Film Extrusion de<em> Crambe abyssinica</em> / Gluten de blé Blends
Summary
Le courant latéral de la production d'huile végétale de Crambe abyssinica a une valeur limitée. Le but de cette étude était de trouver des méthodes pour les matériaux à base de ce courant latéral d'extrusion, ce qui démontre que les produits avec une valeur plus élevée peuvent être produits. Les extrudés se sont avérés avoir des propriétés prometteuses.
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
Lorsque la mise à niveau d'un matériau à partir d'une valeur basse à une valeur plus élevée, deux questions principales doivent être pris en compte: le type de produit final (s) potentiel et les propriétés requises. Cette étude porte sur l'extrusion de matières plastiques à base de protéines pour une utilisation potentielle dans des emballages pour deux raisons. La présente variété de forfaits est vaste, mais la demande de matériau renouvelable et biodégradable emballage à faible coût a augmenté rapidement au cours de la dernière décennie. Cette tendance semble se poursuivre, comme la plupart des propriétaires de marques et les législateurs sont à la recherche d' options pour créer des matières plastiques à partir du pétrole 1. Les propriétés des matériaux nécessaires pour l'emballage sont, dans de nombreux cas, plus exigeants que pour les autres produits en plastique. Toutefois, si un matériau est obtenu avec succès, le marché potentiel est très grand.
Le matériel d'emballage doit remplir un certain nombre de critères à convenir. Les critères exacts varient selon le type d'emballage, le remplissage / systèmes d'étanchéité, transport, le stockage, le contenu, l' apparence, la conception des produits, etc. Tous ces paramètres doit être considéré par un développeur d'emballage, mais tout ne peut pas être de la plus haute priorité à la fois lors du lancement de la mise au point d'un nouveau et inexploré matériel. Les propriétés en bref pour cette étude ont été les performances mécaniques et de barrière.
L'extrusion est le procédé de traitement de choix pour les deux raisons suivantes: l'extrusion est une méthode courante et efficace pour la fabrication de matières plastiques d'emballage, et en général ne comporte pas de solvant, comme dans la solution de coulée. Par conséquent, aucune étape de séchage est nécessaire à la fin du processus 2.
Le gluten de blé est également un matériau de courant latéral provenant d'un produit d'amidon 3. Il a montré un potentiel en tant que matière plastique d'emballage en un certain nombre d'études. Malgré cela, certains défis restent à relever 4. Crambe abyssinica est une plante oléagineuse intéressante en ce qu'elle est pas une ressource alimentaire et peut être cultivé dans de nombreux ag différentconditions ronomic 5,6. Comme dans le cas du gluten de blé, les protéines de crambe est un sous-produit, dans ce cas, de la production d'huile. Il est obtenu sous forme d'un repas crambe dégraissée, avec la protéine en tant que principal composant. Il contient également une quantité non négligeable d'extraits exempts d' azote, tels que les hydrates de carbone et 7,8 à fibre optique. La farine a des propriétés cohésives relativement faibles et doit être mélangé avec un matériau de cohésion supérieure. Dans cette étude, le gluten de blé est utilisé comme additif de soutien pour le repas de crambe. Afin d'améliorer la ténacité / allongement de la matière protéique, un plastifiant est couramment utilisé comme additif aussi bien. Dans cette étude, le glycérol est utilisé, qui est un produit secondaire de l'industrie de l' huile végétale (par exemple, les carburants d'ester méthylique de colza) et est facilement disponible à un faible coût 9. Urée, également renouvelable, est utilisé comme dénaturant afin de donner l'extrudat la bonne cohésion 2,10,11. Il peut aussi fonctionner comme un plastifiant.
matériaux renouvelables, En particulier ceux qui sont utilisés directement de la nature, sans purification, la modification ou la synthèse chimique, sont, dans la plupart des cas, ne convient pas pour le traitement à haute température. Le défi est de trouver des paramètres de traitement appropriés et des compositions qui se traduisent par un extrudat avec des propriétés qui lui permettent de concurrencer avec des produits à partir du pétrole.
Cette étude porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques et de barrière d'un nouveau matériau à base de bio-produits à partir de crambe repas traités avec différents additifs et à différentes conditions 12. Les détails des caractéristiques mécaniques et d' oxygène barrière se trouvent dans Rasel et al. 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
La raison pour laquelle la pression de la filière était d'une telle importance est probablement due au fait que le matériau avait besoin d'une certaine pression afin d'éviter la formation de bulles. Cependant, les différentes composantes pourraient phase séparée si la pression était trop élevé. Lors de l'extrusion à une température trop basse, la cohésion était pauvre, peut-être en raison d'un faible degré de reticulation, tandis qu'une température trop élevée a entraîné la libération de gaz (probablement l'humidité conjointement avec l'urée et de la dégradation des protéines produits).
L'extrusion à deux étapes ( par exemple, lorsque les brins sont d' abord extrudé, pastillé, puis extrudé à nouveau) ont donné lieu à un extrudat plus homogène en raison de l'incorporation plus large que la première étape d'extrusion fournie.
La cohésion de la pâte pauvre lors de la diminution de la concentration en urée de 15 à 10% en poids était probablement due à une densité de réticulation plus faible. Par analogie avec cela, une concentration de glycérol inférieur, et donc une capacité inférieurede dissoudre l'urée, a donné lieu à des films les plus pauvres, à moins qu'une pression à la filière plus élevée a été appliquée.
L'augmentation de la concentration en farine de crambe et diminuant ainsi la concentration de gluten de blé, conduit à un faible degré de formation de l'agrégation / réseau. Cela réduit la viscosité de la matière dans le produit extrudé, ce qui entraîne la nécessité d'augmenter la température de la filière à 130 ° C pour augmenter la viscosité et de générer des films homogènes.
Il est difficile, sinon impossible, d'extruder crambe plastifiée dans des films d'une qualité suffisante pour toute utilisation. Nous montrons ici que cela peut être surmonté en mélangeant crambe avec une protéine plus facilement extrudable, comme le gluten de blé. Pour la meilleure qualité, les extrudats ont besoin d'être moulé par compression dans une étape séparée après l'extrusion.
Il est montré ici que l'extrusion fonctionne sur une plus petite échelle, et upscaling est susceptible d'être plus exigeant. Extrusion, ainsi que le moulage par injection, sont les most procédés commerciaux importants pour la production de matières plastiques. Afin de remplacer les matières plastiques conventionnels existants, il est nécessaire que la matière protéique peut être réalisée avec les mêmes techniques 14-16. On montre ici qu'il est possible d'extruder crambe farine de graines oléagineuses à l'aide du gluten de froment.
Les applications possibles comprennent l' emballage et des applications pour différents profils extrudés (par exemple, des tiges et des cylindres). Nous considérons que l'étape la plus critique au cours de la préparation des échantillons à l'étape d'extrusion. La qualité finale des films dépend fortement des paramètres d'extrusion et les propriétés de la matière avant l'extrusion.
Divulgazioni
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 | |
Riferimenti
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