Sustainable supercritical fluid processing of plant oil
- Reference number
- ID23-0047
- Project leader
- Turner, Charlotta
- Start and end dates
- 240101-271231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Life Science Technology
Summary
Extraction of vegetable oils and lipids from seeds, kernels, and press cakes is often achieved using the neurotoxic and fossil-based solvent hexane, even in food and feed application. The aim of the proposed research is to develop an extraction and fractionation process targeting oils and lipids in shea kernels utilising supercritical carbon dioxide (scCO2) as a solvent rather than hexane. Phase equilibria studies will be conducted at high pressure to explore novel green solvents based on mixtures of scCO2, ethanol, ethyl lactate, ethyl acetate, and vegetable oil, and how these solvents affect selectivity and purity of the obtained lipid fractions from shea. However, primarily neat scCO2 at very high pressure will be used as extraction solvent, and stepwise reduction of pressure at varying temperatures will enable multiple lipid fractions of different purity and composition. Advanced lipid analysis will be done using supercritical fluid chromatography with diode array, charged aerosol, and ion-mobility high-resolution mass spectrometry. Life cycle assessment will shred some light on the process environmental performance in comparison to current petroleum-based ones. Our results should pave the way towards hexane-free vegetable oil production, which enables both a safe and sustainable work environment and food products without hexane residues. This project is a collaboration between Lund University in Sweden and AAK (former Karlshamns AB and Aarhus United) in Sweden/Denmark.
Popular science description
Superkritisk koldioxid ersätter giftigt hexan som lösningsmedel vid produktion av växtbaserade oljor och fetter. Vegetabiliska oljor kan pressas ur växtfröer från t.ex. soja, raps och solros, medan fetter oftast extraheras ur t.ex. sheanötter, palm, och kokos med lösningsmedlet hexan. Hexan framställs ur råolja (naftafraktionen), och är ett giftigt lösningsmedel som ger skador på inre organ och kan även ge upphov till akuta nervskador. Hexan är en godkänd kemikalie i livsmedel vid låga halter. Det är dock troligt att ny lagstiftning, som ett led ur ”The European Green Deal”, kommer att förbjuda all icke-nödvändig användning av hexan. Syftet med den föreslagna forskningen är att utveckla metoder för utvinning av oljor och fetter ur sheakärnor med hjälp av superkritisk koldioxid (scCO2) som lösningsmedel, d.v.s. att ersätta hexan. scCO2 är koldioxid som utsatts för höga tryck (över 74 bar, oftast flera hundra bar) och temperatur över 31°C. Koldioxiden uppnår då löslighetsegenskaper liknande hexan. Koldioxid är en restprodukt vid framställning av biogas, och som lösningsmedel cirkuleras/återanvänds den enkelt i processen. Projektet är ett samarbete mellan Lunds universitet i Sverige och AAK (tidigare Karlshamns AB och Aarhus United) i Sverige/Danmark. AAK bearbetar ca. 200 000 ton sheakärnor årligen för produktion av sheasmör som ingrediens till en mängd olika produkter: choklad och konfektyr, bageri, mejeri, och växtbaserad mat, mm. Industridoktoranden i projektet kommer att optimera metoder för extraktion och fraktionering av oljor och lipider ur sheafröer där scCO2 används vid olika tryck och temperatur, men också med tillsatser av olika gröna lösningsmedel (etanol, etylllaktat, etylacetat, vegetabiliska oljor). Önskat resultat är olika fraktioner av lipider och oljor, som maximerar renhetsgraden av specifika lipidtyper, och som minimerar halter av oönskade ämnen. Avancerad lipidanalys kommer att utföras med hjälp av toppmodern analytisk kemisk metodik. Livscykelanalyser kommer att belysa processens miljöprestanda i jämförelse med nuvarande petroleumbaserade metoder. Våra resultat kommer att bana väg mot en hexan-fri produktion av växtbaserade oljor och fetter. Dessutom kommer vi att generera viktig kunskap om fasdiagram för blandningar av gröna lösningsmedel där koldioxid av högt tryck är en komponent – vilket på sikt leder till att fler giftiga organiska lösningsmedel kan ersättas i industrin.