Phenolische Verbindungen in Kaktussamenöl

Im Institut für Sicherheit und Qualität bei Getreide wurde ein Projekt zur Charakterisierung von Kaktussamenöl erfolgreich abgeschlossen. Das Ziel des Vorhabens war die umfassende Untersuchung des agronomischen und technologischen Einflusses verschiedener Herstellungsschritte auf die Qualität und Sicherheit von essbarem Kaktussamenöl entlang der Wertschöpfungskette von der „Pflanze zur Flasche“. Die Untersuchung der phenolischen Verbindungen sollte dabei helfen, charakteristische Verbindungen für Kaktussamenöl zu identifizieren, die die Echtheit des Kaktussamenöls sicherstellen können. Diese Arbeiten wurden im Rahmen des Forschungsprojektes „Qualität und Sicherheit von marokkanischem Kaktussamenöl (Opuntia ficus-indica) von der Pflanze bis zur Flasche“ gemeinsam mit dem Projektpartner Mohamed V University in Rabat, Marokko durchgeführt.
 

Ausgangssituation

Kaktussamenöl wird aus den zahllosen kleinen, schwarzen Samen der Früchte von Opuntia ficus-indica L. (Feigenkaktus) extrahiert. Der Feigenkaktus gehört zur Familie der Cactaceae. Die Pflanze kommt ursprünglich aus den tropischen Regionen Zentralamerikas und ist später über Spanien in die mediterranen Gegenden gekommen. Heute wächst die Pflanze in ariden und semi-ariden Zonen Afrikas, dem mittleren Osten und Asien.

In Marokko haben mehrere Jahre Trockenheit mit knapper werdenden Wasserressourcen dazu geführt, dass das Interesse an Pflanzen, die an das aride Klima, die geringe Wasserverfügbarkeit, die Hitze und die nährstoffarmen Böden gewöhnt sind, deutlich gestiegen ist. Dazu gehören auch schnell wachsende Kaktusarten wie Opuntia ficus-indica, O. megacantha und O. amychleam. Diese Pflanzen sind auch unter Umweltaspekten interessant, da ihr Anbau den Schutz des Bodens vor Erosion und den Kampf gegen die Ausbreitung der Wüste unterstützt, den Rückgang von fruchtbarem Boden verlangsamt und die Biodiversität sicherstellt.

Der essbare Teil der Frucht enthält eine relative große Zahl von Samen, deren Gewicht zwischen 30 und 40 Prozent der getrockneten Frucht ausmachen kann. Die einzelnen Samen haben allerdings nur ein Gewicht zwischen 15 und 20 mg und im Vergleich zu konventionell eingesetzten Ölsaaten wie Raps (45 %) oder Sonnenblume (20 %) einen niedrigen Ölgehalt zwischen 5 und 15 Prozent. Bis vor einigen Jahren gab es für diese Samen keine Verwendung, obwohl dieses Nebenprodukt eine interessante Quelle für Öl und Presskuchen sein kann. Die Fettsäurezusammensetzung ist mit 50 bis 60 Prozent Linol- und 15 bis 19 Prozent Ölsäure vergleichbar mit der von Sonnenblumenöl. Der Gesamttocopherolgehalt variiert zwischen 39 und 500 mg/kg, wobei γ-Tocopherol mit  80 bis 94 Prozent den größten Anteil daran ausmacht. Das Öl ist mit einem Phytosteringehalt zwischen 9,3 und 16,0 g/kg außerdem eine interessante Quelle für Phytosterine mit ß-Sitosterin (80 %) als wichtigstem Vertreter.

Kaktussamenöl gehört zu den teuersten Ölen der Welt. In Marokko wird es seit Generationen von Berberfrauen in einem arbeits- und zeitintensiven Prozess, der bis zu vier Tage dauern kann, manuell gewonnen. Heute wird das Öl, ähnlich wie Arganöl, zunehmend in kleinen Kooperativen gewonnen, um für die Familien Einkommen zu generieren und Unabhängigkeit für die Frauen zu erreichen. Da der Ölgehalt der Samen sehr niedrig ist, werden ungefähr 30 kg Samen von einer Tonne Früchte benötigt, um einen Liter Kaktussamenöl zu gewinnen. In Marokko und anderen Ländern, die seit Jahren unter der Trockenheit leiden und die damit den Herausforderungen des Klimawandels, mit wenig Regen und geringer Regensicherheit für ihren Anbau ausgesetzt sind, ermöglicht der Feigenkaktus die Bereitstellung von Lebensmitteln sowie ökonomische Sicherheit. Ein weiterer wichtiger Punkt, um den Erfolg von Kaktussamenöl am Markt zu sichern, ist die Entwicklung von Strategien zur Vermeidung von Verfälschungen des hochpreisigen Kaktussamenöls mit anderen, preisgünstigeren Ölen. Dies ist für alle hochpreisigen Öle, wie auch Arganöl und Olivenöl ein wichtiger Aspekt, für ein Produkt mit dem Preis von 500 Euro/Liter jedoch von besonderer Bedeutung.

Ziel des Projektes war es, die Zusammensetzung der phenolischen Verbindungen, die mit dem Öl aus den Samen extrahiert werden, zu charakterisieren, um diese Informationen in Zukunft nutzen zu können, die Echtheit von Kaktussamenöl sicherzustellen. Außerdem wurde untersucht, welchen Einfluss der Röstprozess der Samen auf die Zusammensetzung der phenolischen Verbindungen hat.
 

Forschungsergebnisse

Für die Untersuchungen zum Gehalt und zur Zusammensetzung der phenolischen Verbin-dungen wurden Kaktussamen von verschiedenen marokkanischen Standorten (Houceima, Bejaad, Rhamna, Sidi Ifni, Ait Baha and Tiznit) verwendet. Das Öl wurde mit Hilfe einer Schneckenpresse aus den Samen frisch gepresst, um sicherzustellen, dass es während Lagerung und Transport nicht zu Veränderungen kommt. Außerdem wurden die Samen der verschiedenen Standorte bei 110 °C für 10, 20, 30 und 40 Minuten geröstet und anschließend ebenfalls das Öl abgepresst.

Die phenolischen Verbindungen wurden mittels flüssig-flüssig-Extraktion aus den Kaktussamenölen isoliert und über HPLC-ESI-qToF-MS Messungen identifiziert. Die Quantifizierung der Verbindungen erfolgte anschießend mittels HPLC-DAD. Insgesamt wurden sieben phenolische Verbindungen in den Ölen gefunden, die drei Verbindungsklassen zugeordnet werden können: drei Hydroxybenzaldehydderivate (4-Hydroxybenzaldehyd, Vanillin, Syringaldehyd), drei Hydroxyzimtsäurederivate (p-Cumarinsäure, p-Cumarinsäure-ethylester, Ferulasäure) und ein Hydroxyzimtaldehydderivat (Ferulaldehyd). Die Hauptverbindungen in den Ölen aus den verschiedenen Regionen waren Vanillin, Syringaldehyd und Ferulaldehyd mit den höchsten Gehalten am Standort Bejaad (32,4, 12,3 und 5,7 mg/kg). Die Gehalte der Öle zeigte eine große Variation zwischen den verschiedenen Standorten, vermutlich bedingt durch genetische Unterschiede zwischen Sorten, Wetterbedingungen, Ernteperiode, Lagerbedingungen für die Samen oder Herstellungsbedingungen. Zum jetzigen Zeitpunkt ist es noch nicht möglich eine Aussage darüber zu treffen, ob die Muster der phenolischen Verbindungen charakteristisch für die verschiedenen Standorte sind. Hierfür muss eine größere Zahl von Ölen der Standorte untersucht werden. Auf der anderen Seite ist das Muster der phenolischen Verbindungen von Kaktussamenöl verschiedener Standorte sehr ähnlich, so dass dieses genutzt werden kann, um die Authentizität von Kaktussamenöl sicherzustellen.

Mildes Rösten der Saaten bei 110 °C, um einen mild röstigen Geschmack und Geruch des resultierenden Kaktussamenöls zu erreichen, führt mit zunehmender Röstdauer zu einer Zunahme der phenolischen Verbindungen p-Cumarsäureethylester, Feruladehyd, p-Cumarsäure und Syringaldehyd. Vor allem der Gehalt an Ferulaldehyd nimmt durch das Rösten über eine Dauer von 40 Minuten von etwa 5 mg/kg auf über 70 mg/kg zu. Auch bei Syringaldehyd führt der Röstprozess über 40 Minuten zu einer Zunahme des Gehaltes von etwa 10 mg/kg auf etwa 30 mg/kg, während die Zunahme bei den anderen phenolischen Verbindungen deutlich weniger ausgeprägt ist. Durch die Isolierung von Lignin aus der Hülle der Kaktussamen und anschließender Erhitzung des Lignins bei 110 °C konnte gezeigt werden, dass insbesondere der thermische Abbau von Lignin aus der Hülle der Samen während des Röstprozesses für den Anstieg der phenolischen Verbindungen im Öl verantwortlich ist.

Die Ergebnisse des Projektes beschreiben zum ersten Mal die phenolischen Verbindungen von Kaktussamenöl. Dieses Wissen kann genutzt werden, um mit Hilfe des Musters der phenolischen Verbindungen die Authentizität dieses teuren Pflanzenöls sicherzustellen.  Es konnte außerdem gezeigt werden, dass es durch den Röstprozess zu einem Abbau des Lignins der Hülle von Kaktussamen zu phenolischen Verbindungen kommt und diese bei der Pressung in das Öl übergehen. Somit führt der Röstprozess zu einer Anreicherung phenolischer Verbindungen im Kaktussamenöl.

Das Projekt “Quality and safety of Moroccan virgin cactus seed oil (Opuntia ficus-indica) from the plant to the bottle” wurde im Rahmen des Programme Maroc-Allemand de Recherche Scientifique (PMARS) gefördert und über den Projektträger DLR durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.

Wissenschaftliche Publikation (engl, pdf):

Characterization of Phenolic Compounds Extracted from Cold Pressed Cactus (Opuntia ficus-indica L.) Seed Oil and the Eect of Roasting on Their Composition
Malika Chbani, Bertrand Matthäus, Zoubida Charrouf, Hanae El Monfalouti, Badr Kartah, Said Gharby and InaWillenberg