Was sind Öle? 1) Mineralöle := langkettige Kohlenwasserstoffe 2) Etherische Öle := Isopreneinheiten Dufttäger (leicht flüchtig), in Ölzellen Verwendung 1) Nahrungsmittel (> 90%) - Energiegehalt: 1 g Öl: 38 kJ 3) Fette Öle := Trigylceride in Samen, Früchten etc. als Reservestoffe Unterschied Fette ⇔ Öle ?? • biochemisch das Gleiche: Triglyceride • umgangssprachlich: Fette: bei Raumtemperatur fest Öle: bei Raumtemperatur flüssig (17,2 kJ pro g Kohlenhydrate) - essentielle Stoffe 2) technisch Brenn- und Beleuchtungsmittel Kunststoffe, chemische Synthesen ..... H O HO H H H + HO H HO + Fettsäuren Fettsynthese O - 3 H2 O R2 + 3 H2O O H Glycerin R1 O R3 Verseifung H R1 O H R2 O H R3 H Fette sind Triglyceride = Ester aus Glycerin mit je 3 Fettsäuren (Carbonsäuren) z.B. ein Fett aus dem Sonnenblumenöl: Stearinsäure Linolsäure Linolensäure Eigenschaften der Fette werden durch die Eigenschaften der Fettsäuren bestimmt ungesättigte FS gesättigte FS Wichtige FS in Pflanzen Smp (°C) Caprinsäure C 10:0 Palmitinsäure C 16:0 Palmfett: 36 % + 63 Stearinsäure C 18:0 Kakaobutter: 34 % + 70 Ölsäure C 18:1 in allen pflanzl. Ölen + 13 Linolsäure C 18:2 essentiell -5 γ-Linolensäure C 18:3 essentiell - 18 Arachidonsäure C 20:4 essentiell - 50 Anzahl der C-Atome Anzahl Doppelbindungen + 31 Fette mit gesätt. FS: je länger die C-Kette um so höher der Schmelzpunkt Fette mit ungesättigten FS: je mehr Doppelbindungen, um so niedriger der Smp Fettsäuresynthese → Alle Fettsäuren haben eine geradzahlige Anzahl von C-Atomen Synthese • aus AcetylCoA (C2-Baustein) im Cytosol • Verlängerung der Ketten im Chloroplasten → Endprodukt stets Palmitin- /Stearinsäure (gesättigte FS) Entsättigung (für die Herstellung ungesättigter FS) Desaturasen: unter O2 wird mit NADH/H+ eine Doppelbindung eingeführt • Pflanzen können ab dem 3. C-Atom Doppelbindungen einfügen • Tiere erst ab dem 9. C-Atom; → für den Menschen sind viele ungesättigte Fettsäuren essentiell Da bei niedrigen Temperaturen mehr O2 in der Luft, im Wasser → In wärmeren Regionen (Tropen) eher Fette (Kokosfett, Palmfett), in kälteren Regionen (temperat) eher Öle (Sonnenblumenöl, Distelöl ...) Öl-Gewinnung - Raffination Ernte / Lagerung / Vorbehandlung natives Öl sung s e r Kaltp Heißpressung o. chem. Extraktion Durch die Raffination werden Speiseöle haltbarer und heller, verlieren aber ernährungsphysiologisch an Qualität anschl. nur: waschen, filtrieren, zentrifugieren Aroma und Farbe bleiben erhalten | ↓ Entlecithinieren Lecithin Phosphorsäure, Wärme ↓ Entschleimung Schleimstoffe, Trübstoffe (Eiweiß, KH) Bleicherde, Aktivkohle (bei 70 – 90 °C unter O2-Ausschluss) Wasserdampf (30 min bei 240 °C, Vakuum) Härtung ↓ Entsäuerung ↓ Bleichung | ↓ Desodorierung | ↓ Reines Fett / Öl Raffination Natronlauge rohes Öl Rohes Öl Freie Fettsäuren Farbstoffe, Schwermetalle, Hydroperoxide Geruchs-, Geschmacksstoffe, Pestizide Öl-Härtung = Hydrierung chemischer Prozess: aus flüssigem Öl → festes Fett bzw. ungesättigte → zu gesättigten Fettsäuren. Übrigens: hohe Temperaturen + erhöhter Druck + Wasserstoff | ↓ H2 lagert sich an die Doppelbindungen an | ↓ Im Pansen der Milchkuh werden die über das Futter aufgenommenen Öle ebenfalls "gehärtet" und bilden dann den relativ hohen Fettanteil in der Butter. Margarineherstellung = Härten von Pflanzenölen aus den ungesättigten entstehen gesättigte Fettsäuren + Lecithin Der Prozess kann in jedem Stadium abgebrochen werden, so dass Fette mit beliebigem Schmelzpunkt hergestellt werden können. (als Emulgator) Ölhaltige Nutzpflanzen Samen Kapsel Mohn, Lein, Ricinus, Baumwolle, Sesam, Paranuss, Tabak ... Schoten Raps, Eruca Hülse Erdnuss, Sojabohne Nuß Haselnuss, Rotbuche, Cashew Achänen Sonnenblume Steinfrucht Walnuss, Kokosnuss, Mandel, Avocado, Ölpalme Balgfrucht Macadamia Perikarp Steinfrucht Olive, Ölpalme Speicherung im Samen dient dem Keimling Speicherung im Perikarp dem Ausbreiter ! Öl-Produktion SojaSoja Baumwolle Baumwolle Mio t 18,2 12,5 Raps Raps Erdnuss Erdnuss 24,7 Soja Soja Sonnenblume Sonnenblume Palmöl Palmöl 26,9 Oliven Oliven Ölpalme 34,1 141,5 35,5 Ernte an Ölsaaten 1997(in Mio t) Gesamtwelternte 309,4 Mio t Palmkernöl Palmkernöl Khopra Khopra Sesam Sesam LeinLein Raps Sonnenblume Erdnuß Baumwollsamen Kokosnuß Sojaöl hat den größten Marktanteil Olive Palmkernöl Lein Rizinus Tungöl Weltproduktion von Ölen der wichtigsten Ölfrüchte von 1984 –1993 aus: Rehm & Espig Soja – universell verwendbar ganze Pflanze Unreife Bohnen Reife Bohnen Futtermittel, Silage, Heu, Grünfutter, Weide, Gründüngung, Gemüse, Tabakersatz, Brennstoffe als Konserven, getrocknet, frisch, tiefgefroren, als Essigfrüchte, Gemüse (wie Erbsen) gebacken, gekocht, Futtermittel, Bienenfutter, Schokolade, Diabetikernahrung, Schonkost, Eiscremepulver, Kindernahrung, Insektizide (Haftmittel), Fleischfüllmittel, Milch, Brotaufstrich, geröstet, gesalzen Getränke, kandiert, Milch kondensiert, fermentiert, frisch, in Pulverform, Quark in verschiedenen Formen, Sprosse als Gewürze u. Gemüse Verwendung von Soja: Öl, vorwiegend durch Pressen aus zerkleinerten Bohnen gewonnen • zu Brat-, Back- und Streichfetten verarbeitet • essentielle Linolsäure • • „Abfallprodukt“ Lecithin (als Emulgator) weitere „Rückstände“ (eiweißreich) zu Tofu, Sojamilch etc. weiter verarbeitet Öl Mehl Klebemittel, Bindemittel, Emulsionsmittel, Futtermittel, Düngemittel, Kunststoffe, Nahrungsmittel, zum Bierbrauen, Flocken, Backwaren Schrot, Gewürzpulver, Soße, Würzen, Milch, Industrie-Eiweiß, Zellwolle, Schaumlöschmittel, Papierleim, Textilausrüstungsmittel, Wasserfarbe, Imprägniermittel, Schaummittel Kerzen, Zelluloid, Transformatorenöl, Desinfektionsmittel, elektr. Isoliermittel, Speiseöl, Überzugsmasse, Margarine, Mayonnaise, medizin. Öle, Brennstoffe, Glyzerin, Insektizide, Lederbehandlungsmittel, Lecithin (E322), Bonbons, Kosmetika, Emulsions-mittel, Treibstoffzusatz, Gerbmittel, Medikamente, Textilfarbstoffe, Holzschutzmittel, Beleuchtung, Linoleum, Schmiermittel, Öltuch, Farben, Druckerschwärze, Gummiersatz, Kunstharze, Firnis, Imprägnierungsmittel ..... Soja – Glycine max Heimat: Asien (China) Anbau: seit über 5000 Jahren in China China, Indien, USA Fabaceae (Schmetterlingsblütler) Biologie: bis 1 m hohe Annuelle, behaart Pfahlwurzel Blüte nur bei > 14 h Tag (Langtagspflanze) Hülse mit 1-6 Samen Samen: rund, oval oder eiförmig; hellgelb bis braun, grün, schwarz aus Rehm & Espig Nutzung der Samen (Keimblätter): Fettsäuren im Sojaöl 1) Nahrungsmittel (17 –21 % Rohfett & 33 – 40 % Roheiweiß): 2) Technisch Linolsäure Ölsäure Linolensäure Palmitinsäure Stearinsäure Arachinsäure (Lacke, Firnis, Seifen, Schmiermittel, Alkydharze, PVC-Stabilisatoren ) (kaltgepresst) 45-55 % 20-30 % 5-12 % 5-10 % 7% 2% Soja-Markt Produktion von Sojabohnen (Mio t) Gentechnisch verändertes Soja (GVO) aus den USA: 160 140 Anteil von GVO-Soja in den USA (% ) 120 Indien 90 China 80 80 Argentinien 70 60 Brasilien 100 USA 40 81 75 71 60 54 50 50 40 34 30 20 85 20 0 12 10 1 1990 2 1994 3 1995 4 1996 2003 [Mio. ha] Anbaufläche Soja USA Brasilien Argentinien Uruguay Kanada Rumänien Mexiko 30,00 21,00 13,80 0,15 0,10 0,08 0,06 5 1997 6 1998 Hauptproduzent: USA Hauptexporteur: USA Hauptimporteur: EU 0 1994 2 1996 1998 2000 2002 2004 2006 von 1996: 2 % auf 2004: 85 % der Produktion im europäischen Raum zur Zeit zwei gentechnisch veränderte Nutzpflanzen im Lebensmittelbereich bedeutend: - insektenresistenter Mais und - herbizidtolerante Sojabohne GVO-Sojabohnen Was wurde gentechnisch verändert? Herbizidresistenz: Resistenz gegen das Herbizid „Roundup-Ready“ durch US-Konzern Monsanto. RRS = Roundup Ready Soybean Wirkstoff im Roundup: Glyphosphat (wenig selektiv) (bindet an EPSPS, ein universelles Pflanzenenzym, beteiligt an Synthese aromatischer Aminosäuren Tod der Pflanze durch Stoffwechselblockade) Gg. Glyphosphat tolerante Sojabohne: CP4-EPSPS (homologes Enzym mit hoher Glyphosat-Toleranz) aus Agrobacterium sp. in Sojabohne transformiert. Herbizidresistenz (besser –toleranz) häufigste gentechnische Veränderung bei Nutzpflanzen in Europa 1500 Freisetzungen von GVOs (1999), davon 80 % Herbizidresistenzen 7% mit Herbizid- und Insektenresistenz v.a. Sojabohnen, Mais und Baumwolle „Designeröl“: In den USA auf ca. 30.000 ha GVO-Sojabohnen, mit höherem Anteil an Ölsäure (ernährungsphysiologische Aufwertung, einfach ungesättigt) Weitere Beispiele: • Rapssorten mit verändertem Fettsäureprofil (z.B. Erhöhung des Anteils an a-Linolsäure oder omega-3Fettsäuren) • Reispflanzen mit erhöhten Eisen- und Provitamin AGehalt Ölpalme Elaeis guineensis (Familie Arecaceae, U-Fam. Cocoideae) Biologie: bis 15 m hohe Palme Blätter bis 7 m lang, unterste Fiedern eines jeden Blattes als Dornen getrenntgeschlechtlich - monözisch männl. Blüten an Stammspitze, weibl in den Blattachseln der unteren Blätter männl. Blütenstand Frucht: Fruchtfleisch teilweise entfernt Fruchtstand Frucht Frucht quer Teil eines männl. Blütenstand männl. Einzelblüte Ölpalme Heimat: Golf von Guinea Anbau ausschließlich in den Innertropen, auf einem rel kleinen Areal aber große wirtschaftliche Bedeutung Nutzung der (Stein)Frucht: 1) Mesokarp: Palmöl 2) Endosperm: Palmkernöl 3) Palmkernmehl = Pressrückstand als Futtermittel Fette aus der Ölpalme Lösen der Früchte vom Fruchtstand ⇓ Dampfsterilisation (Enzym -Deaktivierung, so unterbleibt die Spaltung von Glycerin und Fettsäuren – bei > 5% freie FS als Speiseöl ungeeignet!) ⇓ Früchte aufbrechen und Öl auspressen (etwa 60-70 % Öl) (Öl durch Carotinoide orangerot: bleibt für Margarine, für Speiseöl wird’s gebleicht) ⇓ zurück bleibt der Presskuchen (Same und Faserreste) ⇓ Same wird von Fasern getrennt und getrocknet ⇓ Öffnen der „Samen“ (Endokarp) ⇓ Extraktion des Palmkernfetts aus dem Endosperm (etwa 50 % Öl) (dem Kokosfett in Farbe und Geschmack ähnlich, aber höherer Ölsäuregehalt; hitzestabiler, für Margarineherstellung) Palmöl aus dem ölhaltigen Mesokarp Smp: 27-42 °C 12 % (bis 50%) Palmitinsäure Palmkernöl aus den ölhaltigen „Samen“ Smp: 25-26 °C härter als Palmöl Fruchttypen der Ölpalme Dura Pisifera Tenera Kreuzung aus den beiden: Fruchtfleisch Endokarp Same (Kern) Endokarp-Dicke (mm) 2-8 ohne 0,5 – 3 % Fruchtfleisch 35 – 55 fast 100 60 – 95 % Steinschale (Endokarp) 25 - 55 0 1 - 32 Nachteile: Tenera x Tenera spaltet auf! Materialverlust Palmkernöl schwer zugänglich kleine Frucht (2. Mendelsche Regel) 25 % d, 50 % t, 25 % p • Hybridsaatgut in Zuchtbetrieben • Vermehrung durch Gewebekultur Ölpalme - Produktion Weltproduktion Ölpalmfrüchte (Mio t) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Weltproduktion (Mio t) verteilt auf die wichtigsten Produktionsländer: 14 2004 (162 Mio t) 5 32 4 1975 Rest 6 (21 Mio t) 9 Rest Malaysien Nigeria 70 Malaysien 1 Ghana 1 Elfenbeinküste Indonesien Kongo 1 Indonesien 60 2 Nigeria 5 Exokarp Mesokarp (faserig) Endokarp ? 3 Karpelle, verwachsen flüssiges Endosperm = Kokoswasser Embryo festes Endosperm (mit zunehmender Reife) Triploides Endosperm und doppelte Befruchtung 1 2 Megaspore 1) nach der Meiose (M!) vier Megasporen, von denen die Embryosack (= weibl. Gametophyt) 3 kleineren zugrunde gehen Eizelle Endosperm Pollenkorn (2 Kerne !) 3 Pollenschlauch Spermazellen 2) große Megaspore entwickelt sich zum weibl. Gametophyt = Embryosack besteht aus 7 Zellen: 1 Eizelle, einer großen 2-kernigen Zelle, 2 Synergiden, 3 Antipoden Testa Embryo (2n) sekundäres Endosperm (3n) 4 3) Bestäubung (Karyogamie, K!) doppelte Befruchtung bei Blütenpflanzen: 1 Kern des Pollenkorn verschmilzt mit dem Endosperm, der zweite mit der Eizelle 4) sekundäres Endosperm ist triploid und umgibt im Samen den Embryo Lebenszyklus einer Blütenpflanze (nach Leins 2000) Fruchtblatt & Samenanlage Narbe Griffel Zustand zur Zeit der Blüte / Samenanlage der Frucht / des reifen Samens Embryosack = weibl. Gametophyt Eizelle Embryo (2n) 2-kernige Zelle Endosperm (3n) (des weibl. Gametophyt) Nucellus Perisperm (=Megasporangien“wand“) Integumente Samenschale (Testa) Funiculus (Stielchen) Placenta Fruchtblatt (Karpell) Fruchtwand (Perikarp) Kokospalme – Cocos nucifera Arecaceae - Palmen Heimat: Anbau: vermutl. Polynesien vor 4000 J. in der Südsee bereits in Kultur Tropen weltweit Biologie: schlanke bis 30 m hohe Palme monözisch, proterandrisch schwimmfähige Steinfrucht (Hydrochorie) Nutzung: 1) festes Endosperm = Khopra 2) Mesokarp Kokosfasern (techn.) 3) Sonst Vegetationspunkt → Gemüse (Palmkohl) Phloemsaft des Blütenstandes → Palmwein, Arrak Nutzung der Khopra festes Endosperm = Kokosfett Auspressen: Kokos-Rohfett Raffination Kokosfett (bei Zimmertemp fest, Smp 32 °C, d.h. v.a. ges. Fettsäuren) Speisefett (Kochen & Braten) Margarineherstellung Khopra (Fettanteil 60 - 70 %) Kokossahne Extraktion mit heißem Wasser: Milchige Emulsion von Kokosfett (20 %) in Wasser (leicht süßlich, milchartig) Kokosraspeln Kokosmilch raspeln ausdrücken 1 Kokosmilch oder: ¼ l Wasser auf Khopra einer Kokosnuss 2 Stehen lassen, Wasser und Fett trennen sich kneten und durch Tuch drücken „Kokossahne“ = „dünne Kokosmilch“ Lampenöl, Massageöl; Herstellung von Seife, Kerzen und Kosmetika. Produktion Oliven 2004 Welt 16 Mio t Kokosnüsse 2004 Welt 55 Mio t 2,2 7 1 2 Sri Lanka 3 16 Rest 1 Indonesien 0,5 Marokko 1,0 5,0 Rest Syrien Spanien Brasilien Türkei 1,8 Indien Philippinen Griechenland Italien 10 14 2,3 3,3 Mittelmeerraum: 80 % der Weltproduktion, auf ca. 5 Mio ha allein in Spanien (Jaén & Córdoba): 30% der Weltproduktion Ölbaum – Olea europaea Heimat: Oleaceae (Ölbaumgewächse) östl. Mittelmeergebiet (alte Kulturpflanze, Symbol für Frieden und Sieg: Noah, Athene) Anbau: Mediterrane Klimate (Argentinien, Kalifornien) Biologie: immergrüner, hartlaubiger Baum hohes Alter Steinfrucht (unreif grün, reif schwarz) Embryo Nutzung der Frucht: 1) Tafeloliven (in Salzwaser eingelegt) 2) Olivenöl (Mesokarp) 1. und 2. hydraulische Pressung → Speiseöl chemische Extraktion → Kosmetika, techn. Nutzung Pressrückstand → Brennmaterial & Dünger 3) Blätter medizinisch als blutdrucksenkendes Mittel Endosperm hartes Endokarp ölhaltiges Mesokarp Tafeloliven und Olivenöl Öl-Oliven 90 % aller angebauten Oliven Tafel-Oliven kleinfrüchtige Oliven 55 % Fett im Mesokarp • Rohe Oliven sehr bitter (Oleuropaein) • Bitterkeit verschwindet nach monatelangem Einlegen in Salzwasser, und es entwickelt sich ein charakteristisches Aroma (Aldehyde). grün unreif Mahlen (T < 25 °C, < 50 bar Druck) Öl-Wasser-Emulsion (Brei) schwarz geerntet reif Mahlen (bei etwas höherer T) Salzlake in Lauge (weniger Bitterstoffe, zentrifugieren Fruchtfleisch-Konsistenz verbessert) - extra vergine (nativ extra) sedimentieren & zentrifugieren z.T. Milchsäuregärung (intensiverer Geschmack) in Griechenland vergine (nativ) Fettsäuren im Olivenöl Linolsäure Ölsäure Palmitinsäure 12 % 66 % 9% Olivenanbau Kulturformen: 476 in Italien und tausende im Mittelmeerraum Pflanzenzyklus: • 0 bis 7 Jahren: Anzucht (Veredelung, 6 Monaten Verschulung, 5 Jahre Anpflanzung) • 7 bis etwa 30 Jahren: Wachstum mit kontinuierlicher Produktivitätssteigerung • 35 bis 150 Jahren: Reife und volle Produktivität • über 150 Jahren: Beginn der Alterung, aber immer noch bemerkenswerte Produktivität über Jahrhunderte, manchmal Jahrtausende Olivenanbau im Mediterrangebiet (aus Franke) Spanien, Italien, Griechenland & Portugal Klima & Boden recht dürreresistent Frost empfindlich (T muss > -5°C) mäßig warmes Klima kalkhaltige Böden, die nicht zu kompakt und feucht sind (kein Lehm)