DE3843027A1 - Biotechnisches verfahren zur gewinnung von oel und ggf. fettsaeuren aus oelhaltigen pflanzen - Google Patents

Description

Die Gewinnung von Öl aus ölhaltigen Pflanzenprodukten, wie ölhaltigen Früchten, Pflanzensamen oder -kernen für die Zwecke der Nahrungsmittel- und Futtermittelindustrie erfolgt durch Abpressen und/oder Extraktion des Pflanzenguts mit organischen Lösungsmitteln. Da die beim Abpressen allein erzielten Ölausbeuten häufig unbefriedigend sind - der dabei anfallende Presskuchen enthält mindestens 5% Öl, was bisweilen 50% des gesamten in dem Ausgangspflanzengut enthaltenen Öls entspricht - wird das Abpressen gewöhnlich mit einer Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel, wie Pentan, Hexan, kombiniert.

Wegen der mit der Anwendung von organischen Lösungsmitteln verbundenen Explosionsgefahr, und wegen der gestiegenen Anforderungen an den Reinheitsgrad der für die Nahrungsmittel­ und Futtermittelindustrie bestimmten Pflanzenöle, kann die Pflanzenölgewinnung nach den konventionellen Press- und/oder Extraktionsverfahren, insbesondere nach dem Press-Extrak­ tionsverfahren, wirtschaftlich nur in großtechnischen Anlagen durchgeführt werden.

Ausgangsmaterialien für diese konventionellen Abpress- und/oder Extraktionsverfahren sind z.B. Oliven, Samen und Kerne von Raps, Lein (Flachs), Soja, Kokosnuss, Palmkerne, Ricinus, Maiskeime, Weizenkeime, Jojoba, Baumwolle, Erdnüsse, Walnüsse, Haselnüsse, Sonnenblumen, etc.

Ein Nachteil dieser konventionellen Verfahren, insbesondere der Press-Extraktionsverfahren, besteht in ihrer geringen Flexibi­ lität, die es z.B. nicht erlaubt, diese Verfahren auch in kleinem Maßstab wirtschaftlich durchzuführen. Dies kann, z.B. bei der Gewinnung von Pflanzenöl notwendig werden, die einer chemisch-technischen Verwendung zugeführt werden sollen, die ein spezielles Fettsäuremuster aufweisen müssen, aber in Pflanzen enthalten sind, die nur in verhältnismäßig geringen Mengen angebaut werden, und die häufig humantoxisch bedenkliche Verbindungen enthalten, die zwar die beabsichtigte chemische Verbindungen nicht stören, aber es verbieten, diese Öle in denselben Anlagen zu gewinnen, in denen die für die Nahrungs­ mittel- und Futtermittelindustrie bestimmten Öle gewonnen werden.

Bislang wurden für chemisch-technische Verwendungszwecke die für die Nahrungsmittel- und Futtermittelindustrie produzierten Pflanzenöle benutzt. Diese Öle entsprechen aber nur in unzu­ reichendem Maße den Anforderungen, die bei einer chemisch- technischen Verwendung an die Öle gestellt werden.

So ist es z.B. für die Verwendung der Öle in der kosmetischen Industrie wichtig, daß die Öle ein bestimmtes Fettsäuremuster aufweisen, das die hautfreundlichen und waschaktiven C₁₂- bis C₁₈-, vorzugsweise die C₁₂- bis C₁₆-Fettsäuren umfasst. Diesen Anforderungen entsprechen Ölpflanzen wie Kalendula, (Petroselin­ säure), Crambe (C₁₂-Fettsäuren), Erucaraps (Erucasäure), Euphorbia lathyris, Spezial-Sonnenblumen (Ölsäure), etc.

Die Mengen, in denen diese Ölpflanzen angebaut werden, sind aber zu gering, um eine wirtschaftliche Ölgewinnung unter Nutzung der konventionellen großtechnischen Press-Extraktions-Anlagen zu ermöglichen.

Es wurde gefunden, daß das Problem , das Öl sowohl aus großen als auch aus kleinen Chargen von ölhaltigem Pflanzengut, ohne Einsatz von organischen Lösungsmitteln und dem damit verbundenen appa­ rativen Aufwand in mehr als 90%iger Ausbeute auf den Ölgehalt des trocknen Pflanzengutes bezogen, zu gewinnen, in einfacher Weise mittels eines biotechnischen Verfahrens gelöst werden kann, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das ölhaltige Pflanzengut, das nach dem Homogenisieren in eine wässrige Suspension übergeführt worden ist, im Temperaturbereich von etwa 20 bis 80°C, vorzugsweise von 20 bis etwa 60°C der Inkubation mit einem wasserlösliche Protease(n) und ggf. Cellulase(n) und/oder Lipase(n) enthaltenden Enzymsystem unterwirft, wobei das Protein hydrolysiert wird und in die wässrige Phase übergeht, und das durch die Hydrolyse des Proteins freigesetzte Öl nach beendeter Inkubation von der wässrigen Phase in an sich bekannter Weise abtrennt. Bei Anwesenheit von Lipasen kann das Öl auch Fettsäuren enthalten.

Einige Beispiele für die als Ausgangsmaterial gemäß Erfindung zu verwendenden ölhaltigen Pflanzenprodukte sind Oliven, Samen und Kerne von Raps, Lein (Flachs), Soja, Kokosnuss, Palmkerne, Ricinus, Maiskeime, Weizenkeime, Jojoba, Baumwolle, Sonnen­ blumen, Erdnüsse, Walnüsse, Mohn, Sesam, Kalendula, Crambe, Erucaraps, Euphorbia lathyris, Spezialsonnenblumen.

Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung werden die ölhaltigen Pflanzenprodukte, ggf. in vorgequollener Form, im Naßverfahren homogenisiert und in eine wässrige Mischung über­ geführt, deren Feststoffgehalt bis zu etwa 25 Gew% (Trocken­ substanz) beträgt. Die so erhaltene Mischung wird bei Raumtem­ peratur mit einem wasserlöslichen Enzymsystem, das jeweils eine oder mehrere Proteasen(n) und ggf. Cellulase(n) und/oder Lipase(n) enthält, versetzt, und so lange der Inkubation unter­ worfen, bis die Proteine in Lösung gegangen sind. Das kann etwa 12 Stunden in Anspruch nehmen. Die Inkubationstemperatur und -dauer, sowie der pH-Wert der Lösung richtet sich nach den Eigenschaften der eingesetzten Enzyme.

Da für die chemisch-technische Verwendung häufig die aus den Pflanzenölen, den Triglyceriden, durch Spaltung erhältlichen Fettsäuren von Interessen sind, ist es zweckmäßig, wenn in solchen Fällen das Enzymsystem zusätzlich Lipaseaktivitäten aufweist, was zur Anwesenheit von Fettsäuren im Endprodukt führt.

Die Menge, in der die Enzyme der zu inkubierenden Mischung zugesetzt werden, ist nicht kritisch. Sie beträgt - auf das Gesamtvolumen der Mischung bezogen - weniger als 1%, und auf den Feststoffgehalt der ölhaltigen Pflanzenprodukte bezogen 0,02% (W/W).

Durch das Enzymsystem wird - unter den jeweils von den ein­ gesetzten Enzymen bestimmten Inkubationsbedingungen - die Zellstruktur der ölhaltigen Pflanzenprodukte so weit zerstört, daß die darin eingeschlossenen Öltröpfchen freigesetzt werden und eine zusammenhängende Ölschicht, bzw. Ölphase bilden, die sich ohne Schwierigkeiten von der wässrigen Phase, die noch restlich Festsubstanzen enthält, abtrennen lassen. Dies war überraschend, da in den ölhaltigen Pflanzenprodukten Emulgatoren und Komplex­ bilder vorhanden sind, die die Bildung einer zusammenhängenden Ölschicht - Voraussetzung für eine leichte Abtrennung der Ölschicht - verhindern. Dies beruht vermutlich darauf, daß die gemäß Erfindung verwendeten Enzyme auch die Emulgatoren und Komplexbilder zerstören bzw. unwirksam machen.

Die Abtrennung der Ölschicht erfolgt in an sich bekannter Weise durch Dekantieren, Zentrifugieren, Filtration etc.

Die dabei erhaltene wässrige Phase mit den restlichen Festsub­ stanzen kann, wenn sie keine humantoxikologisch bedenklichen Substanzen enthält, in an sich bekannter Weise auf Futtermittel weiterverarbeitet werden.

Enthält die wässrige, Feststoffe enthaltende Phase humantoxi­ kologisch bedenkliche Nebenprodukte, kann sie als organische Düngemittel in der Landwirtschaft genutzt werden, da diese Nebenprodukte, wenn sie großflächig aufgebracht werden, Öko­ toxikologisch unbedenklich sind.

Diese Verwendungsform der wässrigen Phase ist dann angebracht, wenn die Ölgewinnung dezentral in kleinem Maßstab nahe der Erzeugung des Ölhaltigen Pflanzenmaterials erfolgt.

Da beim Ölgewinnungsverfahren der Erfindung die Nebenprodukte vor allem in wässriger Lösung anfallen, können die darin enthaltenen Feststoffe, wie die Bruchstücke der Samenschalen etc., einfach durch Filtrieren oder Zentrifugieren abgetrennt werden.

Da das so erhaltene wässrige Lysat Kohlenhydrate und Proteine in gelöster Form enthält, läßt es sich besser verwerten, als die bei den konventionellen Ölgewinnungsverfahren anfallenden Nebenprodukte.

So kann das gemäß Erfindung anfallende Lysat als Substratzusatz zu technischen Fermentationsprozessen, z.B. zur Antibiotika­ produktion verwendet werden, wobei die Kohlehydrate gut biover­ fügbare Kohlenstofflieferanten, und die Proteinhydrolysate gut verfügbare Stickstofflieferanten darstellen. Die in den Samen vorhandenen Mineralstoffe wie Kalium, Calcium, Magnesium und Phosphate, fördern während der Fermentation das Bakterien­ wachstum.

Aufgrund ihrer Zusammensetzung können die bei der biotechnischen Ölgewinnung der Erfindung anfallenden Nebenprodukte zur aeroben und anaeroben Schnellfermentation verwendet werden, mit der Möglichkeit, Biogas als Energieträger und Dünger mit einem hohen N/C-Verhältnis zu gewinnen.

Die mit der biotechnischen Ölgewinnung der Erfindung verbundenen Vorteile bestehen außerdem darin, daß das neue Verfahren keinen großen apparativen Aufwand erfordert und sich infolgedessen nicht nur in großtechnischem Maßstab, sondern auch in kleinem Maßstab wirtschaftlich durchführen läßt, und daß es praktisch keine unverwertbaren und umweltbelastenden Abfallprodukte liefert.

Das Verfahren der Erfindung soll durch das folgende Beispiel näher erläutert werden; eine Beschränkung ist hieraus nicht herzuleiten:

Beispiel

10 g Samen von Euphorbia lathyris werden mit 50ml 0.1M Tris-HCl- puffer versetzt (pH=8.0) und 5Min. mit einem Ultraturax homogenisiert. Anschließend werden 0.5ml Alcalase-Lsg. (Firma Novo, Dänemark) zugefügt und über Nacht bei 50°C im Wasserbad inkubiert. Am nächsten Tag hat sich eine klare bräunliche Ölphase auf der wässrigen Phase abgeschieden, die leicht abgetrennt werden kann.

Die Volumenbestimmung dieser Phase ergab ≈3.5ml.

Claims (3)

1. Biotechnisches Verfahren zur Gewinnung von Öl und ggf. Fettsäuren aus ölhaltigen Pflanzenprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß man das ölhaltige Pflanzengut, das nach dem Homo­ genisieren in eine wässrige Suspension übergeführt worden ist, im Temperaturbereich von etwa 20 bis 80°C der Inkubation mit einem wasserlösliche Protease(n) und ggf. Cellulase(n) und/oder Lipase(n) enthaltenden Enzymsystems unterwirft, wobei das Protein hydrolysiert wird und in die wässrige Phase übergeht, und das durch die Hydrolyse des Proteins freigesetzte Öl nach beendeter Inkubation von der wässrigen Phase in an sich bekannter Weise abtrennt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial Oliven, Samen oder Kerne von Raps, Lein (Flachs), Soja, Kokosnuss, Palmkernen, Ricinus, Maiskeimen, Weizenkeimen, Jojoba, Baumwolle, Sonnenblumen, Erdnuss, Kalendula, Crambe, Erucaraps, Euphorbia lathyris oder Spezialsonnenblumen verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Inkubation mit wasserlöslichen Proteasen und ggf. Cellulasen und/oder Lipasen im Temperaturbereich von etwa 20 bis 60°C durchführt.