Utilization of Hempseed Press Cake: Optimization of Protein Isolation and Ice Cream Formulation

Abstract

Hempseeds, a by-product from hemp fiber production, have a very good nutritional profile, both for essential fatty acids and amino acids, increasing the interest to use hempseeds as a food source. The aims of this project were to optimize the extraction of proteins from hempseed press cake, characterize the functions of the proteins and determine if an ice cream formulation can be created.

The extraction of proteins was based on a method for alkali extraction with isoelectric precipitation. Three different optimizations were investigated, different alkali pH treatments, different extraction times for the alkali extraction and a test to scale up to semi-pilot scale. The results showed that the most optimal treatment was when the alkali pH was kept constant at 10.5 with 1 h extraction time. This yielded in a protein rich sediment with 90% protein content on dry basis and a 60% yield. It was also shown that the process could be scaled up to semi-pilot scale. The characterization was made by examining the proteins emulsifying properties, thermal behavior by differential scanning calorimetry (DSC) and viscosity behavior by a rapid visco analyzer (RVA). The results showed that the proteins have an ability to work as an emulsifier, it also has a thermal transition at approximately 80°C. Whereas the RVA showed no heat induced viscosity change. The ice cream formulations were created with different protein to fat to water (PFW) ratios and compared to an ice cream reference. The ice cream with the properties most similar to the ice cream reference had a PFW ratio of 1:4.5:12 with equal amounts of rapeseed oil and coconut oil as a fat source and fresh sediment as protein source. This concludes that it was possible to create an ice cream formulation based on hempseed proteins.

Popular Abstract (Swedish)

Efterfrågan av nya växtbaserade proteinkällor växer hela tiden. Fler och fler tittar på växtbaserade proteiner dels ur hälsoaspekter men även för att få en låg klimatpåverkan. Hampa är ett bra alternativ då odling av växten har en väldigt låg klimatpåverkan. Genom att utvinna proteiner ur hampapresskakan, vilken är en biprodukt från fiber- och hampoljetillverkningen, kan en växtbaserad proteinkälla skapas. Dessa proteiner, som har väldigt högt näringsvärde, kan sedan användas i olika livsmedelsformuleringar.

Cannabis Sativa L. även kallad hampa har historiskt sett använts för dess starka fiber, livsmedel och medicin. Idag är viss hampodling olaglig på grund av dess innehåll av aktiva substanser så som δ-9-tetrahydrocannabinol (THC). Det har dock tagits fram en variant, även kallad industrihampa, som inte innehåller THC. Denna variant används för bland annat fiberproduktion, vilket ger en biprodukt i form av hampafrön som i sin tur kan användas för att producera hampolja. Utvinningen av hampolja skapar ännu en biprodukt, nämligen hampapresskaka, vilket är det som blir kvar efter pressning. Presskakan innehåller ungefär 25% protein av väldigt hög kvalitet.

Det här projektet har fokuserat på hur man kan utvinna proteiner från hampafrökaka för att få ut så mycket protein som mjöligt med en hög renhet. Utöver utvinning av proteiner, har även proteinernas egenskaper undersökts och till sist har en formulering för glass baserat på hampaprotein tagits fram. Vid utvinningen av proteiner kunde ungefär 60% utav proteinerna utvinnas ur frökakan. Proteinerna som utvanns hade en hög renhet på cirka 90% protein på torr bas. Med torr bas menas det som finns kvar om man tar bort allt vatten. Av de utvunna proteinerna kunde en glass formuleras som har en konsistens som liknar en gräddbaserad glass.

Tre olika parametrar för utvinningen av proteiner har undersökts, vilket pH som används vid lösning av proteinerna, hur lång tid lösningen ska behandlas med det specifika pH och om man kan skala upp produktionen. Utvinningen av proteiner går till som så att presskakan mals och blandas med vatten. Sedan höjs pH på lösningen för att proteinerna ska laddas och kunna vara lösta i vattenfasen. Den här processen pågår under en viss tid. Detta skapar två strömmar, en ström med allt som inte gick att lösa i vattenfasen och en ström med det som gick att lösa i vattenfasen. De lösta proteinerna sparas och pH sänks igen för att laddningarna ska neutraliseras. Detta gör att proteinerna inte kan vara lösta i vattnet längre utan kommer att klumpas ihop och sjunka till botten. Detta skapar två nya strömmar, strömmen med vattnet och den nya strömmen med alla ihop klumpade proteiner.

Resultaten från det här projekt visar att det är möjligt att utvinna protein från hampafrökaka även i lite större skala vilket är viktigt för en framtida industriell utvinning. Det visar även att det är möjligt att formulera livsmedelsprodukter, som till exempel glass av proteinerna. Baserat på resultaten kan fler undersökningar göras för att formulera andra typer av livsmedel.

• author: Forsén, Erica
• supervisor: Jeanette Purhagen; Cecilia Ahlström
• organization: Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
• alternative title: Nyttjande av hampfrökaka: optimering av proteinextraktion samt glassformulering
• course: KLTM05 20192
• year: 2020
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Technology and Engineering
• keywords: Food engineering, Livsmedelsteknik
• language: English
• id: 9005675
• date added to LUP: 2020-03-26 08:38:17
• date last changed: 2020-03-26 08:38:17