סרטים שחול של<em> Crambe abyssinica</em> / חיטה גלוטן תערובות
Summary
זרם לוואי מייצור שמן צמח של abyssinica Crambe הגביל ערך. מטרת המחקר הנוכחי הייתה למצוא שיטות לשיחול חומרים המבוססים על הנחל בצד הזה, הוכחת כי מוצרים עם ערך גבוה יותר יכול להיות מיוצר. Extrudates נמצא כבעלי תכונות מבטיחות.
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
בעת שדרוג חומר מתוך ערך נמוך לערך גבוה, בשני נושאים עיקריים צריכים להילקח בחשבון: הסוג של מוצר סופי פוטנציאל (ים) ואת המאפיינים הנדרשים. מחקר זה מתמקד שהחול של פלסטיק מבוסס חלבון לשימוש פוטנציאלי באריזה משתי סיבות. המגוון הנוכחי של חבילות הוא נרחב, אך בקשת חומר אריזה מתחדש מתכלה בעלות הנמוכה גדלה במהירות בעשור האחרון. מגמה זו נראה כי המשך, כבעלים ומחוקקים מותג ביותר מחפשים אפשרויות ליצור פלסטיק מנפט 1. המאפיינים המהותיים הדרושים האריזה, במקרים רבים, תובעניים יותר עבור מוצרי פלסטיק אחרים. עם זאת, אם חומר מוצלח מתקבל, השוק הפוטנציאלי הוא גדול מאוד.
מכולות צריכות למלא מספר הקריטריונים מתאימים. הקריטריונים המדויקים משתנים בהתאם לסוג החבילה, מילוי / איטום מערכות, transport, אחסון, תוכן, מראה, עיצוב מוצר, וכו 'כל הפרמטרים האלה צריכים להיחשב על ידי יזם אריזה, אבל לא הכול יכול להיות בראש סדר העדיפויות בעת ובעונה אחת כאשר ייזום והפיתוח של חומר חדש לא מוכר. המאפיינים בפוקוס למחקר זה היו ההופעות המכנות מכשול.
שחול הוא העיבוד של בחירה משתי סיבות: שחול הוא שיטה נפוצה ויעילה להכנת אריזות פלסטיק, וזה בדרך כלל אינו כרוך ממס, כמו ליהוק פתרון. לפיכך, שום צעד ייבוש נדרש בסוף התהליך 2.
גלוטן חיטה הוא גם חומר זרם לוואי המגיעים עמילן המוצר 3. הוא הוכיח פוטנציאל כמו פלסטיק אריזה במספר מחקרים. למרות זאת, כמה אתגרים להישאר 4. Crambe abyssinica הוא צמח זרעים להפקת שמן מעניין בכך שהוא אינו משאב מזון ניתן לגדל AG רב ושונהתנאי ronomic 5,6. כמו עם גלוטן חיטה, חלבון crambe הוא תוצר לוואי, במקרה הזה, מייצור נפט. זה מתקבל כארוחת crambe נטולה שומן, עם חלבון כמו הרכיב הגדול ביותר. הוא מכיל גם כמות גדולה למדי של תמציות ללא חנקן, כגון פחמימות 7,8 סיבים. יש הארוחה דל יחסית נכסים מלוכדים צריכה להיות מעורבב עם חומר של לכידות גבוהות. במחקר זה, גלוטן החיטה משמש כתוסף תומכת ארוחת crambe. כדי לשפר את הקשיחות / הרחבה של חומר החלבון, plasticizer הוא נפוץ כתוסף גם כן. במחקר זה, גליצרול משמש, שהוא מוצר לוואי של תעשיית הנפט צמח (למשל, דלקים מתיל אסטר זרע אונס) והוא זמין בקלות ובעלות נמוכה 9. אוריאה, גם מתחדש, משמש denaturant כדי לתת extrudate הלכידות הראויות 2,10,11. זה גם יכול לעבוד בתור plasticizer.
חומרים מתחדשיםאלה, במיוחד המשמשים ישירות מהטבע, ללא טיהור, שינוי, או סינתזה כימית, הם, ברוב המקרים, לא מתאימים לטיפול בטמפרטורה גבוהה. האתגר הוא למצוא פרמטרי עיבוד מתאימים ויצירות כי לגרום extrudate עם מאפיינים המאפשרים לה להתחרות עם מוצרים מנפט.
מחקר זה מתמקד באפיון התכונות המכאניות מחסום של חומר ביו מבוסס חדש המופק ארוחת crambe מעובדת עם תוספים שונים בתנאים שונים 12. הפרטים המלאים של תכונות מחסום המכאניות וחמצן נמצאים באל Rasel et. 12.
Protocol
Representative Results
Discussion
הסיבה לחץ למות הייתה בעל חשיבות גבוהה כזה הייתה כנראה בשל העובדה כי החומר דרוש לחץ מסוים על מנת למנוע היווצרות בועה. עם זאת, המרכיבים השונים יכולים שלבו בפני עצמו אם הלחץ היה גבוה מדי. כאשר לשיחול נמוך מדי טמפרטורה, את הלכידות היו עניות, ככל הנראה בשל רמה נמוכה של crosslinking, תוך גבוהה מדי טמפרטורה הביאה לשחרור הגז (כנראה ללחות יחד עם מוצרים פגומים אוריאה וחלבון).
שחול שני הצעד (כלומר כאלה בם גדילים היו ראשונים מעוקמים, pelletized, ולאחר מכן נמתחים שוב) הביאו extrudate הומוגנית יותר בגלל המיזוג הנרחב יותר שהצעד שהחול מספק לראשונה.
לכידות הבצק העניות כאשר ומקטינים את ריכוז האוריאה 15 ל 10% WT היו ככל הנראה בשל צפיפות crosslink נמוכה. באנלוגיה לכך, ריכוז גליצרול נמוך, ובכך יכולת נמוכהלפזר את האוריאה, הביא סרטים עניים אלא אם כן יושם בלחץ למות גבוה.
הגדלת ריכוז ארוחת crambe, ובכך להקטין את ריכוז גלוטן החיטה, הביא תואר תחתון של היווצרות צבירה / רשת. זה הוריד את הצמיגות של החומר extrudate, וכתוצאה מכך את הצורך להעלות את הטמפרטורה למות עד 130 מעלות צלזיוס כדי להעלות את הצמיגות וליצור סרטים הומוגנית.
קשה, אם לא בלתי אפשרי, כדי למתוח crambe הפלסטי לתוך סרטים באיכות מספקת לכל שימוש. ונביא כאן כי זו ניתן להתגבר על ידי ערבוב crambe עם חלבון extrudable בקלות יותר כמו גלוטן חיטה. לקבלת האיכות הטובה ביותר, את extrudates צריך להיות יצוק דחיסה בשלב נפרד לאחר שחול.
זה מוצג כאן כי שחול עובד בקנה מידה קטן יותר, ו upscaling צפוי להיות תובעניים יותר. שחול, יחד עם הזרקה, הם most שיטות מסחריות חשובות לייצור פלסטיק. כדי להחליף פלסטיק קונבנציונלי קיים, יש צורך שחומר החלבון יכול להיות מיוצר עם אותן הטכניקות 14-16. ומביאים כאן כי אפשר extrude ארוחת זרעים להפקת שמן crambe בעזרת גלוטן חיטה.
יישומים אפשריים כוללים אריזה ויישומים עבור פרופילים משוחלים שונים (למשל, מוטות וגלילים). אנו רואים את השלב הקריטי ביותר במהלך תקופת ההכנה של הדגימות כדי להיות צעד שהחול. האיכות הסופית של הסרטים תלויים בחום על הפרמטרים שחלו ואת תכונות החומר לפני שהחול.
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).
