Film di Estrusione<em> Abyssinica Crambe</em> / Glutine di frumento Miscele
Summary
Il flusso laterale dalla produzione di olio vegetale di Crambe abyssinica ha un valore limitato. Lo scopo di questo studio era di trovare metodi per estrusione di materiali a base di questo flusso lato, dimostrando che i prodotti con un valore superiore possono essere prodotti. Gli estrusi sono stati trovati ad avere proprietà promettenti.
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
Quando si aggiorna un materiale da un valore basso ad un valore superiore, due problemi principali devono essere considerati: il tipo di potenziale prodotto finale (s) e le proprietà richieste. Questo studio analizza l'estrusione di materie plastiche a base di proteine per uso potenziale nella confezione per due motivi. L'attuale varietà di pacchetti è ampia, ma la richiesta di materiale di confezionamento a basso costo rinnovabile e biodegradabile è aumentato rapidamente negli ultimi dieci anni. Questa tendenza sembra continuare, come la maggior parte dei proprietari di marchi ei legislatori sono alla ricerca di opzioni per creare la plastica da petrolio 1. Le proprietà dei materiali necessari per il confezionamento sono, in molti casi, più esigente rispetto ad altri prodotti di plastica. Tuttavia, se si ottiene un materiale di successo, il mercato potenziale è molto grande.
Il materiale da imballaggio deve soddisfare una serie di criteri per essere adatto. I criteri esatti variano a seconda del tipo di confezione, di riempimento / sistemi di tenuta, Transport, stoccaggio, contenuti, l'aspetto, la progettazione del prodotto, ecc Tutti questi parametri deve essere considerato da uno sviluppatore confezione, ma non tutto può essere la più alta priorità in una volta quando si inizia lo sviluppo di un materiale nuovo e inesplorato. Le proprietà di attivazione di questo studio erano le prestazioni meccaniche e di barriera.
L'estrusione è il metodo di elaborazione di scelta per due motivi: estrusione è un metodo comune ed efficiente per produrre plastica di imballaggio, e generalmente non comporta un solvente, come nella soluzione di colata. Quindi, nessuna fase di essiccazione è necessario al termine del processo 2.
Glutine di frumento è anche un materiale corrente laterale proveniente da un prodotto di amido 3. Essa ha mostrato potenziale come una plastica imballaggi in numerosi studi. Nonostante questo, alcune sfide rimangono 4. Crambe abyssinica è una pianta semi oleosi interessante in quanto non è una risorsa di cibo e può essere coltivata in molti diversi agcondizioni ronomic 5,6. Come con glutine di frumento, proteina crambe è un sottoprodotto, in questo caso, dalla produzione di petrolio. Si ottiene come pasto crambe sgrassata, con proteine come il più grande componente. Esso contiene anche una quantità considerevole di estratti privi di azoto, come i carboidrati e fibre 7,8. Il pasto ha relativamente scarse proprietà coesive e deve essere mescolato con un materiale di coesione superiore. In questo studio, glutine di frumento è usato come additivo di sostegno per il pasto crambe. Per migliorare la tenacità / estensibilità del materiale proteico, un plastificante è comunemente usato come additivo pure. In questo studio, glicerolo viene utilizzato, che è un prodotto lato dell'industria dell'olio vegetale (ad esempio, colza combustibili metil estere) ed è facilmente disponibile a basso costo 9. Urea, anche rinnovabili, è usato come denaturante per dare l'estruso il corretto coesione 2,10,11. Esso può anche funzionare come un plastificante.
materiali rinnovabili, Specialmente quelli che vengono utilizzati direttamente dalla natura, senza purificazione, modifica o sintesi chimica, sono, nella maggior parte dei casi, non adatto per il trattamento ad alta temperatura. La sfida è quella di trovare parametri di elaborazione adatti e composizioni che si traducono in un estruso con le proprietà che le permettono di competere con i prodotti petroliferi.
Questo studio si concentra sulla caratterizzazione delle proprietà meccaniche e di barriera di un nuovo materiale a base biologica prodotta da pasto crambe elaborati con diversi additivi ea differenti condizioni 12. I dettagli completi delle caratteristiche meccaniche e di ossigeno barriera si trovano in Rasel et al. 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
La ragione per pressofusione era così alto è probabilmente dovuto al fatto che il materiale necessaria una certa pressione per evitare la formazione di bolle. Tuttavia, i vari componenti potrebbero fase separata se la pressione è troppo elevata. Quando estrusione ad una temperatura troppo bassa, la coesione era scarsa, forse a causa di un basso grado di reticolazione, mentre una temperatura troppo alta comportato il rilascio di gas (probabilmente umidità insieme con urea e degradazione proteica prodotti).
L'estrusione due fasi (cioè dove trefoli erano prima estruso, pellettizzato e quindi estruse nuovo) determinato un estruso più omogeneo a causa della più estesa fusione che la prima fase di estrusione disponibile.
La scarsa coesione impasto col diminuire della concentrazione di urea da 15 a 10% in peso è probabilmente dovuto ad una densità di reticolazione inferiore. In analogia con questo, una concentrazione di glicerolo inferiore, e quindi una minore capacitàdissolvere l'urea, provocato film povere meno è stata applicata una pressione stampo superiore.
Aumentando la concentrazione pasto crambe, e quindi diminuendo la concentrazione glutine di frumento, determinato un minor grado di formazione aggregazione / rete. Questo abbassa la viscosità del materiale estruso, con conseguente necessità di aumentare la temperatura della matrice di 130 ° C per aumentare la viscosità e generare film omogenei.
È difficile, se non impossibile, per estrudere crambe plastificato in film di qualità sufficiente per qualsiasi uso. Noi mostriamo che questo può essere superato miscelando crambe con una proteina più facilmente estrudibile come glutine di frumento. Per la migliore qualità, gli estrusi devono essere stampata a compressione in una fase separata dopo l'estrusione.
È indicato qui che l'estrusione funziona su scala minore, e upscaling è probabilmente più esigente. Estrusione, insieme con stampaggio ad iniezione, sono i most metodi commerciali importanti per la produzione di materie plastiche. Per sostituire plastiche convenzionali esistenti, è necessario che il materiale proteico può essere prodotto con le stesse tecniche 14-16. Noi mostriamo che è possibile estrudere crambe farina di oleaginose con l'aiuto di glutine di frumento.
Le possibili applicazioni includono l'imballaggio e le applicazioni per i vari profili estrusi (ad esempio, aste e cilindri). Consideriamo la fase più critica durante la preparazione dei campioni per la fase di estrusione. La qualità finale delle pellicole dipende fortemente sui parametri di estrusione e le proprietà del materiale prima dell'estrusione.
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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