Prozesstechnologie für die Produktion von Speiseölen

Gewinnung, Verarbeitung und Modifikation von Speiseölen und -fetten

Fette (Triglyceride) sind die Ester mehr oder weniger langkettiger Fettsäuren mit dem dreiwertigen Alkohol Glycerin. Der Begriff „Öl“ wird verwendet, wenn bei Zimmertemperatur die flüssige Form vorliegt, und „Fett“ im Falle der festen Form. Es sind stets natürliche Begleitstoffe in den Fetten enthalten, z.B. Phospholipide, Sphingolipide, freie Fettsäuren, Cholesterin, Sterine (z.B. Phytosterine), Farbstoffe (Lipochrome), Wachse und Vitamine.

Gewinnung von Fruchtfleischfetten

Diese Fette liegen feinverteilt im stark wasserhaltigen Gewebe der Frucht vor. Jegliche mechanische Beanspruchung, die zum Platzen von Zellen führen, oder auch bloßes Altern, setzen enzymatische Reaktionen in Gang, die zur Spaltung der Fette oder zu anderem Verderb führen können. Dies bedingt, dass Fruchtfleischfette am Erzeugungsort der Pflanzen gewonnen werden. Die beiden lebensmitteltechnisch wichtigen Fruchtfleischfette sind Palmöl und Olivenöl. Avocadoöl wird wegen seines hohen Preises fast ausschließlich in Kosmetika eingesetzt.

Palmöl
Die Früchte (Beeren) des Palmöls enthalten bis zu 65 % Fruchtfleisch und dieses wiederum enthält ca. 40 % Öl. Das Öl ist reich an Palmitin- und Ölsäure. Bei Zimmertemperatur zerfällt es in eine flüssige und eine feste Phase und eignet sich damit gut für eine Fraktionierung. Die Palmfrüchte enthalten neben dem Fruchtfleisch die sogenannten Nüsse, die getrocknet und geknackt werden können und aus deren Kernen dann durch Pressen das Palmkernfett gewonnen werden kann.

Wichtige Behandlungsschritte:

• Trennen von Beeren und Stängeln
• Sterilisierung der Beeren: Dampfbehandlung in Autoklaven bei 3 bar Überdruck und 135°C für bis zu 2 Stunden. Dadurch lässt sich das Fruchtfleisch (Pulpa) leichter von den Nüssen trennen und Enzyme werden inaktiviert sowie Mikroorganismen abgetötet. MO bilden Lipasen, die den Anteil an freien Fettsäuren anheben würden.
• Pressen: die Pulpa wird und die Nüsse werden meist mit Hilfe von Schraubenpressen getrennt. Der Ablauf enthält neben dem Fruchtwasser das Palmöl.
• Separieren: Nach Klär- und Waschvorgängen wird der Most in Tellerseparatoren in das Öl und Fruchtabwasser getrennt. In einem anschließenden Vakuum-Trocknungsschritt wird der Wassergehalt auf unter 0,1 % abgesenkt.

Olivenöl
Die Oliven werden von Blättern, Zweigen usw. getrennt, die später die Zentrifugen verstopfen könnten. Die Zerkleinerung kann in kleinen, traditionellen Betrieben durchaus noch mit Hilfe eines Kollerganges oder mit Steinmühlen (ähnlich horizontaler Mahlgang) erfolgen. Die Pressung wird dann diskontinuierlich in hydraulischen Packpressen durchgeführt.

Die Pulpe wird nun in Malaxeuren behandelt. Dies sind temperierbare, semikontinuierliche Behälter, in denen die Pulpe 15-30 min lang intensiv gerührt wird. Dabei kommt es zu einem enzymatischen und mechanischen Zellaufschluss, wodurch die Öltröpfchen aus den Zellen austreten. Nun erfolgt die Abtrennung des Tresters (Feststoffanteil) und des größten Teils des Fruchtwassers in 2-Phasen-Dekantern. Der ablaufende Most enthält allerdings ca. 25% Wasser, weshalb über Zentrifugen der Fruchtwasser-Anteil sowie Trubstoffe abgetrennt werden.

Gewinnung von Samenfetten

Alle Ölsaaten müssen zur Gewinnung des Öls vorbereitet werden, wobei bei den Verfahren (Pressen oder Extrahieren) und Saatenarten Unterschiede bestehen. Sonnenblumensaaten müssen z.B. geschält werden, Rapssamen hingegen nicht. Aus ihnen wird das Fett mit kontinuierlich arbeitenden Schneckenpressen und anschließender Extraktion im Gegenstromverfahren mit Hexan oder Ethylmethylketon gewonnen. An Extraktionsmittel werden insbesondere im Lebensmittelbereich hohe Anforderungen gestellt:

• hohes, selektives Lösungsvermögen für Triglyceride
• chemisch inert (darf mit Produkt und Anlagen nicht chemisch reagieren)
• nicht brennbar, giftig, ätzend
• leicht entfernbar aus dem Extraktionsschrot.

Verarbeitung von Ölen und Fetten

Die gewonnenen Öle sind häufig farbig, besitzen einen wenig attraktiven Geruch und können Schleimstoffe und unlösliche Beimengungen suspendiert enthalten. Sie werden dann der Raffination unterworfen. Der Verlust an nutzbarem Pflanzenöl beträgt etwa 4 bis 8 %. Ohne Raffination wäre der überwiegende Teil der Fette und Öle nicht für die Ernährung geeignet.

Die Raffination umfasst folgende Schritte:

• Entschleimung zur Abtrennung der Phospholipide (Lecithine)
• Neutralisation; sie dient der Entfernung der freien Fettsäuren (off-flavour)
• Winterisierung zur Beseitigung der Wachse, die bei kühlen Temperaturen zur Trübung führen
• Bleichung (Farbstabilität)
• Desodorierung (unerwünschte Aromakomponenten werden durch Wasserdampf ausgetrieben)

Modifikation von Ölen und Fetten

Fette und Öle entsprechen als Naturprodukte nicht immer den Anforderungen, um die erwünschten Endprodukte herstellen zu können. Es gibt Rohstoffe, die sich für einen bestimmten Zweck ideal eignen, die aber nur in geringen Mengen vorhanden oder teuer sind. Die Modifikation der Fette verändern die physikalischen Eigenschaften der Rohstoffe und passen sie den gewünschten späteren Verwendungen an.

Folgende Möglichkeiten dienen zur Modifikation der Fette:

• Fraktionierung: Öle und Fette haben keinen fest definierten Schmelzpunkt, sondern einen Schmelzbereich. Die Fraktionierung ermöglicht die Trennung eines Fettes in Produkte verschiedener Schmelzbereiche.
• Winterisierung: Dazu werden sie abgekühlt und auf Temperaturen zwischen 5 und 15°C längere Zeit gehalten (bis 36 h). Dabei kristallisieren die Wachse und hochschmelzenden Fette aus und können abfiltriert werden.
• Umesterung: Fette werden durch Umesterung in Produkte überführt, die aufgrund einer anderen Triglyceridzusammensetzung andere Eigenschaften aufweisen („maßgeschneiderte Fette“). Am wichtigsten ist dabei die Änderung des Schmelzverhaltens der Fette und damit der Gehalt an kristallinem Fett bei verschiedenen Temperaturen.
• Härtung: Natürlich gewonnene Fette sind heute überwiegend Öle. Es besteht aber eine große Nachfrage nach Fetten, die bei Raumtemperatur fest oder halbfest sind, wie man sie für Brat- und Backfette, vor allem aber für die Margarineherstellung benötigt.

In Ölen ist der Gehalt an ungesättigten Fettsäuren groß, weswegen der Schmelzpunkt tief liegt. Durch eine Addition von Wasserstoff (Hydrierung) lassen sich Doppelbindungen absättigen und es entstehen gesättigte Fettsäuren oder Fettsäuren mit weniger Doppelbindungen. Dadurch steigt der Schmelzpunkt der Fette – sie werden härter. Dabei entstehen geringe Teile an Transfettsäuren, die ernährungsphysiologisch kritisch zu betrachten sind.

Problematisch ist zudem beispielsweise bei der Gewinnung von CPO (crude palm oil) die Entstehung von sog. 2-MCPD-Fettsäureester (Ester verschiedener Fettsäuren mit 2-Monochlorpropandiol als Alkoholkomponente). Gleiches gilt für 3-MCPD. Sie entstehen durch hohe Temperaturen bei der Raffination von Ölen und weisen ein gesundheitsschädigendes Potential auf. Generell gilt dies für Glycidyl-Fettsäureester (das sind Ester verschiedener Fettsäuren mit Glycidol, einem Epoxid, als Alkoholkomponente). Die EFSA (European Food Safity Authority) hat aufgrund des genotoxischen und karzinogenen Potentials keinen sicheren Grenzwert vorgegeben. 

Wie kann man nun die Entstehung verhindern oder während der Speiseölgewinnung entfernen? Beim Anbau sollte möglichst wenig Chloreintrag durch Wasser, Düngung oder Pestizide erfolgen. Während der Verarbeitung ist auf eine chlorfreie Behandlung beim Dämpfen oder bei der Verdünnung zu achten. Wichtigster Schritt ist die weitgehende Entfernung des unerwünschten Chlors im Rohpalmöl. Dabei wird das CPO wasserlösliche Chlor mit chlorfreiem Waschwasser vermengt. Die Chloridionen wandern in das Waschwasser. Anschließend wird das Waschwasser (und damit das störende Chlor) durch Hochleistungs-Tellerzentrifugen abgetrennt.

Grundsätzlich unterliegen Speiseöle mit hohem Anteil ungesättigter Fettsäuren (Omega-3 und Omega-6 – Fettsäuren) der Autoxidation. Das ist eine stetige, langsam und dauerhaft ablaufende Oxidation der Doppelbindungen. Dadurch entstehen unangenehme Aromastoffe, die das Öl sensorisch unattraktiv machen. Diese Fehlaromen (off-flavour) werden als grün, grasig, muffig oder gar ranzig beschrieben. Deswegen sind solche Öle in braunen Flaschen unter Stickstoffatmosphäre abzufüllen.

Die Lagerung sollte kühl und lichtgeschützt erfolgen. Das gilt für den Handel und vor allem für den Verbraucher. Die sonst entstehenden Autoxidiationssubstanzen weisen eine niedrige Wahrnehmungsschwelle auf und beeinträchtigen folglich den sensorischen Genuss stark negativ. Leinöl beispielsweise wird in kleinen Dosen abgefüllt. Nach dem Öffnen muss es im Kühlschrank aufbewahrt und innerhalb drei Tagen verbraucht werden. Sonst wird es durch die Autoxidation zähflüssig und aromatisch ungenießbar.

Quellen

Reinhard Matissek: Lebensmittelchemie, 9., neu bearbeitete und aktualisierte Auflage; Springer Spektrum 2019;

Thomas Birus: eigene Vorlesungsunterlagen