Filtration, Waschen und Trocknen in einem Verfahren lösen die technischen Probleme der β-Carotin-Extraktion und -Reinigung.

β-Carotin ist ein fettlösliches Carotinoid mit der Summenformel C₄₀H₅₄ und einer relativen Molekülmasse von 536,88 g/mol. Es ist leicht löslich in Methylenchlorid, Chloroform und Schwefelkohlenstoff. β-Carotin ist eine wichtige Vitamin-A-Quelle für den menschlichen Körper. Es erfüllt physiologische Funktionen wie den Schutz des Sehvermögens, die Krebsprävention, die Krebsbekämpfung, die Verlangsamung des Alterungsprozesses, die Vorbeugung und Behandlung von Katarakten, den Schutz vor Strahlung und die Stärkung des Immunsystems. Aufgrund dieser vielfältigen Funktionen hat sich das Anwendungsgebiet von β-Carotin vom ursprünglichen Lebensmittelfarbstoff hin zu den vier Hauptbereichen Futtermittel, Nahrungsergänzungsmittel, Gesundheitsprodukte und Medizin erweitert und genießt breite Anerkennung bei den Verbrauchern.

Derzeit wird β-Carotin hauptsächlich aus Süßkartoffeln und Karotten gewonnen. Selbst bei Sorten mit hohem β-Carotin-Gehalt ist dieser jedoch sehr gering (nur etwa 40 mg/kg), und die Reinigung gestaltet sich aufwendig. Durch mikrobielle Fermentation lässt sich β-Carotin bis zu 5–10 % des Trockengewichts der Bakterien anreichern, was für die Forschung von großer Bedeutung ist.

Ob es sich nun um die Extraktion von β-Carotin aus Karotten oder Mikroorganismen handelt, das derzeitige Verfahren verwendet hauptsächlich die Extraktion mit organischen Lösungsmitteln.

Da β-Carotin in den in der Lebensmittelindustrie üblicherweise verwendeten organischen Lösungsmitteln schwer löslich ist, ist für seine Extraktion eine große Menge an Lösungsmittel erforderlich. Das gängige Extraktionsverfahren für β-Carotin besteht darin, die Zellwände des durch Filtration der Fermentationsbrühe gewonnenen feuchten Myzels aufzubrechen, es nach Fest-Flüssig-Trennung mit einem Dehydratisierungsmittel zu entwässern und anschließend das β-Carotin mit einem Lösungsmittel zu extrahieren. Nach dem Trocknen erhält man β-Carotin-Kristalle. Dieses Verfahren verbraucht große Mengen organischer Lösungsmittel, was nicht nur einen hohen Energie- und Produktionsaufwand verursacht, sondern auch die Abtrennung der Lösungsmittel erschwert. Die Restkonzentration an Lösungsmitteln in den fertigen Kristallen ist hoch, was ein Risiko für die Lebensmittelsicherheit darstellen kann.

Neues Verfahren zur Extraktion und Reinigung von β-Carotin Spezifische Schritte

Um die technischen Probleme der β-Carotin-Extraktion und -Reinigung zu lösen, bietet sich ein vollautomatisches, dreistufiges Aufbereitungsverfahren an, das Filtration, Waschen und Trocknen kombiniert. Es ist einfach und unkompliziert, ermöglicht hohe Gewinnspannen, lässt sich leicht vermarkten und hat vielversprechende Marktperspektiven. Die einzelnen Schritte des neuen Verfahrens sind wie folgt:

(1) Reinigungsschritt: Reinigung der gesammelten Rohstoffe und Entfernung von Verunreinigungen;

(2) Lösungsmittelextraktionsschritt: Zugabe eines organischen Lösungsmittels zum Rohmaterial zur Rückflussextraktion oder Ultraschallextraktion;

(3) Wandaufbruch: 0,25 Gew.-% Protease bezogen auf das Trockengewicht der Bakterien werden zu der konzentrierten Lösung gegeben, gerührt und 4 Stunden bei 35 °C reagieren gelassen, um die Zellwand aufzubrechen. Die durchschnittliche Partikelgröße der Bakterien beträgt dann 575 μm.

(4) Reinigungsschritt: Das Produkt aus Schritt (3) wird in einem vollautomatischen Drei-in-Eins-Filter-Wasch-Trocknungs-System getrennt. Die obere Schicht ist der orangefarbene Überstand, die untere Schicht der Filterrückstand.

(5) Verseifungsreaktion: Der Lösung wird eine überschüssige Massenkonzentration von 0,5%iger Lauge zugesetzt, um eine ausreichende Verseifungsreaktion zur Entfernung von Fett durchzuführen; die Verseifungsreaktionslösung wird mit Wasser gewaschen, um Seife zu entfernen, bis die Seifenkonzentration in der Waschflüssigkeit weniger als 10 ppm beträgt, um β-feuchte Kristalle von Carotin zu erhalten;

(6) Reinigung und Trocknung: Wasser, Ethanol und Natronlauge werden zum in Schritt (5) erhaltenen β-Carotin-Rohprodukt gegeben, gerührt und anschließend im Verdampfer eingeengt, um das gereinigte β-Carotin zu erhalten. Die Prüfung ergab, dass das fertige β-Carotin-Kristall eine Reinheit von 96,6 % aufweist und keine organischen Lösungsmittel enthält.