Möglichkeiten der Minimierung von 3-MCPD- und Glycidyl-Fettsäureestern in Pflanzenölen Ergebnisse aus dem ersten FEI-Projekt

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1 Möglichkeiten der Minimierung von 3-MCPD- und Glycidyl-Fettsäureestern in Pflanzenölen Ergebnisse aus dem ersten FEI-Projekt Bertrand Matthäus 1, Frank Pudel 2 1 Max Rubner-Institut, Arbeitsgruppe für Lipidforschung, Detmold 2 Pilot Pflanzenöltechnologie Magdeburg e.v. (PPM), Magdeburg

2 Inhalt des Vortrages Hintergründe zum 1. FEI-Projekt Raffination von Fetten und Ölen Einfluss der Rohware Einfluss des Raffinationsprozesses Zusammenfassung

3 3-MCPD-FE und verwandte Verbindungen in Fetten und Ölen Stellungnahme Nr. 047/2007 des Bundesinstitutes für Risikobewertung 22. September 2006: vom 3-MCPD 11. Dezember Stakeholders Meeting on Heat-Generated Formation of 3-MCPD in Foods, London Aus Jan Velisek: Sicht der Historical Risikobewertung perspective besteht on 3-MCPD unmittelbarer in foods Handlungsbedarf recent researchfür die Oktober weitere 2006: Untersuchung Z. Zelinková, der B. Svejkovská, Ursachen und J. Velisek, eine Suche M. Dolezal: nach Fatty alternativen acid Techniken esters of 3-chloropropane-1,2-diol bei der Herstellung vonin raffinierten edible oils; Fetten Food Additives mit dem Ziel, and die Ge-halte an Contaminants 3-MCPD-Estern 2006, in 1-9 Säuglingsmilch zu reduzieren,. November 2007: Mitteilung il CVUA Stuttgart tt t und Bundesforschungsanstalt für Da Ernährung von derund Problematik Lebensmittel, der 3-MCPD-Fettsäureester Münster nicht nur einzelne Produkte oder Produkte einzelner Hersteller betroffen sind, müssen grundsätzlich : Stellungnahme 047/2007 des Bundesinstitutes für Risikobewertung: alternative Säuglingsanfangs- Techniken und Folgenahrung für die Herstellung kann gesundheitlich raffinierter bedenkliche Fette 3-MCPD- und Öle entwickelt Fettsäureester werden. enthalten Toxikologische Bedeutung der Ester nicht klar, aber worst-case Annahme geht von 100 % Umwandlung FEI-Forschungsprojekt in freies 3-MCPD gp im Körper aus Übernahme der toxikologischen (AiF Bewertung BG; von 2009 freiem 2011) 3-MCPD sinnvoll: mögliches Humankarzinogen (2B) (IARC); TDI: 2 µg/kg KG (JECFA, EU, SCF) : Erklärung von Überbefunden vor allem in Palmöl mit der Bildung von Glycidylestern (Weisshaar, CVUA Stuttgart/Kuhlmann, SGS)

4 Untersuchungen zur Bildung von 3-Monochlorpropan-1,2- diol-fettsäureestern (3-MCPD-FE) in Pflanzenölen und Entwicklung von Strategien zu deren Minimierung Projektziele Aufklärung der Zusammenhänge zwischen Bildung von 3-MCPD-FE, Prozessbedingungen und Zusammensetzung der beteiligten Komponenten (PPM/MRI) Empfehlungen für die Definition von Prozessbedingungen zur Minimierung von 3-MCPD-FE, ohne die Qualität der Produkte negativ zu beeinflussen (PPM/MRI) Entfernung von 3-MCPD-FE aus dem raffinierten Produkt (DIL) Entwicklung einer direkten Quantifizierungsmethode basierend auf der SIVA mittels LC-MS (DFA) Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel Max Rubner-Institut, Münster (MRI) Pilot Pflanzenöl Magdeburg e.v. (PPM) Deutsche Forschungsanstalt ltfür Lebensmittelchemie (DFA) Deutsches Institut für Lebensmitteltechnik e.v.

5 Wirtschaftliche Bedeutung 3 Mio. t Pflanzenöle für die Ernährung, 9 % müssen raffiniert werden 19 Saatverarbeitungs- und Raffinationsbetriebe ( Mrd. Euro Jahresumsatz, 2000 Mitarbeiter) Raffinierte i Fette u. Öle werden als Rezepturbestandteil t in 80 % aller Lebensmittel eingesetzt (Kindernahrung, Süßwaren, Margarine, Feinkost, etc.) Nicht nur die Öl produzierende Industrie ist betroffen, sondern auch ein Großteil der nachgelagerten Branchen

6 Innovativer Beitrag des Projektes Klare Empfehlungen für die Herstellung von Fetten und Ölen mit niedrigen Gehalten an 3-MCPD-Fettsäureestern und verwandten Verbindungen Sichert die Wettbewerbsfähigkeit der kmus nicht nur im Bereich der Ölverarbeitung, sondern auch im Bereich der Weiter- verarbeitung von Fetten und Ölen

7 Raffination Extraktion der Ölsaat durch Pressung und Lösungsmittel Rohöl Wasser/ Phosphorsäure Wärme Entlecithinierung/ Entschleimung ca. 9 C Lecithin Trübstoffe, Proteine, Schleimstoffe Natronlauge Entsäuerung ca. 9 C freie Fettsäuren Bleicherde Bleichung ca. 9 C Farbstoffe, Schwermetalle, Autoxidationsprodukte Wasserdampf Desodorierung bis 240 C (270 C) ) Geschmacks- und Geruchsstoffe, flüchtige Verbindungen raffiniertes Öl

8 Einfluss der Raffination auf verschiedene Kontaminanten Kohlen- wasser- Polyzyklische aromatische Pestizide Aflatoxin B1 Zearalenone stoffe < 20 Kohlenwasser stoffe (PAKs) Rohöl Entschleimen Neutralisation 93 % Bleichung 77 % Desodorierung Chemische Raffination Physikalische Raffination Physikalische und chemische Raffination Quelle: Dr. van Duijn, Fediol

9 Untersuchung der relevanten Stellschrauben Rohmaterial (Entfernung der Reaktanten) Bodenbeschaffenheit? Düngung? Genotyp? Erntetechnik? Zeit zwischen Reife und Verarbeitung? Raffination (Änderung des Prozesses) Einfluss von Entschleimung, Entsäuerung, Bleichung und Desodorierung Einführung zusätzlicher Schritte in die Raffination Änderung der Raffination Produkt (Entfernung der Ester) Wirkung verschiedener organischer und anorganischer Adsorbentien unter Erhalt der Qualität des Öls

10 Potential verschiedener Pflanzenöle zur Bildung von 3- MCPD-Estern und verwandten Verbindungen MCPD-FE und verwandtee Verbindungen (bestimmt als freies 3-MCPD) [mg/kg] rwandte Verbindungen es 3-MCPD) [mg/kg] Kolumbien hana 3-MCPD-FE und ver (bestimmt als freie 6 4 A B C D E A B C D Indonesien (Inseln) Gh Malaysia (Regionen) 0 Avo cadoöl virgin lampante pomace Palmöl Rapsöl Sojaöl Kokosöl Maiskeimöl Distelöl Er öl Sonnen- blumenöl Palmkernöl Reis- schalenöl rdnuss- Trauben- kernöl Olivenöl

11 Einfluss des Rohmaterials auf die Bildung von 3-MCPD- FE und verwandten Verbindungen Früchte sind nicht lagerfährig Stoffwechsel beginnt bereits am Baum, wenn Frucht überreif ist oder direkt nach niedrigem Gehalt der Ernte an freien Fettsäuren niedrigem Gehalt sehr empfindlich an Diglyceriden gegen Druck und Verletzungen Endocarp Mesocarp Exocarp Optimaler Erntezeitpunkt, schneller Transport zur Ölmühle und schnelle Inaktivierung der Enzyme führen zu niedrigere Temperatur während der Raffination ist möglich geringere g Bildung von 3-MCPD-FE und verwandten Verbindungen während der Raffination Bildung von Freien Fettsäuren Diglyceriden

12 Korrelation zwischen Gehalt an Diglyceriden und Potential zur Bildung der Ester 3,0 verwandte e mg/kg] D-FE und v ndungen [ 3-MCPD Verbin 2 te Verbindungen CPD) [mg/kg] 2, 2, R 2 = 0,9477 1, Hypothese: 1,0 Ab einem Schwellenwert von 4 % Diglyceride im 0, CPD-FE und verwandt estimmt als freies 3-M Öl steigt das Potential zur Bildung der Ester deutlich an Gehalt an Diglyceriden [%] 3-MC (b Bei der Herstellung roher (Palm)öle sind Diglyceridgehalte unter 4% anzustreben Gehalt an Diglyceriden [%] 0

13 Untersuchung der relevanten Stellschrauben Rohmaterial (Entfernung der Reaktanten) Bodenbeschaffenheit? Düngung? Genotyp? Erntetechnik? Zeit zwischen Reife und Verarbeitung? Raffination (Änderung des Prozesses) Einfluss von Entschleimung, Entsäuerung, Bleichung und Desodorierung Einführung zusätzlicher Schritte in die Raffination Änderung der Raffination Produkt (Entfernung der Ester) Wirkung verschiedener organischer und anorganischer Adsorbentien unter Erhalt der Qualität des Öls

14 Einfluss von Temperartur und Zeit während der Desodorierung Ge ehalt [mg/k kg] 0 4 Glycidylester 3-MCPD-FE 40 Desodorierung 3 bei höherer Temperatur führt eher zu 30 einem Glycidylester-Problem als zu einem Problem mit 2 3-MCPD-FE Zeit[h] Temperatur [ C]

15 Einfluss von Temperatur und Dauer des Waschvorgangs 7 andte kg] E und verwa ngen [mg/k MCPD-FE Verbindun 3-M Temperatur [ C] Waschdauer [min] ungewaschen Abschätzung des Bildungspotentials: Erhitzung auf 240 C für 120 min

16 verwandte mg/kg] D-FE und v ndungen [m 3-MCPD Verbin Einfluss des Zusatzes von Diacetin während der Desodorierung Tonsil 21 FF 20 C, 120 min - 47 % Tonsil 21 FF 20 C, 120 min Diacetin CH 2 O-COCH 2 CH O-COCH 2-30 % CH 2 OH Tonsil 118 FF 20 C, 120 min Diacetin - 49 % Tonsil 118 FF 20 C, 120 min Diacetin

17 Einfluss eines Zusatz von Zitronensäure während der Desodorierung 16 ndte ] nd verwan en [mg/kg PD-FE un rbindunge 3-MC Ver % - 2 % 0 Palmöl, desodoriert 20 C, 90 min Palmöl, desodoriert 20 C, 90 min + Zitronensäure, kristallin Palmöl, desodoriert 20 C, 90 min + Zitronensäure in Lösung

18 Einfluss von Köstrolith auf die Bildung von 3-MCPD-FE und verwandten Verbindungen während der Desodorierung Gehalt [m mg/kg] Köstrolith Anteil [%] 3-MCPD-FE und verwandte Verbindungen 3-MCPD-FE Vollständige Entfernung von 3-MCPD-FE durch Verwendung von Köstrolith während der Desodorierung 0 2, 0 2, 10 Entschleimung mit 10 % H 2O Bleichung mit 2 % Tonsil 114 FF Desodorierung: 20 C, 2 h Desodorierung: 20 C, 2h

19 Vergleich von ein- und zweistufiger Desodorierung Gehalt [mg/kg] Stufe 2. Stufe 3-MCPD-FE und verwandte Verbindungen 3-MCPD-FE 20 C 20 C 270 C 90 min min 90 min 200 C 120 min Palmöl gebleicht mit 1, % Tonsil Optimum C min 200 C 120 min

20 verwandte mg/kg] D-FE und v indungen [m 3-MCPD Verbi Vergleich Kurzwegdestillation und industrieller Desodorierung MCPD-FE und verwandte Verbindungen rotes Palmöl nach Kurzwegdestillation 3-MCPD-FE industriell desodoriertes Palmöl

21 Empfehlungen aus dem FEI-Projekt zur Minimierung von 3-MCPD-Fettsäurestern Allgemein Desodorierung ist der entscheidende Schritt für die Bildung von 3- MCPD-FE und verwandten Verbindungen Die übrigen Raffinationsschritte senken das Potential zur Bildung der Ester Maßnahmen zur Minimierung Optimierung der Verarbeitung der Palmfrüchte mit möglichst kurzen Lagerzeiten von der Reife bis zur Verarbeitung Auswahl von Rohmaterial mit niedrigen Gehalten an Vorstufen Temperatur bei der Desodorierung möglichst niedrig halten Einführung eines Waschschrittes vor der Raffination Einsatz von Diacetin, Zitronensäure oder Köstrolith während der Desodorierung Einsatz der zweistufigen Desodorierung Einsatz der Kurzwegdestillation

22 Beispiele für den Transfer der Ergebnisse

23 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit