DD250435A3 - Verfahren zur gewinnung fermentierbarer beta-sitosterolkristallisate aus uverseifbarkonzentraten der tallprodukte - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beruht auf einem Verfahren zur Gewinnung fermentierbarer b-Sitosterolkristalliate aus Unverseifbarkonzentraten aus der komplexen Aufarbeitung von Sulfatharzseifen, die aus Mischkochungen von Kiefer und Birke mit einem Birkenanteil unter 20 Gew.-% entstehen. Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines oekonomischen Verfahrens zur Gewinnung von fermentierbaren b-Sitosterolkristallisaten, das bei Einsatz des isolierten Produktes im mikrobiologischen Abbau optimale Raum/Zeitausbeuten sichert. Aufgabe der Erfindung ist es, die Isolierung von b-Sitosterolkristallisaten aus Unverseifbarkonzentraten unter wirtschaftlicher Weise so durchzufuehren, dass die bei der Fermentation inhibierend wirkenden Substanzen aus der b-Sitosterolkristallisation entfernt worden sind. Die erfindungegemaesse Loesung sieht vor, das Unverseifbarkonzentrat in einer 10- bis 30fachen Menge eines Alkohols, der 0,2- bis 10fachen Menge Aceton oder Ethylacetat und der 0,2- bis 7fachen Menge Wasser am Rueckfluss zu loesen, nach einer Heissfiltration eine ueber max. 6 h dauernde Kristallisation im Temperaturbereich von 18- bis 30C durchzufuehren und die abgeschiedenen Kristalle mit einem Loesungsmittelgemisch Methanol:Wasser:Aceton im Verhaeltnis von 60-80 zu 20-40 zu 0-30 zu waschen.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung fermentierbarer /3-Sitosterolkristallisate aus Unverseifbarkonzentraten der komplexen Aufarbeitung von Sulfatharzseifen, die aus Mischkochungen von Kiefer und Birke mit einem Birkenanteil unter 20Gew.-% entstehen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Gewinnung von Sterolen aus vegetabilen Stoffen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Diese Sterole sind im wesentlichen /3-Sitosterol, Stigmasterol und Campesterol nebst deren in gewissen Verhältnissen vorhandenen hydrierten Produkten. Weitere Sterole sind in geringeren Konzentrationen vorhanden.

Als Rohstoff der Sterolgewinnung werden u.a. die Tallprodukte sowie Abprodukte der Soja-, Sonnenblumen, Baumwollsaatoder Zuckerrohrverarbeitung eingesetzt. Je nach dem eingesetzten Rohstoff gestaltet sich der Prozeß der Sterolgewinnung differenziert, wenn man optimale Ergebnisse erzielen will. Es ist nicht verwunderlich, wenn zur Sterolgewinnung bekannte Grundoperationen wie Verseifen, Extrahieren, Kristallisieren oder Rektifizieren immer wieder neuartig angewendet und modifiziert werden, um Sterole aus einem gegebenen Grundmaterial für das gewählte Einsatzgebiet in gewünschter Qualität zu gewinnen.

So beinhaltet der Einsatz von Teilprodukten gegenüber dem Einsatz von Abprodukten aus der Ölsaatenverarbeitung gänzlich andere Probleme, die sich auch in differenzierten Verfahren der Sterolisolation niederschlagen. Tallprodukte entstehen als Anfallprodukt beim Zellstoffgewinnungsprozeß nach dem Sulfataufschluß von Kiefern- oder Laubhölzern. Während der reine Kiefernaufschluß im wesentlichen /3-Sitosterol und Campesterol (neben deren hydrierten Formen) liefert, beinhalten die Tallprodukte aus Laubholzaufschlüssen noch a-Sitosterol in erheblichen Mengen. Die weitestgehende Entfernung von a-Sitosterol aus den im wesentlichen /3-Sitosterol enthaltenden Finalprodukten ist für die Einsatzgebiete als Antihyperlipämikum oder als Ausgangsstoff für den mikrobiologischen Seitenkettenabbau notwendig (DD 202724, DD 202581, Fl 59416, Fl 57956, Fl 58333).

Es ist eine Tatsache, daß die Begleitstoffe des /3-Sitosterolkristallisates aus Teilprodukten aus Sulfataufschlüssen Komponenten enthalten, die die Reaktivität des jeweils für die Fermentation eingesetzten Bakterienstammes gravierend beeinflussen können. So wird für die Herstellung des/3-Sitosterolkristallisates (hierunter wird ein Kristallisat verstanden, beidemder/3-Sitosterolanteil einschließlich der hydrierten Form >80Gew.-% beträgt) jeweils das Gewinnungsverfahren angestrebt, das bei günstiger Ökonomie eine gute Fermentierbarkeit des /3-Sitosterolkristallisates gewährleistet (DE-OS 2936126 A1). Bei der Reinstdarstellung von /3-Sitosterolkristallisaten wird in der Regel von einem aus alkalischen Tallprodukten isolierten unverseifbaren Produkt ausgegangen, in dem die Sterole angereichert sind.

So wird in DE 862603 ein hochreines Sitosterolacetat nach Acetylierung der Rohsterole, Lösen in Methylenchlorid, Auskristallisieren der Verunreinigungen, Filtration und Abdampfen der Mutterlauge erhalten. Andere Verfahren wählen die Selektion aus Lösungsmitteln, bestehend aus halogenierten und gesättigten Kohlenwasserstoffverbindungen (US 2963494, US 2866797).

Im US 2835682 wird mittels einer Propanextraktion der Sterolausgangsstoffe eine Anreicherung der Sterole in Propan erzielt. Nach Propanverdampfung erfolgt die alkoholische Verseifung des Rückstandes, Zugabe von H₂O und Auskristallisation. In einem weiteren Verfahren (US 2957891) wird Mineralsäure zu den in Kohlenwasserstoffen gelösten unverseifbaren Bestandteilen der Tallprodukte mit dem Ziel der Auskristallisation und Isolation unter Zuhilfenahme von Filtrationshilfsmitteln dosiert. Der Filterkuchen muß über Neutralisation in mehreren nachgelagerten Schritten zu einem hochreinen /3-Sitosterolkristallisat aufgearbeitet werden

Die bekannten Verfahren beinhalten wesentliche Nachteile:

— In der Regel wird mit Lösungsmittelsystemen, wie z. B. halogenierten Kohlenwasserstoffen gearbeitet, die hinsichtlich des Umwelt- und Arbeitsschutzes erhebliche Konsequenzen bei großtechnischer Durchführung haben und hohe Investitionen erfordern.

— Die beschriebenen Verfahren haben bei angestrebtem hohem Reinheitsgrad eine Vielzahl von Prozeßstufen, die gleichsam hohe Investkosten verlangen und kompliziert zu steuern sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Entwicklung eines ökonomischen Verfahrens zur Gewinnung von fermentierbaren /3-Sitosterolkristallisaten aus Unverseifbarkonzentraten der Sulfatseifenaufbereitung unter weitestgehender Vermeidung von Umweltbelastungen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Isolierung von /3-Sitosterolkristallisaten aus Unverseifbarkonzentraten in wirtschaftlicher Weise so durchzuführen, daß die bei der Fermentation der /3-Sitosterolkristallisate inhibierend wirkenden Substanzen aus den /3-Sitosterolkristallisaten weitestgehend entfernt werden.

Als dem Verfahren zugrunde gelegter Ausgangsstoff wird ein Unverseifbarkonzentrat als ein isolierter Feststoff aus Tallprodukten definiert, der bei max. 20% Laubholzanteil im Sulfataufschluß durch die Anwesenheit von Na-Salzen der Harzsäuren und Fettsäuren alkalisch reagiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Unverseifbarkonzentrat bezogen aufsein Gewicht mit der 10- bis 30fachen Menge eines Alkohols mit niedriger Kohlenstoffzahl, der 0,2- bis 10f achen Menge Aceton oder Ethylacetat und der 0,2-bis7fachen Menge Wasser versetzt und für 0,5 bis 2 h unter Rückflußkochung bei der sich bei dem entsprechenden System einstellenden mittleren Siedetemperatur gelöst wird.

Ein wesentlicher Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erhöhung der Reinheit des Produktes ist die Heißfiltration mit der anschließenden Abkühlung der Lösung auf Temperaturen zwischen 18 und 30°C. Nach einer isothermen Kristallisationszeit bis zu 6h werden die Kristalle über Filtersysteme von der Mutterlauge getrennt. Die noch in Spuren im feuchten Kristallisat vorhandenen komplex wirkenden Inhibitoren werden durch Waschen des Filterkuchens mit einem Gemisch aus Methanol/H₂O/ Aceton im Verhältnis von 6-9 zu 0,2-4 zu 0-3 bei Temperaturen unter 25°C entfernt. Der gewaschene Filterkuchen wird anschließend getrocknet. Es wurde nun gefunden, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein /3-Sitosterolkristallisat erzeugt wird, das keine bezüglich des mikrobiologischen Seitenkettenabbaus inhibierend wirkende Verunreinigungen enthält. Das heißt, ein derartiges /3-Sitosterolkristallisat führt im mikrobiologischen Seitenkettenabbau zu dem mit dem gewählten Mikroorganismus erreichbaren Zielprodukt in optimaler Größenordnung.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist an keine verfahrenstechnischen Besonderheiten gebunden. Damit wird gesagt, daß die Lösevorgänge der Unverseifbarkonzentrate nebst Rückflußkochung im erfindungsgemäßen Verfahren in üblichen, dafür geeigneten Apparaturen aus nichtrostendem Stahl oder Glas erfolgen können. Die Heißfiltration gelingt gleichfalls beispielsweise über Sack- oder Patronendruckfilter. Die Kristallisation kann sowohl in Vakuum-Kristallisationsvorrichtungen als auch in Rührwerkskristallisatoren erfolgen. Bei den sich anschließenden Filtersystemen haben sich Druckfilternutschen als günstig erwiesen. Sie gestatten die einfache Wäsche des abgeschiedenen /3-Sitosterolkristallisates. Gegenüber den bekannten Verfahren der Herstellung von /3-Sitosterolkristallisaten aus Tallprodukten weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile auf:

— Das Verfahren gestattet den Einsatz eines durch Na-SaIze von Harz- und Fettsäuren verunreinigten Unverseifbarkonzentrates. Es stellt keine hohen Anforderungen an die Isolation von reinem Unverseifbaren aus alkalischen Tallprodukten und ist damit technisch und technologisch unkompliziert zu betreiben.

— Das Verfahren vermeidet sich wiederholende Reinigungsstufen wie mehrfache Kristallisation des Produktes.

— Das Lösungsmittelsystem im erfindungsgemäßen Verfahren ist gegenüber bekannten Lösungsmittelsystemen umweltfreundlicher und wenig toxisch.

— Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet über einfache Verdampfungsvorgänge die Lösungsmittelrückgewinnung bei konstanter Zusammensetzung.

— Das Verfahren ist kostengünstig zu betreiben.

— Bei vergleichbarer oder geringerer /3-Sitosterolkonzentration im Kristallisat liefert das erfindungsgemäße Verfahren verbesserte Fermentationsabläufe.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung soll an nachstehenden Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Beispiel 1 '

25g eines Unverseifbarkonzentrates, das 15,3% Harzsäure und 0,5% Fettsäure als Na-Salze enthält, wurden gemäß DD 202581 mit 25g Methanol versetzt, bis zum Siedepunkt erhitzt und anschließend auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Kristallisationszeit betrug 4h. Das Kristallisat wurde isoliert und mit Aceton (3 χ 10ml) gewaschen. Nach Trocknung betrug die Auswaage 5,2g. Das Produkt war hellbraun. Die GC-Analyse lieferte einen Gesamtsterolgehalt von 78%. Der mikrobiologische Seitenkettenabbau mit einem standardisierten Bakterium unter definierten Bedingungen zu Androstendion wies eine Fermentierbarkeit von 65%, bezogen auf 100% für ein hochreines Sterolprodukt, aus.

Beispiel 2

25g eines Unverseifbarkonzentrates, das 15,3% Harzsäure und 0,5% Fettsäure (als Na-Salze) enthält, wurden mit 250ml Methanol, 15ml Aceton und 25ml H₂O für 2 Stunden unter Rückflußkochung gelöst. Nach der Heißfiltration wurde das Sterolkristallisat durch Kühlen der Lösung auf T = 26°C bei isothermer Kristallisationszeit von 4h ausgeschieden und die Kristalle isoliert. Die Kristalle wurden mit einem Methanol/H₂O-Gemisch von 80 zu 20 (2 χ 10ml) gewaschen und anschließend getrocknet. Die Auswaage betrug 5,4g. Das nach dem erfindungsgemäßen Beispiel hergestellte /3-Sitosterolkristallisat hatte einen Gesamtsterolgehaltvon92%. Der Fermentationstest gemäß Beispiel 1 wies für dieses Produkt eine Fermentierbarkeitvon

Eine /3-Sitosterolqualität, ausgewiesen als Antihyperlipämikum, mit einem Gesamtsterolgehalt von 96% wies im Fermentationstest nur eine Fermentierbarkeit von 95%, bezogen auf hochreines ^-Sitosterol, aus.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (Beispiel 2) hergestellte /3-Sitosterolkristallisat wies trotz eines niedrigeren Sterolgehaltes (92%) die besseren Fermentationseigenschaften aus.

Claims (3)

1. Verfahren zur Gewinnung fermentierbarer/3-Sitosterolkristallisate aus Unverseifbarkonzentraten der Tallprodukte, gekennzeichnet dadurch, daß das Konzentrat in einem Lösungsmittel, bestehend aus der 10- bis 30fachen Menge eines Alkohols der C-Zahl 1 bis 3, der 0,2- bis lOfachen Menge Aceton oder Ethylacetat und der 0,2- bis 7fachen Menge Wasser, jeweils bezogen auf das Gewicht des Konzentrates, bei Siedetemperatur gelöst, die Lösung heiß filtriert und anschließend während 1 bis 6 Stunden bei einerTemperatur zwischen 18 und 30⁰C der Kristallisation unterworfen wird und der Filterkuchen des /3-Sitosterolkristallisates im feuchten Zustand mit einem Lösungsmittelgemisch, bestehend aus 60 bis 80 Gew.-% Methanol, 20 bis 40 Gew.-% Wasser und 0 bis 20Gew.-% Aceton unterhalb 25°C gewaschen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Alkoholkomponente im Lösungsmittelgemisch des Unverseifbarkonzentrates Methanol ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Kristallisationstemperatur vorzugsweise 24 bis 26°C beträgt.