Advanced

Optimization of Protein Recovery from Rapeseed Press Cake

Ahlström, Cecilia LU (2019) KLTM05 20182
Food Technology and Nutrition (M.Sc.)
Abstract
Due to the world’s growing population and an increase in food demand, new innovative food products need to be developed to maximize the use of limited farmland. Because of global warming and the fact that plant based products generate less greenhouse gases than meat based products, research should focus on new plant-based protein sources. Rapeseed press cake is a residue from rapeseed oil production and contains around 30 % protein. These proteins can be extracted and possibly be used for food production. However, due to a high concentration of anti-nutrients, the press cake is today mainly sold as animal feed. Previous studies and master students from the Department of Food Technology, Engineering and Nutrition have developed a method for... (More)
Due to the world’s growing population and an increase in food demand, new innovative food products need to be developed to maximize the use of limited farmland. Because of global warming and the fact that plant based products generate less greenhouse gases than meat based products, research should focus on new plant-based protein sources. Rapeseed press cake is a residue from rapeseed oil production and contains around 30 % protein. These proteins can be extracted and possibly be used for food production. However, due to a high concentration of anti-nutrients, the press cake is today mainly sold as animal feed. Previous studies and master students from the Department of Food Technology, Engineering and Nutrition have developed a method for protein recovery from coldpressed rapeseed press cake including a leaching step and a precipitation step. This master thesis focused on two areas: creating a mass balance of the protein distribution in the existing process and to investigate whether the protein yield could be increased by serial recirculation of unextracted proteins.

The result of the protein distribution showed that the majority of the proteins the first day (52 %) was located in the final sediment as desired, resulting in a protein yield of 52 %. Protein losses in the process was proteins that was never solubilized during the leaching step and therefore remained in the heavy phase (26 %) and proteins that would not precipitate at the chosen pH remained in the supernatant (18 %). Recirculation of the unextracted proteins resulted in that additionally 9.3 % of the proteins could be collected as sediment increasing the yield to 61 %. Further recirculations only achieved an additional yield increase of 1.0 % and 0.18 % and were not considered economically efficient. The present work shows that recirculation of the unextracted protein should be to perform once. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Världens befolkning växer för var dag som går och därmed ökar även behovet av mat. Eftersom arealen odlingsbar mark är begränsad måste vi bli smartare i användandet av åkermark för att kunna föda fler människor. På grund av global uppvärmning och det faktum att växtbaserade livsmedel genererar mindre utsläpp än kött, borde fler resurser fokusera på att utveckla växtbaserade produkter. I dagsläget finns det så kallade sidoströmmar i livsmedelsindustrin som inte används till sin fulla potential. En sidoström är oftast en biprodukt som bildas vid framställning av en annan produkt. Rapsfrökaka är ett exempel på detta. Då rapsolja framställs så pressas rapsfrön och oljan utvinns. Det som blir kvar av fröna efter pressningen kallas rapsfrökaka... (More)
Världens befolkning växer för var dag som går och därmed ökar även behovet av mat. Eftersom arealen odlingsbar mark är begränsad måste vi bli smartare i användandet av åkermark för att kunna föda fler människor. På grund av global uppvärmning och det faktum att växtbaserade livsmedel genererar mindre utsläpp än kött, borde fler resurser fokusera på att utveckla växtbaserade produkter. I dagsläget finns det så kallade sidoströmmar i livsmedelsindustrin som inte används till sin fulla potential. En sidoström är oftast en biprodukt som bildas vid framställning av en annan produkt. Rapsfrökaka är ett exempel på detta. Då rapsolja framställs så pressas rapsfrön och oljan utvinns. Det som blir kvar av fröna efter pressningen kallas rapsfrökaka och innehåller ungefär 30 % protein. Frökakan används i dagsläget till djurfoder trots att dess proteinkvalité är hög och jämförbar med soja. Proteinerna kan nämligen utvinnas och användas till formulering av nya livsmedelsprodukter. En anledning till varför rapsfrökakan inte används i dagsläget är på grund av anti-nutrienter. En antinutrient är en molekyl eller substans som minskar upptaget av andra näringsämnen i maten.

Tidigare forskning på institutionen för Livsmedelsteknik på Lunds Tekniska Högskola har tagit fram en metod för att utvinna proteiner från kallpressad rapsfrökaka. Metoden börjar med att frökakan mals för att proteinerna ska kunna ha en chans att lämna frökakan. Den malda frökakan späds sedan ut i vatten. pH höjs och blandningen lämnas på omrörning så att proteiner ska ta sig från frökakan till vattnet istället. Med hjälp av en dekanter separeras sedan frörester från proteinerna. En dekanter är en kontinuerlig centrifug som delar upp material beroende på hur tunga komponenterna är. Ut från dekantern kommer två strömmar, en tung fas som innehåller fröresterna och proteiner som inte velat lämna fröresterna samt en flytande fas som innehåller vatten och majoriteten av proteinerna. Sedan tillsätts syra till den flytande fasen för att neutralisera proteinernas laddning. När nettoladdningen är noll kan proteinerna komma nära varandra och sjunka mot botten. Med hjälp av en centrifug separeras nu lösningen återigen till två faser, en flytande fas som kallas supernatant och en fast fas som kallas sediment vilket även är slutprodukten. Majoriteten av proteinerna återfinns i sedimentet. Syftet med examensarbete var att skapa en massbalans över den existerande processen för att se hur proteinerna fördelar sig i de olika strömmarna under processens gång. Samt att även undersöka huruvida proteinutbytet ökar om man återcirkulerar proteinerna som inte blev utvunnet under processens gång.

Efter att ha genomfört processen en gång analyserades frökakan och de fyra faserna från dekantern och centrifugen. Det visade sig att 26 % av proteinerna fortfarande var kvar i den tunga fasen från dekantern. Därför återcirkulerades den tunga fasen som startmaterial och processen upprepades tre gånger. Totalt tog experimentet fyra dagar och för varje dag analyserades proteinhalten i de fyra faserna.

Resultatet av massbalansen visade att majoriteten av proteinerna (52 %) kunde lokaliseras i sedimentet vilket resulterade i ett proteinutbyte på 52 %. Resterande proteiner lokaliserades i den tunga fasen från första separationen (26 %), i supernatanten då vissa proteiner inte fälldes (18 %) eller fastnade i dekantern under processens gång (4 %). När den tunga fasen återcirkulerades en gång kunde utbytet öka med 9,3 % och därmed höja det totala utbytet till 61 %. Ytterligare cirkulering resulterade endast i en ökning med 1.0 % och 0.18 % och kan därmed inte räknas som ekonomiskt försvarbart. Detta examensarbete visar därmed att återcirkulering av proteiner som inte blivit utvunna ur utgångsmaterialet bör utföras en gång. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Ahlström, Cecilia LU
supervisor
organization
course
KLTM05 20182
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Food engineering, Livsmedelsteknik
language
English
id
8994327
date added to LUP
2019-09-12 15:40:27
date last changed
2019-09-12 15:40:27
@misc{8994327,
  abstract     = {Due to the world’s growing population and an increase in food demand, new innovative food products need to be developed to maximize the use of limited farmland. Because of global warming and the fact that plant based products generate less greenhouse gases than meat based products, research should focus on new plant-based protein sources. Rapeseed press cake is a residue from rapeseed oil production and contains around 30 % protein. These proteins can be extracted and possibly be used for food production. However, due to a high concentration of anti-nutrients, the press cake is today mainly sold as animal feed. Previous studies and master students from the Department of Food Technology, Engineering and Nutrition have developed a method for protein recovery from coldpressed rapeseed press cake including a leaching step and a precipitation step. This master thesis focused on two areas: creating a mass balance of the protein distribution in the existing process and to investigate whether the protein yield could be increased by serial recirculation of unextracted proteins. 

The result of the protein distribution showed that the majority of the proteins the first day (52 %) was located in the final sediment as desired, resulting in a protein yield of 52 %. Protein losses in the process was proteins that was never solubilized during the leaching step and therefore remained in the heavy phase (26 %) and proteins that would not precipitate at the chosen pH remained in the supernatant (18 %). Recirculation of the unextracted proteins resulted in that additionally 9.3 % of the proteins could be collected as sediment increasing the yield to 61 %. Further recirculations only achieved an additional yield increase of 1.0 % and 0.18 % and were not considered economically efficient. The present work shows that recirculation of the unextracted protein should be to perform once.},
  author       = {Ahlström, Cecilia},
  keyword      = {Food engineering,Livsmedelsteknik},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Optimization of Protein Recovery from Rapeseed Press Cake},
  year         = {2019},
}