فيلم بثق<em> كرنب abyssinica</em> / القمح الغلوتين الأخلاط
Summary
تيار الجانب من إنتاج الزيوت النباتية من كرنب abyssinica له قيمة محدودة. وكان الغرض من هذه الدراسة هو ايجاد طرق للمواد على أساس هذا التيار الجانب البثق، مما يدل على أن المنتجات ذات قيمة أعلى يمكن أن تنتج. تم العثور على extrudates أن لها خصائص واعدة.
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
عند الترقية مادة من قيمة منخفضة إلى قيمة أعلى، واثنين من القضايا الرئيسية التي ينبغي النظر فيها: نوع من المحتمل المنتج النهائي (ق) والخصائص المطلوبة. وتركز هذه الدراسة على قذف البلاستيك القائم على البروتين لاستخدامها المحتمل في التعبئة والتغليف لسببين. تشكيلة الحالية للحزم واسعة النطاق، ولكن الطلب للمواد التعبئة والتغليف منخفضة التكلفة المتجددة والقابلة للتحلل قد شهدت زيادة سريعة في العقد الماضي. ويبدو أن هذا الاتجاه سيستمر، حيث أن معظم أصحاب العلامات التجارية والمشرعين يبحثون عن خيارات لإنشاء البلاستيك من النفط 1. خصائص المواد اللازمة لالتعبئة والتغليف هي، في كثير من الحالات، أكثر تطلبا من المنتجات البلاستيكية الأخرى. ومع ذلك، إذا تم الحصول على المواد الناجحة، والسوق المحتمل كبير جدا.
مواد التعبئة والتغليف يحتاج إلى تحقيق عدد من المعايير لتكون مناسبة. المعايير الدقيقة تختلف تبعا لنوع من حزمة، وملء / نظم الختم، TRANSPOغ، والتخزين، والمحتوى، والمظهر، وتصميم المنتجات، وما إلى ذلك ينبغي أن تعتبر جميع هذه المعايير من قبل مطور التعبئة والتغليف، ولكن كل شيء لا يمكن أن يكون من الأولويات القصوى في وقت واحد عند الشروع في تطوير مواد جديدة وغير مستكشفة. وكانت الخصائص في التركيز في هذه الدراسة على أداء الميكانيكية وحاجز.
قذف هو طريقة معالجة خيار لسببين: البثق هو طريقة شائعة وفعالة لصنع البلاستيك والتغليف، وعموما لا تنطوي على المذيبات، كما هو الحال في حل الصب. وبالتالي، لا حاجة لخطوة التجفيف في نهاية عملية 2.
الغلوتين من القمح هي أيضا مادة تيار الجانب القادمة من منتج النشا 3. وقد أظهرت المحتملين من البلاستيك التعبئة والتغليف في عدد من الدراسات. على الرغم من ذلك، لا تزال هناك تحديات 4. كرنب abyssinica هو نبات البذور الزيتية مثيرة للاهتمام لأنه ليس الموارد الغذائية ويمكن زراعتها في كثير من آغ مختلفةشروط ronomic 5،6. كما هو الحال مع الغلوتين القمح وبروتين كرنب هو نتيجة ثانوية، في هذه الحالة، من إنتاج النفط. تم الحصول عليها كوجبة كرنب المنزوعة الدهن، مع البروتين والمكون الأكبر. كما أنه يحتوي على كمية كبيرة من مقتطفات خالية من النيتروجين، مثل الكربوهيدرات والألياف 7،8. وجبة لها خصائص متماسكة الفقيرة نسبيا وتحتاج إلى أن يتم مزجه مع مواد من أعلى التماسك. في هذه الدراسة، ويستخدم الغلوتين من القمح كمادة مضافة داعمة لتناول وجبة كرنب. لتحسين المتانة / التمدد للمادة البروتين، يتم استخدام الملدنات عادة كمادة مضافة كذلك. في هذه الدراسة، تم استخدام الجلسرين، الذي هو نتاج جانب صناعة الزيوت النباتية (مثل البذور والاغتصاب الوقود استر الميثيل) وغير متاحة بسهولة وبتكلفة منخفضة 9. واليوريا، وقابلة للتجديد أيضا، يستخدم كأساس ممسخ من أجل إعطاء منبثق تماسك السليم 2،10،11. قد تعمل أيضا بمثابة الملدنات.
المواد المتجددةوخاصة تلك التي تستخدم مباشرة من الطبيعة، من دون تنقية، تعديل، أو التركيب الكيميائي، هي، في معظم الحالات، وليس مناسبة لعلاج ارتفاع درجة الحرارة. ويتمثل التحدي في إيجاد المعلمات معالجة مناسبة والمؤلفات التي تؤدي إلى منبثق مع الخصائص التي تتيح لها منافسة المنتجات من البترول.
وتركز هذه الدراسة على توصيف الخواص الميكانيكية وحاجز من مادة الحيوي القائم الجديدة المنتجة من وجبة كرنب معالجتها مع إضافات مختلفة وفي ظروف مختلفة 12. تم العثور على التفاصيل الكاملة من ميزات حاجز الميكانيكية والأكسجين في Rasel وآخرون. 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
وكان السبب هو الضغط يموت بهذه الأهمية العالية ربما يرجع ذلك إلى حقيقة أن المواد اللازمة ضغط معين لتجنب تشكيل فقاعة. ومع ذلك، يمكن للمكونات المختلفة تخلص منفصل إذا كان الضغط مرتفع جدا. عندما قذف في منخفضة جدا في درجة الحرارة، والتماسك الفقراء، وربما يعود ذلك إلى انخفاض درجة يشابك، في حين أسفرت عالية جدا درجة الحرارة في إطلاق غاز (وربما الرطوبة جنبا إلى جنب مع اليوريا وتدهور البروتين المنتجات).
قذف خطوتين (أي، حيث كانت الخيوط الأولى مقذوف، pelletized، ومن ثم مقذوف مرة أخرى) أسفرت عن منبثق أكثر تجانسا بسبب مزج أكثر اتساعا أن الخطوة الأولى قذف المقدمة.
الفقراء تماسك العجين عندما ينخفض تركيز اليوريا 15-10٪ بالوزن وربما يرجع ذلك إلى انخفاض كثافة تشعبي. قياسا على ذلك، تركيز الجلسرين أقل، وبالتالي قدرة أقلحل اليوريا، وأسفرت عن الأفلام الأكثر فقرا إلا إذا تم تطبيق ارتفاع ضغط يموت.
زيادة تركيز وجبة كرنب، وبالتالي يقلل من تركيز الغلوتين من القمح، أدى إلى انخفاض درجة تشكيل التجميع / شبكة. هذا خفض اللزوجة من المواد في منبثق، مما أدى إلى الحاجة إلى زيادة درجة حرارة يموت إلى 130 درجة مئوية لزيادة اللزوجة وتوليد الأفلام متجانسة.
فمن الصعب، إن لم يكن من المستحيل، قذف كرنب الملدن في الأفلام ذات نوعية كافية عن أي استخدام. نعرض هنا أن هذا يمكن التغلب عليها عن طريق مزج كرنب مع بروتين أكثر extrudable بسهولة مثل الغلوتين من القمح. للحصول على أفضل جودة، تحتاج extrudates أن يكون في خطوة منفصلة بعد قذف مصبوب ضغط.
ويظهر هنا أن قذف يعمل على نطاق أصغر، وترقية من المرجح أن تكون أكثر تطلبا. البثق، جنبا إلى جنب مع حقن صب، هي موسر الطرق التجارية الهامة لإنتاج البلاستيك. من أجل استبدال البلاستيك التقليدية القائمة، فمن الضروري أن المواد البروتين يمكن أن تنتج مع نفس التقنيات 14-16. نعرض هنا أنه من الممكن أن قذف كرنب وجبة البذور الزيتية مع مساعدة من الغلوتين من القمح.
وتشمل التطبيقات الممكنة التعبئة والتغليف والتطبيقات لمختلف التشكيلات مقذوف (على سبيل المثال، قضبان واسطوانات). ونحن نعتبر أن الخطوة الأكثر أهمية خلال إعداد العينات لتكون الخطوة قذف. الجودة النهائية من الأفلام تعتمد بقوة على المعلمات قذف وخواص المادة قبل قذف.
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 | |
References
- 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).
