A corrente secundária da produção de óleo vegetal de Crambe abyssinica tem valor limitado. O objectivo deste estudo era encontrar métodos para a extrusão de materiais à base nesta corrente lateral, demonstrando que os produtos com um valor mais elevado pode ser produzido. Os extrudados foram encontrados a ter propriedades promissoras.
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.
Ao atualizar um material a partir de um valor baixo para um valor superior, duas questões principais devem ser considerados: o tipo de produto final potencial (s) e as propriedades necessárias. O presente estudo concentra-se sobre a extrusão de plásticos à base de proteínas para potencial utilização em embalagens, por duas razões. O presente variedade de pacotes é extensa, mas o pedido de material de embalagem renovável e biodegradável baixo custo tem aumentado rapidamente na última década. Esta tendência parece continuar, como a maioria dos proprietários e legisladores da marca estão à procura de opções para criar plásticos de petróleo 1. As propriedades dos materiais necessários para a embalagem são, em muitos casos, mais exigentes do que para outros produtos de plástico. No entanto, se um material de sucesso é obtido, o mercado potencial é muito grande.
material de embalagem tem de cumprir uma série de critérios para ser adequado. Os critérios exatos diferem dependendo do tipo de embalagem, enchimento / sistemas de vedação, transport, armazenamento, conteúdo, aparência, design de produto, etc. Todos estes parâmetros devem ser considerados por um desenvolvedor de embalagem, mas nem tudo pode ser da mais alta prioridade de uma só vez ao iniciar o desenvolvimento de um material novo e inexplorado. As propriedades em destaque para este estudo foram as performances mecânicas e de barreira.
A extrusão é o método de tratamento de escolha, por duas razões: extrusão é um método comum e eficaz para a produção de plásticos de embalagem, e que, geralmente, não envolve um solvente, tal como em moldagem em solução. Assim, nenhum passo de secagem é necessário no fim do processo 2.
O glúten de trigo é também um material de corrente lateral proveniente de um produto de amido 3. Ele mostrou potencial como um plástico de embalagem numa série de estudos. Apesar disso, alguns desafios permanecem 4. Crambe abyssinica é uma planta de semente oleaginosa interessante na medida em que não é uma fonte de alimento e podem ser cultivadas em muitos AG diferentecondições ronomic 5,6. Tal como acontece com o glúten de trigo, proteína de crambe é um subproduto, neste caso, de produção de petróleo. É obtido na forma de uma refeição crambe desengordurada, com proteína como o maior componente. Ele também contém uma quantidade considerável de extractos isentos de azoto, tais como hidratos de carbono e fibra 7,8. A refeição tem relativamente pobres propriedades coesivas e precisa de ser misturada com um material de maior coesão. Neste estudo, o glúten de trigo é usado como um aditivo de suporte para a refeição crambe. Para melhorar a tenacidade / extensibilidade do material proteico, um agente plastificante é frequentemente usado como um aditivo bem. Neste estudo, o glicerol é utilizado, que é um produto secundário da indústria de óleo da planta (por exemplo, sementes de colza combustíveis éster metílico) e está prontamente disponível a um baixo custo 9. Ureia, também renovável, é usado como desnaturante de modo a dar o produto extrudido a coesão adequada 2,10,11. Ele também pode funcionar como um agente plastificante.
-primas renováveis, Especialmente aqueles que são usados diretamente da natureza, sem purificação, modificação ou síntese química, são, na maioria dos casos, não é adequado para o tratamento de alta temperatura. O desafio é encontrar parâmetros de processamento adequados e composições que resultam em um extrudido com propriedades que lhe permitem competir com os produtos de petróleo.
O presente estudo concentra-se na caracterização das propriedades mecânicas e de barreira de um novo material de base biológica produzida a partir de farinha de crambe processado com aditivos diferentes e em diferentes condições 12. Os detalhes completos sobre as características de barreira mecânica e oxigênio são encontrados em Rasel et al. 12.
A razão pela qual a pressão do cunho era de tão elevada importância foi, provavelmente, devido ao facto de o material necessário uma certa pressão para evitar a formação de bolhas. No entanto, os diferentes componentes podem separação de fase, se a pressão era demasiado elevada. Quando extrusão em uma temperatura demasiado baixa, a coesão era pobre, possivelmente devido a um baixo grau de reticulação, enquanto que uma temperatura muito alta resultou na liberação de gás (provavelmente umidade juntamente com uréia e degradação de proteínas produtos).
A extrusão de dois passos (isto é, onde as cadeias foram primeiro extrudida, granulada, extrudida e, em seguida, novamente), resultou em um produto de extrusão mais homogénea, devido à mistura mais extensa que o primeiro passo de extrusão fornecida.
A coesão massa pobre quando diminuir a concentração de ureia de 15 para 10% em peso foi provavelmente devido a uma densidade de ligação cruzada inferior. Em analogia com isto, uma concentração mais baixa de glicerol, e, assim, uma capacidade inferiorpara dissolver a ureia, resultou em filmes mais pobres, a menos que uma pressão de matriz superior foi aplicada.
Aumentando a concentração de alimentação de crambe, e, portanto, diminuindo a concentração de glúten de trigo, resultaram em um menor grau de formação de agregação / rede. Este reduzido a viscosidade do material no produto de extrusão, o que resulta na necessidade de aumentar a temperatura da fieira a 130 ° C para aumentar a viscosidade e gerar películas homogéneas.
É difícil, se não impossível, para extrudir crambe plastificado em películas de qualidade suficiente para qualquer utilização. Mostramos aqui que isso pode ser superado através da mistura de crambe com uma proteína mais facilmente extrudível como glúten de trigo. Para obter a melhor qualidade, os extrusados precisa estar em um passo separado após a extrusão moldado por compressão.
Mostra-se aqui que a extrusão trabalha numa escala mais pequena, e um escalonamento é susceptível de ser mais exigentes. Extrusão, junto com moldagem por injecção, são os MOSt métodos comerciais importantes para a produção de plásticos. A fim de substituir os plásticos convencionais existentes, é necessário que o material proteico pode ser produzido com as mesmas técnicas 14-16. Mostramos aqui que é possível fazer a extrusão de sementes oleaginosas farinha de crambe, com a ajuda de glúten de trigo.
As aplicações possíveis incluem embalagem e aplicações para vários perfis extrudados (por exemplo, varetas e cilindros). Consideramos que o passo mais crítico durante a preparação das amostras para ser o passo de extrusão. A qualidade final dos filmes dependia fortemente sobre os parâmetros de extrusão e as propriedades do material antes da extrusão.
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |