Effects of ultrasound treatment on protein yield and functionality in salt extraction of proteins from defatted oilseed press cakes

Abstract

It is becoming increasingly important to find new ways to meet the world’s protein needs as the population keeps growing. Oilseed press cakes, which are left after oil pressing, are rich in protein and fibre, yet they are currently underutilized and mainly used as animal feed or treated as a waste. Current protein extraction methods from press cakes typically utilise harsh chemicals, such as NaOH and HCl that are not environmentally friendly and can also cause the proteins to denature. A more environmentally friendly and milder extraction method is salt extraction, which typically utilises NaCl or KCl. Protein extraction is often more effective at higher pH values which means that the salt extraction might not be the most effective extraction method, but it can be enhanced with ultrasound assistance. This study investigated ultrasound-assisted salt extraction using 0,5 M sodium chloride solution on defatted hemp, flax and rapeseed press cakes. Tested ultrasound intensity varied from approximately 8 to 44 W/cm², and treatment time ranged from 2 to 20 min. The focus of the study was on extraction yield and functional properties of the extracted protein, such as solubility and emulsification. The results from the experimental work indicate that ultrasound generally enhances protein yield from hemp and rapeseed press cakes. For hemp, the highest extraction yield 13,71 % was obtained at the lowest intensity with a treatment time of 20 min. Highest yield of 39 % for rapeseed was obtained at highest US intensity. Ultrasound treatment had no significant effect on the extraction yield of flax and, in some cases, even reduced it. Overall, ultrasound treatment tended to negatively affect the evaluated functional properties, particularly protein solubility and emulsifying properties.

Maailman väestön kasvaessa on yhtä tärkeämpää löytää uusia tapoja tyydyttää maailman proteiinin tarve. Öljynpuristuksessa syntyvät puristekakut sisältävät paljon proteiinia ja kuitua, mutta ne ovat yhä alihyödynnettyjä ja pääsääntöisesti käytetty vain eläinten rehuna tai kohdeltu jätteenä. Nykyiset proteiinien uutto metodit puristekakuista tyypillisesti hyödyntävät voimakkaita kemikaaleja, kuten NaOH ja HCl, jotka eivät ole ympäristöystävällisiä ja voivat aiheuttaa proteiinien denaturoitumista. Ympäristöystävällisempi ja miedompi uutto menetelmä on suolauutto, joka tyypillisesti hyödyntää NaCl tai KCl. Proteiinien uutto on tyypillisesti tehokkaampaa korkeissa pH arvoissa, joka tarkoittaa sitä, että suolauutto ei välttämättä ole tehokkain uutto tapa, mutta sitä voidaan tehostaa ultraäänen avustuksella. Tässä työssä tutkittiin ultraääni avusteista suolauuttoa käyttäen 0,5 M natriumkloridi liuosta hampun, pellavan ja rypsin puristekakkuihin. Tutkittu ultraääni intensiteetti vaihteli noin 8 ja 44 W/cm² välillä ja käsittelyaika vaihteli välillä 2–20 min. Tämän tutkimuksen painopiste oli uutettujen proteiinien saanto ja toiminnalliset ominaisuudet, kuten liukoisuus ja emulgointikyky. Tulokset kokeellisesta osasta osoittavat, että yleisesti ottaen ultraääni käsittely paransi proteiininsaantoa hampun ja rypsin puristekakuista. Hampulla saavutettiin paras saanto 13,71 % matalimmalla intensiteetillä 20 min käsittelyajalla. Rypsin suurin saanto, 39 %, saatiin suurimmalla UÄ intensiteetillä. Ultraäänikäsittelyllä ei ollut merkittävää vaikutusta pellavan uuttosaantoon, ja joissakin tapauksissa se jopa vähensi sitä. Kaiken kaikkiaan ultraääni käsittelyllä oli taipumus heikentää toiminnallisia ominaisuuksia, erityisesti liukoisuutta ja emulgointikykykyä.