AT513907B1 - Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen aus einem flüssigen Rohstoff - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen, insbesondere Phytochemikalien, wie z.B. Polyphenole, Farbstoffe, Antioxydantien und dergleichen, aus einem flüssigen Rohstoff, wie z.B. Lipiden, Fermentationsbrühen oder Lösungsmittelauszügen, wird der Rohstoff in einer Mischvorrichtung (5) mit einem komprimierten Extraktionsmittel, insbesondere CO2, aus einem Speicherbehälter (1) vermischt, worauf die Mischung einem Vorkonzentratabscheider (13) zugeführt wird und die im Extraktionsmittel höher löslichen Komponenten in einer ersten Anreicherungsstufe von den ungelösten Bestandteilen getrennt werden, wobei das beladene Extraktionsmittel aus dem Vorkonzentratabscheider (13) abgezogen wird und die ungelösten Bestandteile als Vorkonzentrat verbleiben, wobei das beladene Extraktionsmittel über ein Abscheidersystem geführt wird, in dem die gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel getrennt werden, wobei das gereinigte Extraktionsmittel dem Speicherbehälter (1) rückgeführt wird und das Vorkonzentrat in einer zweiten Anreicherungsstufe weiter aufkonzentriert wird.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen, insbesonderePhytochemikalien, wie z.B. Polyphenole, Farbstoffe, Antioxydantien und dergleichen, aus einemflüssigen Rohstoff, wie z.B. Lipiden, Fermentationsbrühen oder Lösungsmittelauszügen, sowieeine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

[0002] Die Anreicherung von Wertstoffen aus Flüssigkeiten, wie z.B. Lipiden ist sowohl in derFarbstoff- als auch in der Lebensmittelindustrie von großer Bedeutung. Auch die Kosmetikin¬dustrie und die pharmazeutische Industrie - insbesondere der Sektor zur Herstellung von soge¬nannten "Nutraceuticals" - nützt die Vorteile von natürlichen Konzentraten, Farbstoffen undAromen.

[0003] Ein Beispiel eines wertstoffenthaltenden Lipids ist Paprikaoleoresin (auch Paprikaextraktgenannt), ein Extrakt aus der roten Paprikafrucht. Es enthält unter anderem Capsanthin undCapsorubin, die für die rote Farbe der Paprikafrucht verantwortlich sind. Das Paprika-Extraktwird in öl- und wasserlöslichen Handelspräparaten zur Färbung von Fleisch- und Fischkonser¬ven, Süßwaren (Marzipan), Mayonnaisen, Würsten sowie von Kosmetika eingesetzt. Auch alsFuttermittelzusatzstoff für Eidotter- und Hautpigmentierung von Mastgeflügel finden die beidenFarbstoffe Verwendung.

[0004] Die Höhe der Farbstoffkonzentration in verschiedenen Extrakten, wie z.B. Paprikaextraktwird gemeinhin in "Color Units" (CU) - also Farbeinheiten - gemessen. Hohe Werte an ColorUnits, demgemäß also eine hohe Konzentration der Wertstoffe, finden in der Industrie bevor¬zugt Anwendung, da diese eine Vielzahl an Vorteilen aufweisen.

[0005] Höher konzentrierte Wertstoffe weisen eine wesentlich höhere Stabilität und Haltbarkeitauf als Wertstoffe mit geringeren Konzentrationen. Einer der Gründe hierfür ist, dass höherkonzentrierte Wertstoffe einen geringeren Ölanteil als Wertstoffe mit niedrigeren Konzentratio¬nen aufweisen und daher weniger leicht ranzig werden.

[0006] Zusätzlich sind höhere Konzentrationen wegen deren leichterer Einmischbarkeit in dieerwünschten Endprodukte vorteilhaft. Als weiterer Vorteil von höher konzentrierten Wertstoffensei deren wesentlich geringeres Gewicht genannt, welches diese verglichen mit unkonzentrier¬ten Ausgangstoffen aufweisen, woraus sich ein weiterer Vorteil für die Nutzung von Konzentra¬ten ergibt - nämlich die wesentlich niedrigeren Transportkosten.

[0007] Es sind daher bereits eine Reihe von Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen ausflüssigen Rohstoffen vorgeschlagen worden. Exemplarisch sei die mehrstufige, destillativeExtraktion von Omega-3 Fettsäuren aus verestertem Fischöl genannt. Weiters ist es beispiels¬weise bekannt Carotinoidkonzentrat aus Algenöl und Lycopenkonzentrat aus Tomatenöl zugewinnen.

[0008] Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass die Wertstoffe mit lediglich geringerEffizienz angereichert werden. Weiters sind ein hoher apparativer Aufwand und ein hoher Kos¬tenaufwand zur Durchführung dieser Verfahren notwendig.

[0009] Diese Nachteile sind zu vermeiden. Die vorliegende Erfindung zielt daher darauf ab, einVerfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche(s) die Anreicherung einer Vielzahl vonWertstoffen aus flüssigen Ausgangssubstanzen mit geringem apparativen und geringem Kos¬tenaufwand bei gleichzeitig hoher Effizienz bereitstellt.

[0010] Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemäße Verfahren der eingangsgenannten Art im Wesentlichen darin, dass der flüssige Rohstoff in einer Mischvorrichtung miteinem komprimierten Extraktionsmittel, insbesondere C02, aus einem Speicherbehälter ver¬mischt wird, woraufhin die Mischung einem Vorkonzentratabscheider zugeführt wird und die imExtraktionsmittel vorwiegend leichter löslichen Substanzen von den ungelösten Bestandteilen,welche ungelöste Wertstoffe einschließen, getrennt werden, wobei das beladene Extraktions¬mittel aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen wird und die ungelösten Bestandteile als

Vorkonzentrat verbleiben, wobei das beladene Extraktionsmittel über ein Abscheidersystemgeführt wird, in dem die gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel getrennt werdenund das gereinigte Extraktionsmittel dem Speicherbehälter rückgeführt wird.

[0011] Das Extraktionsmittel wird somit zur Extraktion von besser löslichen Substanzen, wiez.B. kurzkettigen Lipiden verwendet, sodass die weniger löslichen bzw. unlöslichen Substan¬zen, wie z.B. die langkettigen Lipidbestandteile samt den unter den jeweils vorherrschendenBedingungen schwer löslichen Wertstoffen Zurückbleiben.

[0012] Die Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere durch dieKreislaufführung des Extraktionsmittels sichergestellt. Bevorzugt wird das Extraktionsmittelwährend der gesamten Kreislaufführung im komprimierten Zustand belassen, sodass einevollständige Entspannung und nachfolgende Rekomprimierung und der damit verbundeneAufwand vermieden werden kann.

[0013] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anreicherung zweistufig erfolgt, wobei dieWertstoffe mit den gering löslichen Bestandteilen des Rohstoffs in einer ersten Anreicherungs¬stufe zu einem Vorkonzentrat aufkonzentriert werden und das Vorkonzentrat in einer zweitenAnreicherungsstufe zu einem Endkonzentrat aufkonzentriert wird. Falls erforderlich wird diezweite Anreicherungsstufe hierbei mit im Vergleich zur ersten Anreicherungsstufe geändertenDruck- und/oder Temperaturbedingungen durchgeführt. Die zweistufige Anreicherung kannentweder kontinuierlich oder diskontinuierlich ablaufen. Das Vorkonzentrat wird also entwederkontinuierlich aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen und einem dem Vorkonzent¬ratabscheider nachgeschalteten Extraktor zugeführt, in welchem es anschließend unter erneu¬ter Einspeisung von Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter weiter aufkonzentriert wird. DerVorkonzentratabscheider kann hierbei in Form eines Zyklonabscheiders ausgeführt sein. Oderdas Verfahren ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dahingehend weiterge¬bildet, dass das Vorkonzentrat im Vorkonzentratabscheider nach Beendigung der Rohstoffein¬speisung mit komprimiertem Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter weiter zur gewünsch¬ten Konzentration angereichert wird. Als Vorteil des kontinuierlichen Prozesses ist zu sehen,dass die Vorkonzentration der Wertstoffe im Vorkonzentratabscheider und deren weitere Kon¬zentration im nachgeschalteten Extraktor zeitgleich stattfinden. Es muss also nicht erst gewartetwerden, bis das beladene Extraktionsmittel aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogenwurde, um erneut Extraktionsmittel in den Vorkonzentratabscheider einzuspeisen - wie dies imdiskontinuierlichen Ablauf der Fall ist. Parallel zur Herstellung des Vorkonzentrats im Vorkon¬zentratabscheider kann im kontinuierlichen Prozess nämlich ein erneutes Zuführen von Extrak¬tionsmittel in den nachgeschalteten Extraktor und somit die finale Anreicherung der Wertstoffestattfinden.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass daskomprimierte Extraktionsmittel - exemplarisch sei hier Kohlendioxid genannt - in flüssigem oderüberkritischem Zustand im Vorkonzentratabscheider und ggf. im nachgeschalteten Extraktorvorliegt. Der Vorteil des überkritischen C02 gegenüber flüssigem Kohlendioxid liegt darin be¬gründet, dass die überkritische Phase sowohl eine geringere Viskosität als auch eine geringereOberflächenspannung aufweist als ihr flüssiges Pendant. Durch die geringe Viskosität wird einehohe Diffusion bzw. durch die intensive Durchmischung des Rohstoffes mit dem überkritischenFluid wird ein umgehender Stoffübergang erreicht. Diese Eigenschaft stellt also eine Extraktionvon im jeweiligen Extraktionsmittel lösbaren Substanzen aus dem flüssigen Rohstoff sicher.

[0015] Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt dahingehend weitergebildet, dass derDruck im Vorkonzentratabscheider so gewählt ist, dass sich die leichter löslichen Substanzenstärker im Extraktionsmittel lösen als der anzureichernde schwerer lösliche Wertstoff. Der Druckim Vorkonzentratabscheider bzw. gegebenenfalls im nachgeschalteten Extraktor wird alsoderart eingestellt, dass sich die leichter löslichen Substanzen (z.B. kurzkettige Lipide) lösen,während die schwer lösliche Fraktion (z.B. langkettige Lipide, Carotenoide, Phytochemikalien)in ungelöster Form im Vorkonzentratabscheider bzw. gegebenenfalls im nachgeschaltetenExtraktor verbleibt. Insbesondere sollte der Druck derart gewählt sein, dass sich der Wertstoff kaum bzw. gar nicht löst. Der Druck im Vorkonzentratabscheider bzw. gegebenenfalls im nach¬geschalteten Extraktor ist hierbei bevorzugt zwischen 150 und 450 bar gewählt. Besondersbevorzugt liegt der Druck zwischen 250 bis 400 bar.

[0016] In vorteilhafter Weise ist das erfindungsgemäße Verfahren dahingehend weitergebildet,dass die Temperatur im Vorkonzentratabscheider derart gewählt ist, dass ein für die Trennungausreichender Dichteunterschied erreicht wird. Erfindungsgemäß beträgt die Temperatur imVorkonzentratabscheider zwischen 20 und 100°C. Hierdurch wird eine ausreichend geringeDichte des Extraktionsmittels und der darin gelösten Substanzen erreicht was bewirkt, dass dassomit beladene Extraktionsmittel im Vorkonzentratabscheider nach oben steigt und in der Folgeabgezogen werden kann.

[0017] Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere dahingehend weitergebildet sein,dass die Trennung der gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel durch eine Ände¬rung der Löslichkeit, insbesondere eine Druck- und/oder eine Temperaturänderung, begünstigtwird.

[0018] In vorteilhafter Weise kann die Trennung der gelösten Substanzen vom beladenenExtraktionsmittel im erfindungsgemäßen Verfahren auch durch eine Adsorption oder einenMembranprozess erfolgen.

[0019] Insbesondere kann es vorgesehen sein Tomatenöl, Haselnussöl, Algenöl, Krustentieröl,Paprikaoleoresin, Reisschalenöl, Kaffeeöl, Fettsäuredestillat, Fermentationsbrühen oder gerös¬tetes, aromatisches Öl als flüssigen Rohstoff zur nachfolgenden Anreicherung der darin enthal¬tenen Wertstoffe zu verwenden und demgemäß Lycopen, Haselnussaroma, Carotinoide, Farb¬stoffe, Nutraceuticals, Kaffeearomen, Tocopherol oder Röstaromen als konzentrierten Wertstoffanzureichern.

[0020] Das erfindungsgemäße Verfahren ist in vorteilhafter Weise derart weitergebildet, dassdas Endkonzentrat über einen Endkonzentratabscheider ausgetragen wird, in welchem das imEndkonzentrat verbliebene Extraktionsmittel abgetrennt wird. Dieser Schritt gewährleistet eineweitere Abtrennung des im Wertstoffkonzentrat verbliebenen Extraktionsmittels, was zur Folgehat, dass das Endprodukt des beanspruchten Verfahrens in einer weitaus reineren Form vor¬liegt als ohne diesen letzten Schritt und dass ein höherer Anteil an Extraktionsmittel in denSpeicherbehälter rückgeführt werden kann.

[0021] Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfah¬rens weist einen Speicherbehälter für ein komprimiertes Extraktionsmittel, einen Speicherbehäl¬ter für flüssigen Rohstoff, eine Mischvorrichtung, die an den Speicherbehälter für das kompri¬mierte Extraktionsmittel und an den Speicherbehälter für flüssigen Rohstoff angeschlossen ist,einen mit der Mischvorrichtung verbundenen Abscheider, der eine Austragsöffnung zur Abgabeeines beladenen Extraktionsmittels und eine Austragsöffnung zur Abgabe eines Vorkonzentratsbesitzt, auf, wobei die Austragsöffnungen zur Abgabe des beladenen Extraktionsmittels miteinem Abscheidersystem verbunden ist, welches über eine Rückführungsleitung mit dem Spei¬cherbehälter für das komprimierte Extraktionsmittel verbunden ist.

[0022] Für eine intensive Durchmischung des Extraktionsmittels mit den flüssigen Rohstoffenkann die erfindungsgemäße Ausbildung derart weitergebildet sein, dass die Mischvorrichtungals statischer Mischer, Mischkammer oder Düse ausgebildet ist.

[0023] Um die Extraktion von schwer extrahierbaren Medien und/oder solchen mit Feststoffan¬teil zu gewährleisten, kann die erfindungsgemäße Ausbildung weiters bevorzugt derart getroffensein, dass der nachgeschaltete Extraktor als Dünnschichtextraktor oder als Kolonnenextraktorausgebildet ist. Unter einem Dünnschichtextraktor ist eine Vorrichtung zu verstehen, wie siebeispielsweise der WO 2004/018070 A1 zu entnehmen ist. Ein solcher Dünnschichtextraktorweist einen druckfesten Reaktor mit wenigstens einer Aufgabeöffnung für das zu behandelndeVorextrakt und das komprimierte Extraktionsmittel sowie entsprechende Austragsöffnungen auf,wobei die Aufgabeöffnung für das zu behandelnde Vorextrakt am Innenmantel des Reaktorsmündet, an dem sich eine filmartige Schicht des Vorextrakts ausbildet. Im Inneren des Reaktors ist ein Rotor angeordnet, dessen radiale Arme mit dem Vorkonzentratfilm am Innenmantel desReaktors Zusammenwirken. Durch die Verwendung eines Reaktors, in dessen Inneren einRotor angeordnet ist, wird die Möglichkeit geschaffen, die mechanische Einwirkung durch zu¬sätzliches Einwirken von Zentrifugalkräften vorzunehmen, wobei eine entsprechend rascheRotation zur Aufbringung der gewünschten Zentrifugalkraft erfolgen kann. Gleichzeitig bildet derRotor die Werkzeuge für eine mechanische Bearbeitung des dünnen Filmes, welche im ein¬fachsten Fall von Wischern, Rollen, Rakelmessern oder dergleichen gebildet werden können.Die Dicke des Filmes wird hierbei durch den voreingestellten Abstand des rotierenden Werk¬zeugs zum Innenmantel des Reaktors bestimmt. Die Werkzeuge, wie z.B. Rollen, können eineschraubenlinienförmige Profilierung aufweisen, aber auch konisch, konkav oder konvex ausge¬führt sein, wobei die Profilierung beim Abrollen entlang des Vorkonzentratfilms gleichzeitig eineAbwärtsbewegung des Filmes in Richtung zur Austragsöffnung begünstigt. Im Gegenstrom zumVorkonzentrat wird nun das Extraktionsmittel in den Reaktor eingeführt, wobei die entsprechen¬de Aufgabeöffnung im Bodenteil ausgebildet ist. Das Extraktionsmittel steigt im Inneren desReaktors auf und gelangt in intensiven Kontakt mit dem Vorkonzentratfilm, wobei die dem Ex¬traktionsmittel ausgesetzte Oberfläche des Films durch den von den rotierenden Werkzeugenbewirkten Walk- bzw. Knetvorgang ständig erneuert wird. Das beladene Extraktionsmittel kannin der Folge über eine im Deckel vorgesehene Austrittsöffnung abgezogen werden. Die erfin¬dungsgemäße Vorrichtung ist derartig ausgebildet, dass die Austragsöffnung des Vorkonzent¬ratabscheiders zur Abgabe des Vorkonzentrats mit einem nachgeschalteten Extraktor in Ver¬bindung steht und dass in der den Vorkonzentratabscheider mit dem nachgeschalteten Extrak¬tor verbindenden Leitung eine weitere Mischvorrichtung angeordnet ist, die mit dem Speicher¬behälter verbunden ist. Diese weitere Mischvorrichtung ermöglicht eine zusätzlich Abtrennungvon im Extraktionsmittel gelösten Substanzen und begünstigt somit die Gewinnung eines End¬produktes mit sehr hoher Reinheit.

[0024] Die Vorrichtung kann erfindungsgemäß dahingehend ausgeführt sein, dass nach demvorher erwähnten Extraktor zur weiteren Aufkonzentrierung zusätzliche Extraktoren angeordnetwerden, wobei die Zuführung jeweils über eine Mischvorrichtung erfolgt, in der jeweils frischesExtraktionsmittel und entsprechend vorkonzentriertes Wertstoffgemisch aus dem jeweiligenvorherigen Extraktor intensiv durchmischt werden.

[0025] In vorteilhafter Weise ist die Vorrichtung dahingehend weitergebildet, dass das Abschei-dersystem mindestens zwei Abscheider umfasst, die unter Zwischenschaltung wenigstens einesDrosselventils miteinander verbunden sind. Dadurch wird gewährleistet, dass in den verschie¬denen Abscheidern des Systems unterschiedliche Drücke herrschen, die gegenüber dem Druckim Vorkonzentratabscheider geringer gewählt sind, was bewirkt, dass sich die im Extraktions¬mittel gelösten Substanzen wieder vom Extraktionsmittel trennen lassen und dass das gereinig¬te Extraktionsmittel zum Speicherbehälter rückgeführt werden kann.

[0026] Bevorzugt ist die Vorrichtung derart ausgeführt, dass eine Austragsöffnung des Vorkon¬zentratabscheiders oder des nachgeschalteten Extraktors zur Abgabe des Vor- bzw. Endkon¬zentrats mit einem Endkonzentratabscheider verbunden ist, dessen Austragsöffnung zur Rück¬gewinnung des verbleibenden Extraktionsmittels über eine Leitung und einen nachgeschaltetenKompressor mit dem Speicherbehälter verbunden ist.

[0027] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Inden nachfolgenden Verfahrensbeispielen ist jeweils eine zweistufige Anreicherung von Wert¬stoffen beschrieben. Dabei wird der zweite Anreicherungsschritt nach Abschluss des erstenAnreicherungsschritts durchgeführt, sodass es sich insgesamt um eine diskontinuierliche Ver¬fahrensweise handelt.

[0028] Beispiel Nr. 1 [0029] Schritt Nr. 1 [0030] 5463g des Paprika Oleoresins (30070CU) wurden mit einem Massenstrom von 9,2g/minradial zu überkritischem C02 (350bar, 50 °C) in eine von einem Rohr gebildete Mischeinrichtung eingespritzt. Der Massendurchfluss des C02 betrug 33kg/h. Die in der Mischeinrichtung entste¬hende Mischung aus beladenem C02 und dem in C02 ungelösten Anteil des Oleoresins wurdezu einem Vorkonzentratabscheider geführt, in dem das beladene C02 von dem in C02 ungelös¬ten Anteil des Oleoresins getrennt wurde. Das beladene C02 wurde weiter in ein Abscheider¬system entspannt. Der ungelöste Teil des Oleoresins wurde im Vorkonzentratabscheider akku¬muliert. Nach 600 Minuten wurden mit dem beladenen C02 4211g Paprikaextrakt (Farbstoffwert10035CU) aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen und können als Nebenprodukt ver¬wertet werden. Der im Vorkonzentratabscheider aufkumulierte Rückstand wog 1252g und hatteeinen Farbstoffwert von 59700CU.

[0031] Schritt Nr. 2 [0032] 1252g des in Schritt 1 erhaltenen Vorkonzentrats (Paprika Oleoresin mit einem Farbwertvon 59760CU) wurden in einen Extraktor vorgelegt. Als Extraktor kann hierbei der in Schritt 1verwendete Vorkonzentratabscheider oder ein gesondertes Aggregat verwendet werden. DasVorkonzentrat wurde mit überkritischem C02 mit 33kg/h bei 350bar und 50 °C extrahiert. Nachetwa 150 Minuten bzw. 83kg C02 wurden mit dem beladenen C02 548g Oleoresinextrakt (Farb¬stoffwert 10420CU) aus dem Extraktor abgezogen. Der zurückgebliebene Rückstand (704g) imExtraktor erreichte dabei einen Farbstoffwert von 104000CU.

[0033] Beispiel Nr. 2 [0034] Schritt Nr. 1 [0035] 3542g des Paprika Oleoresins (30070CU) wurden mit einem Massenstrom von 9,2g/minradial zu überkritischem C02 (350bar, 50^) in eine von einem Rohr gebildete Mischeinrichtungeingespritzt. Der Massendurchfluss des C02 betrug 33kg/h. Die in der Mischeinrichtung entste¬hende Mischung aus beladenem C02 und dem in C02 ungelösten Anteil des Oleoresins wurdezu einem Vorkonzentratabscheider geführt, in dem das beladene C02 von dem in C02 ungelös¬ten Anteil des Oleoresin getrennt wurde. Das beladene C02 wurde weiter in ein Abscheidersys¬tem entspannt. Der ungelöste Teil des Oleoresins wurde im Vorkonzentratabscheider akkumu¬liert. Nach 385 Minuten wurden mit dem beladenen C02 2505g Paprikaextrakt (Farbstoffwert10060CU) aus dem Vorkonzentratabscheider abgezogen und können als Nebenprodukt ver¬wertet werden. Der im Vorkonzentratabscheider aufkumulierte Rückstand wog 1037g und hatteeinen Farbstoffwert von 58852CU.

[0036] Schritt Nr. 2 [0037] 1037g des in Schritt 1 erhaltenen Vorkonzentrats (Paprika Oleoresin mit einem Farbwertvon 59760CU) wurden in einen Extraktor vorgelegt. Als Extraktor kann hierbei der in Schritt 1verwendete Vorkonzentratabscheider oder ein gesondertes Aggregat verwendet werden. DasVorkonzentrat wurde mit überkritischem C02 mit 33kg/h bei 350bar und 50 °C extrahiert. Nachetwa 135 Minuten bzw. 75kg C02 wurden mit dem beladenen C02 485g Oleoresinextrakt (Farb¬stoffwert 10082CU) aus dem Extraktor abgezogen. Der zurückgebliebene Rückstand (552g) imExtraktor erreichte dabei einen Farbstoffwert von 105348CU.

[0038] Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnungschematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen [0039] Fig. 1 eine Vorrichtung für das diskontinuierliche Verfahren gemäß der vorliegenden

Erfindung und [0040] Fig. 2 eine Vorrichtung für das kontinuierliche Verfahren gemäß der vorliegenden

Erfindung.

[0041] In Fig. 1 ist ein Speicherbehälter für das komprimierte Extraktionsmittel mit 1 und einSpeicherbehälter für den flüssigen Rohstoff mit 2 bezeichnet. Die Speicherbehälter 1 und 2 sindüber die Leitungen 3 und 4 mit der Mischvorrichtung 5 verbunden. In Leitung 3 wird das Extrak¬tionsmittel durch den Einsatz der motorbetriebenen Pumpe 7 verdichtet und dadurch auf dasgewünschte Druckniveau gebracht. Zur Vermeidung von Kavitation in Pumpe 7 wird entwedereine Vordruckpumpe 6 oder ein Vorkühler in Leitung 3 eingebaut. Zusätzlich bringt der Wärme¬ tauscher 8 das komprimierte Extraktionsmittel auf die gewünschte Temperatur. Gleichsam sorgtder Wärmetauscher 9, welcher sich in Leitung 4 befindet, für ein Einstellen der Temperatur derflüssigen Rohstoffe. Der Durchfluss des komprimierten Extraktionsmittels und der flüssigenRohstoffe kann hierbei mit Hilfe von Drehzahlreglern an den Pumpen 7 und 12 gesteuert wer¬den. Da der Lösungsprozess abhängig von der durchgesetzten Extraktionsmittelmenge ist,beeinflusst das Verhältnis von flüssigem Rohstoff zu Volumenstrom des Extraktionsmittels dieExtraktionsleistung und kann durch die Drehzahlregelungen der Pumpen 7 und 12 individuelleingestellt werden. Der durch das Absperrventil 10 geleitete flüssige Rohstoff wird mittels dernachgeschalteten Pumpe 12 in die Mischvorrichtung 5 eingespeist, während das komprimierteExtraktionsmittel die Mischvorrichtung 5 über Leitung 3 erreicht. In der Mischvorrichtung 5,welche bevorzugt als statischer Mischer ausgebildet ist, werden die beiden Komponenten in¬tensiv gemischt. In der Folge entsteht ein disperses Gemisch aus Extraktionsmittel und flüssi¬gem Rohstoff. Dieses Gemisch wird aus der Mischvorrichtung 5 abgezogen und in den Vorkon¬zentratabscheider 13 verbracht. Im Vorkonzentratabscheider 13 herrscht z.B. ein Druck von 350bar bei einer Temperatur von z.B. 50°C. Hierbei liegen die leichter löslichen Komponenten wiez.B. die kurzkettigen Lipide in gelöster Form im Extraktionsmittel vor, während sich die Fraktionder schwerlöslichen Komponenten wie z.B. die langkettigen Lipide sowie die Wertstoffe unge¬löst im Vorkonzentratabscheider 13 befinden. Der Dichteunterschied der beiden Fraktionenführt zur Bildung zweier Phasen - im Extraktionsmittel die leichter löslichen Komponenten wiez.B. kurzkettige Lipide als erste Phase und ungelöste schwerlöslichen Komponenten wie z.B.langkettige Lipide und Wertstoffe als zweite Phase. Die erste der zuvor beschriebenen belade¬nen Phasen steigt in weiterer Folge aufgrund ihrer geringeren Dichte nach oben und wird dortüber die Austragsöffnung 14 abgezogen. Das gewählte Druck- und Temperaturniveau gewähr¬leistet hierbei einen ausreichenden Dichteunterschied zwischen den beiden Phasen. Im Vor¬konzentratabscheider 13 ist ein entsprechendes Verteilersystem eingebaut.

[0042] Die Austragsöffnung 14 ist über die Leitung 15 mit einem Abscheidersystem verbunden,welches aus zwei dem Vorkonzentratabscheider nachgeschalteten Abscheidern 16 und 17besteht. Die Leitung 15 besitzt weiters ein Drosselventil 18, welches den Extraktionsmittelstromje nach Bedarf regelt. Das jeweilige Druckniveau in den nachgeschalteten Abscheidern 16 und17 wird stufenweise gesenkt, wobei der Abscheider 16 einen Innendruck von beispielsweise 90- 120 bar und der Abscheider 17 einen Innendruck von beispielsweise lediglich 40 - 60 baraufweist. Die beiden Abscheider 16 und 17 sind über die Leitung 19 miteinander verbunden,wobei der Druck des beladenen Extraktionsmittels in Abscheider 16 durch ein weiteres Drossel¬ventil 20 reguliert wird und über den Wärmetauscher 21 eine Erhöhung der Temperaturund/oder eine Verdampfung des Extraktionsmittels erreicht wird. Über die Leitungen 22 und 23können also mittels der Regelventile 24 und 25 die vom Extraktionsmittel abgeschiedenenschwerlöslichen Komponenten wie z.B. Triglyceride und Wertstoffe abgezogen werden, wobeidas nun unbeladene Extraktionsmittel über Leitung 35 und unter Zwischenschaltung einesKondensators 27 erneut dem Speicherbehälter 1 zugeführt wird. Das den Speicherbehälter 1erreichende Extraktionsmittel besitzt zu diesem Zeitpunkt also bereits wieder die richtige Tem¬peratur und den richtigen Druck, um erneut dem Verfahren zugeführt zu werden.

[0043] Um die gewünschten Wertstoffe anzureichern, wird die nach Beendigung der Einspei¬sung von flüssigem Rohstoff in den Vorkonzentratabscheider 13 verbliebene ungelöste Fraktionan Wertstoffen (das Vorkonzentrat) über die Austragsöffnung 26 abgezogen - oder wahlweiseüber erneute Zufuhr von komprimiertem Extraktionsmittel aus Leitung 3 auf die gewünschteKonzentration gebracht. Das hierdurch erhaltene Konzentrat wird also in die Leitung 28 ver¬bracht und erreicht den Endkonzentratabscheider 29, aus welchem im Anschluss das Endkon¬zentrat über die Austragsöffnung 30 in Leitung 31 verbracht wird, wobei der Abzug über einRegelventil 32 kontrolliert werden kann. Der Druck im Endkonzentratabscheider 29 wird mittelseiner Regelarmatur 50 eingestellt.

[0044] Im diskontinuierlichen Prozess gibt es somit einen Druckunterschied zwischen demVorkonzentratabscheider 13 und dem Endkonzentratabscheider 29, wodurch es gelingt dasfreiwerdende Extraktionsmittel über die weitere Austragsöffnung 33 abzuziehen und mit Hilfe des motorbetriebenen Kompressors 34 über die Leitung 35 und den Kondensator 27 in denSpeicherbehälter 1 rückzuführen.

[0045] Fig. 2 beschreibt den kontinuierlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diedurchgeführten Schritte entsprechen im Wesentlichen jenen des diskontinuierlichen Verfahrens(siehe Fig. 1). Der kontinuierliche Ablauf beinhaltet jedoch zusätzlich zum in Fig. 1 beschriebe¬nen Verfahren eine weitere Leitung 36, in welcher das Extraktionsmittel durch den Einsatz dermotorbetriebenen Pumpe 38 verdichtet und auf das gewünschte Druckniveau gebracht wird.Zur Vermeidung von Kavitation in Pumpe 38 wird entweder eine Vordruckpumpe 37 oder einVorkühler in Leitung 36 eingebaut. Weiters sorgt der Wärmetauscher 39 dafür das komprimierteExtraktionsmittel auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

[0046] Zusätzlich beinhaltet das kontinuierliche Verfahren einen dem Vorkonzentratabscheider13 nachgeschalteten Extraktor 40 und eine weitere zwischen Vorkonzentratabscheider 13 undnachgeschaltetem Extraktor 40 angeordnete Mischvorrichtung 41. Die aus dem Vorkonzent¬ratabscheider 13 über Leitung 28 abgezogene Menge kann über eine Füllstandsmessung imVorkonzentratabscheider 13 und/oder eine entsprechende Pumpe 51 geregelt werden. DieAustragsöffnung 26 samt Leitung 28 sowie die Leitung 36 münden in die Mischvorrichtung 41,wo eine erneute intensive Durchmischung des aus dem Vorkonzentratabscheider 13 abgezo¬genen Vorkonzentrats und des Extraktionsmittels aus Leitung 36 stattfindet. Das hierdurcherhaltenen Gemisch wird in der Folge in den nachgeschalteten Extraktor 40 eingespeist. Imnachgeschalteten Extraktor 40 herrscht entweder derselbe Druck wie im vorgeschalteten Vor¬konzentratabscheider 13 - also z.B. 350 bar, oder je nach Löslichkeit der noch zusätzlich zuentfernenden Komponenten ein vorwiegend erhöhter Druck. Die schwerer löslichen Komponen¬ten lösen sich also im Extraktionsmittel während die Fraktion an Wertstoffen und höher polarenKomponenten ungelöst im nachgeschalteten Extraktor 40 verbleiben. Der Dichteunterschied derbeiden Fraktionen führt, wie bereits oben beschrieben, zur Bildung zweier Phasen. Die erste mitden zusätzlich zu entfernenden Komponenten beladene Phase steigt auf und wird über dieweitere Austragsöffnung 49 aus dem nachgeschalteten Extraktor 40 abgezogen.

[0047] Um das Konzentrat an gewünschten Wertstoffen zu erhalten, wird die im nachgeschalte¬ten Extraktor 40 verbliebene ungelöste Fraktion an Wertstoffen und höher polaren Komponen¬ten über die Austragsöffnung 42 abgezogen und in die Leitung 43 verbracht, wobei dies erneutüber ein Drosselventil 44 reguliert werden kann und erreicht anschließend den Endkonzent¬ratabscheider 45, welcher mit z.B. 10 bar Innendruck einen wesentlich geringeren Druck auf¬weist als der Extraktor 40. Das Endkonzentrat wird über Leitung 46 aus dem Endkonzent¬ratabscheider 45 abgezogen, wobei dies erneut über ein Drosselventil 47 regulierbar ist, wäh¬rend der eventuell verbliebene Rest an Extraktionsmittel über die Austragsöffnung 48 in denSpeicherbehälter 1 rückgeführt wird.

Claims (18)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Anreicherung von Wertstoffen, insbesondere Phytochemikalien, wie z.B.Polyphenole, Farbstoffe, Antioxydantien und dergleichen, aus einem flüssigen Rohstoff,wie z.B. Lipiden, Fermentationsbrühen oder Lösungsmittelauszügen, dadurch gekenn¬zeichnet, dass der Rohstoff in einer Mischvorrichtung (5) mit einem komprimierten Extrak¬tionsmittel, insbesondere C02, aus einem Speicherbehälter (1) vermischt wird, worauf dieMischung einem Vorkonzentratabscheider (13) zugeführt wird und die im Extraktionsmittelhöher löslichen Komponenten in einer ersten Anreicherungsstufe von den ungelösten Be¬standteilen, welche die ungelösten Wertstoffe einschließen, getrennt werden, wobei dasbeladene Extraktionsmittel aus dem Vorkonzentratabscheider (13) abgezogen wird und dieungelösten Bestandteile als Vorkonzentrat verbleiben, wobei das beladene Extraktionsmit¬tel über ein Abscheidersystem geführt wird, in dem die gelösten Substanzen vom belade¬nen Extraktionsmittel getrennt werden, wobei das gereinigte Extraktionsmittel dem Spei¬cherbehälter (1) rückgeführt wird und das Vorkonzentrat in einer zweiten Anreicherungsstu¬fe weiter aufkonzentriert wird.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorkonzentrat kontinu¬ierlich aus dem Vorkonzentratabscheider (13) abgezogen und einem dem Vorkonzent¬ratabscheider (13) nachgeschalteten Extraktor (40) zugeführt wird, in dem es unter Ein¬speisung von Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter (1) weiter aufkonzentriert wird,um ein Endkonzentrat zu erhalten.
3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorkonzentrat imVorkonzentratabscheider (13) nach Beendigung der Rohstoffeinspeisung mit komprimier¬tem Extraktionsmittel aus dem Speicherbehälter (1) weiter zur gewünschten Konzentrationangereichert wird, um ein Endkonzentrat zu erhalten.
4. 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieMischvorrichtung (5, 41) als statischer Mischer, Mischkammer oder Düse ausgebildet ist.
5. 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass daskomprimierte Extraktionsmittel in flüssigem oder überkritischem Zustand im Vorkonzent¬ratabscheider (13) und ggf. im nachgeschalteten Extraktor (40) vorliegt.
6. 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckim Vorkonzentratabscheider derart gewählt ist, dass sich die leichter löslichen Komponen¬ten im Extraktionsmittel stärker lösen als der anzureichernde Wertstoff, wobei der Druck150 bis 450 bar, insbesondere 250 bis 400 bar, beträgt.
7. 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tem¬peratur im Vorkonzentratabscheider (13) derart gewählt ist, dass ein für die Trennung aus¬reichender Dichteunterschied erreicht wird, wobei die Temperatur zwischen 20 und 100°Cbeträgt.
8. 8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dernachgeschaltete Extraktor (40) als Dünnschichtextraktor oder als Kolonnenextraktor aus¬gebildet ist.
9. 9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eineMehrzahl von dem Vorkonzentratabscheider (13) nachgeschaltete Extraktoren vorgesehenist, die in Reihe angeordnet sind, wobei jeder Extraktor von dem in der Reihe jeweils vo¬rangehenden Extraktor und mit frischem Extraktionsmittel beschickt wird.
10. 10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion in dem bzw.den nachgeschalteten Extraktor(en) mit im Vergleich zum vorangehenden Extraktor geän¬derten Druck- und/oder Temperaturbedingungen durchgeführt wird.
11. 11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieTrennung der gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel eine Änderung derLöslichkeit, insbesondere eine Druck- und/oder eine Temperaturänderung, umfasst.
12. 12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieTrennung der gelösten Substanzen vom beladenen Extraktionsmittel eine Adsorption odereinen Membranprozess umfasst.
13. 13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass alsRohstoff Tomatenöl, Haselnussöl, Algenöl, Krustentieröl, Paprikaoleoresin, Reisschalenöl,Kaffeeöl, Fettsäuredestillat oder geröstetes, aromatisches Öl zum Einsatz gelangt.
14. 14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass alsWertstoff Lycopen, Haselnussaroma, Carotinoide, Farbstoffe, Nutraceuticals, Kaffeearo¬men, Tocopherol oder Röstaromen gewählt sind.
15. 15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dasEndkonzentrat über einen Endkonzentratabscheider (29, 45) ausgetragen wird, in dem imEndkonzentrat verbliebenes Extraktionsmittel abgetrennt wird.
16. 16. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, um¬fassend einen Speicherbehälter (1) für ein komprimiertes Extraktionsmittel, einen Spei¬cherbehälter (2) für flüssigen Rohstoff, eine Mischvorrichtung (5), die an den Speicherbe¬hälter (1) für das komprimierte Extraktionsmittel und an den Speicherbehälter (2) für flüssi¬gen Rohstoff angeschlossen ist, einen mit der Mischvorrichtung (5) verbundenen Vorkon¬zentratabscheider (13), der eine Austragsöffnung (14) zur Abgabe eines beladenen Extrak¬tionsmittels und eine Austragsöffnung (26) zur Abgabe eines Vorkonzentrats aufweist, wo¬bei die Austragsöffnungen (14) zur Abgabe des beladenen Extraktionsmittels mit einemAbscheidersystem verbunden ist, welches über eine Rückführungsleitung (35) mit demSpeicherbehälter (1) für das komprimierte Extraktionsmittel verbunden ist und die Aus¬tragsöffnung (26) zur Abgabe des Vorkonzentrats mit einem nachgeschalteten Extraktor(40) in Verbindung steht und in der den Vorkonzentratabscheider (13) mit dem nachge¬schalteten Extraktor (40) verbindenden Leitung (28) eine weitere Mischvorrichtung (41) an¬geordnet ist, die über eine weitere Leitung (36) mit dem Speicherbehälter (1) verbunden ist.
17. 17. Vorrichtung gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidersystemmindestens zwei Abscheider (16, 17) umfasst, die unter Zwischenschaltung wenigstens ei¬nes Drosselventils (20) miteinander verbunden sind.
18. 18. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dasseine Austragsöffnung (26, 42) des Vorkonzentratabscheiders (13) oder des nachgeschalte¬ten Extraktors (40) zur Abgabe des Vor- bzw. Endkonzentrats mit einem Endkonzent¬ratabscheider (29, 45) verbunden ist, dessen Austragsöffnung (33, 48) zur Abgabe desverbleibenden Extraktionsmittels über eine Leitung (35) und einen nachgeschalteten Kom¬pressor (34) mit dem Speicherbehälter (1) verbunden ist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen