus Sinapin und zu ca. 10 % aus Sinapinsäure .

Beispiel 2 : Herstellung eines phenolhaltigen Extraktes aus entöltem Rapsschrot

Als Ausgangsmaterial der Phenolgewinnung wird das gleiche Rapsschrot verwendet wie in Beispiel 1 beschrieben. 10 g des entölten Schrotes werden in 100 ml Wasser von 25 ⁰ C suspendiert und 30 Minuten mit einem Magnetrührer gerührt .

Danach wird der Ansatz zentrifugiert . Der überstand der Zentrifugation ist der phenolhaltige

Extrakt mit ca. 7-12 mg/g phenolischen Substanzen. Der Anteil nicht-phenolischer Verbindungen beträgt dabei ca. 50 %. Im Gegensatz dazu beträgt der Anteil nicht- phenolischer Stoffe bei der Extraktion mit voran- gehendem mechanischen ZellaufSchluss und niedriger Temperatur (Beispiel 1) ca. 32 %.

Der intensive mechanische Energieeintrag durch Ultraischall bewirkt, dass nach 1 Minute Ultraschall- behandlung im Extrakt etwa die gleiche Phenol- konzentration erreicht wird wie bei einem 30 minütigen Rührprozess .