WO2012079663A1 - Verfahren zur enzymatischen reinigung von ölen pflanzlicher oder tierischer herkunft - Google Patents
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- C11B—PRODUCING, e.g. BY PRESSING RAW MATERIALS OR BY EXTRACTION FROM WASTE MATERIALS, REFINING OR PRESERVING FATS, FATTY SUBSTANCES, e.g. LANOLIN, FATTY OILS OR WAXES; ESSENTIAL OILS; PERFUMES
- C11B3/00—Refining fats or fatty oils
- C11B3/003—Refining fats or fatty oils by enzymes or microorganisms, living or dead
Definitions
- the invention relates to a process for the removal of phosphorus-containing constituents and steryl glycosides from crude oil or pre-degummed oil of plant or animal origin using enzymes.
- Crude oil is understood to mean press oil and oil extracted from a press cake by means of hexane or ethanol.
- EP 0 513 709 B2 describes a process for reducing the content of phosphorus- and iron-containing constituents in pre-degummed oil, from which the hydratable phosphatides are removed, by enzymatic degradation by means of a phospholipase.
- Phospholipases Ai, A 2 and B are stirred into the oil to form an emulsion.
- the resulting degradation products of the non-hydratable phosphatides pass into the water phase and are centrifuged off with this.
- WO 2009/106360 A2 describes a process for the separation of glycoside, in particular steryl glycoside, by enzymatic cleavage from a biodiesel precursor, biodiesel or mixtures thereof and also from oils and fats, in particular degummed oils and fats with reduced lecithin content.
- the enzyme is dissolved in an aqueous solution solution mixed into the substrate.
- the sugar portion of the cleaved Sterylglycosids passes into the aqueous phase and is separated with it.
- Phospholipase and glucosidase together in one step, i. process under the same process conditions with regard to temperature, residence time and shearing forces exerted by the dispersing tool, and that the two enzymes do not interfere with each other in their effectiveness.
- a preferred embodiment of the invention is characterized in that the temperature of the treated oil phase in the process steps a) to g) in the range 20 to 60 ⁇ , preferably in the range 40 to 50 "C. lie n. In this temperature range, a high efficiency of the enzymes is given It is also possible at this temperature to produce a particularly fine and stable emulsion.
- Molar ratio 1: 1 exists.
- This buffer solution is particularly suitable because citric acid and its monohydrate act as complexing agents for metal ions, such as Fe, Mg, and Ca, so that these ions are removed from the oil and pass into the aqueous phase.
- a further preferred embodiment of the invention is characterized in that the phospholipase used in process step e) is type A 2 .
- This type is particularly suitable because it causes the fatty acid at the C2 site of the
- Phospholipids is split off. As a result, the phospholipid becomes water-soluble and passes into the aqueous phase where it forms a slurry, e.g. with a centrifuge from the oil is separable.
- a further preferred embodiment of the invention is characterized in that in process steps c) and f) a dispersing device of the type Ultra-Turrax is used. These devices have proven to produce an emulsion with small droplet size.
- a further preferred embodiment of the invention is characterized in that in the process steps f) and g) the emulsion has a droplet size of the aqueous phase of 10 to 40 ⁇ . Such an emulsion provides a sufficiently high surface area for the reaction of the enzymes and sufficient stability. Even finer droplets would require too much shear stress on the mixture, which could render the enzyme inactive.
- a further preferred embodiment of the invention is characterized in that in process step h), a temperature in the range of 65 to 75 ° C. is set for breaking the emulsion. In this temperature range breaking the emulsion is possible with sufficient speed. At the same time damage by oxygen, the reaction does not take place under exclusion of air, not given at these temperatures.
- Water-degummed soybean oil with a phosphorus content of 120 ppm and a steryl glycoside content of 160 ppm was mixed with an aqueous pH buffer solution consisting of sodium hydroxide and citric acid monohydrate in a molar ratio of 1: 1.
- the pH of the buffer solution was 4.3.
- the proportion of the aqueous pH buffer solution in the mixture was 1.1% by weight.
- the temperature of the mixture was adjusted to 45 ⁇ .
- the mixture was dispersed by means of an Ultra-Turrax dispersing machine.
- the mean droplet size of the emulsion produced was 25 ⁇ m.
- the dispersion was allowed to rest at a constant temperature of 45 and the time course of the phosphorus (P) and sterol glycoside (SG) content in the oil phase was measured.
- the emulsion of the sample taken was broken by heating to 70 and the aqueous phase and the ⁇ lph ase separated by centrifugation. The measurement results are shown in the following table:
- the following table shows the course of the P and SG content in the oil phase:
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Abstract
Verfahren zum enzymatischen Abbau phosphorhaltiger Bestandteile und Glycoside, insbesondere Sterylglycosid aus Rohöl oder vorentschleimtem Öl pflanzlicher oder tierischer Herkunft, wobei die Zugabe der Enzyme für beide Fälle in einem Verfahrensschritt erfolgt.
Description
Verfahren zur enzymatischen Reinigung von Ölen pflanzlicher oder tierischer Herkunft Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von phosphorhaltigen Bestandteilen und Sterylglycosiden aus Rohöl oder vorentschleimtem Öl pflanzlicher oder tierischer Herkunft unter Verwendung von Enzymen. Unter Rohöl wird dabei Pressöl und, mittels Hexan oder Äthanol, aus einem Presskuchen extrahiertes öl verstanden.
Stand der Technik
Verfahren zur enzymatischen Entschleimung von Ölen und zum enzymatischen Abbau von Glycosid im Öl sind bekannt.
EP 0 513 709 B2 beschreibt ein Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an phos- phor- und eisenhaltigen Bestandteilen in vorentschleimtem öl, aus dem die hydratisier- baren Phosphatide entfernt sind, durch enzymatischen Abbau mittels einer Phospholi- pase. Dabei wird eine organische Carbonsäure und eine Enzymlösung, die die
Phospholipasen Ai, A2 und B enthält, unter Bildung einer Emulsion, in das öl eingerührt. Die entstandenen Abbauprodukte der nicht hydratisierbaren Phosphatide treten in die Wasserphase über und werden mit dieser abzentrifugiert.
Die Abtrennung von Sterylglycosiden aus dem Öl wird in dieser Schrift nicht behandelt.
WO 2009/106360 A2 beschreibt ein Verfahren zur Abtrennung von Glycosid, insbesondere Sterylglycosid, durch enzymatische Spaltung aus einer Biodieselvorstufe, Biodiesel oder Gemischen davon und auch aus ölen und Fetten, insbesondere entschleimten Ölen und Fetten mit reduziertem Lecithingehalt. Das Enzym wird in einer wässrigen Lö-
sung in das Substrat eingemischt. Der Zuckeranteil des gespaltenen Sterylglycosids geht in die wässrige Phase über und wird mit ihr abgetrennt.
Die Abtrennung von Phosphatiden aus dem öl wird in der Schrift nicht behandelt.
Da jeder dieser, gemäß dem bisherigen Stand der Technik, getrennten Verfahrens- schritte, Abtrennung der Phosphatide und Abtrennung der Glycoside, einen erheblichen apparativen Aufwand bedeutet, stellte sich die Aufgabe, diese Verfahrensschritte apparativ zu vereinen.
Beschreibung der Erfindung
Die Aufgabe wurde durch ein Verfahren gelöst, dass durch folgende, nacheinander durchzuführende Verfahrensschritte gekennzeichnet ist:
a) Einstellung einer Temperatur des Öls, die für die nachfolgenden Verfahrensschritte, hinsichtlich der Wirksamkeit der Enzyme und der Erzeugung einer Emul- sion, geeignet ist.
b) Einmischung einer wässrigen pH-Pufferlösung deren pH-Wert 4 bis 5 beträgt, wobei die Menge der Lösung so groß zu wählen ist, dass sie zur Aufnahme der in den nachfolgenden Verfahrensschritten aus dem öl ausgefällten Bestandteile ausreicht
c) Emulgierung des Gemisches mittels eines Dispergierwerkzeugs
d) Halten der Emulsion, bis sich in der Ölphase eine Phosphorkonzentration von unter 30 ppm eingestellt hat
e) Gemeinsame Zugabe von Enzymen des Typs Phospholipase und
Glucosidase
f) Emulgierung des Gemisches mittels eines Dispergierwerkzeugs
g) Halten der Emulsion, bis sich der angestrebte Gehalt an phosphorhaltigen Bestandteilen und Sterylglycosiden im Öl eingestellt hat
h) Brechung der Emulsion durch Erwärmung
i) Abtrennung der wässrigen Phase aus dem Öl durch Schwerkraft- oder Flieh- krafteinwirkung
Eigene Versuche hatten überraschend gezeigt, dass sich Enzyme des Typs
Phospholipase und Glucosidase gemeinsam in einem Verfahrensschritt, d.h. unter den gleichen verfahrenstechnischen Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Verweilzeit und durch das Dispergierwerkzeug ausgeübte Scherkräfte verarbeiten lassen, und dass die beiden Enzyme sich in ihrer Wirksamkeit nicht gegenseitig behindern.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der behandelten ölphase in den Verfahrensschritten a) bis g) im Bereich 20 bis 60Ό, bevorzugt im Bereich 40 bis 50"C liege n. In diesem Temperaturbereich ist eine hohe Wirksamkeit der Enzyme gegeben. Auch ist es bei dieser Temperatur möglich eine besonders feine und stabile Emulsion zu erzeugen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Pufferlösung aus Natriumhydroxid und Citronensäuremonohydrat im
Molverhältnis 1:1 besteht. Diese Pufferlösung ist besonders geeignet, weil Citronen- säure- und ihr Monohydrat als Komplexbildner für Metallionen, wie Fe, Mg und Ca, wirkt, sodass diese Ionen aus dem Öl entfernt werden und in die wässrige Phase übergehen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahrensschritt e) verwendete Phospholipase vom Typ A2 ist. Dieser Typ ist besonders geeignet, weil dadurch die Fettsäure an der C2-Stelle des
Phospholipids abgespaltet wird. In Folge dessen wird das Phospholipid wasserlöslich und geht in die wässrige Phase über wo es einen Schlamm bildet, der z.B. mit einer Zentrifuge aus dem Öl abtrennbar ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Verfahrensschritten c) und f) ein Dispergiergerät vom Typ Ultra-Turrax verwendete wird. Diese Geräte haben sich zur Erzeugung einer Emulsion mit kleiner Tröpfchengröße bewährt.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Verfahrensschritten f) und g) die Emulsion eine Tröpfchengröße der wässrigen Phase von 10 bis 40 μιτι aufweist. Eine solche Emulsion bietet eine ausreichend große Oberfläche für die Reaktion der Enzyme und eine ausreichende Stabilität. Noch feinere Tröpfchen würden eine zu hohe Einwirkung von Scherkräften auf das Gemisch erfordern, wodurch die Enzym inaktiv werden könnten.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt h), zur Brechung der Emulsion, eine Temperatur im Bereich von 65 bis 75*C eingestellt wird. In diesem Temperaturbereich ist das Brechen der Emulsion mit ausreichender Geschwindigkeit möglich. Gleichzeitig ist eine Schädigung durch Sauerstoff, die Reaktion findet nicht unter Luftabschluss statt, bei diesen Temperaturen noch nicht gegeben.
Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
Dabei bilden alle beschriebenen Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination die
Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren
Rückbeziehung.
Beispiele:
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
Wasserentschleimtes Sojaöl mit einem Phosphorgehalt von 120 ppm und einem Sterylglycosid- gehalt von 160 ppm wurde mit einer wässrigen pH-Pufferlösung, bestehend aus Natrium- hydroxid und Citronensäuremonohydrat im Molverhältnis 1 :1 , vermischt. Der pH-Wert der Pufferlösung betrug 4,3. Der Anteil der wässrigen pH-Pufferlösung am Gemisch betrug 1,1 Gew-%. Die Temperatur des Gemischs wurde auf 45Ό eingestellt. Das Gemisch wurde mittels eines Ultra-Turrax-Dispergiergeräts dispergiert. Die mittlere Tröpf- chengröfie der dabei erzeugten Emulsion betrug 25 pm.
Die Dispersion wurde bei konstanter Temperatur von 45 ruhen gelassen und der zeitliche Verlauf des Phosphor (P)- und des Sterylglycosid(SG)-Gehaltes in der Ölphase gemessen. Dazu wurde die Emulsion der genommenen Probe durch Erwärmen auf 70 gebrochen und die wässrige Phase und die Ölph ase durch Zentrifugieren getrennt. Die Messergebnisse sind in folgender Tabelle wiedergegeben:
Abgelaufene P-Gehalt SG-Gehalt
Reaktionszeit iminl iDDrnl iDDml
Zugabe pH-Puffer 0 120*) 160*)
60 20 67
120 20 64
180 20 60
240 15 57
300 15 57
*) gemessen vor der Zugabe des pH-Puffers
Die Messergebnisse zeigen, dass die Pufferlösung alleine, durch ihren Citronensäu- reanteil, bereits eine deutliche Wirkung zur Senkung des Phosphatid- und des SG- Gehalts hat. Ein Teil der Phosphatide wird durch die Citronensäure hydratisierbar gemacht und ein Teil der Sterylglycoside wird in Glukose- und Styrol-Anteil gespalten.
Beispiel 2 (Erfindung)
Einer, wie in Beispiel 1 hergestellten Emulsion, wird nach 30 min Standzeit ein
Phospholipase A2- Enzym der Sorte Lecitase Novo, PPW 6199 in der Dosierung 375 LEU/kg öl und ein Glucosidase-Enzym der Sorte Multifekt GO 5000/L in der Dosierung 3 g/kg öl zugefügt. In der folgenden Tabelle ist der Verlauf der P- und SG-Gehalt in der ölphase wiedergegeben:
Abgelaufene P-Gehalt SG-Gehalt
Reaktionszeit fminl [PPml Ißpm]
Zugabe pH-Puffer 0 120*) 160*)
Zugabe Enzyme 30
60 15 10
120 12 < 5
180 10 < 5
240 5 < 5
300 5 < 5
*) gemessen vor der Zugabe des pH-Puffers
Die, gegenüber dem Vergleichsbeispiel, deutlich niedrigeren Werte für den P- und SG- Gehalt zeigen die Wirkung der gemeinsam zugegebenen Enzyme.
Messmethoden, Begriffe:
- Bestimmung des P-Gehalts gemäß DGF-Einheitsmethoden, C-Ill 16a (03)
- Bestimmung des SG-Gehalts gemäß DIN EN 14 105
- LEU, Lecitase Units, Compendium of food additive specifications, Food and Nutri- tion Paper 52, Addendum 13, Seite 31 , ISBN 92-5-105355-3
Claims
1. Verfahren zur Entfernung von phosphorhaltigen Bestandteilen und Sterylglycosi- den aus Rohöl oder vorentschleimtem Öl pflanzlicher oder tierischer Herkunft, gekennzeichnet durch folgende, nacheinander durchgeführte Verfahrensschritte: a) Einstellung einer Temperatur des Öls, die für die nachfolgenden Verfahrensschritte, hinsichtlich der Wirksamkeit der Enzyme und der Erzeugung einer Emulsion, geeignet ist,
b) Einmischung einer wässrigen pH-Pufferlösung deren pH-Wert 4 bis 5 beträgt, wobei die Menge der Lösung so groß zu wählen ist, dass sie zur Aufnahme der in den nachfolgenden Verfahrensschritten aus dem öl ausgefällten Bestandteile ausreicht,
c) Emulgierung des Gemisches mittels eines Dispergierwerkzeugs,
d) Halten der Emulsion, bis sich in der Ölphase eine Phosphorkonzentration von unter 30 ppm eingestellt hat,
e) Gemeinsame Zugabe von Enzymen des Typs Phospholipase und
Glucosidase,
f) Emulgierung des Gemisches mittels eines Dispergierwerkzeugs,
g) Halten der Emulsion, bis sich der angestrebte Gehalt an phosphorhaltigen Bestandteilen und Sterylglycosiden im Öl eingestellt hat,
h) Brechung der Emulsion durch Erwärmung,
i) Abtrennung der wässrigen Phase aus dem Öl durch Schwerkraft- oder Fliehkrafteinwirkung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur der behandelten Ölphase in den Verfahrensschritten 1a) bis g) im Bereich 20 bis 60t;, bevorzugt im Bereich 40 bis 50Ό liegen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Pufferlösung aus Natriumhydroxid und Citronensäuremonohydrat im Molverhältnis 1 :1 besteht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die im Verfahrensschritt 1e) verwendete Phospholipase vom Typ A2 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verfahrensschritten 1f) und 1g) die Emulsion eine Tröpfchengröße der wässrigen Phase von 10 bis 40 μητι aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Verfahrensschritt 1h), zur Brechung der Emulsion, eine Temperatur im Bereich von 65 bis 75Ό eingestellt wird.
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