Anbau- und Herstellungsverfahren pflanzlicher Öle
Pflanzliche Öle werden nach sorgfältiger Auswahl der Samen in mehreren Schritten hergestellt. Hierbei ist je nach Sorte ein spezielles Knowhow nötig. Die folgende Aufschlüsselung versucht die meisten gängigen Arbeitsschritte abzudecken.
Die Samen oder Früchte werden je nach Pflanzenart und geographischer Lage zu einem bestimmten Zeitpunkt geerntet. Örtliche Gegebenheiten wie Bodenzusammensetzung, Anbauarten und Sonneneinstrahlung haben einen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung der Samen und Früchte.
Die Anbauart erfolgt entweder konventionell, also mit Pflanzenschutz- und Düngemitteln, oder biologisch. Bei letzteren werden spezielle Kriterien vorausgesetzt: Das gewonnene Öl kann bis zum Ursprung rückverfolgt werden. Auch die Weiterverarbeitung des Öls (s.u.) ist nur mit zugelassenen Mitteln möglich. Selbst beim Anbau und der Pflanzenpflege dürfen nur von der EU geprüfte und zugelassene Mittel zum Einsatz kommen. Die Bauern werden hierbei mit verschiedenen Öko-Siegeln in jährlichen Abständen zertifiziert.
- Trocknen
- Reinigen
- Schälen / Entrinden
- Zerkleinern
- Kochen/ Konditionieren
- Verarbeitung zu Flocken
- Weitere Bearbeitungsschritte
Jede Samenart hat eine unterschiedliche Stoffzusammensetzung und muss dementsprechend speziell aufgeschlossen werden. Um eine möglichst hohe Ölausbeute mit gewünschten Eigenschaften zu erhalten, werden die Samen je nach Sorte und gewünschter Öleigenschaft zuerst aufbereitet, um anschließend mit der richtigen Methode verarbeitet zu werden. Hierbei können folgende Schritte nacheinander oder separat voneinander erfolgen: Reinigen; Trocknen; Schälen/ Entrinden; Zerkleinern; Kochen/ Konditionieren; Verarbeitung zu Flocken; weitere Bearbeitungsschritte (siehe Extraktion mit Lösungsmittel und Feuchtpressung). Durch gewisse Verfahrensschritte können jedoch auch unerwünschte Stoffe aus dem Samen mit in das Öl gelangen, weshalb manche Verarbeitungsverfahren nacheinander erfolgen oder zusätzliche Bearbeitungsschritte hinzugefügt werden müssen. Als Ergebnis der Aufbereitung entsteht ein Zwischenprodukt.
Das Trocknen führt zu einer Reduzierung des Wassergehaltes, der in nachfolgenden Prozessschritten zu Problem führen würde. Ist zuviel Wasser im Samen oder der Frucht enthalten, so kann es zu einem schnelleren enzymatischen Abbau kommen.
Beim Reinigen erfolgt die Entfernung von fremden Bestandteilen wie beispielsweise Staub oder Wild- oder Unkrautsamen.
Beim Schälen oder Entrinden der Samen wird die äußere Schale entfernt, um den Faseranteil zu reduzieren. Dies kann einerseits nötig sein, um Verunreinigungen im Öl zu reduzieren (Die Schale kann unerwünschte Stoffe enthalten), andererseits um den Proteingehalt im Mahlgut zu erhöhen.
Zerkleinern der Samen führt zu einer größeren Oberfläche und einer Erleichterung beim Extrahieren bzw. Auspressen. Zusätzlich werden die Ölzellen bereits teilweise mechanisch aufgebrochen, was sich ebenfalls positiv auf die nachgelagerten Verfahrensschritte auswirkt.
Beim Kochen oder Konditionieren werden durch die eingebrachte thermische Energie die Ölzellen aufgeschlossen und die Viskosität des herausfließenden Öles reduziert. Wird die Temperatur weiter erhöht, so können ab einer gewissen Temperaturschwelle die Samen somit sogar sterilisiert und zusätzlich unerwünschte (thermolabile) Samenbestandteile eliminiert werden. Zu diesen thermolabilen Stoffen gehören auch Proteinen, die ab einer gewissen Temperatur irreversibel koagulieren. Falls gewünscht, kann die Wärme ebenfalls dazu eingesetzt werden, um den Wassergehalt einzustellen (s.o. Trocknen).
Unter gewissen Umständen kann eine Verarbeitung zu Flocken nötig sein. Dieser Schritt ist auf die nachfolgenden Verarbeitungsschritte angepasst und ähnelt sehr dem Zerkleinern.
Siehe Feuchtpressung und Extraktion mit Lösungsmittel.
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:
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.).
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.
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.
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.
Der anfallende Presskuchen dient aufgrund seines hohen Faser- und Kohlenhydratgehaltes als Ausgangsmaterial für verschiedene Produkte wie Tierfutter oder zur Energiegewinnung in Biogasanlagen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Diese sog. „Veredlungsschritte“ verändern die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Öles, um es an die jeweiligen Anforderungsbereiche genau anzupassen.
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.
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“.
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.