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 Verfahren zur Ölgewinnung
aus ölhaltigen
Saaten stellt eine zunehmend an Bedeutung gewinnende Alternative
zur Extraktion mit Lösungsmitteln
dar, da nur vergleichsweise unkomplizierte technische Anlagen benötigt werden,
sie ein umweltverträgliches
Verfahren darstellt und ein Produkt liefert, das den Qualitätsansprüchen genügt. Eine
unbefriedigende Ölausbeute
und ein hoher Restölgehalt
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 grundsätzlich mit
dem Zusatz von Fremdenzymen bzw. Fremdenzymkomplexen.
So
wird zum Beispiel in der
DE
38 43 027 A1 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 2 104 259
A1 sowie der WO 89/09255 A1 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 2 104 259 A1 einen
Zeitraum vom 18 Stunden, wobei allgemein für den Zellaufschluß ein Zeitraum
von 15 bis 18 Stunden als bevorzugt angegeben ist.
WO
89/09255 A1 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 Zellaufschluß des
Rohmaterials kann dabei physikalisch, enzymatisch oder chemisch
erfolgen. In dieser Schrift wird ebenfalls angemerkt, daß der Einsatz
von Enzymen zu hohen Betriebskosten führt.
In
GB 2 094 334 A wird
ein Verfahren zum Abtrennen von Öl
und Proteinen aus frischem Kokosnussfleisch beschrieben, wobei zunächst in
einer ersten Stufe das Kokosnussfleisch kontinuierlich bei einer
Temperatur im Bereich von 60 bis 70 °C getrocknet wird, um die Kokosnussmilchemulsion
zu brechen. Das erhaltene, insbesondere auf einen Feuchtegehalt
von weniger als 5 % getrocknete Produkt wird grob zerkleinert und
anschließend
ein erster Teil des Öls
durch Abpressen gewonnen.
Die
nach der Abpressung verbliebenen pflanzlichen Feststoffbestandteile
werden mit einer Mischung aus Kokosnussmilch und Leitungswasser vermischt
und 5 Minuten bei 55 bis 65 Grad Celsius gerührt. Nach einer weiteren Zerkleinerung
wird diese Mischung nochmals 15 bis 20 Minuten bei 55 bis 65 Grad
Celsius gerührt,
bevor die erhaltene flüssige Phase
bestehend aus Lösungsmittelgemisch, Ölen und
Proteinen durch z.B. Zentrifugation abgetrennt wird.
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 Ölgewinnung
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 Polysaccharid-
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
angegebene Zeit hinaus zu keiner bedeutenden Erhöhung der Ölausbeute führt. Vielmehr gehen bei längeren Aufschlußzeiten zunehmend
die im Pflanzenprodukt enthaltenen Proteine in Lösung, mit der Folge, daß der nach
Abtrennung des Öls
zurückbehaltene
Schrot an Protein verarmt ist und damit dessen Qualität als Nahrangs- 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 Wassertraktion zur Wiederverwertung 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
Wassertraktion 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
Enzyme 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-Massenverhältnis 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 Saatguts 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
Pflanzenprodukt-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 ölhaltigen 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
herkömmlicher
Abpreßanlagen
erheblich gesteigert werden und somit eine Extraktion mit Lösungsmitteln
zur Ausbeuteoptimierung vermieden werden, ohne daß jedoch
die Betriebskosten zum Beispiel durch Einsatz von teuren Fremdenzymen und
der dadurch erforderlichen Aufbereitung des Brauchwassers, erhöht werden.
Der
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach
der Abtrennung des Öls
zurückbleibende Schrot
stellt ein besonders wertvolles und ernährungsphysiologisch 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 erfindungsgemäßen Verfahren
abgetrennte Wasser, gegebenenfalls nach einer Aufbereitung, 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.