Фильм Экструзия<em> Крамбе abyssinica</em> / Пшеничная клейковина бленды
概要
Боковой поток из растительного добычи нефти крамбе abyssinica имеет ограниченную ценность. Целью этого исследования было найти методы для выдавливания материалов, основанных на этой стороне потока, демонстрируя, что продукты с более высоким значением может быть произведено. Было установлено, что экструдаты имеют перспективные свойства.
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
При обновлении материала от низкого значения к более высокому значению, два основных вопроса необходимо учитывать: тип потенциального конечного продукта (ов) и требуемыми свойствами. Это исследование фокусируется на экструзии на основе белков пластмасс для возможного использования в упаковке по двум причинам. Настоящее разнообразие пакетов является обширным, но просьба о возобновляемых и биоразлагаемых низкой стоимости упаковочного материала резко возросло в последнее десятилетие. Эта тенденция , как представляется, продолжается, так как большинство владельцев брендов и законодатели ищут варианты для создания пластмасс из нефти 1. Требуемые свойства материала для упаковки, во многих случаях, более жесткие, чем для других пластмассовых изделий. Тем не менее, если будет получен успешный материал, потенциальный рынок очень велик.
Упаковочный материал должен выполнить ряд критериев, чтобы быть пригодным. Точные критерии различаются в зависимости от типа упаковки, наполнения / герметизации системы, TranspoRT, хранение, содержание, внешний вид, дизайн продукта и т.д. Все эти параметры должны рассматриваться разработчиком упаковки, но все не может быть наивысшим приоритетом сразу же при начале разработки нового и неизученного материала. Свойства в фокусе для данного исследования были механические и барьерные характеристики.
Экструзия является способ обработки выбора по двум причинам: экструзионные является распространенным и эффективным способом для изготовления упаковки пластмасс, а это, как правило, не включать растворитель, как и в литье из раствора. Таким образом, ни одна стадия сушки не требуется в конце процесса 2.
Клейковина пшеницы также боковой поток материала , поступающего из крахмального продукта 3. Он показал потенциал в качестве упаковочного пластика в ряде исследований. Несмотря на это, некоторые проблемы остаются 4. Крамбе abyssinica является интересным масличный завод в том , что он не является пищевым ресурсом и можно выращивать во многих различных АГronomic условия 5,6. Как и пшеничного глютена, крамбе белок представляет собой побочный продукт, в данном случае, от добычи нефти. Его получают в виде обезжиренной крамбе еды, с белком в качестве самого крупного компонента. Он также содержит значительное количество безазотистых экстрактов, таких как углеводы и волокна 7,8. Пища имеет относительно плохие свойства когезии и должен быть смешан с материалом более высокой когезии. В этом исследовании, клейковина пшеницы используется в качестве поддерживающей добавки к крамбе еды. Для повышения ударной вязкости / растяжимость белкового материала, пластификатор обычно используется в качестве добавки, а также. В этом исследовании, глицерин используется, который является побочным продуктом нефтяной промышленности растений (например, рапс метиловый эфир топлива) и легко доступен по низкой цене 9. Мочевина, также возобновляемый, используется в качестве денатурирующего средства для того , чтобы придать экструдата надлежащее сцепление 2,10,11. Он также может работать в качестве пластификатора.
Возобновляемые материалы, Особенно те, которые используются непосредственно из природы, без дополнительной очистки, модификации или химического синтеза, являются, в большинстве случаев, не подходит для высокотемпературной обработки. Задача состоит в том, чтобы найти подходящие параметры обработки и композиции, которые приводят к экструдата со свойствами, которые позволяют ему конкурировать с продукцией из нефти.
В этом исследовании основное внимание уделяется характеристике механических и барьерных свойств нового биооснове материала , полученного из крамбе еды обработанного с различными добавками и при различных условиях 12. Полные детали механических и кислорода особенности барьерных находятся в Rasel и др. 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
Причина давление мундштук такого высокого значения, вероятно, из-за того, что материал, необходимый определенное давление, чтобы избежать образования пузырьков. Тем не менее, различные компоненты могут фазовому разделению, если давление было слишком высоким. Когда экструдирование при слишком низкой температуре, когезия была плохой, возможно, из-за низкой степени сшивания, в то время как слишком высокая температура приводит к выделению газа (вероятно, влага вместе с мочевиной и деградации белков продуктов).
Два этапа экструзии (т.е. там, где нити были первыми экструдированный, гранулируют, а затем снова выдавливается) привело к более однородной экструдата из-за более обширного смешивания , что первый этап экструзии при условии.
Плохое тесто сцепления при уменьшении концентрации мочевины от 15 до 10% масс, вероятно, связано с более низкой плотностью сшивки. По аналогии с этим, более низкую концентрацию глицерина, и, таким образом, более низкую способностьдля растворения мочевины, привело к более бедным фильмов, если не было применено более высокое давление умирают.
Повышение концентрации муки крамбе, и, таким образом, уменьшая концентрацию пшеничного глютена, приводит к более низкой степени формирования агрегации / сети. Это снизило вязкость материала в экструдата, что приводит к необходимости увеличения температуры кристалла до 130 ° C для повышения вязкости и генерировать однородные пленки.
Это трудно, если не невозможно, чтобы выдавить пластифицированного крамбе в виде пленок достаточно высокого качества для любого использования. Здесь мы покажем, что это можно преодолеть путем смешивания крамбе с более легко экструдируемый белка как глютена пшеницы. Для достижения наилучшего качества, экструдаты должны быть формуют под давлением в отдельной стадии после экструзии.
Здесь показано, что экструзия работает в меньшем масштабе, и экстраполяция, вероятно, будет более сложным. Экструзия, наряду с литьем под давлением, являются МОСт важные коммерческие методы производства пластмасс. Для того чтобы заменить существующих обычных пластмасс, необходимо , чтобы белковый материал может быть получен с такими же методами 14-16. Здесь мы покажем, что можно выдавить крамбе шрота с помощью пшеничной клейковины.
Возможные области применения включают упаковку и приложения для различных экструдированных профилей (например, стержней и цилиндров). Мы считаем наиболее важным шагом в процессе подготовки образцов быть стадии экструзии. Окончательное качество пленок сильно зависит от параметров экструзии и свойств материала до экструзии.
開示
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 | |
参考文献
- Aeschelmann, F., Carus, M. . Bio-based building blocks and polymers in the world. Capacities, production and applications: Status quo and trends towards 2020. , (2015).
- Türe, H., Gällstedt, M., Kuktaite, R., Johansson, E., Hedenqvist, M. S. Protein network structure and properties of wheat gluten extrudates using a novel solvent-free approach with urea as a combined denaturant and plasticizer. Soft Matter. 7, 9416-9423 (2011).
- Belyea, R. L., Steevens, B. J., Restrepo, R. J., Clubb, A. P. Variation in Composition of By-Product Feeds. J. Dairy. Sci. 72 (9), 2339-2345 (1989).
- Gómez-Estaca, J., Gavara, R., Catalá, R., Hernández-Muñoz, P. The potential of proteins for producing food packaging materials: A review. Packag. Technol. Sci. , (2016).
- Lazzeri, L., Leoni, O., Conte, L. S., Palmieri, S. Some technological characteristics and potential uses of Crambe abyssinica products. Ind. Crops and Prod. 3, 103-112 (1994).
- Lalas, S., Gortzi, O., Athanasiadis, V., Dourtoglou, E., Dourtoglou, V. Full Characterisation of Crambe abyssinica Hochst Seed Oil. J. Am. Oil Chem. Soc. 89, 2253-2258 (2012).
- Carlson, K. D., Tookey, H. L. Crambe Meal as a Protein Source for Feeds. J. Am. Oil Chem.Soc. 60, 1979-1985 (1983).
- Massoura, E., Vereijken, J. M., Kolster, P., Derksen, J. T. Proteins from Crambe abyssinica oilseed. II. Biochemical and functional properties. J. Am. Oil Chem. Soc. 75, 323-335 (1988).
- Quispea, C. A. G., Coronadoc, C. J. R., Carvalho, J. A. Glycerol: Production, consumption, prices, characterization and new trends in combustion. Renew. Sust. Energ. Rev. 27, 475-493 (2013).
- Kuktaite, R., Plivelic, T. S., Türe, H., Hedenqvist, M. S., Gällstedt, M., Marttila, S., Johansson, E. Changes in the hierarchical protein polymer structure: urea and temperature effects on wheat gluten films. RSC Advances. 2, 11908-11914 (2012).
- Bennion, B. J., Daggett, V. The molecular basis for the chemical denaturation of proteins by urea. Proc.Natl.Acad.Sci. 100, 5142-5147 (2003).
- Rasel, H., Johansson, T., Gällstedt, M., Newson, W., Johansson, E., Hedenqvist, M. S. Development of bioplastics based on agricultural side-stream products: Film extrusion of Crambe abyssinica/wheat gluten blends for packaging purposes. J. Appl. Polym. Sci. 133, 42442 (2016).
- Appelqvist, L. -. &. #. 1. 9. 7. ;. Further studies on a multisequential method for determination of oil content in oilseeds. J. Am. Oil Chem. Soc. 44, 209-214 (1967).
- Verbeek, C. J. R., van den Berg, L. E. Extrusion Processing and Properties of Protein-Based Thermoplastics. Macromol. Mater. Eng. 295, 10-21 (2010).
- Ralston, B. E., Osswald, T. A. Viscosity of Soy Protein Plastics Determined by Screw-Driven Capillary Rheometry. J Polym. Environ. 16, 169-176 (2008).
- Nur Hanani, Z. A., Beatty, E., Roos, Y. H., Morris, M. A., Kerry, J. P. Manufacture and characterization of gelatin films derived from beef, pork and fish sources using twin screw extrusion. J. Food Eng. 113, 606-614 (2012).
