Neues Verfahren zur Herstellung von hochreinem Phytosterol

Kristallisieren statt Filtrieren

24.03.2006 Pflanzliche Sterole, auch Phytosterole genannt, senken den Cholesterinspiegel im menschlichen Blut und sind Bestandteil von funktionellen Lebensmitteln, z.B. speziellen Joghurtgetränken oder Brotaufstrichen. Mit dem Partner Resitec aus Brasilien hat Sulzer Chemtech ein neuartiges Verfahren entwickelt, um hochreines Phytosterol wirtschaftlicher und umweltschonender herzustellen.

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Es gibt zwei Arten von Cholesterin im Blut: Das sogenannte LDL (Low-density lipoprotein – Lipoprotein niedriger Dichte) wird oft als „schlechtes“ Cholesterin bezeichnet, weil es sich allmählich an den Arterienwänden anlagern kann. HDL (High-density lipoprotein – Lipoprotein hoher Dichte), das „gute“ Cholesterin, hilft hingegen beim Abbau von LDL aus den Arterien und verhindert Blockaden. Die Anreicherung fetthaltiger Lebensmittel mit dem in Pflanzen vorkommenden Phytosterol ist eine neuere Entwicklung im Bereich der Lebensmittel mit gesundheitlichem Zusatznutzen (Functional Food), wodurch herkömmliche Nahrungsmittel eine cholesterinsenkende Wirkung erhalten.

Hauptanwender von Phytosterol sind heute die Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Der Markt für Functional Food, das Phytosterol in geeigneter Form enthält, wächst rasch: Ob in Margarine, Joghurt, Brotaufstrichen, Salatdressings, Getränken oder in anderer Form – der Bedarf an lebensmitteltauglichem Phytosterol steigt. Die einschlägigen Bestimmungen schreiben für Sterol eine Reinheit von über 99,0% vor und legen strenge Grenzwerte für diverse in Spuren enthaltene Verunreinigungen fest, unter anderem für polyaromatische Kohlenwasserstoffe.
Zur Phytosterol-Produktion werden hauptsächlich zwei Rohstoffe verwendet: ein durch Dampfdestillation von Sojaöl gewonnenes Destillat und Roh-Tallöl. Dieses entsteht bei der Zelluloseproduktion, vor allem aus Nadelhölzern, durch das Abschöpfen der Seife von Schwarzlauge. Schwarzlauge ist ein beim Holzaufschluss in der Papier- und Zellstoffindustrie anfallendes Nebenprodukt.
Wegen seines hohen Phytosterolgehalts und seiner leichten Verfügbarkeit ist Roh-Tallöl als Rohstoff von großer Bedeutung. Es wird meist destilliert, um Harz, Fettsäuren und Pech herzustellen. Das Letztere enthält sämtliche unverseifbaren Substanzen einschließlich Sterol und zahlreiche Verunreinigungen. Heute wird Tallölpech außer als Brennstoff selten verwendet. Diese Anwendung verursacht jedoch Probleme durch korrosive Abgase.
Die zur Resitec-Gruppe gehörende Resitol LTDA in Palmeira (Brasilien) destilliert seit langem Roh-Tallöl, das sie von rund einem Dutzend Zellstofffabriken aus der Gegend erhält. Seit 2003 erzeugt Resitol LTDA mittels eines neuen, von Resitec entwickelten und patentierten Verfahrens Roh- Phytosterol mit einem Reinheitsgrad von über 50% aus Tallölpech. Das herkömmliche Verfahren zur Extraktion und Konzentration von Sterol aus pflanzlichen Rohmaterialien besteht in der Suspensionskristallisation aus Lösemitteln, gefolgt von einer Phasentrennung mittels Filterpresse. Dabei wird eine große Menge einer Lösemittelmischung benötigt, deren Recycling nach der Verwendung schwierig ist.

Hohe Reinheit gefragt

Um den Bedarf an einem hochreinen Produkt zu decken und dieses direkt an die weiterverarbeitende Industrie verkaufen zu können, beschloss Resitec 2002 zu untersuchen, wie ihr Roh-Phytosterol auf den geforderten Reinheitsgrad von 85% gebracht werden könnte. Angesichts der Probleme im Zusammenhang mit den bestehenden Verfahren suchten die Spezialisten von Resitol nach einer alternativen Technologie. Nach der Prüfung diverser Möglichkeiten stellte sich die statische Kristallisation von Sulzer Chemtech als die vielversprechendste Option heraus. Ein erster Test in kleinem Maßstab im Sulzer-Labor in Buchs (CH) ergab sehr ermutigende Resultate, so dass die beiden Unternehmen 2003 beschlossen, in enger Zusammenarbeit ein Verfahren zur Endreinigung von Phytosterol zu entwickeln.

Die für fraktionierte Kristallisation zuständige Gruppe des Anlagenbauers entwickelte gemeinsam mit Resitec ein völlig neues Reinigungsverfahren auf der Basis eines modifizierten statischen Kristallisationsprozesses, mit dem hochreines Sterol mit höherer Ausbeute und mit Hilfe eines einzigen Lösemittels erzeugt wird (siehe Kasten).
Während der Entwicklung des Verfahrens führten die Ingenieure des Engineering-Unternehmens umfangreiche Tests in einer eigens errichteten Pilotanlage durch, deren Ergebnisse Resitec dazu bewegten, die erste Anlage zur Ausführung dieses einzigartigen Verfahrens in Auftrag zu geben. Das neue Verfahren erlaubt einen einfachen und zuverlässigen Betrieb dieser Anlage auf Grund folgender Merkmale:

  • Vollautomatische Kontrolle der Mengenbilanz, was eine konstante Produktqualität garantiert. Phasentrennung nur durch Schwerkraft, was Filterpressen oder Zentrifugen überflüssig macht.
  • Ein Minimum an beweglichen mechanischen Teilen (nur Standard-Pumpen und -Ventile), wodurch weniger Wartung nötig ist.
  • Extrem flexible Betriebsweise, die eine Anpassung an Veränderungen bei der Qualität der zugeführten Rohstoffe oder der Produktanforderungen erlaubt.
  • Die Verwendung eines einzigen Lösemittels erleichtert das Recycling.
  • Kein Umgang mit Kristallbrei, kein Transport von Feststoffen.
  • Keine Abwässer oder Abgase, umweltfreundlich

Sulzer und Resitec nahmen am Design und an der Konstruktion des statischen Kristallisators sowie am Rohsterol-Produktionsverfahren eine Reihe innovativer Veränderungen vor, so dass die beiden Unternehmen gemeinsam Patentrechte für das neue Sterolreinigungsverfahren beanspruchen können. Dieses Verfahren, das eine industrielle Herstellung eines hochreinen Produkts erlaubt, stieß auf großes Interesse. Der Anlagenbauer erwartet daher, dass in Kürze weitere Bestellungen folgen werden.

Erschienen in Sulzer Technical Review 1/2006

Fast schon die Quadratur des Kreises: Hochreines Sterol wird mit Hilfe eines einzigen Lösemittels mit höherer Ausbeute erzeugt.

Heftausgabe: März-April 2006
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Über den Autor

Ali Nikzad , Sulzer Chemtech,
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