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So wird Joghurt noch gesünder

Verfahren zur Gewinnung von Phytosterol in Pharma- und Lebensmittelqualität
So wird Joghurt noch gesünder

Cholesterin ist ein wichtiger Bestandteil der menschlichen Zellmembranen. Obwohl Cholesterin für normale biochemische Funktionen wichtig ist, spielt es, wie man heute weiß, auch eine kausale Rolle bei der Entwicklung der Arteriosklerose. Pflanzliche Sterole, auch Phytosterole genannt, senken den Cholesterinspiegel im menschlichen Blut. Mit dem Partner Resitec aus Brasilien hat Sulzer Chemtech ein Verfahren entwickelt, hochreines Phytosterol wirtschaftlich und umweltschonend herzustellen.

Ali Nikzad, Attila Janosfia

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 Lebensmitteltechnik, um herkömmlichen Nahrungsmitteln eine cholesterinsenkende Wirkung zu verleihen.
Wachsender Markt
Hauptanwender von Phytosterol sind die Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Der Markt für Functional Food, das Phytosterol in geeigneter Form enthält, wie Margarine, Jogurt, Brotaufstriche, Salatdressings oder Getränke, wächst rasch, wodurch 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 Phytosterolproduktion werden hauptsächlich zwei Rohstoffe verwendet: ein durch Dampfdestillation von Sojaöl gewonnenes Destillat und Rohtallöl. Dieses entsteht bei der Zelluloseproduktion, vor allem aus Nadelhölzern, durch das Abschöpfen der Seife von Schwarzlauge. Wegen seines hohen Phytosterolgehalts und seiner leichten Verfügbarkeit ist Rohtallöl 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.
Die zur Resitec-Gruppe gehörende Resitol LTDA in Palmeira, Brasilien, destilliert seit langem Rohtallöl, das sie von rund einem Dutzend Zellstofffabriken aus der Gegend erhält. Seit 2003 erzeugt Resitol LTDA mittels eines von Resitec entwickelten und patentierten Verfahrens Rohphytosterol 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. Um den Bedarf an einem hochreinen Produkt zu decken und dieses direkt an die weiterverarbeitende Industrie verkaufen zu können, beschloss Resitec zu untersuchen, wie ihr Roh-Phytosterol auf den geforderten Reinheitsgrad von 85 % gebracht werden könnte.
Erfolgreicher Pilotbetrieb
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 in der Schweiz ergab sehr ermutigende Resultate, so dass die beiden Unternehmen beschlossen, in enger Zusammenarbeit ein Verfahren zur Endreinigung von Phytosterol zu entwickeln. Ergebnis ist ein Reinigungsverfahren auf der Basis eines modifizierten statischen Kristallisationsprozesses, mit dem hochreines Sterol mit höherer Ausbeute und mit Hilfe eines einzigen Lösemittels erzeugt wird.
Der statische Kristallisator von Sulzer basiert auf einem System vertikaler Platten, die als Wärmetauscherflächen dienen und in das zu kristallisierende Material getaucht werden. Durch die Platten fließt ein Wärmetauschermedium, das optimale Bedingungen für das Kristallwachstum aufrecht erhält. Zuerst wird der Kristallisator mit der zu kristallisierenden Mischung gefüllt. Die Mischung wird unter kontrollierten Bedingungen gekühlt, wodurch ein bestimmter Teil an der Wärmetauscherfläche (Bild 3 A) fest friert. Nach vollständiger Kristallisation wird die Mutterlauge mit den darin enthaltenen konzentrierten Verunreinigungen abgelassen. Es bleibt nur ein Film übrig, der die gesamte, im Kristallisator zurückbleibende Kristallmasse bedeckt (Bild 3 B). Durch vorsichtiges Erhitzen bis knapp unter den Schmelzpunkt der Festphase wird dieser Film entfernt. So schmelzen insbesondere die Verunreinigungen weg, zudem wird die Kristallschicht gespült und die Anlage gereinigt. Dieses Teilschmelzen wird auch Schwitzen genannt (Bild 3 C). Nach dem Schwitzen wird die Temperatur des Wärmetauschermediums erhöht, um das Produkt zu schmelzen (Bild 3 D). Doch die geschmolzenen Kristalle werden nicht abgelassen, sondern rekristallisiert, wobei die Verunreinigungen in den Rückstand und die Schwitzfraktionen übergehen.
Industrielle Anlagen
Während der Entwicklung des Verfahrens führten die Ingenieure von Sulzer Chemtech umfangreiche Tests in einer eigens errichteten Pilotanlage durch, deren Ergebnisse Resitec dazu bewegten, die erste Anlage zur Ausführung dieses Verfahrens in Auftrag zu geben. Das Verfahren erlaubt einen einfachen und zuverlässigen Betrieb dieser Anlage aufgrund folgender Merkmale:
  • vollautomatische Kontrolle der Mengenbilanz, was eine konstante Produktqualität garantiert
  • Phasentrennung nur durch Schwerkraft, was Filterpressen oder Zentrifugen überflüssig macht
  • 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
  • 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 Rohsterolproduktionsverfahren eine Reihe innovativer Veränderungen vor, so dass die beiden Unternehmen gemeinsam Patentrechte für das Sterolreinigungsverfahren beanspruchen können.
Halle 4.0, Stand H15
dei 440

Weitere Informationen zu Kristallisationsverfahren
Kristallisation in der industriellen Praxis
Veröffentlichungen zur Schmelzkristallisation
Achema 2006
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