Speiseölanalyse: Ein Leitfaden für Einsteiger

In diesem Blogbeitrag erfahren Sie, was Speiseöl ist, wie es hergestellt wird, wie man es prüft und welche Parameter bei der Analyse hinsichtlich Qualität und Sicherheit wichtig sind.
 

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• Was ist Speiseöl?
• Wie wird Speiseöl hergestellt?
• So testen Sie Speiseöl
• Speiseöl-Analyseparameter

Was ist Speiseöl?

Speisefette oder Speiseöle gelten als für den menschlichen Verzehr geeignet und werden hauptsächlich für Lebensmittel oder in kosmetischen Produkten verwendet. Sie enthalten wichtige Vitamine sowie gesättigte und/oder ungesättigte Fettsäuren. Sowohl Speisefette als auch Speiseöle bestehen hauptsächlich aus wasserunlöslichen Estern von Fettsäuren und Glycerin, den sogenannten Glyceriden.

Fette und Öle werden im Allgemeinen danach eingeteilt, ob sie bei Zimmertemperatur fest oder flüssig sind. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen pflanzlichen Fetten und Ölen, die aus den Samen und Früchten von Ölpflanzen gewonnen werden, und Fetten und Ölen aus tierischen Quellen. Synthetische Speisefette und -öle können jedoch auch durch chemische Verfahren wie das Fischer-Tropsch-Verfahren aus Rohstoffen hergestellt werden.

Generell gilt: Je höher der Anteil an ungesättigten Fetten (insbesondere mehrfach ungesättigten Fettsäuren), desto gesünder ist das Fett oder Öl. Sonnenblumen-, Raps-, Distel-, Soja- und Olivenöl haben einen besonders hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren und mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Obwohl sie zum Kochen und Braten verwendet werden können, sollten sie am besten in ihrem natürlichen Zustand verzehrt werden. Kokosnussöl, Palmkernöl, Butterfett und Palmöl enthalten dagegen sehr viele gesättigte Fettsäuren. Sie werden hauptsächlich zum Backen, Braten, Frittieren und zur Herstellung von industriellen Seifen oder Kosmetika verwendet.

Beispiele für Speiseöle (zum Vergrößern anklicken):

Überlegungen zu Lagerung und Qualität

Haltbarkeitsdauer und Produktqualität sind sehr wichtig. Speiseöle und -fette können gären, während der Lagerung verderben, entweder durch natürliche Substanzen aus der Ölquelle oder Spuren von Pestiziden verunreinigt oder sogar absichtlich verfälscht werden.

Diese Produkte können durch Autoxidation ranzig werden, wobei langkettige Fettsäuren abgebaut werden und kurzkettige Verbindungen (z. B. Buttersäure) entstehen. Die Hydrolyse von Fetten und Ölen fördert die Spaltung von Triacylglycerinen in freie Fettsäuren (FFA), Mono- und Diacylglycerine. Diese freien Fettsäuren können einer zusätzlichen Autoxidation unterliegen. Außerdem führt die Oxidation von Triacylglycerinen zur Bildung von Carbonsäuren mit einem Glycerin-Grundgerüst, was den Säuregehalt des Öls erhöht [1].

Wie wird Speiseöl hergestellt?

Zu den verschiedenen Kategorien von Ölen gehören: natives Öl, nicht raffiniertes Öl, raffiniertes Öl, hydriertes Öl, umgeestertes Öl, fraktioniertes Öl, konfektioniertes Öl und kältebeständiges Öl. Diese werden im Folgenden näher erläutert (klicken Sie auf das jeweilige Thema, um es zu aufzuklappen).

Kurz gesagt, je stärker das Speiseöl verarbeitet ist, desto schlechter ist seine Qualität. Die Qualität von Speiseöl kann und sollte anhand verschiedener Testparameter überprüft und analysiert werden.

So testen Sie Speiseöl

Titration

Oxidationsstabilität

Weitere Informationen zur Bestimmung der Oxidationsstabilität von Speiseölen mit dem Rancimaten lesen Sie in unserem Blogartikel.

So erkennen Sie, ob Ihre Speiseöle ranzig sind

Gaschromatographie

Die Gaschromatographie (GC) wird zur Bestimmung der Fettsäurezusammensetzung von Speiseölen nach der Veresterung der Fettsäuren zu den entsprechenden Fettsäuremethylestern (FAMEs) eingesetzt.

Bei der GC werden verschiedene Verbindungen in einem Gemisch getrennt, indem eine flüssige oder gasförmige Probe in eine mobile Phase (inertes Trägergas) injiziert wird, die die flüchtigen Substanzen im Gasstrom an einer stationären Phase mit Adsorptionsmittel vorbeiführt. Die Analyten haben unterschiedliche Affinitäten für die stationäre Phase und werden vor dem Nachweis getrennt, dieser erfolgt häufig durch Massenspektrometrie (MS) oder andere Techniken.

Oxidationsindikatoren bei bestimmten UV-Wellenlängen

Die UV/VIS-Spektroskopie wird verwendet, um die Absorptionsspektren einer festen oder gelösten Verbindung zu bestimmen. Der UV/VIS-Bereich umfasst den Wellenlängenbereich von 200-800 nm. Jede Art von Speiseöl hat einzigartige Absorptionseigenschaften im Wellenlängenbereich von 350-700 nm. Daher kann der UV-visuelle Bereich zur Anzeige und Unterscheidung verschiedener Speiseöle verwendet werden. 

Veränderungen der Adsorption im UV-Bereich werden als Qualitäts-, Reinheits- und Echtheitskriterien für Fette und Öle verwendet.

Nahinfrarotspektroskopie

Die NIR-Spektroskopie ist eine zerstörungsfreie Technik und kann verschiedene Parameter in Sekundenschnelle ohne Probenvorbereitung vorhersagen. Darüber hinaus ist sie umweltfreundlich, da keine Lösungsmittel oder Reagenzien verwendet werden. 

Diese Technik ist besonders empfindlich für das Vorhandensein bestimmter funktioneller Gruppen wie -CH, -NH, -OH und -SH. Daher ist NIRS eine ideale Methode zur Quantifizierung chemischer Parameter in Speiseölen, wie z. B. Wassergehalt, Jodzahl, Säurezahl und mehr.

Erfahren Sie mehr über den Einsatz von NIRS bei der Qualitätskontrolle von Palmöl in unserem Blogbeitrag und in dem unten stehenden Video.

Screening und Qualitätskontrolle von Palmöl mittels NIR-Spektroskopie

Speiseöl-Analyseparameter

Zur Beurteilung der Qualität und Eigenschaften von Speiseölen werden verschiedene Parameter herangezogen. Diese beinhalten Wassergehalt (Feuchtigkeitsgehalt), Oxidationsstabilität, Jodwert, Peroxidwert, Verseifungszahl, Säurezahl und freie Fettsäuren, Fettsäurezusammensetzung, Hydroxylwert, Oxidationsindikatoren, Brechungsindex und mehr.

Wassergehalt

Der Wasser- oder Feuchtigkeitsgehalt ist ein Maß für die in einer Probe enthaltene Wassermenge. Dieser Parameter wird in verschiedenen Bereichen verwendet und in % ausgedrückt, die von 0 (völlig trocken) bis 100 (reines Wasser) reichen können. Er kann auf volumetrischer oder gravimetrischer (Masse) Basis angegeben werden. Die Analyse des Feuchtigkeitsgehalts ist eine der am häufigsten durchgeführten Laborbestimmungen.

Der Feuchtigkeitsgehalt von Speiseölen muss in einem engen Bereich gehalten werden, um Verderb durch Bakterien und Pilze zu vermeiden. Bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 0,05 % bis 0,3 % besteht die Gefahr, dass diese Produkte ranzig werden. Die meisten Vorschriften legen für Speiseöle einen maximal zulässigen Feuchtigkeitsgehalt von 0,2 % fest. Butter hingegen kann bis zu 16 % Wasser enthalten.

Neben der Ofentrocknung oder der radiometrischen Methode wird häufig die Karl-Fischer-Titration zur Messung des Wassergehalts in verschiedenen Produkten eingesetzt. Die coulometrische Karl-Fischer-Titration ist wegen des geringen Wassergehalts reiner Öle und Fette die bevorzugte Methode für diese Analyse. Für streichfähige Fette wie Butter und Margarine mit höherem Wassergehalt wird die volumetrische Karl-Fischer-Titration empfohlen. Eine weitere beliebte Methode zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts ist die NIR-Spektroskopie, da sie äußerst empfindlich auf die funktionelle Gruppe -OH reagiert.

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• Klicken Sie hier für verwandte Applikationen der Oxidationsstabilität

Jodwert/-zahl

Jod reagiert mit den Doppelbindungen in ungesättigten Fettsäuren. Die Jodzahl ist ein Summenparameter, der Auskunft über den Grad der Ungesättigtheit von Ölen und Fetten gibt, ausgedrückt in Gramm Jod pro 100 Gramm Öl. 

Ungesättigte Fettsäuren gehören zu den gesünderen Fettsäuren. Sie sind auch entscheidend für die Haltbarkeit von Speiseölen, da die Oxidation an diesen Doppelbindungen stattfindet.

Typische Werte für die Jodzahl in verschiedenen Speiseölen sind in Tabelle 3 angegeben.

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Peroxidwert/-zahl

• Klicken Sie hier für verwandte Peroxidwertapplikationen

Verseifungszahl

Der Verseifungswert ist ein Maß für die gebundenen und freien Fettsäuren in einem Gramm Fett. Sie wird in Milligramm Kaliumhydroxid pro Gramm Öl angegeben. Die Verseifungszahl enthält Informationen über das durchschnittliche Molekulargewicht aller in der Probe vorhandenen Fettsäuren. Je höher die Verseifungszahl ist, desto geringer ist das Molekulargewicht aller Fettsäuren. 

Dieser Parameter ist eine wichtige Kennzahl bei der chemischen Charakterisierung von Fetten und Ölen. Er wird hauptsächlich zur Reinheitsprüfung und Qualitätskontrolle verwendet, da er Speiseöle identifiziert.

Für die Bestimmung wird eine bekannte Menge Speiseöl oder -fett mit ethanolischem Kaliumhydroxid unter Rückfluss gekocht. Das überschüssige, nicht verwendete Kaliumhydroxid wird mit einer standardisierten Säure zurücktitriert. Das Volumen des verbrauchten Titriermittels wird aufgezeichnet. 

• Klicken Sie hier für verwandte Applikationen im Bereich der Verseifungszahl.

Säurewert/-zahl und freie Fettsäuren (FFA)

Die Säurezahl ist ein Maß für den Gehalt an freien Fettsäuren in Speiseöl, ausgedrückt in Milligramm Kaliumhydroxid pro Gramm Öl. Freie Fettsäuren (FFA, ausgedrückt in %) sind nicht an Glycerin im Öl gebunden und entstehen durch Hydrolyse von Triglyceriden während der Ölextraktion, Raffination oder Lagerung. 

• Klicken Sie hier für zugehörige Applikationen zur Säurezahl und freien Fettsäuren (FFA)

Fettsäurezusammensetzung

Die Fettsäurezusammensetzung (FA) beschreibt die Zusammensetzung und den Gehalt (in %) an Fettsäuren in Speiseölen (z. B. Linolsäure / C_18:2n-6 und Linolensäure / C_18:3n-3). Dies ist ein wichtiger Parameter, der gemessen werden muss, da es sich hierbei um essenzielle Fettsäuren handelt, die vom Körper nicht synthetisiert werden können und daher über die Nahrung aufgenommen werden müssen.

Die Fettsäurezusammensetzung von Speiseölen kann durch Kapillar-GC-Analyse der Methylester bestimmt werden, die durch Umesterung der Öle mit Kaliumhydroxid in Methanol bei Raumtemperatur gewonnen werden [3].

Mit der NIR-Spektroskopie lässt sich die Fettsäurezusammensetzung einfacher und in Sekundenschnelle ohne Probenvorbereitung oder chemische Reagenzien messen. Die NIRS-Korrelation zwischen den berechneten Werten und den Referenzwerten für die Fettsäurezusammensetzung in Speiseölen ist ausgezeichnet (R² = 0,958-0,999), wie in Abbildung 6 dargestellt. 

Außerdem kann die Fettsäurezusammensetzung mit Hilfe der Raman-Spektroskopie bestimmt werden. Die von Raman-Spektrometern gesammelten Spektralinformationen werden für die quantitative Analyse der Konzentration verschiedener Fettsäuren in Speiseölen verwendet. Ähnlich wie bei NIRS können Kalibriermodelle unter Verwendung einer primären Methode (z. B. GC-MS) für Referenzwerte erstellt werden.

Tabelle 7 enthält typische Werte für verschiedene Fettsäuren in unterschiedlichen Speiseölen [4].

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Hydroxylwert/-zahl

Der Hydroxylwert ist definiert als die Anzahl der Milligramm Kaliumhydroxid, die erforderlich sind, um die Essigsäure zu neutralisieren, die sich bildet, wenn ein Gramm einer Substanz mit freien Hydroxylgruppen acetyliert wird. Er wird in Milligramm Kaliumhydroxid pro Gramm Öl angegeben.

Dieser Wert ist wichtig, weil er hilft, die Stöchiometrie eines Systems zu bestimmen. Er kann auch zur Berechnung des Äquivalentgewichts und, wenn die Funktionalität bekannt ist, des Molekulargewichts verwendet werden. Bei Speiseölen wird die Hydroxylzahl in erster Linie als Qualitätsmerkmal verwendet.

Die Bestimmung der Hydroxylzahl erfolgt durch Titration einer bekannten Menge Speiseöl nach Zugabe von Hilfslösungen mit einer standardisierten Alkalilösung. Das Volumen des verbrauchten Titriermittels wird aufgezeichnet. In Tabelle 8 sind zulässige Bereiche für die Hydroxylzahl in verschiedenen Speiseölen aufgeführt.

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Oxidationsindikatoren (K-Werte)

Oxidationsindikatoren (oder K-Werte) sind Absorptionsbanden zwischen Wellenlängen von 200 nm und 300 nm, die mit Dien- und Triensystemen in Zusammenhang stehen. Veränderungen der Absorption im UV-Bereich werden als Qualitäts-, Reinheits- und Echtheitskriterien für Speisefette und -öle verwendet. So ist beispielsweise eine geringe Absorption zwischen 200 und 300 nm ein Indikator für ein hochwertiges natives Olivenöl extra, während verfälschte oder raffinierte Öle in diesem Bereich eine höhere Absorption aufweisen. 

Die K-Werte von Speiseölproben werden nach Verdünnung in Iso-Oktan mit einem UV/VIS-Spektrophotometer bestimmt. Die K-Werte (K₂₃₂, K₂₆₆, K₂₇₀ und K₂₇₄) für drei Olivenölsorten sind in Tabelle 9 angegeben. Es wird deutlich, dass die Oxidationsindikatoren mit zunehmender Verarbeitung des Öls ansteigen.

Zusammenfassung

Die Qualität von Speiseölen kann anhand verschiedener Parameter beurteilt werden. Vor allem der Wassergehalt (Feuchtigkeit), die Oxidationsstabilität, die Jodzahl, die Peroxidzahl, die Verseifungszahl, die Säurezahl und die freien Fettsäuren, die Fettsäurezusammensetzung, die Hydroxylzahl und die Oxidationsindikatoren sollten bestimmt werden, um festzustellen, ob ein Speiseöl zum Verzehr geeignet ist oder nicht. Zur Bestimmung dieser Parameter stehen zahlreiche Analysemethoden zur Verfügung, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) Titration, Stabilitätsmessung und Spektroskopie (z. B. NIR und Raman).

Referenzen

[1] Sakaino, M.; Sano, T.; Kato, S.; et al. Carboxylic Acids Derived from Triacylglycerols That Contribute to the Increase in Acid Value during the Thermal Oxidation of Oils. Sci Rep 2022, 12 (1), 12460. DOI:10.1038/s41598-022-15627-3

[2] Cayuela Sánchez, J. A.; Moreda, W.; García, J. M. Rapid Determination of Olive Oil Oxidative Stability and Its Major Quality Parameters Using Vis/NIR Transmittance Spectroscopy. J. Agric. Food Chem. 2013, 61 (34), 8056–8062. DOI:10.1021/jf4021575

[3] Cert, A.; Moreda, W.; Pérez-Camino, M. C. Methods of Preparation of Fatty Acid Methyl Esters (FAME). Statistical Assessment of the Precision Characteristics from a Collaborative Trial. Grasas y Aceites 2000, 51, 447–456. DOI:10.3989/gya.2000.v51.i6.464

[4] Australian Oilseeds Federation Inc. (AOF). Section 1: Quality Standards, Technical Information & Typical Analysis, 2022.