Jatropha oil production as biofuel for Shea butter processing machine in Ghana: quality characteristics and storability of the derived Shea butter

Die Produktion von Jatropha-Öl als Biokraftstoff für die maschinelle Verarbeitung von Shea-Butter in Ghana: Qualitätsmerkmale und Lagerfähigkeit der verarbeiteten Shea-Butter

  • The ever-increasing price of fossil diesel oil, its availability and affordability has prompted the search for cheaper sources of diesel fuel especially in rural Ghana where it could be used by small to medium scale processors. The aims of this project were to provide a readily available and renewable fuel that will serve as a diesel substitute: to power diesel engines running equipment in a shea butter extraction unit at Gbimsi, to provide a readily available fuel to serve as a kerosene substitute for lighting local lanterns, to evaluate the economic viability of the use of the bio-fuel as both diesel and kerosene substitutes. in Ghana. A pilot Jatropha plantation was established for the Gbimsi women’s group. A pilot processing unit was also established. The women were taken through series of training which included the extraction and utilization of Jatropha biofuel and soap making using the Jatropha oil. The Jatropha biofuel extracted by the women mixed with various amounts of mineral diesel oil was tested on lister-type dieselThe ever-increasing price of fossil diesel oil, its availability and affordability has prompted the search for cheaper sources of diesel fuel especially in rural Ghana where it could be used by small to medium scale processors. The aims of this project were to provide a readily available and renewable fuel that will serve as a diesel substitute: to power diesel engines running equipment in a shea butter extraction unit at Gbimsi, to provide a readily available fuel to serve as a kerosene substitute for lighting local lanterns, to evaluate the economic viability of the use of the bio-fuel as both diesel and kerosene substitutes. in Ghana. A pilot Jatropha plantation was established for the Gbimsi women’s group. A pilot processing unit was also established. The women were taken through series of training which included the extraction and utilization of Jatropha biofuel and soap making using the Jatropha oil. The Jatropha biofuel extracted by the women mixed with various amounts of mineral diesel oil was tested on lister-type diesel engines and in lanterns to ascertain its performance. A combination of 30% mineral diesel oil: 70% Jatropha bio-fuel was found to be appropriate for running the diesel engines. Local lanterns were found to give smokeless light and were found to last four times longer than kerosene when the Jatropha oil was used. In conclusion, the Jatropha biofuel helps in achieving energy security in communities that are otherwise inaccessible and constantly in search of regular supply of mineral fuels like diesel and kerosene. The press cake obtained after the oil extraction could be used as an organic fertilizer for improving soil fertility. Questionnaires were administered to ninety (90) shea butter producers and ten (10) exporters selected at random from the Northern, Upper East, Upper West and Greater Accra regions of Ghana in order to gather information from the producers/users as well as exporters on the Knowledge, Attitude, Beliefs and Practices (KABP) of shea butter production, consumption and export. The outcome of the study suggested that shea butter export has increased tremendously over the past decade as a result of very high demand for the product from both the local and international markets. The existing and potential export maket for shea butter were identified to be Japan, United Kingdom, Netherlands and United States of America. In addition, the shea butter produced were evaluated for the quality characteristics as well as their storability in different storage (packaging) materials. These were conducted using standard analytical methods. The minimum quality requirement of shea butter for export are : Moisture (0.01-1.0%), Free fatty acid (3.5-4.0), acid value (1.0-10.0) and the product should not be dark in colour. The best packaging material used for the export of the product are metal drums and card boxes and the only constraint faced by the exporters is the cost of the packaging materials which is considered to be expensive. The producers in the studied communities treated shea butter as their main farming activity. In an attempt to investigate the changes in chemical and physical properties of shea butter during storage, various chemical and physical quality indices were monitored. A 3 x 4 x 4 factorial experimental design with storage condition [open air (28-34°C), tropical ambient (26-31°C) and refrigeration (4-7°C) conditions], packaging material (metal cans, polyethylene bags, plastic containers and calabash), storage time (0,1,2 and 3 months) as variables was performed. Changes in the chemical and physical properties of the butter were observed during storage of the product under the different storage conditions and packaging materials. Storage caused slight increases in moisture content (0.01-0.07%), free fatty acid (3.29-4.38%), acid value 6.55-8.20%), iodine value (59.86-60.06) and peroxide value (8.24-10.64 mEq/kg) within the three months storage period. Products stored under open air (28-34°C) conditions generally significantly (p<0.05) affected the chemical properties of the butter during storage whilst those stored under ambient (26-31°C) and refrigeration (4-7°C) conditions did not have significant (p<0.05) effect on the chemical properties. No wide variations in physical properties were noted for the products during storage under the different storage conditions and packaging materials. Shea butter can be stored using all the four different packaging materials studied. However, it is highly recommended that the products are kept under tropical ambient (26-31°C) and refrigeration conditions (4-7°C) during storage. The best condition for the storage of shea butter is refrigeration which maintains the quality of the product during prolonged stored periods. Storage of the shea butter under open air (28-34°C) conditions allows for oxidative and hydrolytic rancidity rendering the products unsuitable for consumption after long storage periods.show moreshow less
  • Bedingt durch die Knappheit von fossilen Dieselkraftstoffen und die hohen Preise, hat die Suche nach billigeren Dieselbrennstoffen begonnen. Besonders in den ländlichen Gebieten Ghanas sucht man nach Alternativen für mittelständische, weiterverarbeitende Betriebe. Ziel dieses Projektes ist die Identifizierung von verfügbaren und erneuerbaren Kraftstoffen, die als Ersatz für die bisher mit fossilem Dieselkraftstoff angetriebenen Kraftanlagen, für die Verarbeitung von Sheabutter und für die kerosinbetrieben Lampen, dienen. Untersucht wird die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Biokraftstoff sowohl als Ersatz für Diesel als auch für Kerosin in den entlegenen Gebieten Ghanas. Eine Jatropha-Pilotplantage mit dazugehöriger Verarbeitungsanlage wurde auch für die Gbimsi-Frauengruppe gegründet. Die Frauen wurden in verschiedenen Trainingseinheiten ausgebildet, insbesondere in der Extraktion und Verwendung von Jatropha-Biokraftstoff sowie der Seifenherstellung mittels Jatropha-Öl. Der von den Frauen gewonnene Jatropha-BiodieseltreibstoffBedingt durch die Knappheit von fossilen Dieselkraftstoffen und die hohen Preise, hat die Suche nach billigeren Dieselbrennstoffen begonnen. Besonders in den ländlichen Gebieten Ghanas sucht man nach Alternativen für mittelständische, weiterverarbeitende Betriebe. Ziel dieses Projektes ist die Identifizierung von verfügbaren und erneuerbaren Kraftstoffen, die als Ersatz für die bisher mit fossilem Dieselkraftstoff angetriebenen Kraftanlagen, für die Verarbeitung von Sheabutter und für die kerosinbetrieben Lampen, dienen. Untersucht wird die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes von Biokraftstoff sowohl als Ersatz für Diesel als auch für Kerosin in den entlegenen Gebieten Ghanas. Eine Jatropha-Pilotplantage mit dazugehöriger Verarbeitungsanlage wurde auch für die Gbimsi-Frauengruppe gegründet. Die Frauen wurden in verschiedenen Trainingseinheiten ausgebildet, insbesondere in der Extraktion und Verwendung von Jatropha-Biokraftstoff sowie der Seifenherstellung mittels Jatropha-Öl. Der von den Frauen gewonnene Jatropha-Biodieseltreibstoff wurde mit verschiedenen Mengen von Mineraldieselöl gemischt und an Listertyp-Dieselmotoren sowie in Laternen getestet, um dessen Eignung festzustellen. Eine Mischung aus 30% Mineraldieselöl / 70% Jatropha-Biodiesel wurde zum Antreiben der Dieselmotoren als geeignet ermittelt. Zudem wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Jatropha-Öl - im Gegensatz zu herkömmlichen Laternen - kein Rauch abgeben wird und diese viermal länger halten.Der Anbau von Jatropha-Pflanzen und deren Verarbeitung zu Jatropha-Biodiesel bieten der Gbimsi-Frauengruppe einen alternativen Lebensunterhalt. Auch ist die Energieversorgung sichergestellt, die sonst in den ländlichen Gemeinden fehlt und zur ständigen Suche nach Diesel und Kerosin führt. Der mit der Herstellung von Öl gewonnene Kuchen, könnte als organisches Düngemittel zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit dienen. Fragenbögen wurden an neunzig (90) Sheabutterhersteller und an zehn (10) Exporteure verteilt, die aus den North- Upper East-, Upper West- und Greater Accra-Regionen Ghanas willkürlich ausgewählt wurden, um sowohl von den Herstellern/Benutzern als auch von den Exporteuren Informationen über Kenntnis, Geisteshaltung, Anschauungen und Praktiken bezüglich der Herstellung, Anwendung und Ausfuhr von Sheabutter zu erhalten. Ergebnis der Studie ist, dass die Ausfuhr von Sheabutter über das letzte Jahrzehnt enorm gestiegen ist und Inlands- und Auslandsnachfrage zugenommen hat. Japan, Großbritannien, die Niederlande und die Vereinigten Staaten von Amerika (USA) sind die gegenwärtigen und zukünftigen Exportmärkte für Sheabutter. Außerdem wurde die produzierte Sheabutter auf ihre Qualitätsmerkmale als auch ihre Haltbarkeit in verschiedenen Verpackungsmaterialien untersucht. Die Auswertung wurde mittels klassischer und analytischer Methoden durchgeführt. Die Mindestanforderungen an die Qualität von Sheabutter für den Export sind: Feuchtigkeit (0.01-1.0%), fettfreie Säure (3.5-4.0), Säurewert (1.0-10.0) und die Helligkeit des Produkts. Die geeignetsten Materialien für den Export sind Metallfässer und Pappkartons. Nachteil sind die hohen Kosten des Verpackungsmaterials für die kleinen Sheabutter-Produzenten, für die die Produktion die wichtigste Einkommensquelle ist. Bei der Untersuchung der veränderten chemischen und physikalischen Eigenschaften der Sheabutter bei der Lagerung, wurden verschiedene chemische und physikalische Qualitätsindexziffern kontrolliert. Ein 3 x 4 x 4 faktorisierter Experimentalplan wurde durchgeführt mit den Variablen: Lagerungsbedingung [Voraussetzungen: im Freien (28-34ºC), tropische Raumumgebung (26-31ºC) und Kühlung (4-7ºC)], Verpackungsmaterialien (Metallkasten, Polyäthylentaschen, Kunststoffbehälter und Kalabasse) und Lagerungszeit (0, 1, 2 und 3 Monate). Die Lagerung verursachte eine leichte Erhöhung des Feuchtgehalts (0,01-0,07%), der freien Fettsäuren (3,29 bis 4,38%), des Säurewerts (6,55 bis 8,20%), der Jodzahl (59,86 bis 60,06) sowie des Superoxydwerts (8,24 bis 10,6 mEq/kg) innerhalb der dreimonatigen Lagerungszeit. Wesentlich beeinflusst (p≤0,05) wurden die chemischen Eigenschaften der Sheabutter, die im Freien gelagert wurde, während die in Raumumgebung (26ºC bis 31ºC) und unter Kühlung (4ºC bis 7ºC) gelagerten Produkte unwesentlich beeinflusst wurden (p≤0,05). Die physikalischen Eigenschaften der Produkte änderten sich unter den verschiedenen Lagerungsverhältnissen und Verpackungsmaterialien nicht beachtlich. Sheabutter kann zwar mittels aller vier verschiedenen untersuchten Verpackungsmaterialien gelagert werden, besonders bewährt bei der Lagerung hat sich jedoch die Kühlung des Produktes (4ºC bis 7ºC), diese erhält die Qualität des Produkts auch bei längeren Lagerungen. Die Lagerung bei Temperaturen von 28ºC bis 34ºC bewirkt durch Oxidation und Hydrolyse Ranzigkeit. Somit sind die Produkte, die über einen längern Zeitraum gelagert werden für den menschlichen Verzehr nicht geeignet.show moreshow less

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author: Mensah, Sabina Anokye
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-17597
Referee / Advisor:Prof. Dr. rer. nat. Ertel, Jürgen
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2010
Date of final exam:2010/02/26
Release Date:2010/06/08
Tag:Biokraftstoff; Ghana; Jatropha curcus; Pilotplantage; Sheabutter
Agro-processing; Biofuel; Jatropha; Shea butter; Women
GND Keyword:Biodiesel; Butterherstellung; Ghana; Jatropha; Karité-Pflanze
Institution name at the time of publication:Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik (eBTU) / LS Neuwertwirtschaft (ehemals)