Folienextrusion von<em> Krambe</em> / Weizen-Gluten-Mischungen
Summary
Der Seitenstrom aus Pflanzenölproduktion von Krambe hat begrenzte Wert. Das Ziel dieser Studie war es, Methoden zu finden Materialien auf der Basis dieser Seitenstrom extrudiert, dass können Produkte mit einem höheren Wert zeigt, hergestellt werden. Die Stränge wurden zu haben vielversprechende Eigenschaften gefunden.
Abstract
Crambe abyssinica is a plant with potential for use in industrial (non-food) plant oil production. The side stream from this oil production is a high-protein crambe meal that has limited value, as it is not fit for food or feed use. However, it contains proteins that could potentially make it a suitable raw material for higher-value products. The purpose of this study was to find methods of making this side stream into extruded films, showing that products with a higher value can be produced. The study mainly considered the development of material compositions and methods of preparing and extruding the material. Wheat gluten was added as a supportive protein matrix material, together with glycerol as a plasticizer and urea as a denaturant. The extrudate was evaluated with respect to mechanical (tensile testing) and oxygen barrier properties, and the extrudate structure was revealed visually and by scanning electron microscopy. A denser, more homogeneous material had a lower oxygen transmission rate, higher strength, and higher extensibility. The most homogeneous films were made at an extruder die temperature of 125-130 °C. It is shown here that a film can be extruded with promising mechanical and oxygen barrier properties, the latter especially after a final compression molding step.
Introduction
Wenn ein Material von einem niedrigen Wert auf einen höheren Wert aktualisieren, müssen zwei Hauptfragen berücksichtigt werden: die Art der möglichen End-Produkt (e) und die geforderten Eigenschaften. Diese Untersuchung konzentriert sich auf die Extrusion von Protein-basierten Kunststoffe für mögliche Verwendung in Verpackungen aus zwei Gründen. Die vorliegende Vielzahl von Paketen ist umfangreich, aber der Antrag auf erneuerbare und biologisch abbaubare Low-Cost-Verpackungsmaterial hat in den letzten zehn Jahren rapide zugenommen. Dieser Trend scheint sich fortzusetzen, da die meisten Markenartikler und Gesetzgeber für Optionen suchen Kunststoffe aus Erdöl 1 zu schaffen. Die erforderlichen Materialeigenschaften für die Verpackung sind, in vielen Fällen anspruchsvoller als für andere Kunststoffprodukte. Wenn jedoch ein erfolgreiches Material erhalten wird, ist der potentielle Markt sehr groß.
Verpackungsmaterial muss eine Reihe von Kriterien zu erfüllen, geeignet sein. Die genauen Kriterien unterscheiden sich nach der Art der Verpackung abhängig, Füll- / Versiegelungssysteme, transport, Lagerung, Inhalt, Aussehen, Produkt – Design, etc. Alle diese Parameter sollten von einem Verpackungsentwickler in Betracht gezogen werden, aber alle können nicht auf einmal von höchster Priorität sein , wenn die Entwicklung eines neuen und unerforschten Material zu initiieren. Die Eigenschaften im Fokus für diese Studie waren die mechanischen und Barriereeigenschaften.
Extrusion ist das Verarbeitungsverfahren der Wahl aus zwei Gründen: Extrusion ist eine häufige und effizientes Verfahren zum Verpacken Kunststoffe machen, und es ist im Allgemeinen kein Lösungsmittel beinhalten, wie es in Lösungsgießen. Somit wird kein Trocknungsschritt am Ende des Verfahrens 2 benötigt.
Weizengluten ist auch ein Seitenstrom Material aus einem 3 – Produktstärke kommen. Es hat sich als Verpackungs Kunststoff in einer Reihe von Studien Potential gezeigt. Trotzdem bleiben einige Herausforderungen 4. Krambe ist eine interessante Ölpflanze, dass es nicht eine Nahrungsquelle und kann in vielen verschiedenen ag angebaut werdenronomic Bedingungen 5,6. Wie bei Weizengluten ist crambe Protein ein Nebenprodukt, in diesem Fall aus der Ölproduktion. Es wird als ein entfettetes crambe Mahlzeit erhalten wird, mit dem Protein als größte Komponente. Es enthält auch eine beträchtliche Menge an stickstofffreien Extrakten, wie Kohlenhydrate und Faser 7,8. Die Mahlzeit hat relativ schlechte Kohäsionseigenschaften und muss mit einem Material höherer Kohäsions vermischt werden. In dieser Studie, Weizengluten wird als unterstützende Zusatzstoff zur crambe Mahlzeit verwendet. Um die Zähigkeit / Dehnbarkeit des Proteinmaterials zu verbessern, wird ein Weichmacher üblicherweise als Additiv zum Einsatz. In dieser Studie wird Glycerin verwendet, das ein Nebenprodukt der Pflanzenölindustrie (beispielsweise Rapsmethylester fuels) und ist bei niedrigen Kosten 9 leicht verfügbar. Harnstoff, auch erneuerbare, als Denaturierungsmittel verwendet wird , um das Extrudat den richtigen Zusammenhalt 2,10,11 zu geben. Es kann auch als Weichmacher wirken.
Nachwachsende Rohstoffe, Insbesondere diejenigen, die direkt aus der Natur verwendet werden, ohne Reinigung, Modifizierung oder chemische Synthese, sind in den meisten Fällen nicht geeignet für Hochtemperaturbehandlung. Die Herausforderung besteht darin, geeignete Verarbeitungsparameter und Zusammensetzungen zu finden, die mit den Eigenschaften in einem Extrudat führen, dass es mit Produkten aus Erdöl konkurrieren können.
Diese Studie konzentriert sich auf die Charakterisierung der mechanischen und Barriereeigenschaften eines neuen biobasierten Material aus crambe Mahlzeit mit verschiedenen Zusätzen und bei unterschiedlichen Bedingungen 12 verarbeitet hergestellt. Die vollständigen Einzelheiten der mechanischen und Sauerstoffbarriereeigenschaften sind in Rasel et al. 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Grund, der Düsendruck von so hoher Bedeutung war, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, dass das Material ein bestimmter Druck erforderlich Blasenbildung zu vermeiden. Jedoch könnten die verschiedenen Komponenten Phasentrennung, wenn der Druck zu hoch war. Wenn bei einer zu niedrigen Temperatur extrudiert wird, war der Zusammenhalt gering, möglicherweise aufgrund eines niedrigen Vernetzungsgrad, während eine zu hohe Temperatur in der Freisetzung von Gas geführt (wahrscheinlich mit Harnstoff und Protein-Abbauprodukte Feuchtigkeit zusammen).
Das zweistufige Extrusion (dh wo Stränge wurden zunächst extrudiert, pelletiert und dann erneut extrudiert) führte zu einer homogeneren Extrudat wegen der umfangreicheren Misch , dass die erste Extrusionsschritt zur Verfügung gestellt.
Der arme Teig Zusammenhalt, wenn die Harnstoffkonzentration von 15 auf 10 Gew% Abnahme war wahrscheinlich aufgrund einer geringeren Vernetzungsdichte. In Analogie dazu wird ein geringer Glycerinkonzentration und damit eine geringere Fähigkeitdie Harnstoff, führte in den ärmeren Schichten aufzulösen, es sei denn eine höhere Düsendruck aufgebracht wurde.
Erhöhen der crambe meal Konzentration und damit die Verringerung der Weizenglutenkonzentration resultierte in einem geringeren Grad der Aggregation / Netzwerkbildung. Dies verringert die Viskosität des Materials in dem Extrudat, in der Notwendigkeit, sich ergeb die Düsentemperatur auf 130 ° C zu erhöhen, um die Viskosität und erzeugen homogene Filme zu erhöhen.
Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, plastifizierte crambe zu Folien von ausreichender Qualität für die weitere Verwendung zu extrudieren. Wir zeigen hier, dass diese crambe durch Mischen überwunden werden kann, mit einer leicht extrudierbare Protein wie Weizengluten. Für die beste Qualität, müssen die Extrudate kompressionsgeformt in einem separaten Schritt nach der Extrusion zu sein.
Es wird hier gezeigt, dass die Extrusion in einem kleineren Maßstab funktioniert, und Upscaling ist wahrscheinlich anspruchsvoller zu sein. Extrusion, zusammen mit dem Spritzgießen sind die most wichtige kommerzielle Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen. Um bestehende herkömmliche Kunststoffe zu ersetzen, ist es notwendig , dass das Proteinmaterial mit den gleichen Techniken , 14-16 hergestellt werden kann. Wir zeigen hier, dass es möglich ist crambe oilseed Mahlzeit mit Hilfe von Weizengluten zu extrudieren.
Mögliche Anwendungen sind Verpackungen und Anwendungen für verschiedene extrudierte Profile (zB Stäbe und Zylinder). Wir betrachten die kritischste Schritt bei der Herstellung der Proben der Extrusionsschritt zu sein. Die endgültige Qualität der Filme hing stark von den Extrusionsparametern und den Eigenschaften des Materials vor der Extrusion.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Swedish governmental strategic research program Trees and Crops for the Future (TC4F), VINNOVA, and the EC FP7 project ICON. Hannah Rasel is gratefully acknowledged for performing most of the experiments in the previous paper (Reference 5).
Materials
| Crambe meal | Plant Research International | Defatted crambe meal, Residual from oil extraction of cultivar Galactica seeds | |
| Wheat gluten | Lantmännen Reppe AB | It contains 77 % (w/w) gluten, 8.1 % (w/w) starch and 1.34 % (w/w) fat. | |
| Glycerol | Karlshamn Tefac AB | 99.5 % purity | |
| Urea | Sigma Aldrich | purity ≥ 99.5 % | |
| The dough | (per 100 g) prepared with 35.7 g crambe meal, 23.8 g wheat gluten, 25.5 g glycerol and 15 g urea, hence with a liquid (glycerol/urea) to solid (crambe/wheat gluten) ratio of 0.342. | ||
| Round, fine meshed stainless steel kitchen sieve | Sieve the crambe meal | ||
| Rotary ball mill | Pascal Engineering | Milling crambe/The volume of the mill house is 7 l and it contained 215 ceramic balls, each with a diameter of 25 mm. | |
| Mortar and pestle | Grinding urea | ||
| Kitchen machine Cloer 660 | Cloer | Blending crambe and wheat gluten | |
| Twin-screw extruder Type LTE20-48 | Labtech Engineering LTD | Compounding and film extrusion | |
| Flat sheet die | Produce extruded flat films with a cross-section of 45 mm x 0,7 mm | ||
| Air Cooling Conveyor Unit type LAC-2.6 | Labtech Engineering LTD | Used in the extrusion | |
| Pelletizer Type LZ-120 | Labtech Engineering LTD | Making pellets | |
| Polystat 200T Hot Press | Servitec Machine GmbH | Hot press to press extrudates | |
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