Den side stream fra planteolie produktion af Crambe abyssinica har begrænset værdi. Formålet med denne undersøgelse var at finde metoder til at ekstrudere materialer baseret på denne sidestrøm, hvilket viser, at der kan fremstilles produkter med en højere værdi. Ekstrudaterne viste sig at have lovende egenskaber.
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.
Når du opgraderer et materiale fra en lav værdi til en højere værdi, har brug for to vigtigste spørgsmål, der skal overvejes: typen af potentielle slutprodukt (er) og de nødvendige egenskaber. Denne undersøgelse fokuserer på ekstrudering af proteinbaserede plast til potentiel anvendelse ved emballering af to grunde. Den nuværende række forskellige pakker er omfattende, men anmodningen om vedvarende og biologisk nedbrydeligt billig emballage er steget hastigt i det seneste årti. Denne tendens ser ud til at fortsætte, da de fleste varemærkeindehavere og lovgivere søger efter muligheder for at skabe plast fra råolie 1. De krævede materialeegenskaber til emballage er i mange tilfælde, mere krævende end for andre plastprodukter. Men hvis der opnås en vellykket materiale, det potentielle marked er meget stort.
Emballagen skal opfylde en række kriterier for at være egnet. De nøjagtige kriterier varierer afhængigt af typen af pakken, påfyldning / tætningssystemer, transport, opbevaring, indhold, udseende, produktdesign, osv Alle disse parametre bør overvejes af en emballage, udvikler, men alle kan ikke være af højeste prioritet på én gang, når indlede udviklingen af et nyt og uudforsket materiale. Ejendommene i fokus for denne undersøgelse var de mekaniske og barriere forestillinger.
Ekstrudering er behandlingen foretrukne metode af to grunde: ekstrudering er en almindelig og effektiv fremgangsmåde til fremstilling af emballering plast, og det generelt involverer ikke et opløsningsmiddel, som i opløsning støbning. Således er der ikke behov tørretrin ved afslutningen af processen 2.
Hvedegluten er også en sidestrøm materiale, der kommer fra et stivelsesprodukt 3. Den har vist potentiale som emballage plast i en række undersøgelser. På trods af dette, nogle udfordringer 4. Crambe abyssinica er en interessant olieholdig plante i at det ikke er føde og kan dyrkes i mange forskellige agronomic forhold 5,6. Som med hvedegluten, crambe protein er et biprodukt, i dette tilfælde, fra olieproduktionen. Det opnås som et affedtet crambe måltid, med protein som den største komponent. Den indeholder også en betydelig mængde nitrogen-fri ekstrakter, såsom kulhydrater og fibre 7,8. Melet har forholdsvis dårlige kohæsive egenskaber og skal blandes med et materiale med højere samhørighed. I denne undersøgelse er hvedegluten anvendes som en støttende additiv til crambe måltid. For at forbedre sejhed / strækbarhed af proteinet materiale, er en blødgører almindeligt anvendt som tilsætningsstof så godt. I denne undersøgelse er glycerol anvendes, som er et biprodukt af anlægget olieindustrien (f.eks rapsolie-methyl-ester brændstoffer) og er let tilgængelige til en lav pris 9. Urinstof, også vedvarende, anvendes som denatureringsmidler for at give ekstrudatet korrekt samhørighed 2,10,11. Det kan også virke som et blødgøringsmiddel.
Vedvarende materialer, Især dem, der bruges direkte fra naturen, uden rensning, ændring eller kemisk syntese, er i de fleste tilfælde, ikke er egnet til høj temperatur behandling. Udfordringen er at finde egnede procesparametre og sammensætninger, der resulterer i en ekstrudat med egenskaber, der gør det muligt at konkurrere med produkter fra råolie.
Denne undersøgelse fokuserer på karakteriseringen af de mekaniske og barriereegenskaber en ny biobaseret materiale fremstillet af crambe måltid behandlet med forskellige additiver og på forskellige vilkår 12. De fuldstændige oplysninger om de mekaniske og ilt barriere funktioner findes i rasel et al. 12.
Grunden matricen presset var af så høj vigtighed skyldtes sandsynligvis det faktum, at materialet kræves en vis pres for at undgå bobledannelse. Imidlertid kunne de forskellige komponenter faseseparere hvis presset var for høj. Når ekstrudering ved for lav en temperatur, at samhørighed var dårlig, muligvis på grund af en lav grad af tværbinding, mens en for høj temperatur resulterede i frigivelse af gas (sandsynligvis fugt sammen med urea og protein nedbrydningsprodukter).
De to trin ekstrudering (dvs. hvor strenge blev først ekstruderet, pelleteret, og derefter ekstruderes igen) resulterede i en mere homogen ekstrudat grund af den mere omfattende blanding, at det første ekstruderingstrin billede.
Den dårlige dej samhørighed ved faldende urinstof koncentration fra 15 til 10 vægt% skyldtes sandsynligvis en lavere tværbindingsdensitet. Analogt til dette, en lavere glycerol koncentration, og dermed en lavere evneat opløse urinstof, resulterede i fattigere film medmindre en højere matrice tryk blev påført.
Forøgelse måltid koncentrationen crambe, og dermed reducere hvedegluten koncentrationen, resulterede i en lavere grad af aggregering / netværksdannelse. Dette sænkede viskositeten af materialet i ekstrudatet, hvilket resulterer i behovet for at øge matricen temperaturen til 130 ° C for at hæve viskositeten og generere homogene film.
Det er svært, hvis ikke umuligt, at ekstrudere blødgjort crambe til film af tilstrækkelig kvalitet til enhver brug. Vi viser her, at dette kan overvindes ved at blande crambe med en lettere ekstruderbar protein som hvedegluten. For den bedste kvalitet, ekstrudaterne skal være kompressionsstøbte i et separat trin efter ekstrudering.
Det vises her, at ekstrudering virker på en mindre skala, og opskalering sandsynligvis være mere krævende. Ekstrudering, sammen med sprøjtestøbning, er MOSt vigtige kommercielle fremgangsmåder til fremstilling af plastmaterialer. For at erstatte eksisterende konventionelle plast, er det nødvendigt, at proteinmaterialet kan fremstilles med de samme teknikker 14-16. Vi viser her, at det er muligt at ekstrudere crambe oliefrø måltid med hjælp af hvedegluten.
Mulige anvendelser omfatter emballage og applikationer til forskellige ekstruderede profiler (fx stænger og cylindre). Vi anser det mest kritiske trin under forberedelsen af prøverne skal være ekstrudering trin. Den endelige kvalitet af filmene afhang stærkt på de ekstruderede parametre og egenskaberne af det før ekstrudering materiale.
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 |