Anbau und Herstellung pflanzlicher Öle

Die Gewinnung hochwertiger pflanzlicher Öle ist ein komplexer Prozess, der mit der sorgfältigen Auswahl und Prüfung der eingesetzten Samen beginnt. Da jede Pflanzengattung eine individuelle stoffliche Zusammensetzung aufweist, erfordert die Verarbeitung ein tiefgreifendes technologisches Know-how sowie präzise abgestimmte Verfahrensparameter.

Die nachfolgende Aufschlüsselung dokumentiert die gängigen Arbeitsschritte der industriellen Ölherstellung. Diese Prozesskette stellt sicher, dass die spezifischen Eigenschaften der Rohstoffe erhalten bleiben und ein qualitativ hochwertiges Endprodukt für die weiterverarbeitende Industrie entsteht.

 

 

Ernte

Ernte

Die chemische Zusammensetzung und die Qualität pflanzlicher Öle werden maßgeblich durch den Erntezeitpunkt der Samen und Früchte sowie die geografischen Wachstumsbedingungen bestimmt. Faktoren wie die spezifische Bodenzusammensetzung, die Sonneneinstrahlung und regionale Anbauarten beeinflussen die wertgebenden Inhaltsstoffe der Rohstoffe unmittelbar.

In der professionellen Herstellung wird zwischen konventionellen und biologischen Anbauverfahren unterschieden:

  • Konventioneller Anbau: Hier kommen bewährte Methoden der Pflanzenpflege unter Einsatz von Düngemitteln und Pflanzenschutz zum Einsatz, um stabile Erträge und Qualitäten zu sichern.

  • Biologischer Anbau: Dieser unterliegt strengeren Kriterien. Ein wesentliches Merkmal ist die lückenlose Rückverfolgbarkeit des gewonnenen Öls bis zu seinem Ursprung. Sowohl beim Anbau als auch in der anschließenden Weiterverarbeitung sind ausschließlich zugelassene, von der EU geprüfte Mittel erlaubt.

Um diese Standards nachhaltig zu sichern, werden die landwirtschaftlichen Betriebe in jährlichen Abständen zertifiziert. Die Einhaltung anerkannter Öko-Siegel garantiert dabei, dass die pflanzlichen Rohstoffe den hohen Anforderungen der industriellen Weiterverarbeitung entsprechen.

 

 

Aufbereitung und mechanischer Aufschluss der Ölsaaten

Aufbereitung und mechanischer Aufschluss der Ölsaaten

Jede Samenart weist eine spezifische Stoffzusammensetzung auf und erfordert daher ein individuell angepasstes Aufschlussverfahren. Um eine maximale Ölausbeute mit den gewünschten qualitativen Eigenschaften zu erzielen, werden die Samen vor der eigentlichen Extraktion aufbereitet. Dieser Prozess umfasst verschiedene mechanische und thermische Schritte, die je nach Rohstoff nacheinander oder separat durchgeführt werden.

Ziel der Aufbereitung ist ein optimales Zwischenprodukt, wobei gleichzeitig verhindert werden muss, dass durch ungeeignete Verfahrensschritte unerwünschte Begleitstoffe in das Endprodukt gelangen.

Trocknung und Reinigung
Der Prozess beginnt häufig mit der Trocknung, um den Wassergehalt der Rohstoffe präzise zu reduzieren. Ein zu hoher Feuchtigkeitsanteil in Samen oder Früchten kann zu einem beschleunigten enzymatischen Abbau führen und nachfolgende Prozessschritte behindern. Parallel dazu erfolgt die Reinigung, bei der Fremdbestandteile wie Staub, Wildsamen oder Unkrautsamen gründlich entfernt werden, um die Reinheit des Öls zu gewährleisten.

Schälen und Entrinden
Durch das Schälen oder Entrinden wird die äußere Hülle der Samen entfernt. Dies dient einerseits der Reduzierung des Faseranteils und dem Schutz vor unerwünschten Stoffen aus der Schale, andererseits der Erhöhung des Proteingehalts im Mahlgut.

Zerkleinerung und Flockierung
Die mechanische Zerkleinerung vergrößert die Oberfläche der Samen und bricht die Ölzellen teilweise auf. Dies erleichtert die spätere Extraktion bzw. Pressung erheblich. In bestimmten Fällen ist zudem eine Verarbeitung zu Flocken notwendig, um die Struktur des Materials optimal auf die nachgelagerten Verfahren abzustimmen.

Kochen und Konditionieren
Beim Kochen oder Konditionieren wird thermische Energie genutzt, um die Ölzellen final aufzuschließen und die Viskosität des Öls für den Austritt zu reduzieren. Höhere Temperaturschwellen ermöglichen zudem die Sterilisation der Samen sowie die Eliminierung thermolabiler Inhaltsstoffe. In diesem Schritt koagulieren Proteine irreversibel, zudem kann hierbei der finale Wassergehalt exakt eingestellt werden.

Weiterführende Verfahren
Nach der Aufbereitung folgen die spezifischen Gewinnungsverfahren wie die Feuchtpressung oder die Extraktion mit Lösungsmitteln, um das Öl effizient aus dem konditionierten Zwischenprodukt zu lösen.

 

 

Mechanische Verfahren

Welches Verarbeitungsverfahren genutzt wird hängt von dem Ölgehalt und der erwünschten Ausbeute ab. Generell kann jedoch eine Tendenz erkannt werden: Öle aus Samen mit hohem Gehalt werden meist mechanisch gewonnen, während Samen mit niedrigem Ölgehalt oftmals nach einer Aufbereitung direkt extrahiert werden. Das zuvor gewonnene Zwischenprodukt wird nun weiterverarbeitet:

Pressung
Durch den einfachen Aufbau und die geringen Unterhaltungskosten ist das Pressungsverfahren mit eine der häufigsten verwendeten Methode, um Öle zu gewinnen. Typische Maschinenbauformen für die Pressung sind Schrauben- oder Keilpressen.

Kaltpressung
Die unbehandelte oder aufbereitete Ölsaat (s.o. Zwischenprodukt) wird im ersten Pressgang ohne Wärmezufuhr gepresst. Hierbei erhält man das klassische Speiseöl mit der Bezeichnung „Erste Pressung“. Diese Bezeichnung gibt jedoch keinen Rückschluss, ob das Öl noch weiter nachbehandelt wurde. Eine weitere gängige Bezeichnung ist das sog. „Nativ“, welche eine Vorbehandlung der Saat ausschließlich durch mechanische Verfahren zulässt. 

Die angesprochenen Bezeichnungen sind jedoch keine Rechtsnormen, weshalb durchaus Unterschiede entstehen können: beispielsweise gelten die Richtlinien nicht für Olivenöl. Ein weiterer Punkt ist die Presstemperatur selbst: mit der Bezeichnung „kalt gepresst“ wird nur ein Nicht-Zuführen von Wärme verstanden. Bei hohem Drücken können jedoch schon selbst Temperaturen von über 100 Grad Celsius entstehen. Weitere spezielle Kriterien für die Bezeichnung von Olivenölen sind unter dem Punkt „Olivenöle“ zu finden.

Warmpressung
Im Presskuchen aus der ersten Pressung ist oftmals noch genügend Öl enthalten, das aufgrund der vorgegebenen physikalischen Eigenschaften nicht entfernt werden konnte (z.B. zu niedrige Viskosität aufgrund niedriger Temperatur). Durch Zuführung von thermischer Energie in den Presskuchen aus der Kaltpressung sinkt die Viskosität des noch enthaltenen Öles, weshalb bei der nachgelagerten Warmpressung eine zusätzliche Ausbeute erfolgt (bis zu 8% höher). Weitere Vorteile sind das Herauslösen von höher viskosen Stoffen (z.B. Wachsen) und das Deaktivieren von einigen Schleimstoffen sowie Eiweißstoffen. Die obig genannten Erfolge können sich in gewissen Fällen jedoch auch nachteilig auf die organoleptischen sowie olfaktorischen Eigenschaften auswirken, da ebenfalls nicht erwünschte Stoffe bei diesen Temperaturen mit ausgepresst werden. Die anfallende Flüssigkeit wird im nächsten Schritt zentrifugiert (s.u.).

Olivenöl
Wie bereits erwähnt gelten für das Olivenöl EU-Verordnungen, die die analytischen Grenzwerte, anzuwendende Analyseverfahren, Bezeichnungen und olfaktorische Bewertung der Öle regeln. Auch wenn es eine Vielzahl von verschiedenen Olivenölen gibt, so sind nur 4 Qualitäten für den Endverbraucher wichtig.

„Native Olivenöle“ werden nur unter mechanischen oder sonstig physikalischen Verfahren, die nicht zu einer Verschlechterung des Öles führen, hergestellt. Mischungen mit anderen Ölen und eine weitere Nachbehandlung wie Raffination etc. sind nicht erlaubt (einzig zulässig: Waschen, Dekantieren, Zentrifugieren und Filtrieren). Um die chemische Zusammensetzung und die olfaktorischen Ansprüche noch weiter zu differenzieren, wurden noch eine Unterteilung in „Natives Olivenöl Extra“ und „Natives Olivenöl“ geschaffen. „Natives Olivenöl Extra“ hat die höchsten olfaktorischen Ansprüche und den geringsten Gehalt an freien Fettsäuren (höchstens 0,8g je 100g Öl). Das „Native Olivenöl“ hat in beiden Punkten etwas geringere Ansprüche: Geruch und Geschmack sind etwas geringer, wobei die freien Fettsäuren bei unter 2g je 100g Öl liegt.

„Raffinierte Öle“ werden wie die „Nativen Olivenöle“ in zwei Untergruppen unterteilt: „Olivenöle bestehend aus raffinierten Olivenölen und nativen Olivenölen“ und „Oliventresteröl“. Bei dem erstgenannten Öl handelt es sich um eine Mischung aus raffinierten und nativen Oliven in beliebigen Mischungsverhältnissen mit einem Maximalgehalt an freien Fettsäuren von höchstens 1 g je 100g Öl.  Das „Olivenöltresteröl“ ist eine Mischung aus raffiniertem Oliventresteröl und nativem Olivenöl in beliebigen Mischungsverhältnissen mit dem Gehalt an freien Fettsäuren von max. 1g je 100g Öl.

Feuchtpressung
Der Unterschied zur Pressung ist das verwendete Ausgangsmaterial: Es handelt sich hier um die frischen Früchte, wobei sich das gewünschte Öl meist im Fruchtfleisch befindet (z.B. Palmfrüchte- nicht Palmkerne). In dieser Art der Pressung werden die kompletten Früchte zuerst mit Hitze sterilisiert und autoklaviert, wobei das Fruchtfleisch nun ebenfalls leichter vom Kern entfernt werden kann. Nach der Pressung wird das entstehende Gemenge durch eine Schneckenpresse geleitet und abschließend mittels einer Zentrifuge in seine Bestandteile aufgetrennt.

Zentrifugieren
Nach den unterschiedlichen Pressverfahren sind noch viele unerwünschte Begleitbestandteile wie organische Feststoffe oder Wasser enthalten. Um diese Stoffe zu trennen nutzt man die Zentrifugalkräfte und die unterschiedlichen Dichten der einzelnen Stoffe aus. Durch die genannten Kräfte werden in einer Zentrifuge die (Roh-)Ölphase von der wässrigen Phase getrennt, wobei feste Rückstandspartikel in der wässrigen Phase verbleiben. Typische Maschinenarten sind selbstreinigende Schalen- oder Scheibenzentrifugen und Hochleistungsdekantierzentrifugen.

Presskuchen
Der anfallende Presskuchen dient aufgrund seines hohen Faser- und Kohlenhydratgehaltes als Ausgangsmaterial für verschiedene Produkte wie Tierfutter oder zur Energiegewinnung in Biogasanlagen.

Vorpressung
Ziel dieser sog. Vorpressung ist eine Erhöhung der Durchlässigkeit des Ölkuchens bei der nachfolgenden Extraktion zu erzielen. Die Samen werden zuerst aufbereitet, vorgepresst und anschließend an den Extraktionsschritt weitergegeben.

 

 

Extraktion mit Lösungsmittel

Nach der Vorpressung werden die aufbereiteten Samen in eine Extraktionsanlage (meist auf Perkolations- oder Immersionsbasis) gegeben. Mittels dem Lösungsmittel Hexan, einem Gemisch aus n-Hexan und Methylpentanen (Siedepunkte zwischen 65-75 Grad Celsius), wird das Öl aus den vorgepressten Samen extrahiert. Vorteile der Extraktionsverfahren sind die sehr hohe Ölausbeute im Vergleich zum Pressverfahren (unter 2% Restölgehalt im Vergleich zum Pressverfahren mit ca. 9%) und die Wiederverwendbarkeit des Lösungsmittels. Es hat aber zwei entscheidende Nachteile: Zum einen ist das verwendete Hexangemisch explosionsfähig und zum Anderen ist die Aufreinigung des Hexan-Ölgemisches sehr schwierig. Aus diesem Grund hat sich ein weiteres Extraktionsverfahren, bei dem als Lösungsmittel verflüssigte und superkritische Gase wie beispielsweise CO2 verwendet werden, etabliert. Diese Gase verdampfen nach der Extraktion problemlos.

 

 

Aufbereitung des Rohöls

Zweck einer zusätzlichen Aufbereitung ist das Entfernen von Verunreinigungen und Kontaminationen des Öls. Bleiben diese ungewollten Stoffe im Öl, so kann dies zu unerwünschten Geschmacks- und Geruchswahrnehmungen führen.

Raffination mit Alkalien
Die Raffination mit Alkalien folgt dabei folgendem Prinzip: nach einer erforderlichen Entschleimung folgt eine Neutralisation mit Alkalien und abschließenden Wasch- und Trocknungsvorgang. Hintergrund ist die Reduktion folgender Stoffe: freie Fettsäuren (führen zu schnellem Verderb des Öles); Phosphatide und Phosphorverbindungen mit emulgierenden Eigenschaften (verändern die organoleptische Wahrnehmung negativ); farbgebende Stoffe (z.B. Chlorophyll) und Metalle.

Beim ersten Schritt, dem sog. Entschleimen, wird dem Gemisch Wasser und/oder Phosphorsäure und/ oder Natriumchlorid zugesetzt, um Phosphorverbindungen und Metalle zu fällen. Die gebildeten Komplexe flocken aus und können mit der wässrigen Phase entfernt werden. Bekannte Stoffe wie Chlorophyll und Lecithin können so beispielsweise entfernt werden. Das Öl wird somit länger haltbar und zeigt bessere chemische Eigenschaften.

Nach der Entschleimung erfolgt die eigentliche Neutralisation mit Alkalien. Durch Zugabe von Basen werden die freien Fettsäuren in fettunlösliche Seifen transformiert und können wieder mit der wässrigen Phase entfernt werden. Die entstehenden Seifen adsorbieren hierbei weitere ungewollte Stoffe wie Phosphatide, Oxidationsprodukte, farbgebende Stoffe und schleimartige Stoffe.

Ein nachgeschalteter Waschvorgang mit heißem Wasser entfernt Überschüsse Seife oder Alkalien von den vorherigen Arbeitsschritten. Zum Schluss wird das verbliebene Wasser im Vakuum entfernt, um enzymatische Reaktionen zu unterbinden.

Physikalische Raffination
Durch heißen Dampf (über 240 Grad Celsius) können aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte dem Öl weitere (Schad-)Stoffe entzogen werden. Stoffe wie polzyklische Kohlenwasserstoffe, Mykotoxine, polychlorierte zyklische Kohlenwasserstoffe und Schwermetalle können somit bis auf Spuren reduziert werden. Das Öl muss hierfür jedoch arm an Phosphatiden und Metallen sowie hitzeunempfindlich sein.

Bleichen
Gewisse Substanzen, zum Beispiel Karotinoide und Chlorophyll sind noch in geringen Mengen vorhanden und können mit Hilfe eines Adsorptionsverfahrens aus dem Öl genommen werden. Mit Hilfe der Oberflächenaktivität von Bleich- Erde, Kohle oder synthetischen Adsorbenzien auf Silicatbasis erfolgt eine Adsorption an die genannten Stoffe (Reaktionstemperatur ist bei ca. 90 Grad Celsius). Durch Filtration werden die Partikel entfernt.

Desodorieren
Mit Hilfe von Vakuum, trockenem Dampf und hohen Temperaturen wird das Öl über einen längeren Zeitraum behandelt. Das Verfahren entfernt somit Gerüchte, flüchtige Substanzen und mögliche Rückstände von Extraktionsmittel. Da manche Stoffe bei diesen Temperaturen (über 150 Grad Celsius) zerstört werden, kommt es häufig zu einer Entfärbung des Öles.

 

 

Modifikation

Diese sog. „Veredlungsschritte“ verändern die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Öles, um es an die jeweiligen Anforderungsbereiche genau anzupassen.

Winterisieren
Durch das Winterisieren, oder auch Fraktionieren genannt, werden dem Öl Feststoffe und Wachse durch Filtration bei tiefen Temperaturen entzogen. Dieses Verfahren ermöglicht es das Aussehen, physikalische Eigenschaften wie beispielsweise Schmelzpunkt und Farbe genau einzustellen.

Härtung/ Hydrierung
Ziel der Härtung ist die Einstellung rheologischer Eigenschaften der Öle. Hierzu werden die ungesättigten Fettsäureketten mit Hilfe eines Katalysators in gesättigte Fettsäureketten umgewandelt. Bei Überdruck und Temperaturen um die 100 Grad Celsius werden dem Öl Katalysatoren wie Nickel oder Platin (werden später herausgefiltert) und Wasserstoff zugesetzt, um die chemische Reaktion zu starten. Das Öl geht somit von einem flüssigen in einen streichfähigen Zustand über. Man spricht nun auch von sog. „gehärteten Ölen“.

Chromatographische Reinigung
Spezielle Anforderungen werden beispielsweise bei der Herstellung von Medikamenten gestellt. Das Öl wird mit Hilfe aktivierter Erden nochmals aufgereinigt, wobei vorwiegend hochpolare Moleküle entfernt werden.