Beschadigde cacaobonen voor cosmetische producten

Cacao is een belangrijk onderdeel van de Braziliaanse landbouw. De cacaovrucht is echter gevoelig voor schimmelziekten. Daar willen de universiteit van Campinas, Brazilië en onderzoekers van het Fraunhofer-instituut voor procestechniek en verpakking (IVV) samen wat aan doen. In het project “Damaged Beans” willen ze nieuwe manieren vinden om de beschadigde cacaovruchten te gebruiken. Vooral voor de productie van cosmetica zouden de door schimmels aangetaste cacaobonen een waardevolle grondstof kunnen vormen.

Een belangrijke pijler van de economie in Midden- en Zuid-Amerika is de cacaoteelt. Die wordt voornamelijk gebruikt voor de productie van chocolade. Cacaobonen hebben echter ernstig te lijden onder de gevolgen van de schimmelziekten. Een epidemische verspreiding in de jaren negentig leidde tot een drastische ineenstorting van de cacaoproductie in Brazilië. Ondanks alle inspanningen slaagt men er nog steeds niet in de ziekten te bestrijden. In de chocoladeproductie is het weggooien van beschadigde cacaovruchten de enige optie.

Damaged beans

Hier komt het CORNET-project “Damaged beans” om de hoek kijken. Het is de bedoeling recyclingroutes voor zieke cacaobonen uit te stippelen. De beschadigde cacaovruchten zijn mogelijk te gebruiken voor de productie van cosmeticaproducten, smeermiddelen en reinigingsmiddelen. In het project Damaged Beans werkt het Fraunhofer IVV in Freising daarom samen met de Universiteit van Campinas. Ze werken aan de ontwikkeling van specifieke methoden om verschillende schimmelinfecties op te sporen en te classificeren. Daarna willen ze nieuwe toepassingen vinden voor cacaobonen van lage kwaliteit.

Cacaowaardeketen

Deze aanpak heeft het potentieel om de hele cacaowaardeketen te optimaliseren. De boeren zullen een groter deel van hun oogst op de markt kunnen brengen. Het federale ministerie van Economische Zaken en Klimaatbescherming (BMWK) financiert het project. Fraunhofer zorgt voor de coördinatie terwijl een consortium van 19 industriële partners het project ondersteunt.

Smeltgedrag

“Cacaopoeder en cacaoboter worden geproduceerd uit cacaobonen. Cacaoboter heeft een ander smeltgedrag als gevolg van chemische veranderingen veroorzaakt door de schimmelziekten ‘heksenbezem’ en ‘black pod disease’. Het is daarom zachter bij kamertemperatuur/lichaamstemperatuur. Dit kan voordelig zijn voor cosmetische toepassingen. Vooral voor vethoudende natuurlijke cosmetica zoals lippenstift, bodylotions en crèmes,” legt Dominic Wimmer uit. Hij is onderzoeksmedewerker en projectleider bij het Fraunhofer IVV.

Cacaoboter kan acrylaten vervangen

Een gewijzigde samenstelling van aminozuren en eiwitten verhoogt de gelerende en verdikkende eigenschappen. Dit zou van de ingrediënten van beschadigde cacaobonen een ideaal substituut kunnen maken voor de acrylaten. Acrylaten worden in conventionele cosmetica gebruikt als geleer- of verdikkingsmiddelen. Ze kunnen echter allergieën op de huid veroorzaken.

Duurzaamheid in de procesketen

De onderzoekers willen de door schimmels aangetaste cacaobonen openstellen voor gebruik buiten de voedingsindustrie. De universiteit van Campinas ontwikkelt daarvoor eerst onderzoeksmethoden op basis van near-infrared spectroscopie (NIR). Hiermee kunnen onderzoekers de mate van aantasting en de fysisch-chemische kwaliteit van de door schimmels aangetaste cacaobonen bepalen.

Cascade-extractieproces

Vervolgens zet het Fraunhofer IVV een meerfasig cascade-extractieproces op. Dit is nodig om na vetafscheiding cacaoboter, eiwitten en secundaire plantaardige stoffen (SPS) zoals polyfenolen te extraheren voor toepassingen in de cosmetische en chemische industrie. Tijdens dit proces worden eiwitten en fytochemicaliën geëxtraheerd met behulp van een reeks oplosmiddelen. “Schimmelziekten zorgen ervoor dat de samenstelling en de eigenschappen van de eiwitten en fytochemicaliën veranderen. Maar ondanks hun afwijkende structuur zijn ze – net als cacaoboter – geschikt voor technische toepassingen zoals biogebaseerde schoonmaakmiddelen, ontsmettingsmiddelen en smeermiddelen. Ze bieden de mogelijkheid om grondstoffen op basis van minerale oliën te vervangen door natuurlijke ingrediënten, die een duurzaam alternatief vormen”, aldus de onderzoeker.

Complexe processen

Om de waardevolle ingrediënten van de cacaobonen te verkrijgen zijn soms complexe processen nodig. Daarom onderzoeken Wimmer en zijn team in hoeverre tijd- en energie-intensieve fermentatie- en droogprocessen of roosteren in het extractieproces achterwege kunnen blijven als het eindproduct niet in levensmiddelen wordt gebruikt.

Organische oplosmiddelen

Bovendien wil het onderzoeksteam de cacaoboter niet extraheren door deze in een vetpers te persen, maar met behulp van organische oplosmiddelen zoals ethanol en superkritisch CO2 – een bijzonder zachte methode. Om eiwitten en secundaire plantaardige stoffen te extraheren worden de vaste bestanddelen behandeld met waterige extracties. Door de druk en de temperatuur te variëren, kan de oplosbaarheid worden aangepast aan de gewenste secundaire plantenbestanddelen en eiwitten, waardoor een specifieke extractie wordt bereikt.

Kleine landbouwbedrijven

“Door ons cascade-extractieproces kunnen beschadigde bonen verder worden verwerkt. Voor de betrokken landbouwbedrijven openen zich nieuwe kanalen voor toegevoegde waarde met een groot financieel potentieel. Wereldwijd zijn 40 tot 50 miljoen mensen werkzaam in de cacaoproductie, waarvan 80 tot 90 procent op kleine boerderijen”, somt Wimmer op. “Bovendien beschikt de chocolade-industrie hierdoor over meer zuivere grondstoffen die geschikt zijn voor levensmiddelen”.

Foto: Nieuwe recyclingroutes moeten beschadigde cacaovruchten bruikbaar maken voor de productie van cosmetica, maar ook voor smeermiddelen en reinigingsmiddelen (foto: Fraunhofer IVV)
Fraunhofer doet onderzoek op diverse gebieden. Lees bijvoorbeeld ook het volgende artikel: Uiterst gevoelige robotgrijper: pneumatiek is niet nodig