I Forschungsbeitrage/Research Papers

Feucht-Warmebehandlung von Rapssaat zur Desaktivierung saattypischer Enzyme*

Wolfgang Beyer'

Die Firma Lurgi 01-Gas-Chemie GmbH, Frankfurt, errichtete An- fang 1995 in Mittelchina eine Extraktionsanlage mit Saataufberei- tung und VorpreDanlage (Expellerpressen) zur Verarbeitung von Rapssaat (vorzugsweise chinesische Rapssaaten), die Ende 1995 er- folgreich in Betrieb gegangen ist. Die Saataufbereitung wurde mit einer speziellen Konditionierein- richtung ausgeriistet, die den Expellerpressen vorgeschaltet ist. Die Konditioniereinrichtung erlaubt es, mittels einer Feucht-Warmebe- handlung flockierte Rapssaat so zu behandeln, da5 saattypische Enzyme, vorzugsweise Phospholipasen und Lipoxygenasen, weitest- gehend desaktiviert werden. Ziel dieser Enzymdesaktivierung ist es, die Bildung von nichthydratisierbaren Phosphatiden (NHP's) im ro- hen Rapsol wahrend der Gewinnung in der Vorpessung und Losungs- mittelextraktionsanlage zu unterbinden. Die mit dieser Konditioniereinrichtung gewonnenen rohen Rapsole wurden mit einer einfachen Wasserbehandlung (Entschleimung) so- weit im Phosphatidgehalt gesenkt, da5 diese Rohole direkt der physi- kalischen Rafination zugefuhrt werden konnten.

Moisture and Heat Treatment for Desactivating Seed Specific Enzymes. In the beginning of 1995 the Lurgi 01-Gas-Chemie com- pany established an extraction plant for rapeseed processing with seed preparation and pre-presses in Central China. The plant was suc- cessfully put into operation in late 1995. The sector of seed preparation is equipped with a special condition- ing unit which is installed ahead of the pre-presses. By humid heat processing this conditioning unit allows the treatment of flocky rape- seed to desactivate seed specific enzymes to a large extend. The ob- jective of desactivating enzymes to inhibit the formation of non-hy- dratible phosphatides (NHPs) in the crude rapeseed oil during ex- traction in pre-presses and extraction plant. The crude rapeseed oils produced with this conditioning unit showed such low amounts of phosphatides after desliming that these crude oils could be used di- rectly for physical refining.

1 Einfuhrung Ziel der Feucht-Warmebehandlung von Rapsflocken

(Rapssaat) ist die Desaktivierung saattypischer Enzyme, u m PreO- und Extraktionsole zu gewinnen, die einen so niedrigen Gehalt an nichthydratisierbaren Phosphatiden (NHP's) auf- weisen, daD die Ole direkt der physikalischen Rafination zu- gefuhrt werden konnen.

Die Anwesenheit von NHP's in Saatolen ist eine Folge von enzymatischen Reaktionen.

Aufgrund der Erf'ahrung rnit der ALC0N"-Konditionie- rung bei der Verarbeitung von Sojabohnen ist davon auszuge- hen, daD der ,,ALCON@-Konditioniereffekt" auch bei der Rapssaatverarbeitung zum Tragen kommt, u m Rohole rnit ei- nem niedrigen Gehalt a n NHP's zu erzeugen, die physika- lisch rafiniert werden konnen.

In Chengdu, dem Zentrum des Rapsanbaugebietes der Pro- vinz Sichuan, China, wurde Ende 1995 von der Firma Lurgi GmbH/Frankfurt eine solche Rapsverarbeitungsanlage er- richtet und in Betrieb genommen.

2 Der Rapssaat-VerarbeitungsprozeB in Chengdu

Die Anlage besteht aus einem Aufbereitungs- und einem VorpreBbereich und ist rnit chinesischen Pressen und einer Extraktionsanlage ausgeriistet. Die Konditioniereinrichtung

*Vortrag, gehalten auf der 51. Jahrestagung der DGF, 6 . 4 Oktober 1996, Bremen. ' Lurgi bl-Gas-Chemie GmbH, Frankfurt

wurde in den Saataufbereitungsteil integriert und den Vor- pressen vorgeschaltet (Abb. 1, 2) .

In Abb. 1 ist eine Rapsverarbeitungsanlage konventionel- ler Technik dargestellt; in Abb. 2 ist die Rapsverarbeitungsan- lage mit Konditioniereinrichtung, bestehend aus Schnellkon- ditionierer, Temperapparat und Trockeneinrichtung, darge- stellt.

3 Betriebsergebnisse Die Betriebsergebnisse haben uber mehrere Monate hin-

weg gezeigt, daB die erzeugten PreB- und Extraktionsole kei- ne signifikanten Mengen an NHP's aufweisen, wenn die aus handelsublichen Rapssaaten gewonnenen Rapsflocken einer Feucht-Warmebehandlung unterzogen werden.

Die wasserentschleimten rohen Rapsole, vorzugsweise Ge- mische aus PreB- und Extraktionsolen, wiesen nur noch Phos- phorgehalte von 10-15 ppm auf. Die Analysen wurden vom Kunden durchgefuhrt. Gegenproben wurden gezogen und im Lurgi-Laboratorium zur Kontrolle untersucht. Die Ergebnisse lagen in der gleichen GroBenordnung wie die des Kunden.

4 Eingesetzte Rapssaatqualiaten GemaB den labortechnischen Untersuchungen wurden

vorzugsweise Gemische aus Normalraps und Rapssaat vom Typ ,,O" verarbeitet in den Farben gelb, blau, rot, braun und schwarz.

Im rohen Rapsol wurde ein Erucasauregehalt in der Gro- Benordnung von 21-32% gefunden.

Der Gehalt an Glucosinolaten (GLS) lag in drei gezoge- nen Rapsproben vor der Aufbereitung zwischen ca. 30 und 53 mmol/g (Lufu, Kiel).

46 FetULipid 99 (1997). Nr. 2. S. 46-51 0 VCH Verlagsgesellschafl mbH, D-69451 Weinheim, 1997 0931-5985/97/0202-0046$17.50+.50/0

Abb. 2. Saataufbereitungs-Vorpressung und Extraktionsanlage - Mit Konditioniereinrichtung (Schnellkonditionierer und Temperapparat).

FeWLipid 99 (1997). Nr. 2, S. 46-51 47

5 Der KonditionierprozeB fur Rapssaat

Die Anwesenheit von hohen Anteilen an NHP’s im Rapsol ist eine Folge von enzymatischen Reaktionen, die im Laufe der Verarbeitung in den ProzeBstufen der Aufbereitung, Pres- serei und Extraktion ablaufen.

Der Schnellkonditionierer inaktiviert die fur die NHP-Bil- dung verantwortlichen Enzyme, insbesondere die Phospholi- pase durch schnelles Erhitzen auf 100°C und Anheben der Feuchtigkeit. Wichtig ist, daB bei der Aufheizung auf 100°C der kritische Temperaturbereich zwischen 4OoC und 7OoC sehr schnell durchlaufen wird, weil in diesem Bereich erfahrungs- gemal3 die enzymatischen Reaktionen bevorzugt NHP’s bil- den ([l], Abb. 3).

Dem Schnellkonditionierer ist ein Temperapparat nachge- schaltet, der die konditionierten Rapsflocken einer Feucht- Warmebehandlung unterzieht. Die Vorgange wahrend der Temperung der Flocken sind aul3erst komplex und wurden durch Kock erlautert ([2], Abb. 4). Kock machte den EinfluD der Lipoxygenase-Aktivitat auf

die Hohe der hydratisierbaren Phosphatide (HP’s) in den So- jaolen deutlich und erklarte die damit verbundene hohere Le- cithinausbeute durch die Losungsmittelextraktion.

Diese l lese konnte auch fir Raps bei den Versuchen in Cheng- du bestZtigt werden: Der Effekt des Enzyms Lipoxygenase fiihrt auch bei der Rapssaatextraktion zu einer Oxidation der Phospholi- pide in weit groBerem MaBe als bisher angenommen, sofern das Enzym nicht vor dem ExtraktionsprozeB desaktiviert wird.

Die oxidierten Phospholipide gehen wahrend der Extrakti- on komplexe Verbindungen mit dem Rapsprotein ein, welche in dem extrahierten Rapsmehl als hexanunlosliche Bestand- teile zuriickbleiben und die Lecithinausbeute verringern.

Wenn die Lipoxygenase also bereits vor dem Extraktions- prozel3 desaktiviert wird, so kann angenommen werden, daB

die Oxidation von Phospholipiden und die Bildung von Phos- phatidkomplexen nicht zum Tragen kommt. So bleiben die Phospholipide in ihrer Originalform erhalten und konnen mit dem Rapsol zusammen extrahiert werden.

6 Die Konditioniereinrichtung als 3stufige Einrichtung

6.1 Die Schnellkonditionierung als 1. Stufe

Die Aufheizung der Rapsflocken geschieht durch eine Schnellkonditioniereinrichtung, die mit trockenem Dampf versorgt wird und innerhalb von Sekunden die Rapsflocken auf eine Temperatur von 100°C bringt. Gleichzeitig erhoht sich die Anfangsfeuchte der Rapsflocken von 7-8010 auf 11- 12%.

6.2 Die Temperung als 2. Stufe

nierten Rapsflocken 20-30 Min. lang auf 100°C gehalten.

Dampf beheizt.

Im nachgeschalteten Temperapparat werden die konditio-

Der Temperapparat ist mehrstufig ausgefuhrt und wird mit

6.3 Die Trocknung als 3. Stufe Die Rucktrocknung der Rapsflocken erfolgt im nachge-

schalteten Trockner. Fur Chengdu wurde eine Warmlufttrock- nung gewahlt. Technisch gunstiger ware ein Rohrbundeltrock- ner.

Eine gleichmal3ige Rucktrocknung aller Partikel ist von ent- scheidender Bedeutung. Bevorzugt wird eine Rucktrocknung der Flocken auf den Feuchtegehalt, der 1-2% unterhalb der eingesetzten Rapssaat liegt.

Temperatur der RapssaaVFlocken

Abb. 3. Erwarteter EinfluB der Enzymaktivitat in Rapssaat auf die NHP-Erhohung im Rohol (Tendenz).

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SojaCrl

P c C 8

+r - Al c

0 c t c

f

5 c c 0 c P

i

Behandlungsrrchritte von Sojaflocken (ALCONe)

7 Einflut3 der Konditioniertemperatur im Schnellkonditionierer auf den Phosphorgehalt im rohen Raps61

Der EinfluB der Konditioniertemperatur im Schnellkondi- tionierer wurde untersucht. Die Ergebnisse sind in Tab. 1 dar- gestellt.

Die Betriebsergebnisse zeigen, daD bei Einhaltung der Konditioniertemperatur von 100°C und einer Temperzeit von ca. 30Min. ein Rohol aus Presserei und Extraktion erzeugt werden kann, welches unter den iiblich angewandten Wasser- Entschleimungsbedingungen auf einen Phosphorgehalt von 10-15 ppm gesenkt werden kann.

Der anfallende Lecithinschlamm wurde untersucht und im Durchschnitt folgende Zusammensetzung gefunden:

Olgehalt : 17% Gehalt Acetonunlosliches: 45% Wassergehalt: 3 8%~

Abb. 4. Phosphatidgehalt im rohen Soja- 61 (ALCON'). Nach [2].

Im Zeitraum vom 04.06.-14.06.96 wurde die Konditionier- temperatur, beginnend mit ca. 8OoC sukzessive bis auf 100°C angehoben, um den EinfluB der Konditioniertemperatur auf die Hohe der Phosphorgehalte in PreB- und Extraktionsolen zu verfolgen (Abb. 5).

GemaB den untersuchten Proben zeigten die PreBole im gesamten Verlauf der Temperaturerhohung keine deutliche Veranderung der Phosphorgehalte. Die Phosphorgehalte in den wasserentschleimten Roholgemischen (PreB- und Extrak- tionsol) zeigen jedoch, daB durch eine Feucht-warmebehand- lung der Rapsflocken eine Umschichtung von NHP's in HP's auch im PreBol erfolgt.

Der Verlauf der Phosphatidanreicherung im Extraktionsol wurde gemu der vorgenannten These (Desaktivierung der Li- poxigenase) erwartet. Wie auch bei der Sojaverarbeitung nach dem ALCON' Werfahren, wird eine Anreicherung des HP- Anteiles im Rohol bei gleichzeitiger Absenkung des NHP-An- teiles durch die Feucht-Wiirmebehandlung im Verlauf der Temperung herbeigefuhrt. Versuchsweise wurde am 09.06.96 die Temperzeit von ca. 30 Min. auf ca. 20 Min. verkurzt und ein niedrigerer Gehalt an Phosphor im Extraktionsol gefun- den.

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Tab. 1. Durchschnittstagesanalysen. (Rapssaat/Rapsschrot/Pressol/ExtraktionsoI/wasserentschleimtes 0 1 (Mischung Press-Extraktionsol)).

8 MyrosinaseaktiviW in der verarbeiteten Rapssaat

Auffallig ist, da13 bereits die der Saataufbereitung zugefuhr- ten Rapssaaten der Proben A 111 bis A 114 einen hohen An- teil an VOT und ITC aufweisen. Dies kann auf die aufwendige

Produktmuster vor der Saat-Aufbereitung und nach den Behandlungsstufen wurden gezogen und diese auf GLS (Glu- kosinolate), VOT (5-Vinyloxazolidin-2-Thione) und ITC (Iso- thiocyanate) von der Lufu in Kiel untersucht. Die Ergebnisse sind in Tab. 2 dargestellt.

Trocknung der Rapssaat vor der Einlagerung in die Silos zu- ruckgefuhrt werden.

Die praktische Erfahrung in Chengdu hat gezeigt, daB die Rapssaaten teilweise mit Feuchten von 11-15% angeliefert wurden und nur durch mehrmaliges Trocknen auf einen Wert

Tab. 2. Anted an Glukosinolaten (GLS), 5-Vinyloxazolidin-2-Thionen (VOT) und Isothiocyanaten (ITC) in der Rapssaat.

Probe Nr,

A 111

A 113

A 114

B 2/1

c 1011

D 111

E 3/1

F 411

F 412

Sorte (China-Rapssaat)

Rapssaat Gemisch gelbhlau

Rapssaat gelb

Rapssaat blau

Rapsflocken (Gemisch gelb/blau)

Konditionierte Rapsflocken (Gernisch gelbhlau)

Konditionierte Rapsflocken vor Vorpressen (Gemisch gelbhlau)

VorgepreBte Rapskuchen (Gemisch gelbhlau)

Extrahiertes Rapsschrot (Gemisch gelbhlau)

Extrahiertes Rapsschrot (Gemisch gelbhlauj

Probecrtelle I Datum

nach Silo I 12.6.96

nach Silo / 20.6.96

nach Silo / 23.6.96

nach Flockierung I 12.6.96

nach Konditionierer I 12.6.96

vor Vorpressen I 12.6.96

nach Vorpressen / 12.6.96

nach Entbenzinierung / 12.6.96

nach Entbenzinierung I 12.6.96

46,l

30,7'

52.8'

51 ,O

40,5

51,5

68,6

17.5

20,8

VOT tms/kgl

1919

< 25

3527

1855

1336

1780

1960

31 1

288

ITC tw3ml

2850

5500

1214

2676

3829

401 4

6380

979

1028

Bezeichnungen: GLS = Glucosindate. gem. EG-Methode 1864190 * Saatuntefsuchung bezogen auf luftgetrocknete Saat mit ca. 40% dlgehalt VOT I Wnylthiooxazdidion ITC = AllylisOthiocyanat (Rkht@ SenWle)

50 Fett/Lipid 99 (1997). Nr. 2, S . 46-51

Ensym-DesPktivierungs-Tempetatur PC] Abb. 5. Phosphorgehalt im Rapsol in Abhangigkeit der Enzym-Desaktivierungs-Temperatur im Schnellkonditionierer (Analysen des Kunden).

von 7-8% gebracht werden konnten. Da die Trocknung bei ca. 6OoC durchgefuhrt wurde, ist anzunehmen, daB die in der Rapssaat anwesende Myrosinase bereits vor der Saataufberei- tung mit der Zersetzung der GLS verstiirkt begonnen hat.

Die in der weiteren Verarbeitung verahderten Werte fur GLS,VOT und ITC der Proben B 2/1 bis F 412 sind selbstdar- stellend.

10 Zusammenfassung Die praktische Erfahrung hat gezeigt, daB mit der in

Chengdu installierten Konditioniereinrichtung ein Rohol er- zeugt werden kann, welches aufgrund seines niedrigen Phos- phatidgehaltes nach der Wasserentschleimung direkt der phy- sikalischen Raffination zugefuhrt werden kann.

9 Wirtschaftliche Aspekte

Im Vergleich zur herkommlichen Rapsverarbeitung wird zusatzlich eine Konditionier- und Rucktrocknungseinrich- tung benotigt. Fur die Aufheizung und die Rucktrocknung der konditionierten Flocken muB Energie in Form von Dampf aufgewendet werden. Zusatzlich ist elektrische Ener- gie fur den Antrieb der Konditioniereinrichtung und des Trocknungsapparats notwendig.

Demgegenuber steht die erhohte Lecithinausbeute und die Moglichkeit der physikalischen Raffination des wasserent- schleimten Roholes mit all seinen Vorteilen fur den Betreiber.

Literatur [l] Penk, G., ISF-JOCS, World-Congress 1988, Tokyo, 26.-

30.9.1988. (21 Kock, M., G. Penk, - 36. DGF-Vortragstagung, Kiel, 8.-11.9.1980,

Second A.S.A. Symposium on Soybean Processing, Antwerp, 2.-4.6.1981.

Anachrift do8 Autors: Dipl. Ing. Wolfgang Beyer, Lurgi dl-Gas-Che- mie GmbH, Lurgiallee 5, D-60295 Frankfurt.

(Eingang: 28. Oktober 1996; akzeptiert am: 8. Januar 1997).

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