Review

About solvents used in the preparation of oils for cosmetic products complying with the Cosmos standard^☆

À propos de l’usage des solvants pour la préparation d’huiles végétales destinées aux produits cosmétiques sous référentiel COSMOS

Iterg, 11, rue Gaspard Monge, 33600 Pessac, France

^* Correspondence: p.carre@iterg.com

Received: 26 November 2020

Abstract

Solvents have a bad reputation in the cosmetics world, at least as regards the production of specialty vegetable oils used in this market. In order to do without these solvents, the cosmetics industry tends to use only mechanically produced oils. However, there is a range of seeds for which mechanical extraction is not satisfactory. This is the case with rare, expensive, and oil-poor seeds for which pressing does not give good yields, and results in high production costs. These are also hard seeds that cannot be pressed without causing the presses to become intensely hot, and this affects the quality of the oils. In recent years, our laboratory has worked on the development of extraction techniques with ethanol and the EcoXtract^® solvent (2-methyloxolane) in order to provide professionals with production methods compatible with the COSMOS standard. Ethanol is not a good solvent for oils, especially in the presence of water and at low temperature. This drawback can be turned into an advantage to recover the oil (without distillation of the solvent) by cold decantation. The extraction is carried out on the hot components, and the oil is recovered by cooling the saturated miscella for the precipitation of the lipid phase. This process makes it possible to limit the energy consumption necessary for the recovery of the oil and the regeneration of the solvent. The great advantage for oils intended for the cosmetic market is that ethanol has a better solvent power for polar lipids compared to hexane and mechanical extraction. It is possible to split the lipid extract into neutral lipids and polar lipids by adjusting the precipitation temperature or by partial distillation. At the refining step, it is also possible to deacidify and remove contaminants from crude oil by liquid-liquid extraction with ethanol. We have recently obtained interesting results by reducing the phthalate concentration of walnut oils by 90%. The use of ethanol for oil neutralization is a process which generates less loss of neutral oil than the alkaline neutralization of a mixture with high acidity, and this is less harmful than physical refining during the production of 3-MCPD esters, esters of glycidol, and trans fatty acids. EcoXtract^® is a solvent derived from the chemistry of pentoses in biomass. This solvent has very good oil solvation capacities and less biological toxicity than hexane. Its production has an acceptable carbon footprint and good sustainability characteristics. It is recognised by Ecocert as suitable for producing COSMOS ingredients. Compared to ethanol, its use requires fewer preparation steps (ethanol requires rigorous drying before extraction) and it requires less circulating solvent per kilo of oil extracted. The solvent removal from the meal requires less energy and allows the use of direct steam to aid in the removal of the solvent since the miscibility of water in this solvent is limited to 4.5 g/100g.

Résumé

Les solvants ont une mauvaise réputation dans le monde des cosmétiques, du moins en ce qui concerne la production d’huiles végétales de spécialité. Pour se passer de ces solvants, l’industrie cosmétique a tendance à n’utiliser que des huiles produites mécaniquement. Il existe néanmoins une gamme de graines pour lesquelles l’extraction mécanique n’est pas satisfaisante. C’est le cas de graines rares, chères et pauvres en huile pour lesquelles le pressage ne donne pas de bons rendements, et aboutit à des coûts de production élevés. Il peut également s’agir de graines dures qui ne peuvent être pressées sans provoquer un échauffement intense dans les presses qui affecte la qualité des huiles. Notre laboratoire a travaillé ces dernières années au développement de techniques d’extraction à l’éthanol et au solvant EcoXtract^® (2-méthyloxolane) afin de fournir aux professionnels des méthodes de production compatibles avec le référentiel COSMOS. L’éthanol n’est pas un bon solvant des huiles, surtout en présence d’eau à basse température. Cet inconvénient peut être tourné en avantage afin de récupérer l’huile sans distillation du solvant par décantation à froid. L’extraction se fait à chaud et la récupération de l’huile par refroidissement du miscella saturé pour précipiter de la phase lipidique. Ce procédé permet de limiter la consommation d’énergie nécessaire à la récupération de l’huile et à la régénération du solvant. Le grand avantage pour l’huile destinée au marché des cosmétiques est que l’éthanol a un meilleur pouvoir solvant pour les lipides polaires par rapport à l’hexane et à l’extraction mécanique. Il est possible de fractionner l’extrait lipidique en lipides neutres et lipides polaires en jouant sur la température de précipitation ou par distillation partielle. Au stade du raffinage, il est également possible de désacidifier et d’éliminer les contaminants de l’huile brute par extraction liquide-liquide avec de l’éthanol. Nous avons récemment obtenu des résultats intéressants en réduisant la concentration en phtalates des huiles de noix de 90 %. L’utilisation de l’éthanol pour la neutralisation des huiles est un procédé qui génère moins de pertes d’huile neutre que la neutralisation alcaline et qui est moins nocif que le raffinage physique en ce qui concerne la production d’esters de 3-MCPD, d’esters de glycidol et d’acides gras trans. EcoXtract^® est un solvant issu de la chimie des pentoses provenant de biomasse. Ce solvant a de très bonnes capacités de solvatation des huiles et une toxicité biologique moindre que celle de l’hexane. Sa production a une empreinte carbone acceptable et de bonnes caractéristiques de durabilité. Il est reconnu par Ecocert comme adapté à la production d’ingrédients COSMOS. Par rapport à l’éthanol, son utilisation nécessite moins d’étapes de préparation (l’éthanol exige un séchage rigoureux avant l’extraction) et nécessite moins de solvant circulant par kilo d’huile extraite. La désolvantation des tourteaux requiers moins d’énergie et autorise l’usage de vapeur directe pour aider à l’élimination du solvant car la miscibilité de l’eau dans ce solvant est limitée à 4.5 g/100g.