Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4416
Main Title: Improved oil processing and protein extraction for better valorization of Jatropha curcas L. nuts
Translated Title: Erhöhung der Wertschöpfung von Jatropha curcas L. Nüssen durch die Entwicklung verbesserter Verfahren zur Ölraffination und Proteinextraktion
Author(s): Gofferjé, Gabriele
Advisor(s): Flöter, Eckhard
Herfellner, Thomas
Schweiggert-Weisz, Ute
Stäbler, Andreas
Referee(s): Flöter, Eckhard
Eisner, Peter
Duijn, Gerrit van
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Das wachsende Bewusstsein um die Umweltprobleme, welche durch einen steigenden Lebensstandard verursacht werden, führte zu einem Umdenken hinsichtlich der Nutzung natürlicher Ressourcen und der Nachhaltigkeit industrieller Prozesse. In den letzten Jahrzehnten stieg daher das Interesse an der nicht essbaren tropischen Ölpflanze Jatropha curcas L. Um ihre nachhaltige Nutzung zu gewährleisten, beschäftigt sich diese Arbeit mit der Entwicklung alternativer enzymatischer Prozesse zur Ölraffination sowie zur Extraktion und Verwertung der Proteine, dem wertvollsten Nebenprodukt der Ölgewinnung aus Jatropha Saat. Die enzymatische Entschleimung von Jatropha-Rohöl mittels Lecitase® Ultra ermöglichte eine Reduktion des Phosphorgehaltes im Öl unter 4 ppm. Die enzymatische Entsäuerung wurde durch Veresterung der freien Fettsäuren mit Glycerin unter Verwendung einer immobilisierten Lipase aus Rhizomucor miehei erreicht. Zunächst wurden die kritischen Einflussparameter auf die Reaktion ermittelt. Anschließend erfolgte eine Prozessoptimierung mittels statistischer Versuchsplanung. Der Prozess ermöglicht eine Reduktion der Säurezahl auf 0.3 mg KOH pro g Öl. Die restlichen Fettsäuren können leicht über die folgenden Raffinationsschritte abgetrennt werden. Die Kinetik der enzymatischen Entsäuerungsreaktion scheint einem Ping Pong Mechanismus mit dead-end Hemmung durch den Acylakzeptor Glycerin zu folgen. Die Regeneration der Lipase mittels Isopropanol und n-Hexan stellte sich als vielversprechend heraus und ermöglichte eine Wiederverwendung des Enzyms in 13 Zyklen. Um das Protein aus wässrig extrahiertem oder gepresstem Jatropha Rückstand zu extrahieren wurden ein wässriger sowie ein enzymatischer Prozess entwickelt. Dabei wurden Proteinausbeuten von 75% erreicht. Anschließend wurden verschiedene Methoden zur Proteingewinnung und –aufreinigung entwickelt und bewertet. Die Proteine weisen vielversprechende Emulgier- und Gelbildungseigenschaften auf. Sie zeigen jedoch kein Schaumbildungsvermögen. Die Funktionalität der enzymatisch extrahierten Proteine ist geringer als die der wässrig extrahierten Proteine. Jatropha Proteine weisen ein hohes Potential auf in technischen Anwendungen, z.B. als Emulgatoren, in bioabbaubaren Mülltüten oder als Antischaummittel eingesetzt zu werden. Die vorliegende Arbeit zeigte, dass Jatropha curcas eine vielversprechende Öl- und Proteinquelle für technische Anwendungen sein kann.
The awareness of environmental problems caused by an increasing standard of living lead to a revised view on industrial processes and the handling of resources. During the last decades, the tropical, non-edible plant Jatropha curcas L. became a focus of interest especially with respect to its high oil content. In order to increase the sustainability of its utilization the present work deals with the establishment of alternative enzymatic processes for the oil refining as well as with the extraction and application of the protein, the most valuable by-product inherent to the residues left after oil extraction from the Jatropha seeds. Enzymatic degumming of crude Jatropha oil was performed successfully applying Lecitase® Ultra. Phosphor content can be decreased below 4 ppm. Enzymatic neutralization was achieved esterifying the free fatty acids with glycerol by an immobilized lipase from Rhizomucor miehei. Initially, the crucial influencing parameters were determined and afterwards the reaction was optimized by the help of a statistical design of experiments. The process allows acid number reduction to 0.3 mg KOH per g of oil. Residual fatty acids are easily removed within the following refining steps. According to a kinetic investigation, the enzymatic neutralization is expected to follow a Ping Pong mechanism with dead end inhibition by the acyl-acceptor glycerol. Enzyme regeneration was also investigated and found to be most effective applying isopropanol and n-hexane allowing a reutilization of the enzyme in at least 13 cycles. In order to extract the protein from aqueous-extracted as well as from screw-pressed Jatropha residue an aqueous and an enzyme-assisted process were developed. Protein yields of about 75% were obtained. Different methods for protein recovery and purification subsequent to protein extraction were performed and evaluated. In principle, Jatropha proteins show good emulsifying as well as gelation behaviour. No foam forming capacity is measured. The functionality of enzymatically extracted protein is minor to the functionality of aqueous-extracted protein. Jatropha protein owns potential for its utilization in technical applications such as emulsifiers, biodegradable bags or antifoam reagent. The current work revealed Jatropha curcas as a promising source of oil and protein to be valorized for their use in technical applications.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-65213
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4713
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4416
Exam Date: 13-Feb-2015
Issue Date: 23-Apr-2015
Date Available: 23-Apr-2015
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Enzymatische Raffination
Nachhaltigkeit
Proteinextraktion
Enzymatic refining
Protein extraction
Sustainability
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/de/
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