DE19857582A1 - Verfahren zur Gewinnung von Pflanzenölen aus ölhaltigen Pflanzenprodukten - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von Pflanzenölen aus ölhaltigen PflanzenproduktenInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Pflanzenölen aus ölhaltigen Pflanzenprodukten mittels enzymatischen Zellaufschluß, wobei der Zellaufschluß mit arteigenen, in dem Pflanzengut enthaltenen Enzymen erfolgt.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Pflan
zen-Ölen aus ölhaltigen Pflanzenprodukten mittels enzymatischen Zellaufschluß.
Üblicherweise erfolgt die Gewinnung von Pflanzenölen aus ölhaltigen
Pflanzenprodukten wie Keimen, Samen und Früchten, durch Pressen und/oder
Extrahieren mit organischen Lösungsmitteln in kontinuierlicher oder
diskontinuierlicher Arbeitsweise.
Die Extraktion mit organischen Lösungsmitteln wie Pentan, Hexan, garantiert
zwar eine hohe Ölausbeute und niedrige Restölgehalte von weniger als 1% im
zurückbleibenden Schrot, erfordert jedoch einen hohen technischen Aufwand,
da aufgrund der leicht flüchtigen Lösungsmittel die Anlagen explosionsgeschützt
sein müssen. Zudem müssen die Lösungsmittel aus den Produkten aufwendig
entfernt werden, um den hohen Anforderungen an den Reinheitsgrad der für die
Nahrungsmittel- und Futtermittelindustrie bestimmten Pflanzenöle zu genügen.
Ein weiterer Nachteil ist, daß die Verwendung von organischen Lösungsmitteln
unter ökologischen Gesichtspunkten nicht wünschenswert ist.
Die Fertigpressung, z. B. in Schneckenpressen mit Vorkonditionierung, als Ver
fahren zur Ölgewinnung aus ölhaltigen Saaten stellt eine zunehmend an Be
deutung gewinnende Alternative zur Extraktion mit Lösungsmitteln dar, da nur
vergleichsweise unkomplizierte technische Anlagen benötigt werden, sie ein um
weltverträgliches Verfahren darstellt und ein Produkt liefert, das den Qualitäts
ansprüchen genügt. Eine unbefriedigende Ölausbeute und ein hoher Restöl
gehalt von mindestens 5% im Schrot, was bisweilen 50% des gesamten in dem
Ausgangspflanzengut enthaltenen Öls entspricht, sind jedoch unter dem
Gesichtspunkt einer wirtschaftlichen Ölgewinnung die wesentlichen
Hinderungsgründe für eine breite großtechnische Anwendung dieses
Verfahrens.
Verfahren zur Verbesserung des Zellaufschlusses der Pflanzenprodukte mit
Hilfe einer wässrigen Behandlung sind bekannt, diese arbeiten jedoch grund
sätzlich mit dem Zusatz von Fremdenzymen bzw. Fremdenzymkomplexen.
So wird zum Beispiel in der DE 38 43 027 vorgeschlagen, dem zerkleinerten
und homogenisierten Pflanzengut Enzyme bzw. Enzymsysteme zuzusetzen, die
die Zellstruktur zersetzen und die darin enthaltenen Öle freisetzen können. Das
freigesetzte Öl bildet hierbei eine ölhaltige Phase auf der wässrigen Suspension
und kann durch bekannte Trennverfahren wie Zentrifugieren, Dekantieren oder
Filtration abgetrennt werden. Mit dem enzymatischen Aufschluß kann eine hohe
Produktqualität und hohe Produktausbeute erzielt werden. Zudem stellt er ein
flexibles Verfahren dar. Jedoch ist er unter ökonomischen Gesichtspunkten
wenig vorteilhaft, da er zum einen mit hohen Betriebskosten verbunden ist, da
die eingesetzten Enzyme teuer sind, und zum anderen lange Aufschlußzeiten
von 12 Stunden und mehr erforderlich sind.
Der Zusatz von Enzymen zu ölhaltigem Pflanzengut zur Ölgewinnung wird auch
in der DE 21 04 259 sowie der WO 89/09255 vorgeschlagen. Auch hier ist eine
wirtschaftlich großtechnische Nutzung durch lange Aufschlußzeiten und Zusatz
teuerer Fremdenzyme begrenzt.
So erfordert der enzymatische Zellaufschluß in dem Beispiel der DE 21 04 259
einen Zeitraum vom 18 Stunden, wobei allgemein für den Zellaufschluß ein Zeit
raum von 15 bis 18 Stunden als bevorzugt angegeben ist.
WO 89/09255 betrifft insbesondere ein Verfahren zur Gewinnung von Ölen und
Fetten aus Naturprodukten durch Extraktion mit Wasser als Transportmittel,
wobei das Rohmaterial unter anderem mittels Zellaufschluß aufbereitet und das
dabei freiwerdende Öl durch Zuführen von Wasser teilweise emulgiert wird und
anschließend die Trennung des Öl-Wassergemisches von nicht löslichem
Protein und Zellmaterial mittels Querstromfiltration durchgeführt wird. Der Zell
aufschluß des Rohmaterials kann dabei physikalisch, enzymatisch oder che
misch erfolgen. In dieser Schrift wird ebenfalls angemerkt, daß der Einsatz von
Enzymen zu hohen Betriebskosten führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur rationellen
umweltfreundlichen Ölgewinnung aus ölhaltigen Pflanzenprodukten bei
niedrigen Betriebskosten, geringen Aufschlußzeiten und dennoch hohen
Ausbeuten zur Verfügung zu stellen.
Weiter ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ölge
winnung aus ölhaltigen Pflanzenprodukten zur Verfügung zu stellen, das ohne
großen technischen Aufwand in herkömmliche Abpreßverfahren integriert
werden kann und somit auch für eine breite großtechnische Anwendung
geeignet ist.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein Verfahren zur Gewinnung von
Pflanzenölen aus ölhaltigen Pflanzenprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß
das ölhaltige Pflanzenprodukt zerkleinert wird, das zerkleinerte ölhaltige
Pflanzenprodukt auf einen Wassergehalt von mehr als 50 Gew.-% (bezogen auf
die Trockensubstanz) verdünnt, über eine Zeit von mindestens 0,5 bis etwa
4 Stunden bei einer Temperatur von mehr als 20°C unter Einwirkung der im
Pflanzenprodukt enthaltenen aktivierten Enzyme mazeriert und das enthaltene
Öl anschließend abgetrennt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft für die Nahrungs- und
Futtermittelindustrie Anwendung finden, wobei die Rückstände der
Ölgewinnung, das sogenannte Schrot, als eiweißreiches Kraftfutter verwendet
werden kann.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die in dem Pflanzenprodukt
enthaltenen arteigenen Enzyme unter den Verfahrensbedingungen aktiviert
werden und die Zellstrukturen des Speichergewebes (Kotyledongewebe) der
ölhaltigen Pflanzenprodukte soweit zu zerstören vermögen, daß die darin
eingeschlossenen Oleosomen (Ölkörper) freigesetzt werden. Der enzymatische
Zellaufschluß erfolgt hierbei ohne Zusatz von Fremdenzymen ausschließlich
durch die Aktivierung der in dem Pflanzenprodukt enthaltenen, arteigenen
hydrolytischen und proteolytischen Enzyme, die den Abbau der komplexen Poly
saccharid- und Proteinstrukturen im Kotyledongewebe bewirken.
Anders als bei den bekannten Verfahren bildet sich bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren keine Ölphase aus, sondern das freigesetzte Öl
sowie die Proteine verbleiben weitestgehend in der Feststoffphase.
Vollkommen überraschend war hierbei, daß der Zellaufschluß und damit die
Freisetzung des Öles mittels arteigener Enzyme in hohen Ausbeuten innerhalb
sehr kurzer Zeiten von etwa 0,5 bis etwa 4 Stunden erfolgt.
Es hat sich gezeigt, daß eine Erhöhung der Zellaufschlußzeit über die ange
gebene Zeit hinaus zu keiner bedeutenden Erhöhung der Ölausbeute führt.
Vielmehr gehen bei längeren Aufschlußzeiten zunehmend die im Pflanzen
produkt enthaltenen Proteine in Lösung, mit der Folge, daß der nach Ab
trennung des Öls zurückbehaltene Schrot an Protein verarmt ist und damit
dessen Qualität als Nahrungs- bzw. Futtermittel verringert wird.
Weiter erschweren die im Wasser gelösten Proteine dessen Rückführung in den
Arbeitsprozeß, da sie vorher abgetrennt werden müssen, was mit Kosten und
Aufwand verbunden ist.
Neben den hohen Anschaffungskosten ist der Zusatz von Fremdenzymen auch
unter folgenden Gesichtspunkten von Nachteil: Verbleiben die Enzyme in dem
erhaltenen ölhaltigen Produkt bzw. in dem als Nebenprodukt anfallenden
proteinhaltigen Schrot können sie weiterwirken und zum Beispiel in dem Schrot
zu einem unerwünschten weiteren hydrolytischen Abbau der Proteine führen;
eine Rückgewinnung der Fremdenzyme aus der Wasserfraktion zur Wiederver
wertung ist mit Aufwand und daher Kosten verbunden; aufgrund der Wirkung
der Fremdenzyme enthält die Wasserfraktion einen hohen Anteil an hydrolytisch
abgebauten Proteinen, die zum einen vor Rückführung der Wasserfraktion in
den Arbeitsprozeß aufwendig abgetrennt werden müssen und zum anderen zu
einer Verarmung an Protein in dem Schrot führt.
Im Gegensatz zum enzymatischen Zellaufschluß mit Fremdenzymen ist bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem der Zellaufschluß mittels der arteigenen
in dem Pflanzengut enthaltenen Enzymen erfolgt, die Löslichkeit der Proteine in
Wasser gering, d. h. der Schrot verarmt nicht an Protein und das Wasser wird
nicht belastet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist prinzipiell für jede Art von ölhaltigem
Pflanzenprodukt anwendbar, soweit dieses über entsprechende arteigene En
zyme verfügt. Beispiele hierfür sind Sojasaat, Raps, Sonnenblumenkerne, wobei
Sojasaat besonders bevorzugt sind.
Für das erfindungsgemäße Verfahren wird das eingesetzte Pflanzenprodukt
zunächst auf herkömmliche Art und Weise zerkleinert.
Vorzugsweise erfolgt die Zerkleinerung des Pflanzenprodukts vor der wässrigen
Behandlung so, daß mindestens etwa 60% eine Teilchengröße, d. h.
Korngröße bzw. Plättchengröße, im Bereich von 1,0 mm haben. Die
Zerkleinerung bewirkt eine weitgehende physikalische Zerstörung der
Zellwände, so daß das Pflanzenprodukt für den nachfolgenden enzymatischen
Zellaufschluß während der wässrigen Behandlung optimal aufgeschlossen wird
und insgesamt die Ölausbeute verbessert und die Aufschlußdauer verringert
werden kann. Die Teilchengröße sollte nicht zu klein sein, um bei der
gegebenenfalls nachfolgenden Abtrennung durch Pressen eine Verstopfung der
Presse zu vermeiden und die Ölabtrennung zu gefährden. Es versteht sich, daß
die optimale Größe vom Pflanzenprodukt abhängig ist und nach Bedarf variiert
werden kann.
Im Anschluß an die Zerkleinerung wird das zerkleinerte Pflanzenprodukt auf
einen Wassergehalt von mehr als 50 Gewichtsprozent, bezogen auf den
Trockengehalt des Pflanzenprodukts, verdünnt, wobei sich im allgemeinen in
Abhängigkeit von dem verwendeten Pflanzenprodukt automatisch ein pH-Wert
von weniger als 7,0 einstellt.
Unter Berücksichtigung des natürlichen Wassergehalts der eingesetzten
Pflanzenprodukte wird für die Verdünnung ein Pflanzenprodukt: Wasser-Mas
senverhältnis von 1 : 1 bis vorzugsweise 1 : 4 gewählt, wobei sich die hier
angegebenen Werte für das Massenverhältnis auf das Pflanzenprodukt im
Originalzustand beziehen, d. h. inklusive des natürlichen Wassergehalts.
Übliche Werte für den natürlichen Wassergehalt liegen bei 7 bis 11 Gew.-%.
Der natürliche Wassergehalt kann jedoch je nach Art des Pflanzenprodukts und
z. B. in Abhängigkeit der Wachstumsbedingungen und der nachfolgenden
Lagerbedingungen stark schwanken.
Die Mazeration oder wässrige Behandlung und damit die Einwirkung der
Enzyme wird bei einer Temperatur von oberhalb 20°C, vorzugsweise bei
Temperaturen im Bereich von 50 bis 60°C, während einer Dauer von
wenigstens 0,5 Stunden durchgeführt. Dabei erfolgt eine Aktivierung der
pflanzeneigenen Enzyme, die den Zellaufschluß bewirken.
Es hat sich gezeigt, daß für das erfindungsgemäße Verfahren eine Zeit von
etwa 4 Stunden vollkommen ausreicht, um die in den Zellstrukturen des Saat
guts eingeschlossenen Ölkörper freizusetzen. Sehr gute Ölausbeuten werden
erfindungsgemäß bereits mit einer sehr kurzen Mazerationszeit von 1 bis 2
Stunden erhalten.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Ölausbeuten von bis zu
90% erzielen, so daß eine nachfolgende Lösungsmittelextraktion des Schrots
zur Erhöhung der Ölausbeute wie sie z. B. bei herkömmlichen Preßverfahren
üblich ist, nicht erforderlich ist.
Nach Beendigung des Zellaufschlusses kann das freigesetzte Öl aus der Pflan
zenprodukt-Wasser-Suspension prinzipiell in an sich bekannter Weise
abgetrennt werden.
In einer erfindungsgemäß bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abtrennung
durch Abpressen, wobei das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch
für herkömmliche großtechnisch betriebene Anlagen zum Abpressen von ölhal
tigen Pflanzenprodukten eingesetzt werden kann.
Obwohl die Extraktion mit Lösungsmittel aus den genannten Gründen
vermieden werden sollte, ist sie als Abtrennungsmöglichkeit nicht
ausgeschlossen.
Für die Abtrennung mittels Abpressen hat es sich bewährt, den Wassergehalt in
dem aufgeschlossenen Pflanzenprodukt durch Trocknung, vorzugsweise auf
etwa den Ausgangswert des Rohmaterials, zu reduzieren.
Weiter kann die Abpreßbarkeit des Öles durch eine thermische Konditionierung
des Pflanzenproduktes vor der Pressung verbessert werden. Dabei kann die
thermische Konditionierung vorzugsweise mit der Trocknung kombiniert werden.
Die thermische Konditionierung wird unmittelbar vor der Pressung durchgeführt,
wobei durch Wärmebehandlung in Gegenwart von Feuchtigkeit die
Abpressbarkeit des Öls erleichtert wird, indem die Viskosität des Öls erniedrigt
und damit dessen Fließfähigkeit erhöht wird, die Emulsion des Öls in der Zelle
gebrochen und zudem Zellmembranen zerstört werden, so daß das Öl leichter
herausgelöst werden kann.
Maßnahmen zur Konditionierung sind bekannt. Üblicherweise erfolgt sie in
Wärmepfannen oder Trommelkonditionierern, wobei in Trommelkonditionierern
aufgrund kontrollierter Bewegung eine gleichmäßigere Erhitzung und Verweilzeit
des Pflanzenprodukts möglich ist.
Beispielsweise liegt ein geeigneter Temperaturwert für Sojasaat in der
Größenordnung von 60°C.
Die Abpressung des Öls kann auf übliche Art und Weise, zum Beispiel durch
Fertigpressung in ein oder zwei Preßgängen, in herkömmlichen Preßanlagen,
erfolgen.
Wie bereits vorstehend ausgeführt, läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren
einfach und unkompliziert in bereits existierende herkömmliche Abpreßanlagen
integrieren. Aufgrund des enzymatischen Aufschlusses mittels arteigener, in
dem Pflanzenprodukt bereits vorhandener Enzyme kann die Ölausbeute her
kömmlicher Abpreßanlagen erheblich gesteigert werden und somit eine Extrak
tion mit Lösungsmitteln zur Ausbeuteoptimierung vermieden werden, ohne daß
jedoch die Betriebskosten zum Beispiel durch Einsatz von teuren Fremd
enzymen und der dadurch erforderlichen Aufbereitung des Brauchwassers, er
höht werden.
Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der Abtrennung des Öls zu
rückbleibende Schrot stellt ein besonders wertvolles und ernährungs
physiologisch unbedenkliches Nahrungsmittel bzw. Futtermittel dar, da zum
einen aufgrund der Behandlung mit arteigenen Enzymen nur wenig Protein in
dem Wasser gelöst und damit verloren geht, und zum anderen die in dem
Ausgangsmaterial bereits enthaltenen Enzyme ernährungsphysiologisch
unbedenklich sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das bei dem erfin
dungsgemäßen Verfahren abgetrennte Wasser, gegebenenfalls nach einer Auf
bereitung, wieder ganz oder teilweise in den Prozeß zurückgeführt werden.
Bei der Aufbereitung werden Feststoffe und andere Inhaltsstoffe sowie, falls
erforderlich, gelöste Proteine von dem Wasser abgetrennt.
Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Ölgewinnung anhand
der Figur veranschaulicht.
Die Figur zeigt ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Ölgewinnung, wobei die
Schritte, mit denen sich die vorliegende Erfindung insbesondere befaßt,
gestrichelt umrandet sind.
Die in der Figur genannten Schritte der Reinigung/Vortrocknung und Schälung
können optional bei Bedarf erfolgen. So ist eine Reinigung/Vortrocknung nur er
forderlich, falls das angelieferte Rohmaterial ungereinigt ist. Die Notwendigkeit
einer Schälung bestimmt sich nach dem Proteingehalt im Schrot.
Das Verfahren der Erfindung soll nunmehr durch das folgende Beispiel näher
erläutert werden, eine Beschränkung ist hieraus nicht abzuleiten.
Gereinigte Sojasaat mit einem Wassergehalt von 10,1% und einem Ölgehalt
von 20,8% (jeweils auf Trockensubstanz bezogen) wurde auf einer
Getreidequetsche zu Teilchen mit einer mittleren Korngröße von ca. 1,0 mm
zerkleinert. Die zerkleinerte Saat wurde mit der dreifachen Masse Wasser
versetzt und eine Stunde bei ca. 60°C mazeriert. Daran schloß sich eine
Entwässerung auf ca. 50% Wassergehalt in der Maische und eine Trocknung
auf einen Wassergehalt von ca. 8% in der Maische an. Die so vorbehandelte
Sojasaat wurde mit einer durchschnittlichen Temperatur von 40°C in eine
Laborschneckenpresse eingefahren. Es erfolgte eine Pressung bei
Temperaturen am Presskopf von 90° bis 95°C auf einen durchschnittlichen
Restölgehalt von 7% (auf Trockensubstanz bezogen). Die erreichte Ölausbeute
bei der Pressung lag durchschnittlich bei 18% (auf Trockensubstanz bezogen),
was bezogen auf den Ölgehalt in der Ausgangssaat eine Ausbeute von ca.
86% entspricht. Dem gegenüber steht eine Ölausbeute bei der Pressung
unbehandelter Sojasaat bei sonst gleichen Prozeßbedingungen von
durchschnittlich nur 13,5% (auf Trockensubstanz bezogen), was bezogen auf
den Ölgehalt in der Ausgangssaat eine Ausbeute von lediglich ca. 65%
entspricht.
Claims (11)
1. Verfahren zur Gewinnung von Pflanzenölen aus ölhaltigen
Pflanzenprodukten,
dadurch gekennzeichnet,
daß das ölhaltige Pflanzenprodukt zerkleinert wird, das zerkleinerte
Pflanzenprodukt auf einen Wassergehalt von mehr als 50
Gewichtsprozent (bezogen auf die Trockensubstanz) verdünnt wird, über
eine Zeit von mindestens 0,5 bis etwa 4 Stunden bei einer Temperatur von
mehr als 20°C unter Einwirkung der im Pflanzenprodukt enthaltenen
aktivierten Enzyme mazeriert wird und das enthaltene Öl abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als ölhaltiges Pflanzenprodukt Sojasaat verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das ölhaltige Pflanzenprodukt so zerkleinert wird, daß mindestens
etwa 60% des Pflanzenprodukts eine Teilchengröße in der
Größenordnung von 1,0 mm aufweisen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mazeration bei einem Pflanzenprodukt-Wasser-Massenverhältnis
(bezogen auf das Pflanzenprodukt im Originalzustand) von 1 : 1 bis 1 : 4
erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mazeration bei einer Temperatur von etwa 50°C bis etwa 60°C
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Mazeration über eine Zeit von etwa 1 Stunde bis etwa 2 Stunden
erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das nach der Mazeration erhaltene wässrige Produkt getrocknet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das erhaltene Produkt auf den Ausgangsfeuchtigkeitsgehalt des
eingesetzten Pflanzenprodukts getrocknet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abtrennung des gewonnenen Öls durch Pressen erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das nach der Mazeration erhaltene wässrige Produkt vor dem
Pressen einer thermischen Konditionierung unterworfen wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß das bei der Trocknung des erhaltenen wässrigen Produkts und der
Abtrennung des gewonnenen Öls wiedergewonnene Wasser gegebenen
falls nach einer Wiederaufbereitung, in den Verarbeitungsprozeß zurück
geführt wird.
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DE1998157582 DE19857582B4 (de) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | Verfahren zur Gewinnung von Pflanzenölen aus ölhaltigen Pflanzenprodukten |
Publications (2)
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Family
ID=7891000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE19857582B4 (de) |
Cited By (1)
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1998
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