DE10358826A1 - Verfahren zur Herstellung von Triglyceriden konjugierter Linolsäure - Google Patents

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung von Triglyceriden konjugierter Linolsäure, bei dem man konjugierte Linolsäurealkylester mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen in einem linearen oder verzweigten Alkylrest in Gegenwart von Triacetin umestert. DOLLAR A Dieses Verfahren stellt eine wirtschaftliche, ökonomische Möglichkeit zur Herstellung von CLA-Glyceriden mit hoher Isomerenreinheit dar und führt zu CLA-Triglyceriden mit einem geringen Gehalt an trans, trans - und cis 11, trans 13 - Isomeren.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung befindet sich auf dem Gebiet der Fettsäureester und betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Estern konjugierter Linolsäure mit Glycerin durch Umesterung.
• Die Substanzklasse der „konjugierten Linolsäuren" (CLA = conjugated linoleic acid) umfaßt zahlreiche Isomere von C18:2-Fettsäuren, deren Doppelbindungen ein konjugiertes p-System bilden. Eine analytische Auftrennung der Isomere wurde unlängst in ANALYTICA CHIMICA ACTA Chromatographic separation and identification of conjugated linoleic acid isomers: Roach JAG, Mossoba MM, Yurawecz MP, Kramer JKG; 465 (1-2): 207-226 AUG 16 2002 beschrieben. Während natürliche Quellen wie Milchprodukte hauptsächlich das c9,t11-Isomer (Pansensäure) enthalten, liefern kommerzielle Synthesen gewöhnlich eine 1:1-Mischung aus c9,t11- und t10,c12-Isomer. Beide Isomere zeigen spezifische physiologische Aktivitäten, beispielsweise Bevorzugung des Muskelaufbaus gegenüber der Neuanlage von Fettgewebe, Stärkung des Immunsystems, positive Beeinflussug des Knochenaufbaus und antikanzerogene Wirkung. Die beschriebenen Eigenschaften machen eine Mischung dieser beiden Isomere für den Einsatz als Nahrungsmittelzusatz hochinteressant. Grundlegende Voraussetzung für die Verwendung in diesem Bereich ist allerdings eine hohe Isomeren-Reinheit, also die Abwesenheit unerwünschter CLA-Isomere – insbesondere der c11, t13-CLA und trans, trans-CLAs. Diese bilden sich bei Temperaturen über 130°C durch Isomerisierung von c9,t11- und t10,c12-CLA.
• Alle derzeit kommerziell verwendeten Verfahren zur Darstellung von CLA liefern diese in Form der freien Säure oder ihrer Ester. Auf natürlichem Wege werden Fettsäuren jedoch hauptsächlich als Fette und Öle aufgenommen und auch in der Nahrungsmittelergänzung stellt das Triglycerid das bevorzugte CLA-Derivat dar. Neben dessen sensorisch deutlich besseren Eigenschaften erlaubt die sehr große strukturelle und physikalische Ähnlichkeit zu konventio nellen Triglyceriden – insbesondere hoch linolsäurehaltigen Ölen wie Distel- und Sonnenblumenöl – eine leichte Formulierung in einer Vielzahl fetthaltiger Zubereitungen. Zudem erweisen sich Triglyceride als deutlich oxidationsstabiler als die entsprechenden freien Fettsäuren.
• Da bislang kein Prozeß zur Isomerisierung von Linolsäuregruppen eines Öls unter Erhaltung der Triglyceridstruktur bekannt ist, werden. CLA-Triglyceride derzeit durch Ver- respektive Umesterung von CLA/CLA-Estern und Glycerin dargestellt. Aus den oben beschrieben Gründen sind hierzu relativ milde Bedingungen erforderlich, unter denen gegenwärtig lediglich enzymatische Katalysatoren eine ausreichende Aktivität zeigen. Wesentliche Nachteile dieser enymkatalysierten Umsetzungen stellen jedoch die hohe Reaktionsdauer von mehreren Tagen, sehr hohe Enzymkosten sowie die nicht unproblematische Handhabung des Enzyms dar. Die Lipase katalysierte Interveresterung von langkettigen Fettsäuren oder deren Alkylester mit Triglyceriden kurzkettiger Fettsäuren ist beispielsweise aus der WO 90/12858 bekannt.
• Verschiedene Verfahren zur Darstellung von Acetoglyceriden, insbesondere Stearylacetylglyceriden, basieren auf der Umesterung entsprechender Fette mit Triacetin (Triacetylglycerid). Als Katalysatoren dienen hauptsächlich Metallseifen. Zum Teil werden die Umsetzungen bei 200-260°C durchgeführt wie der US 6.124.486 zu entnehmen ist. Bei geringeren Temperaturen führt die geringe Mischbarkeit des Triacetins mit Triglyceriden, die langkettige Fettsäuren (C 16-C22) tragen, zu signifikanten Reaktivitäts- und damit Ausbeuteeinbußen. Diese Einschränkung lässt sich durch den Zusatz von C3-C10-Triglyceriden umgehen. Die Internationale Anmeldung WO 94/18290 sowie die US 5.434.278 offenbaren eine Interveresterung von Triacetin und Triglyceriden mit langkettigen C16-C22-Fettsäureresten zu gemischten Triglyceriden mit langkettigen und kurzkettigen Fettsäureresten, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktion Triglyceride mit gesättigten C3-C10-Fettsäureresten zugefügt wird. Hierdurch wird erreicht, dass die Reaktion einphasig, lösungsmittelfrei, schnell und ohne Hochleistungsmischung abläuft.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hat daher darin bestanden, ein Verfahren zur Herstellung von CLA-triglyceriden zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine gute Rentabilität auszeichnet gekennzeichnet durch kurze Reaktionszeiten, hohe Ausbeuten und kostengünstige Ausgangsstoffe. Die dabei entstehenden CLA-triglyceride sollen eine hohe Isomeren-Reinheit gleichbedeutend mit einem geringen Gehalt an trans, trans-Isomeren und c11, t13-Isomeren, aufweisen.
• Beschreibung der Erfindung
• Gegenstand der Erfindung ist ein chemisches Verfahren zur Herstellung von Triglyceriden konjugierter Linolsäure (CLA-Triglyceriden), bei dem man Linolsäurealkylester mit einem linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen in Gegenwart von Triacetin (Triacetylglycerid) umestert.
• Die Synthese erfolgt durch Umesterung eines CLA-alkylesters, bevorzugt Methyl- und Ethylester, entsprechender Qualität (Food-Grade) mit Triacetin. Als Katalysatoren eignen sich Basen, bevorzugt Alkalialkoholate, besonders bevorzugt Natriummethanolat. Letzteres kann sowohl fest als auch gelöst im entsprechenden Alkohol eingesetzt werden. Während die Umsetzung bereits bei Einsatz stöchiometrischer Mengen der Edukte erfolgreich verläuft, läßt sich die Ausbeute an CLA-Triglycerid durch Einsatz eines Überschusses an CLA-Ester bezogen auf die Menge Triacetin steigern. Bevorzugt wird ein 10-30%iger, besonders bevorzugt ein 20%iger Überschuß des CLA-Esters.
• Überraschend erweist sich die erforderliche Menge Triacetin als im CLA-Ester vollständig löslich und das Verfahren kann einphasig geführt werden. Hohe Reaktionstemperaturen, der Einsatz starker Rührer oder die Verwendung von Lösungsvermittlern oder Lösungsmitteln, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird damit selbst bei niedrigen Reaktionstemperaturen überflüssig.
• Die chemische Darstellung des CLA-Triglycerids durch Umesterung von Triacetin und eines CLA-Alkylesters verläuft innerhalb weniger Stunden in Gegenwart katalytischer Mengen eines Alkoxids. Die Reaktionstemperatur liegt bei 90 bis 160°C, bevorzugt 100 bis 140°C, besonders bevorzugt bei 120 bis 130°C. Bei einer Reaktionstemperatur von 130°C ist die Reaktion nach etwa 3 Stunden abgeschlossen. Nach der Aufarbeitung lässt sich nicht umgesetzter CLA-Ester durch Kurzwegdestillation nahezu vollständig von CLA-Glyceriden abtrennen.
• Überraschender Weise wurde auch gefunden, dass das Isomerenmuster im CLA-Triglycerid dem des eingesetzten CLA-Alkylesters entspricht (siehe Tabelle 1), obwohl Alkoxide bei 130°C effektive Isomerisierungskatalysatoren darstellen. Unter den gewählten Bedingungen finden offensichtlich keine unerwünschten Sekundärisomerisierungen statt; das Isomerenmuster der Fettsäure bleibt unverändert erhalten. Das bedeutet, dass der Gehalt für jedes einzelne der C 18:2 Isomere nach der Umesterungsreaktion nicht mehr als 3, vorzugsweise 1 besonders bevorzugt 0,5 Flächen % gemessen nach dem Verfahren von Eulitz et al. (siehe Tabelle 3c) von dem Wert der eingesetzten Isomere abweichen soll.
• Dies ist bemerkenswert, da Alkoxide – Methanolat und Ethanolat im Besonderen – zu den wirksamsten Isomerisierungskatalysatoren überhaupt zählen und kommerziell zur Synthese der CLA-Methyl und -ethylester verwendet werden. Die Abwesenheit unerwünschter CLA-Isomere im Produkt stellt ein entscheidendes Qualitätskriterium dar.
• Unter unerwünschten Isomeren sind C 18:2 trans, trans Isomere zu verstehen, deren Zunahme durch das erfindungsgemässe Verfahren maximal 0,5, vorzugsweise 0,3 und insbesondere 0,2 Flächen % (siehe Tabelle 3c – hier beträgt die Zunahme 0,1 Flächen %) gegenüber dem Ausgangsprodukt betragen soll.
• Ebenfalls unerwünscht, sind c11, t13 – Isomere – bei Tierversuchen konnte man eine Akkumulation dieser Isomere im Schweineherzen nachweisen. Sie werden durch Silberionen – HPLC – Verfahren gemäß Eulitz et al. bestimmt (siehe Tabelle 3c) und sollen im CLA-triglycerid maximal in einer Menge von 0,5, vorzugsweise 0,3, besonders bevorzugt 0,1 Flächen % vorliegen.
• Im Gegensatz zu enzymatischen Verfahren ist aufgrund der geringen Katalysatorkosten deren Mehrfachverwendung nicht erforderlich, was die Handhabung wesentlich vereinfacht. Zudem wird eine erheblich geringere Reaktionszeit benötigt.
• Bei optimierter Reaktionsführung sind Ausbeuten von über 80% CLA-Triglycerid zu erreichen. Als einzige weitere Hauptkomponente des Produkts wurde bemerkenswerter Weise nicht das erwartete Di-CLA-monoacetyl-triglycerid – das Ergebnis der zweifachen Umesterung von Triacetin und CLA-Ester- gefunden, sondern das CLA-Diglycerid: Auch mittels HPLC ließen sich Acetylgruppen und freie Essigsäure nur in äußerst geringen Mengen im Reaktionsprodukt nachweisen. Dies hat entscheidende positive Auswirkungen auf die Produktqualität: Einerseits wird das Risiko vermieden, unter ungünstigen Lagerungsbedingungen Essigsäure freizusetzen, die unter anderem die sensorischen Eigenschaften des Produkts stark beeinträchtigen würde. Andererseits entspricht ein Gemisch aus CLA-Di- und Triglycerid weitgehend natürlichen Ölen, was eine Nutzung als Nahrungsmittelergänzungsmittel unproblematisch macht.
• Nach der Kurzwegdestillation und Aufreiningung am Dünnschichtverdampfer erhält man ein CLA-glyceridgemisch aus Tri- und Diglyceriden mit sehr geringen Spuren Monoglycerid, wobei die Menge an Triglyceriden bei mindestens 70 % vorzugsweise 75 % und die Menge an Monoglyceriden maximal 1 % vorzugsweise maximal 0,5 % bezogen auf die Gesamtmenge der CLA-glyceride betragen soll.
• Als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren dienen konjugierte Linolsäurealkylester, die vorzugsweise der Formel (I) folgen,

  

  in der R¹CO für den Acylrest einer konjugierten Linolsäure und R² für einen linearen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen steht. Insbesondere werden konjugierte Linolsäuremethyl- und/oder -ethylester eingesetzt.
• Unter konjugierter Linolsäure sind erfindungsgemäß vorzugsweise die Hauptisomeren 9cis, 11trans Octadecadiensäure und 10trans, l2cis sowie jedoch beliebige Isomerenmischungen, wie sie üblicherweise bei der Herstellung konjugierter Linolsäure anfallen.
• Als Katalysatoren werden Basen, bevorzugt Alkalialkoholate ausgewählt, wie beispielsweise Natriummethanolat, Natriumethanolat, Natriumpropanolat, Natriumbutanolat, Kaliummethanolat, Kaliumethanolat, Kaliumpropanolat, Kaliumbutanolat Die Alkoholate können sowohl fest als auch gelöst im entsprechenden Alkohol eingesetzt werden.
• Herstellung von Triglyceriden konjugierter Linolsäure
• Beispiel 1
• Umsetzung von CLA-Methylester mit Triacetin mittels Methanolat-Lösung
• Tab. 1a: Ausgangsstoffe

  
• Nach Trocknung von Methylester und Triacetin (Vakuum, 120°C, 30 min) wird bei 90°C unter Stickstoffatmosphäre Katalysatorlösung zugegeben. Bei anschließender Erwärmung auf 130°C destilliert Essigsäuremethylester ab. Nach etwa 1 Stunde wird Vakuum angelegt und weitere 3 h gerührt. Anschließend wird bei 80°C mit Zitronensäure neutralisiert, mehrmals mit 150 ml heißem Wasser gewaschen, getrocknet (Vakuum, 120°C, 30 min) und filtriert.
• Tab. 1b: Kennzahlen CLA-triglycerid

  
• Beispiel 2
• Umsetzung von CLA-Methylester mit Triacetin mittels festem Methanolat
• Tab. 2a: Ausgangsstoffe

  
• Nach Trocknung von Methylester und Triacetin (Vakuum, 120°C, 30 min) wird bei 90°C unter Stickstoffatmosphäre Katalysator zugegeben. Bei anschließender Erwärmung auf 130°C destilliert Essigsäuremethylester ab. Nach etwa 1 Stunde wird Vakuum angelegt und weitere 3 h gerührt. Anschließend wird bei 80°C mit Zitronensäure neutralisiert, mehrmals mit 150 ml heißem Wasser gewaschen, getrocknet (Vakuum, 120°C, 30 min) und filtriert.
• Tab. 2b: Kennzahlen CLA-triglycerid

  
• Beispiel 3
• Umsetzung von CLA-Ethylester mit Triacetin mittels Methanolatlösung, incl. Kurzwegdestillation zur Aufreinigung.
• Tab. 3a: Ausgangsstoffe

  
• Nach Trocknung von Ethylester und Triacetin (< 30 mbar, 80°C, 30 min) wird bei 80°C unter Stickstoffatmosphäre Katalysator zugegeben. Bei anschließender Erwärmung auf 130°C destilliert Essigsäureethylester ab. Nach etwa 1 Stunde wird Vakuum angelegt (bis < 30 mbar) und weitere 3 h gerührt. Anschließend wird bei 80°C mit Zitronensäure, gelöst in 120 g demineralisiertem Wasser, neutralisiert, bei 80°C 10 min nachgerührt und Filterhilfe zugegeben. Das Rohprodukt fällt nach Trocknung ( < 30 mbar, 80°C, 30 min) und Filtration als gelbes Öl an. Der darin enthaltene CLA-Ethylester wird durch Kurzwegdestillation abgetrennt und das erhaltene Öl am Dünnschichtverdampfer gereinigt.
• Nach diesen Aufreiningungsschritten werden Triglyceridanteile von mindestens 70 % bezogen auf den Gesamtanteil an CLA-glyceriden erhalten.
• Tab. 3b: Kennzahlen CLA-triglycerid

  
• 
• Tab. 3c: Vergleich der Fettsäureverteilung im Edukt (CLA-Ethylester) und Produkt (CLA-Di/Trigtycerid im Verfahren mit Triacetin (gemäß Beispiel 3)
• Die Isomerenverteilung der CLA-triglyceride wurde durch HPLC-Verfahren gemäß LIPIDS, Preparation, separation, and confirmation of the eight geometrical cis/trans conjugated linoleic acid isomers 8,10-through 11,13-18 : 2; Eulitz K, Yurawecz MP, Sehat N, Fritsche J, Roach JAG, Mossoba MM, Kramer JKG, Adlof RO, Ku Y , 34 (8): 873-877 AUG 1999 bestimmt.
• 

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung von Triglyceriden konjugierter Linolsäure (CLA-triglyceride), bei dem man konjugierte Linolsäurealkylester mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen in einem linearen oder verzweigten Alkylrest in Gegenwart von Triacetin umestert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umesterung durch Alkalialkoxylate katalysiert.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man Alkalialkoholate auswählt aus der Gruppe, die gebildet wird von Natriummethanolat, Natriumethanolat, Natriumpropanolat, Natriumbutanolat, Kaliummethanolat, Kaliumethanolat, Kaliumpropanolat und Kaliumbutanolat.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Alkalialkoholate Natriummethanolat in fester oder gelöster Form einsetzt.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umesterung bei Temperaturen von 90 bis 160°C durchführt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man einen 10 bis 30%igen Überschuss an CLAalkylester bezogen auf die Menge Triacetin einsetzt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Kurzwegdestillation zur Reinigung der CLA-triglyceride anschließt.
8. CLA-triglyceride erhältlich nach dem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 7.