[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an phosphorhaltigen
Bestandteilen in Speiseölen durch enzymatischen Abbau und Abtrennung der Abbauprodukte.
Der Begriff Speiseöle umfaßt pflanzliche und tierische, vorzugsweise vorentschleimte
Öle.
Stand der Technik
[0002] Rohes Sojaöl und andere pflanzliche Rohöle werden einer Vorentschleimung unterworfen,
bei der Phosphatide, wie Lecithin, und andere hydrophile Nebenbestandteile entfernt
werden. Geschieht dies durch Extrahieren mit Wasser, spricht man auch von Naßentschleimung.
Bei dieser Behandlung verbleibt ein Teil der Phosphatide im Öl, der unter dem Begriff
"Nicht-hydratisierbare Phosphatide" (NHP) zusammengefaßt wird. Für die Herstellung
von Speiseölen ist es unerläßlich, diesen Anteil zu entfernen; nach herrschender Meinung
soll der Phosphorgehalt 5 ppm nicht überschreiten. (Vgl. Hermann Pardun, "Die Pflanzenlecithine",
Verlag für chemische Industrie H. Ziolkowsky KG, Augsburg. 1988, Seiten 181-194)
[0003] Die NHP entstehen durch die Wirkung pflanzeneigener Enzyme. Diese werden beim "Alcon-Verfahren"
durch Dampfbehandlung der Sojaflocken inaktiviert, so daß die Bildung der NHP unterbunden
wird und bei der Naßentschleimung des rohen Öles der Phosphatidanteil nahezu vollständig
entfernt werden kann.
[0004] Aus dem vorentschleimten Öl kann mittels wäßriger Tensidlösungen ein wesentlicher
Teil der NHP extrahiert werden, jedoch kommt man in der Regel nicht unter 30 ppm Phosphor.
Erfolgreicher ist die Behandlung mit Säuren oder Alkalien, erfordert jedoch viele
Arbeitsschritte.
[0005] Bekannt ist die Behandlung pflanzlicher und tierischer Öle mit Enzymen, wodurch enzymatisch
spaltbare Bestandteile zu wasserlöslichen, leicht extrahierbaren Stoffen abgebaut
werden sollen. So werden nach DE-A 16 17 001 Fette für die Seifenherstellung mit proteolytischen
Enzymen desodoriert. Zur Klärung von Pflanzenölen werden gemäß GB 1 440 462 amylolytische
und pektolytische Enzyme eingesetzt. Nach EP-A 70 269 werden tierische oder pflanzliche
Fette oder Öle im rohen, halbaufbereiteten oder raffinierten Zustand mit einem oder
mehreren Enzymen behandelt, um alle Bestandteile, die keine Glyceride sind, zu spalten
und abzutrennen. Als geeignete Enzyme werden Phosphatasen, Pektinasen, Zellulasen,
Amylasen und Proteasen erwähnt. Als Beispiel einer Phosphatase wird Phospholipase
C genannt. Die Anwendung von Enzymen zur Vollentlecithinierung oder Totalentschleimung,
wie man die NHP-Entfernung aus vorentschleimten Ölen auch nennt, ist nicht bekannt.
[0006] Die Natur der NHP ist nicht genau bekannt. Nach Pardun (loc.cit) handelt es sich
um Lysophosphatide und Phosphatidsäuren bzw. daraus gebildete Calcium- und Magnesium-Salze,
die durch den Abbau von Phosphatiden unter der Einwirkung pflanzeneigener Phospholipasen
entstehen.
[0007] Aus der JP-A 2-153997 ist es bekannt, rohes oder vorentschleimtes Öl mit einem Enzym,
das Phospholipase-A-Aktivität aufweist, zu behandeln. Eine Regulierung des pH-Wertes
ist nicht vorgesehen.
[0008] Hinsichtlich des Phorphorgehaltes des Ausgangsmaterials als auch des Phosphorgehaltes
des Endproduktes finden sich in der Beschreibung keine Angaben. Gemäß Beispiel 1 wird
ein entschleimtes Öl bei einer Temperatur von 60°C 48 Stunden mit einer Enzymlösung
mit 3U Phospholipase-A-Aktivität behandelt. Der Phorphorgehalt wird dabei auf 1300
ppm Phospholipid verringert. Erst durch eine Behandlung bei 105°C und 30 Torr unter
Zugabe von Ton kann der Phosphorgehalt auf 40 ppm Phospholipid verringert werden.
Gemäß Beispiel 3 wird entschleimtes Öl mit einem Phosphorgehalt von 1638 ppm Phospholipid
30 Minuten, 1 Stunde, 2 Stunden oder 4 Stunden bei 50°C mit einer hohen Enzymkonzentration
und unter Zugabe von 100%, 500%, 1000% oder 2000% Wasser, bezogen auf die Ölmenge,
behandelt. Dabei wird der Phosphorgehalt nach 4 Stunden je nach den Bedingungen auf
266 ppm, 81 ppm, 153 ppm Phospholipid, 206 ppm Phospholipid oder 179 ppm Phospholipid
verringert.
[0009] Das aus der JP-A-2-153997 bekannte Verfahren zur Behandlung von Öl besitzt den Nachteil,
daß es eine sehr lange Reaktionszeit (48 Stunden) erfordert, und der Phosphorgehalt
nicht ausreichend verringert wird. Die Variante, bei der eine weitere Verringerung
des Phosphorgehaltes möglich wird, bei der Ton zu dem Reaktionsgemisch zugegeben wird,
besitzt zusätzlich den Nachteil, daß das Verfahren in zwei Stufen durchgeführt werden
muß, daß die zweite Stufe bei relativ hoher Temperatur abläuft und daß ein Vakuum
angelegt werden muß. Außerdem ist eine zusätzliche Filtrationsstufe erforderlich.
Das Erhitzen des Öls auf eine Temperatur über 80°C ist nachteilig. In dem Öl laufen
Oxidationsreaktionen ab, und es verfärbt sich, was für die Verwendung als Speiseöl
äußerst nachteilig ist. Außerdem geht der ernährungsphysiologische Wert von Ölen mit
hohem Gehalt an mehrfach ungesättigten Fettsäuren beim Erhitzen teilweise verloren.
[0010] Das in Beispiel 3 beschriebene Verfahren besitzt den Nachteil, daß große Enzym- und
Wassermengen erforderlich sind, die nach Beedingung des Verfahrens von dem Öl wieder
abgetrennt werden müssen. Solche Bedingungen sind technisch und wirtschaftlich nicht
sinnvoll, da riesige Abfallmengen entstehen und die Gefahr besteht, daß sich stabile
Öl-in-Wasser-Emulsionen bilden. Außerdem wird mit einer Ausnahme der Phosphorgehalt
nicht ausreichend erniedrigt, auch bei einer sehr hohen Phospholipase-A-Aktivität,
mit Ausnahme eines Beispiels, bei dem 500% Wasser, bezogen auf das Öl, eingesetzt
wird.
[0011] In der JP-A 2-49593 wird eine ähnliche Enzymbehandlung von Ölen beschrieben, die
indessen nicht auf die Entschleimung des Öls, sondern auf die Gewinnung von Lysolecithin
abzielt. Dabei ist die Einstellung besonderer pH-Werte überflüssig. Auch beim Verfahren
gemäß EP-A 328 789 geht es um die Umwandlung des Lecithins des Sojaöls zu Lysolecithin
durch Phospholipase A bei der Herstellung von mayonnaiseartigen Produkten.
Aufgabe und Lösung
[0012] Ziel der Erfindung ist die weitere Verminderung des des Gehaltes an phosphor- und
eisenhaltigen Bestandteilen in vorentschleimten tierischen oder pflanzlichen Ölen
auf einen Phosphorgehalt unter 5 ppm durch enzymatischen Abbau.
[0013] Es wurde gefunden, daß die Behandlung von tierischen oder pflanzlichen Ölen, die
einen Phosphorgehalt von 50 bis 250 ppm haben, mit einer Phospholipase A
1, A
2 oder B in einem kontinuierlichen Verfahren zu Phosphorgehalten unter 5 ppm führt,
wenn das Enzym in Form einer zu feinen Tröpfchen emulgierten wäßrigen Lösung bei einem
pH-Wert von 4 bis 6 behandelt wird. Es wurden Phorphorgehalte unter 5 ppm und Eisengehalte
unter 1 ppm erreicht. Der niedrige Eisengehalt ist für die Stabilität des Öles von
Vorteil.
[0014] Die drastische Verminderung des Phosphorgehalts ist insofern überraschend, als die
Phospholipasen A
1, A
2 und B ein pH-Optimum im neutralen bis schwach alkalischen Bereich haben. Mit Phospholipase
C oder D läßt sich das Verfahrensziel nicht erreichen.
[0015] Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an
phosphorhaltigen Bestandteilen in tierischen oder pflanzlichen Ölen durch enzymatischen
Abbau mittels einer Phospholipase. Dabei wird ein vorentschleimtes tierisches oder
pflanzliches Öl mit einem Phosphor-gehalt von 50 bis 250 ppm mit einer organischen
Carbonsäure verrührt und der pH-Wert der gebildeten Mischung auf 4 bis 6 eingestellt;
der Mischung wird in einem Mischgefäß eine Enzymlösung, die Phospholipase A
1, A
2 oder B enthält, unter turbulentem Rühren und unter Bildung feiner Tröpfchen zugegeben,
wobei eine Emulsion mit 0,5 bis 5 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Öl, gebildet wird,
welche durch mindestens ein nachfolgendes Reaktionsgefäß unter turbulenter Bewegung
während einer Reaktionszeit von 0,1 bis 10 Stunden bei Temperaturen im Bereich von
20 bis 80°C geleitet wird, und wobei das behandelte Öl nach Abtrennen der wäßrigen
Lösung einen Phosphorgehalt unter 5 ppm aufweist.
Ausführung der Erfindung
[0016] Da die Phospholipasen A
1, A
2 oder B Lecithin angreifen würden, ist es nicht sinnvoll, hoch lecithinhaltige Öle,
wie rohes Sojaöl, in dem erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzen. Ausgangsstoff sind
daher vorzugsweise vorentschleimte Öle, insbesondere Speiseöls, die sich in der Regel
durch einen Phosphorgehalt zwischen 50 und 250 ppm auszeichnen. Öle schwankender Oualität
können auf den gleichen Anlage verarbeitet werden. Vorzugsweise werden vorentschleimte
Öle, vor allem Sonnenblumenöl; Rapsöl und insbesondere Sojaöl eingesetzt. Ein vorherige
Trocknung des Öls ist entbehrlich.
[0017] Die Phospholipase wird zweckmäßig in wäßriger Lösung eingesetzt, die in dem Öl so
fein wie möglich emulgiert wird. Die enzymatische Reaktion dürfte an der Grenzfläche
zwischen der Ölphase und der Wasserphase stattfinden. Sie wird durch intensive Mischung,
z.B. durch turbulentes Rühren und zusätzlich durch den Zusatz von Tensiden gefördert.
Die Abbauprodukte der NHP haben eine höhere Hydrophilie und gehen daher in die Wasserphase
über. Sie werden daher ebenso wie die Metallionen gleichzeitig mit der Wasserphase
aus dem Öl entfernt.
[0018] Phospholipase A
1, A
2 und B sind bekannte Enzyme; (Vgl. Pardun, loc.cit. Seiton 135-141). Phospholipase
A
1 spaltet die Fettsäureestergruppe am G
1-Atom eines Phospholipidmoleküls. Sie findet sich z.B. in der Rattenleber und im Schweinepankreas.
Aus Schimmelpilzkulturen von Rhizopus arrhizus konnte ein Enzym mit Phospholipase-A
1-Aktivität isoliert werden.
[0019] Phospholipase A
2, die früher auch als Lecithinase A bezeichnet wurde, spaltet die Fettsäureestergruppe
am C
2-Atom eines Phospholipidmoleküls. Sie tritt, meist vergesellschaftet mit anderen Phospholipasen,
in fast allen Tier- und Pflanzenzellen auf. Reichlich findet sie sich im Schlangengift
der Klapperschlange und der Kobra, sowie im Bienen- und Skorpiongift. Technisch kann
sie aus Pankreasdrüsen gewonnen werden, nachdem aktivitätsinhibierende Begleitproteine
mit Trypsin abgebaut worden sind.
[0020] Phospholipase B kommt in der Natur weitverbreitet vor. Sie wirkt auf das durch Phospholipase
A
1-Einwirkung entstandene Lysolecithin durch Abspaltung des zweiten Fettsäureesterrestes
ein. Zum Teil wird sie auch als Gemisch der Phospholipasen A
1 und A
2 angesehen. Sie kommt in der Rattenleber vor und wird auch von manchen Schimmelpilzen,
wie Penicillium notatum, erzeugt.
[0021] Phospholipase A
2 und B sind als Handelsprodukte erhältlich. Für die technische Anwendung ist der Einsatz
gereinigter Enzyme in der Regel nicht erforderlich. Für das Verfahren der Erfindung
eignet sich ein Phospholipase-Präparat, das aus gemahlenen Pankreasdrüsenbrei gewonnen
wird und vor allem Phospholipase A
2 enthält. Das Enzym wird - je nach Aktivität - in Mengen von 0,001 bis 1 Gew.-%, bezogen
auf Öl, eingesetzt. Eine gute Verteilung des Enzyms im Öl wird gewährleistet, wenn
es in einer Wassermenge von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf Öl, gelöst und in dieser
Form in dem Öl zu Tröpfchen von weniger als 10 µm Durchmesser (Gewichtsmittelwert)
emulgiert wird. Turbulentes Rühren mit Radialgeschwindigkeiten über 100 cm/s hat sich
bewährt. Stattdessen kann das Öl mit Hilfe einer extemen Kreiselpumpe im Reaktor umgewälzt
werden. Auch mittels Ultraschalleinwirkung läßt sich die enzymatische Reaktion fördern.
[0022] Die Enzymwirkung wird durch den Zusatz einer Säure, vorzugsweise einer organischen
Carbonsäure, gesteigert, die vor der Enzymbehandlung zugegeben wird, Citronensäure
ist bevorzugt. Sie kann in Form der freien Säure oder als Puffersystem in Kombination
mit ihrem, Salz, wie einem Alkalisalz (z.B. Natriumcitrat), einem Erdalkalisalz (z.B.
Calciumcitrat) oder einem Ammoniumsalz, eingesetzt werden. Geeignete Mengen sind 0,01
- 1 Gew.-%, bez. auf Öl, optimal 0,1 Gew.-%. Mit der Säure wird der pH-Wert auf einen
Wert von 3 bis 7, vorzugsweise von 4 bis 6, eingestellt. Das Optimum liegt etwa bei
pH 5: Überraschenderweise ist dieser pH-Wert auch dann optimal, wenn die Phospholipase
in Form eines Enzymkomplexes aus Pankreas eingesetzt wird. Der Pankreas-Enzymkomplex
hat sonst ein pH-Optimum von 8 und ist bei pH 5 kaum noch wirksam ist. Anscheinend
stellt sich an der Phasengrenzfläche, wo die Enzymwirkung eintritt, ein höherer pH-Wert
als innerhalb der wäßrigen Phase ein.
[0023] Um die Phospholipasen A
1, A
2 und B aus fetthältigem Pankreatin oder Pankreasprodukten in Lösung zu bringen, sind
emulgierende Zusätze hilfreich. Geeignet sind wasserlösliche Emulgatoren, insbesondere
solche mit einem HLB-Wert über 9, wie Na-Dodecylsulfat. Es ist in einer Menge von
z.B. 0,001 Gew.-%, bezogen auf Öl, wirksam, wenn es der Enzymlösung vor dem Emulgieren
im Öl zugesetzt wird.
[0024] Der Zusatz weiterer Enzyme, vor allem Proteinasen und Amylasen, wirkt sich oft vorteilhaft
aus. Auch Proteinzusätze können durch eine gewisse Tensidwirkung vorteilhaft sein.
[0025] Die Temperatur bei der Enzymbehandlung ist nicht kritisch. Temperaturen zwischen
20 und 80°C sind geeignet. Optimal ist eine Temperatur von 50°C, jedoch kann kurzzeitig
auch bis 70°C erwärmt werden. Die Behandlungsdauer hängt von der Temperatur ab und
kann mit zunehmender Temperatur kürzer gehalten werden. Zeiten von 0,1 bis 10, vorzugsweise
1 bis 5 Stunden sind in der Regel ausreichend. Besonders bewährt hat sich ein Stufenprogramm,
bei dem die erste Stufe bei einer Temperatur von 40 bis 60°C und die zweite Stufe
bei einer höheren Temperatur im Bereich von 50 bis 80°C ausgeführt wird. Beispielsweise
wird zuerst 3 Stunden bei 50°C, dann eine Stunde bei 75°C gerührt.
[0026] Nach Abschluß der Behandlung wird die Enzymlösung mitsamt der darin aufgenommenen
Abbauprodukte der NHP von der Ölphase abgetrennt, vorzugsweise durch Zentrifugieren.
Da sich die Enzyme durch eine hohe Stabilität auszeichnen und die Menge der aufgenommenen
Abbauprodukte gering ist, kann die gleiche Enzymlösung mehrmals wiederverwendet werden.
[0027] Vorzugsweise wird das Verfahren kontinuierlich durchgeführt. Bei einer zweckmäßigen
kontinuierlicher Arbeitsweise wird das Öl in einem ersten Mischgefäß mit der Enzymlösung
emulgiert, in einem oder mehreren nachfolgenden Reaktionsgefäßen, gegebenenfalls bei
steigender Temperatur, unter turbulenter Bewegung reagieren gelassen, und anschließend
in einer Zentrifuge die wäßrige Enzymlösung abgetrennt. Um eine Anreicherung der Abbauprodukte
in der Enzymlösung zu vermeiden, kann ein Teil davon laufend durch frische Enzymlösung
ersetzt und der Rest in den Prozeß zurückgeführt werden.
[0028] Das gewonnene Öl hat einen Phosphor-Gehalt unter 5 ppm und ist damit zur physikalischen
Raffination zu Speiseöl geeignet. Dank des erreichten niedrigen Eisengehaltes hat
es gute Voraussetzungen, um beim Raffinieren eine hohe Oxydationsbeständigkeit zu
erreichen.
BEISPIELE
Beispiel 1
[0029] 1 l naßentschleimtes Sojaöl mit einem Rest-Phosphorgehalt von 110 ppm wird in einem
Rundkolben auf 75°C erwärmt. Unter starkem Rühren mit einem Flügelrührer von 5 cm
Durchmesser bei 700 UpM werden 10 ml Wasser, enthaltend 1 g Citronensäure, zugesetzt
und 1 Stunde weitergerührt. Dann wird auf 40°C abgekühlt und eine Lösung von 0,1 g
Phospholipase A
2 der in Beispiel 1 angegebenen Qualität sowie 50 mg Calciumchlorid in 20 ml 0,1 molarem
Acetatpuffer pH 5,5 zugegeben. Nach weiteren 5 Stunden intensiver Rührung wird die
Wasserphase abzentrifugiert. Das erhaltene Öl enthält 2 ppm P und ist zur physikalischen
Raffination geeignet. Die Veränderung der anderen Kennzahlen geht aus folgender Tabelle
hervor:
| |
Ausgangsöl |
behandeltes Öl |
| Phosphor |
110 ppm |
2 ppm |
| Eisen |
3,3 ppm |
<0,1 ppm |
| Calcium |
65,4 ppm |
5,3 ppm |
| Magnesium |
38,4 ppm |
<0,1 ppm |
| Peroxidzahl |
18,3 |
18,50 |
| Säurezahl |
0,91 |
1,10 |
| Verseifungszahl |
191,2 |
190,4 |
Beispiel 2
[0030] Das Verfahren gemäß Beispiel 1 wird mit dem Unterschied wiederholt, daß anstelle
von Phospholipase A
2 1 g eines Pankreaspräparats (Pankreatin, 800 Phospholipase-Einheiten/g) eingesetzt
wird. Das Präparat enthält Phospholipase A
2, Proteinase, Amylase, Lipase. Der Phosphorgehalt sinkt unter 1 ppm. Durch den Einfluß
der Lipase tritt nur ein geringfügiger Anstieg der Säurezahl von 0,91 auf 1,49 ein.
Beispiel 3
[0031] 9 l naßentschleimtes Rapsöl mit einem Phosphorgehalt von 72 ppm wird mit einer Lösung
von 8.6 g Citronensäure in 250 ml Wasser vermischt und auf 60°C erhitzt. Die Mischung
wird homogenisiert, indem man sie mittels einer externen Kreiselpumpe einmal pro Minute
umwälzt. Dann wird der pH-Wert der wäßrigen Phase mit 30 g 10 %iger Natronlauge auf
5,0 eingestellt. Nun werden 9 g Phospholipase A
2 mit einer Aktivität von 400 U/g zusammen mit etwas Calciumchlorid zugesetzt und die
Mischung 3 Stunden bei 60°C in der angegebenen Weise umgewälzt. Nach dem Abzentrifugieren
wird ein Phosphorgehalt von 3 ppm gefunden.
1. Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an phosphorhaltigen Bestandteilen in tierischen
oder pflanzlichen Ölen durch enzymatischen Abbau mittels einer Phospholipase, dabei
wird ein vorentschleimtes tierisches oder pflanzliches Öl mit einem Phosphorgehalt
von 50 bis 250 ppm mit einer organischen Carbonsäure verrührt und der pH-Wert der
gebildeten Mischung auf 4 bis 6 eingestellt; der Mischung wird in einem Mischgefäß
eine Enzymlösung, die Phospholipase A1, A2 oder B enthält, unter turbulentem Rühren und unter Bildung feiner Tröpfchen zugegeben,
wobei eine Emulsion mit 0,5 bis 5 Gew.-% Wasser, bezogen auf das Öl, gebildet wird,
welche durch mindestens ein nachfolgendes Reaktionsgefäß unter turbulenter Bewegung
während einer Reaktionszeit von 0,1 bis 10 Stunden bei Temperaturen im Bereich von
20 bis 80°C geleitet wird, und wobei das behandelte Öl nach Abtrennen der wässrigen
Lösung einen Phosphorgehalt unter 5 ppm aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein naßentschleimtes Öl eingesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als organische Carbonsäure
Citronensäure in Form der freien Säure oder als Alkali-, Calcium- oder Ammoniumzitrat
eingesetzt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich ein Emulgator eingesetzt wird.
1. Procédé pour abaisser la teneur en constituants phosphorés d'huiles animales ou végétales
par décomposition enzymatique au moyen d'une phospholipase, dans lequel on agite une
huile animale ou végétale prédémucilagénée ayant une teneur en phosphore de 50-250
ppm avec un acide carboxylique organique, et on règle le pH du mélange formé à 4-6
; dans un récipient de mélange, on ajoute au mélange une solution enzymatique contenant
les phospholipases A1, A2 ou B en agitant de façon turbulente pour obtenir de fines gouttelettes, formant ainsi
une émulsion avec 0,5-5% en poids d'eau, par rapport à l'huile, qu'on fait ensuite
passer par au moins un récipient de réaction en un mouvement turbulent, pendant une
durée réactionnelle de 0,1-10 heures, à des températures de 20-80°C environ, et où
l'huile traitée présente une teneur en phosphore inférieure à 5 ppm, après séparation
de la solution aqueuse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise une huile démucilagénée
par voie humide.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise, en tant
qu'acide carboxylique organique, de l'acide citrique sous forme d'acide libre ou en
tant que citrate de métal alcalin, de calcium ou d'ammonium.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on
utilise en outre un émulsifiant.