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).

HINWEIS: Crambe Samen (Sorte Galactica) wurden von der Plant Research International, Wageningen, Niederlande geliefert. Öl wird aus den Samen durch das Verfahren von Appelqvist 13 extrahiert. Sowohl die crambe Mehl und Weizengluten wurden bei -18 ° C bis zur weiteren Verwendung gelagert. 1. Teigzubereitung <ol><li> Siebung crambe <ol><li> Sieb die crambe Mahlzeit mit einem runden, feinmaschigen Edelstahl Küchensieb (Porengröße: ~ 1,5 mm, 14 mesh), große Faserfraktionen und ungebrochenem Samen zu entfernen. Lagern Sie das gesiebte Mehl bei -18 ° C zu Materialalterung zu verhindern. </li></ol></li><li> Fräsen crambe <ol><li> Um die Partikelgröße zu reduzieren und machen das Material homogener, Mühle das gesiebte crambe Mahlzeit in einer Rotationskugelmühle. </li><li> Mühle 250 g crambe Mahlzeit jedes Mal in einem 7 L Glas mit 21 bis 25 mm Durchmesser Keramikkugeln eine 53 Umdrehungen pro Minute jar Umdrehungsgeschwindigkeit und eine Mahldauer von 24 Stunden verwendet wird. </li></ol></li><li><strong&gt; Anlage <ol><li> Vor der weiteren Verarbeitung bedingen alle Kugelmühle gemahlen crambe Mehl und Weizengluten Pulver in offenen Gläsern für mindestens 48 Stunden bei 23 ° C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50% in einem klimatisierten Raum. </li></ol></li><li> Beim Vermischen der Komponenten <ol><li> Grind der Harnstoff-Pulver (gespeichert in einem geschlossenen Becher bei Umgebungsbedingungen) zu feinen Teilchen mit einem Mörser und Stößel. </li><li> Mischung Harnstoff und Glycerin (25,5 g Glycerin und 15 g Harnstoff pro 100 g der Endmischung). <ol><li> Erhitzen Sie das Glycerin auf 65 ° C in einem Glaskolben in einem Ölbad und fügen Sie langsam das Harnstoffpulver. </li><li> Rühren Sie die Mischung mit einem Magnetrührer bei 65 ° C, bis der Harnstoff-Pulver vollständig gelöst ist. </li></ol></li></ol></li><li> Das Mischen der crambe und Weizengluten <ol><li> Mischen Sie die crambe Mahlzeit Pulver und Weizengluten Pulver in einer Küche Mischmaschine für 5 min. Beispielsweise für eine 60/40 (w / w) crambe / g WeizenLuten Verhältnis verwenden 35,7 g crambe Mehl und 23,8 g Weizengluten pro 100 g der Endmischung. </li></ol></li><li> Mischen Glycerin / Harnstoff mit crambe / Weizengluten <ol><li> Langsam fügen Sie das Glycerin / Harnstoff-Mischung Maschine zum crambe / Weizengluten Mischung in der Küche mischen, während die Mischung gerührt wurde. Nach ca. 2 min Mischen, bis eine homogene Masse entsteht. Bereiten 500 g der Mischung jedes Mal. </li><li> Für das Material mit 60/40 (w / w) crambe und Weizengluten, verwenden Sie die folgenden relativen Anteile der jeweiligen Bestandteile: 35,7 g crambe Mehl, 23,8 g Weizengluten, 25,5 g Glycerin und 15 g Harnstoff ( pro 100 g). Bei den beiden anderen Materialkombinationen (dh 70/30 und 80/20), ändern nur die crambe und Weizengluten Inhalt. Halten Sie die Glycerin und Harnstoff Inhalte die gleichen wie in der 60/40 Kombination. </li></ol></li></ol> 2. Folienextrusion <ol><li> Niedertemperaturprofil &lt;ol&gt; <li> Führen der Folienextrusion in einem Doppelschneckenextruder. Set Zonen 1-10 (jeweils 80 mm lang) entlang des Extruderzylinders auf einem niedrigen Temperaturprofil (in der Folge &quot;low-T-Profil&quot; bezeichnet wird), wie folgt: 75-75-75-80-80-80-80-85 -85-85 ° C. Dies verhindert, dass das Weizengluten in den Lauf von Vernetzung. </li><li> Verwenden Sie eine Breitschlitzdüse (45 mm x 0,7 mm), um die Filme zu extrudieren. </li><li> Wählen Sie eine Schneckendrehzahl von 30 Umdrehungen pro Minute und 200 Umdrehungen pro Minute und notieren Sie den Düsendruck. </li><li> Führen Sie den Teig von Hand durch den Trichter mit Hilfe eines hölzernen Schieber den Materialfluss zu den Schrauben zu unterstützen. </li><li> An der Düse, hebe das Extrudat mit einem Förderband mit einer Geschwindigkeit von 2,0 m / min betrieben wurde. Setzen Belüftung Kühlung (Lüfter) entlang des Bandes. </li><li> Laufen verschiedene Düsentemperaturen (105 ° C- (105 ° C), 110 ° C- (110 ° C), 125 ° C- (115 ° C), 130 ° C- (120 ° C) und 140 ° C- (125 ° C)), um die Bedingungen zu wählen, die die glatte extruda gebente mit einer minimalen Menge an Hohlräumen. HINWEIS: Die Werte in den Klammern entsprechen der Temperatur in der Zone 11 neben der Düse. Es wird eingestellt, um die Zieltemperatur in der Düse zu erreichen. </li><li> Nach der Extrusion, lagern die Stränge in verschlossenen Polyethylenbeutel bis zur weiteren Verarbeitung oder Analyse, um das Altern und atmosphärische Wasseraufnahme zu verhindern. </li></ol></li><li> Folienextrusion des Hochtemperaturprofils unter Verwendung <ol><li> Extrudieren Filme, wie in Abschnitt 2.1 beschrieben, aber eine Hochtemperaturprofil verwenden (nachfolgend &quot;high-T-Profil&quot; genannt), wie folgt: 85-85-85-100-100-100-110-110-120-120-120 ° C für die Zonen 1 bis 11 des Extruders. </li><li> Verwenden Düsentemperaturen von 125 ° C und 130 ° C. </li></ol></li><li> Folienextrusion nach Pelletierung <ol><li> Um Pellets zu erhalten, extrudieren, das Material als kontinuierliche Stränge im Extruder ein Zweistrang-Matrize verwendet wird. <ol><li> Verwenden Sie die Low-T-Profil für die Extruder barrel, wie oben beschrieben, und eine 60-min-Schneckendrehzahl. </li><li> Verwenden verschiedene Die- (Zone 11), Temperaturen (130 ° C- (125 ° C), 125 ° C- (115 ° C), 105 ° C- (100 ° C) und 85 ° C (85 ° C) ) die Stränge mit den weichsten Oberflächen zu erhalten. </li></ol></li><li> Pelletierung <ol><li> Nach dem Passieren des Förderbandes (das Band nach dem Extruder liegt das Material aus dem Extruder zu füttern hilft), füttern die Stränge in einem Granulator mit einer Schnittgeschwindigkeit von m / min 7 betrieben. </li></ol></li><li> Folienextrusion aus den Pellets <ol><li> Futtermittel die Pellets manuell in den Extruder und Extrudieren-Filme mit dem Nieder T-Profil innerhalb des Zylinders und mit einer 125 ° C- (115 ° C) Breitschlitzdüse Temperatur. Verwenden Sie eine Schraube Drehgeschwindigkeit von 30 Umdrehungen pro Minute. </li></ol></li></ol></li><li> Folienextrusion volumetrische Dosieranlagen mit <ol><li> Um die automatische Zuführung zu simulieren (üblicherweise in der Industrie verwendet wird), EinsatzDie Pellets zuvor bei 85 ° C (Schritte 2.3.1-2.3.2.1) extrudiert. </li><li> Schließen Sie die Zuführung in den Extruder und wählen Sie den Meßbeschickungsvorrichtung Modus des Trichters. </li><li> Verwenden Sie ein Fördervolumen von 35 kg / h und Trichter und Extruderschneckengeschwindigkeiten von 16 bis 120 Umdrehungen pro Minute auf. </li><li> Extrudieren mit dem Niedertemperaturprofil des Zylinders und mit einem Die- (Zone 11) Temperatur von 125 ° C- (115 ° C). </li></ol></li></ol> 3. Post-Extrusionsverfahren (Compression Molding) <ol><li> Durch Drücken mit dem Rahmen <ol><li> Für die erste Einrichtung, schneiden zwei Stränge in Stücke von 4,4 cm x 7,0 cm und 2,6 cm x 7,0 cm. ANMERKUNG: Dies ist erforderlich, da der Rahmen breiter als die Extrudate ist. </li><li> Legen sie nebeneinander in einem rechteckigen Aluminiumrahmen (70 x 70 x 0,5 mm 3). </li><li> Sandwichartig den Rahmen zwischen zwei Aluminiumplatten Poly (ethylenterephthalat) unter Verwendung von (PET) Filme auf beiden Seiten Adhäsion zu verhindern, und dannlegen Sie sie in die Presse. </li><li> Stellen Sie die Manometer an der Presse auf 200 oder 400 bar. </li><li> Für jede Formdruck, drücken Sie die Filme mit einer Plattentemperatur von 110, 120 und 130 ° C für 10 und 20 Minuten. </li><li> Als Hinweis auf die vorge extrudierten Proben, drücken Sie Filme aus nicht extrudierten Material. Zentrum 7,2 g frisches Material (aus dem Abschnitt 1.6) im Aluminium-Rahmen. </li><li> Presse mit den gleichen Parametereinstellungen wie für die pre-extrudierte Folien oben (Schritte 3.1.4- 3.1.5). </li></ol></li><li> Pressen ohne Rahmen <ol><li> Ausschneiden und Sandwich rechteckigen Proben (4,4 cm x 4,4 cm) zwischen zwei Aluminiumplatten mit PET-Folien auf beiden Seiten Haftung zu verhindern. </li><li> Legen Sie sie in die Presse. Stellen Sie die Manometer bis 50 bar, 75 bar oder 100 bar. </li><li> Für jede Formdruck, Pressfolien für 5 oder 10 min unter Verwendung von 110 ° C, 120 ° C und 130 ° C Plattentemperatur. </li></ol></li></ol>

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Die Methoden und die Ergebnisse wurden bisher als einem Artikel von Rasel et al. 5.

Der Grund, der Düsendruck von so hoher Bedeutung war, wahrscheinlich aufgrund der Tatsache, dass das Material ein bestimmter Druck erforderlich Blasenbildung zu vermeiden. Jedoch könnten die verschiedenen Komponenten Phasentrennung, wenn der Druck zu hoch war. Wenn bei einer zu niedrigen Temperatur extrudiert wird, war der Zusammenhalt gering, möglicherweise aufgrund eines niedrigen Vernetzungsgrad, während eine zu hohe Temperatur in der Freisetzung von Gas geführt (wahrscheinlich mit Harnstoff und Protein-Abbauprodukte Feuchtigkeit zusammen). Das zweistufige Extrusion (dh wo Stränge wurden zunächst extrudiert, pelletiert und dann erneut extrudiert) führte zu einer homogeneren Extrudat wegen der umfangreicheren Misch , dass die erste Extrusionsschritt zur Verfügung gestellt. Der arme Teig Zusammenhalt, wenn die Harnstoffkonzentration von 15 auf 10 Gew% Abnahme war wahrscheinlich aufgrund einer geringeren Vernetzungsdichte. In Analogie dazu wird ein geringer Glycerinkonzentration und damit eine geringere Fähigkeitdie Harnstoff, führte in den ärmeren Schichten aufzulösen, es sei denn eine höhere Düsendruck aufgebracht wurde. Erhöhen der crambe meal Konzentration und damit die Verringerung der Weizenglutenkonzentration resultierte in einem geringeren Grad der Aggregation / Netzwerkbildung. Dies verringert die Viskosität des Materials in dem Extrudat, in der Notwendigkeit, sich ergeb die Düsentemperatur auf 130 ° C zu erhöhen, um die Viskosität und erzeugen homogene Filme zu erhöhen. Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, plastifizierte crambe zu Folien von ausreichender Qualität für die weitere Verwendung zu extrudieren. Wir zeigen hier, dass diese crambe durch Mischen überwunden werden kann, mit einer leicht extrudierbare Protein wie Weizengluten. Für die beste Qualität, müssen die Extrudate kompressionsgeformt in einem separaten Schritt nach der Extrusion zu sein. Es wird hier gezeigt, dass die Extrusion in einem kleineren Maßstab funktioniert, und Upscaling ist wahrscheinlich anspruchsvoller zu sein. Extrusion, zusammen mit dem Spritzgießen sind die most wichtige kommerzielle Verfahren zur Herstellung von Kunststoffen. Um bestehende herkömmliche Kunststoffe zu ersetzen, ist es notwendig , dass das Proteinmaterial mit den gleichen Techniken , 14-16 hergestellt werden kann. Wir zeigen hier, dass es möglich ist crambe oilseed Mahlzeit mit Hilfe von Weizengluten zu extrudieren. Mögliche Anwendungen sind Verpackungen und Anwendungen für verschiedene extrudierte Profile (zB Stäbe und Zylinder). Wir betrachten die kritischste Schritt bei der Herstellung der Proben der Extrusionsschritt zu sein. Die endgültige Qualität der Filme hing stark von den Extrusionsparametern und den Eigenschaften des Materials vor der Extrusion.

Wenn ein Material von einem niedrigen Wert auf einen höheren Wert aktualisieren, müssen zwei Hauptfragen berücksichtigt werden: die Art der möglichen End-Produkt (e) und die geforderten Eigenschaften. Diese Untersuchung konzentriert sich auf die Extrusion von Protein-basierten Kunststoffe für mögliche Verwendung in Verpackungen aus zwei Gründen. Die vorliegende Vielzahl von Paketen ist umfangreich, aber der Antrag auf erneuerbare und biologisch abbaubare Low-Cost-Verpackungsmaterial hat in den letzten zehn Jahren rapide zugenommen. Dieser Trend scheint sich fortzusetzen, da die meisten Markenartikler und Gesetzgeber für Optionen suchen Kunststoffe aus Erdöl 1 zu schaffen. Die erforderlichen Materialeigenschaften für die Verpackung sind, in vielen Fällen anspruchsvoller als für andere Kunststoffprodukte. Wenn jedoch ein erfolgreiches Material erhalten wird, ist der potentielle Markt sehr groß. Verpackungsmaterial muss eine Reihe von Kriterien zu erfüllen, geeignet sein. Die genauen Kriterien unterscheiden sich nach der Art der Verpackung abhängig, Füll- / Versiegelungssysteme, transport, Lagerung, Inhalt, Aussehen, Produkt - Design, etc. Alle diese Parameter sollten von einem Verpackungsentwickler in Betracht gezogen werden, aber alle können nicht auf einmal von höchster Priorität sein , wenn die Entwicklung eines neuen und unerforschten Material zu initiieren. Die Eigenschaften im Fokus für diese Studie waren die mechanischen und Barriereeigenschaften. Extrusion ist das Verarbeitungsverfahren der Wahl aus zwei Gründen: Extrusion ist eine häufige und effizientes Verfahren zum Verpacken Kunststoffe machen, und es ist im Allgemeinen kein Lösungsmittel beinhalten, wie es in Lösungsgießen. Somit wird kein Trocknungsschritt am Ende des Verfahrens 2 benötigt. Weizengluten ist auch ein Seitenstrom Material aus einem 3 - Produktstärke kommen. Es hat sich als Verpackungs Kunststoff in einer Reihe von Studien Potential gezeigt. Trotzdem bleiben einige Herausforderungen 4. Krambe ist eine interessante Ölpflanze, dass es nicht eine Nahrungsquelle und kann in vielen verschiedenen ag angebaut werdenronomic Bedingungen 5,6. Wie bei Weizengluten ist crambe Protein ein Nebenprodukt, in diesem Fall aus der Ölproduktion. Es wird als ein entfettetes crambe Mahlzeit erhalten wird, mit dem Protein als größte Komponente. Es enthält auch eine beträchtliche Menge an stickstofffreien Extrakten, wie Kohlenhydrate und Faser 7,8. Die Mahlzeit hat relativ schlechte Kohäsionseigenschaften und muss mit einem Material höherer Kohäsions vermischt werden. In dieser Studie, Weizengluten wird als unterstützende Zusatzstoff zur crambe Mahlzeit verwendet. Um die Zähigkeit / Dehnbarkeit des Proteinmaterials zu verbessern, wird ein Weichmacher üblicherweise als Additiv zum Einsatz. In dieser Studie wird Glycerin verwendet, das ein Nebenprodukt der Pflanzenölindustrie (beispielsweise Rapsmethylester fuels) und ist bei niedrigen Kosten 9 leicht verfügbar. Harnstoff, auch erneuerbare, als Denaturierungsmittel verwendet wird , um das Extrudat den richtigen Zusammenhalt 2,10,11 zu geben. Es kann auch als Weichmacher wirken. Nachwachsende Rohstoffe, Insbesondere diejenigen, die direkt aus der Natur verwendet werden, ohne Reinigung, Modifizierung oder chemische Synthese, sind in den meisten Fällen nicht geeignet für Hochtemperaturbehandlung. Die Herausforderung besteht darin, geeignete Verarbeitungsparameter und Zusammensetzungen zu finden, die mit den Eigenschaften in einem Extrudat führen, dass es mit Produkten aus Erdöl konkurrieren können. Diese Studie konzentriert sich auf die Charakterisierung der mechanischen und Barriereeigenschaften eines neuen biobasierten Material aus crambe Mahlzeit mit verschiedenen Zusätzen und bei unterschiedlichen Bedingungen 12 verarbeitet hergestellt. Die vollständigen Einzelheiten der mechanischen und Sauerstoffbarriereeigenschaften sind in Rasel et al. 12.

<table><tbody><tr><td>Crambe meal</td><td>Plant Research International</td><td></td><td>Defatted crambe meal, Residual from oil extraction of cultivar Galactica seeds</td></tr><tr><td>Wheat gluten</td><td>Lantm&amp;auml;nnen Reppe AB</td><td></td><td>It contains 77% (w/w) gluten, 8.1% (w/w) starch and 1.34% (w/w) fat.</td></tr><tr><td>Glycerol</td><td>Karlshamn Tefac AB</td><td>99.5% purity</td><td></td></tr><tr><td>Urea</td><td>Sigma Aldrich</td><td>purity &amp;ge; 99.5%</td><td></td></tr><tr><td>The dough</td><td></td><td></td><td>(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.</td></tr><tr><td>Round, fine meshed stainless steel kitchen sieve (pore size: ~1.5&amp;nbsp;mm, 14 mesh)</td><td></td><td></td><td>Sieve the crambe meal</td></tr><tr><td>Rotary ball mill</td><td>Pascal Engineering</td><td></td><td>Milling crambe/The volume of the mill house is 7 L and it contained 215 ceramic balls, each with a diameter of 25&amp;nbsp;mm.</td></tr><tr><td>Mortar and pestle</td><td></td><td></td><td>Grinding urea</td></tr><tr><td>Kitchen machine Cloer 660</td><td>Cloer</td><td></td><td>Blending crambe and wheat gluten</td></tr><tr><td>Twin-screw extruder Type LTE20-48</td><td>Labtech Engineering LTD</td><td></td><td>Compounding and film extrusion</td></tr><tr><td>Flat sheet die</td><td></td><td></td><td>Produce extruded flat films with a cross-section of 45 mm x 0.7 mm</td></tr><tr><td>Air Cooling Conveyor Unit type LAC-2.6</td><td>Labtech Engineering LTD</td><td></td><td>Used in the extrusion</td></tr><tr><td>Pelletizer Type LZ-120</td><td>Labtech Engineering LTD</td><td></td><td>Making pellets</td></tr><tr><td>Polystat 200T Hot Press&amp;nbsp;</td><td>Servitec Machine GmbH</td><td></td><td>Hot press to press extrudates</td></tr></tbody></table>

film extrusion of crambe abyssinica/wheat gluten blends

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 &#176;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.

Die vermischten Materialien (60 Gew% crambe Mehl und 40 Gew% Weizengluten) führte zu einem zähen Teig nach der ersten Mischvorgang. Das Material wurde für einige Minuten vor der ersten Extrusions ruhte. Jedoch hatte der Teig eine zu hohe Viskosität der Lage sein, in den Extrudertrichter in einer regelmäßigen Weise zugeführt zu werden. Daher wurde Stück-für-Stück zugeführt wird, direkt in die Schraube. Die Schnecken hatten einen konstanten Geschwindigkeit, und der resultierende Film Extrudat war kontinuierlich und hatte eine optisch glatte Oberfläche. Ein Beispiel für eine extrudierte Folie ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Düsendruck und die Temperatur wurden die beiden wichtigsten Verfahrensparameter zu steuern, um erwiesen homogenen und glatten Film Extrudate zu erhalten. Zu einer Düsentemperatur niedrig, typischerweise unter 110 ° C, ergab keine kontinuierlichen Film Extrudate, während eine Temperatur von über 130 ° C in th resultiertee Bildung von Blasen in dem Material. Die am besten geeignete Düsentemperatur homogene und glatte Filme zu erhalten, wurde um 125 ° C erwiesen. Um die homogensten Extrudate zu erhalten, ein zweistufiges Verfahren wurde als vorteilhaft herausgestellt, wobei in dem ersten Schritt Stränge bei einer niedrigeren Temperatur extrudiert wurden (typischerweise 85 ° C) und granuliert. Die Pellets wurden dann im zweiten Extrusionsschritt in den Trichter zugeführt. Wenn der Harnstoffgehalt von 15 bis 10 wt% 12 verringert wurde, verringerte sich der Zusammenhalt des Teiges im wesentlichen, in einem pulverförmigen Material ergibt; kein kontinuierlicher Film konnte 12 extrudiert werden. Wenn die Glycerinkonzentration (mit 15 Gew% zurückgehalten harnstoff) verringert wurde, wurde der Teig gefunden spröder zu sein, und der Harnstoff in der Glycerin nicht vollständig auflösen. Auch ist eine erheblichhöhere Düsendruck war erforderlich, homogene Filme zu bekommen. Allerdings wurden diese Filme mit einem höheren Glyceringehalt sein glatter und homogener als die gefunden. Wenn die crambe Mahlzeit Pulverkonzentration zu erhöhen und die Weizengluten - Konzentration abnimmt, zeigten sich die extrudierten Folien dunkler, aber auch glatter und homogener 5. Die Vorschubgeschwindigkeit könnte auch 12 erhöht werden. Der Nachteil war, dass die Filme nur zum Teil kontinuierlich waren, und erschien Film Brüche ein paar Meter voneinander entfernt. Wenn jedoch die Formtemperatur auf etwa 130 ° C steigt, könnte kontinuierliche Filme hergestellt werden, wenn auch mit einigen Entfärbungen 12. Druckformen ohne Rahmen ergab dünn (Dicke: 0,1-0,2 mm) Filme , die waren sehr flexibel und durchscheinend (Abbildung 2). <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = &quot;1&quot;&gt; Je nachdem , wie die Stränge gemacht wurden und was sie enthalten sind , lag die Steifigkeit von 4,9 bis 5,6 MPa und der Stärke von 0,3 bis 0,7 MPa, während die Dehnbarkeit von 7 bis 16% 12 reichte. Die entsprechenden Werte für die Extrudate nach dem Preßformen waren 6,4-15,0 MPa, 0,3 bis 1,1 MPa, und 8-19% 5. Einzelheiten der mechanischen Messungen werden in Bezug auf 12 gegeben. 64 mm lange Proben wurden hantel Zugversuch gemäß ASTM D882-02 bei 23 ± 1 ° C und 50 ± 1% RH, mit einer Traversengeschwindigkeit von 10 mm / min. Abbildung 3 zeigt die Bedeutung des Extrudierens crambe mit der Zugabe von Weizengluten. Die Festigkeit, insbesondere die Dehnbarkeit, nahm mit Weizenglutengehalt abnimmt. Die Sauerstoffdurchlässigkeit betrug 17 bis 39 cm 3 mm / (Tag m 2 atm), je nach Zusammensetzung und ob ein Kompressionsformschritt (mit einem Rahmen) verwendet wurde oder nicht. Abbildung 1: Strangmaterial. Extrudierte Film mit einer Düsentemperatur von 130 ° C verwendet wird. Es enthält 35,7 Gew% Crambe, 23,8 wt% Weizengluten, 25,5 Gew% Glycerin und 15 Gew% Harnstoff. Die Breite des Films beträgt 44 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig2.jpg" /> Abbildung 2: Pressfolien. Extrudiertem Material druckgeformt, ohne Rahmen, in dünne, durchscheinende Filme mit einer 130 ° C Presstemperatur für 10 min bei 75 bar mit. Die flachen und faltig Filme sind aus dem gleichen Material. Die Breite der linken Film ist ~ 17 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig2large.jpg" target="_blank">bitte klicken</a>hier, um eine größere Version dieser Figur sehen. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig3.jpg" /> Abbildung 3: Mechanische Eigenschaften in Abhängigkeit von crambe Inhalt. Maximale Beanspruchung (ausgefüllte Kreise) und Dehnung bei maximaler Beanspruchung (offene Kreise) als Funktion der crambe Gehalt im crambe / wheat gluten-Gemisch. Die Fehlerbalken stellen die Standardabweichungen. Die maximale Spannung wurde von der maximalen Kraft pro anfänglichen Probenquerschnitt des schmalen Teils der Hantelprobe (schmale Abschnitt: 16 mm lang und 4 mm breit) erhalten. Das Tieftemperaturprofil wurde mit einer Anfangsformtemperatur von 125 ° C und eine Zone 11 Temperatur von 115 ° C verwendet. Die Schneckendrehzahl betrug 30 UpM, und die Extrusion wurde ohne vorherige Granulierung durchgeführt. Die Daten aus Referenz 12 erhalten. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken sie</a>e eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

Der Seitenstrom aus Pflanzenölproduktion von Krambe hat begrenzte Wert. Das Ziel dieser Studie war es, Methoden zu finden Materialien auf der Basis dieser Seitenstrom extrudiert, dass können Produkte mit einem höheren Wert zeigt, hergestellt werden. Die Stränge wurden zu haben vielversprechende Eigenschaften gefunden.

Folienextrusion von<em&gt; Krambe</em&gt; / Weizen-Gluten-Mischungen

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 ...

film-extrusion-of-crambe-abyssinicawheat-gluten-blends

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

9.9K Aufrufe.  SIG Combibloc.  Der Seitenstrom aus Pflanzenölproduktion von Krambe hat begrenzte Wert. Das Ziel dieser Studie war es, Methoden zu finden Materialien auf der Basis dieser Seitenstrom extrudiert, dass können Produkte mit einem höheren Wert zeigt, hergestellt werden. Die Stränge wurden zu haben vielversprechende Eigenschaften gefunden. 

Serie: Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

High-throughput Screening of Carbohydrate-degrading Enzymes Using Novel Insoluble Chromogenic Substrate Assay Kits

Carbohydrates active enzymes (CAZymes) have multiple roles in vivo and are widely used for industrial processing in the biofuel, textile, detergent, paper and food industries. A deeper understanding of CAZymes is important from both fundamental biology and industrial standpoints. Vast numbers of CAZymes exist in nature (especially in microorganisms) and hundreds of thousands have been cataloged and described in the carbohydrate active enzyme database (CAZy). However, the rate of discovery of putative enzymes has outstripped our ability to biochemically characterize their activities. One reason for this is that advances in genome and transcriptome sequencing, together with associated bioinformatics tools allow for rapid identification of candidate CAZymes, but technology for determining an enzyme's biochemical characteristics has advanced more slowly. To address this technology gap, a novel high-throughput assay kit based on insoluble chromogenic substrates is described here. Two distinct substrate types were produced: Chromogenic Polymer Hydrogel (CPH) substrates (made from purified polysaccharides and proteins) and Insoluble Chromogenic Biomass (ICB) substrates (made from complex biomass materials). Both CPH and ICB substrates are provided in a 96-well high-throughput assay system. The CPH substrates can be made in four different colors, enabling them to be mixed together and thus increasing assay throughput. The protocol describes a 96-well plate assay and illustrates how this assay can be used for screening the activities of enzymes, enzyme cocktails, and broths.

A high-throughput assay for enzyme screening is described. This multiplexed ready-to-use assay kit comprises of pre-chosen Chromogenic Polymer Hydrogel (CPH) substrates and complex Insoluble Chromogenic Biomass (ICB) substrates. Target enzymes are polysaccharide degrading endo-enzymes and proteases.

Hochdurchsatz-Screening von Kohlenhydrat-abbauenden Enzymen Neuartige Unlöslich chromogenen Assays Kits

Carbohydrates active enzymes (CAZymes) have multiple roles in vivo and are widely used for industrial processing in the biofuel, textile, detergent, paper ...

Forschung

Biochemie

Method to Produce Durable Pellets at Lower Energy Consumption Using High Moisture Corn Stover and a Corn Starch Binder in a Flat Die Pellet Mill

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National Laboratory, a high-moisture pelleting process was developed to reduce the drying cost. In this process the biomass pellets are produced at higher feedstock moisture contents than conventional methods, and the high moisture pellets produced are further dried in energy efficient dryers. This process helps to reduce the feedstock moisture content by about 5-10% during pelleting, which is mainly due to frictional heat developed in the die. The objective of this research was to explore how binder addition influences the pellet quality and energy consumption of the high-moisture pelleting process in a flat die pellet mill. In the present study, raw corn stover was pelleted at moistures of 33, 36, and 39% (w.b.) by addition of 0, 2, and 4% pure corn starch. The partially dried pellets produced were further dried in a laboratory oven at 70 &#176;C for 3-4 hr to lower the pellet moisture to less than 9% (w.b.). The high moisture and dried pellets were evaluated for their physical properties, such as bulk density and durability. The results indicated that increasing the binder percentage to 4% improved pellet durability and reduced the specific energy consumption by 20-40% compared to pellets with no binder. At higher binder addition (4%), the reduction in feedstock moisture during pelleting was &#60;4%, whereas the reduction was about 7-8% without the binder. With 4% binder and 33% (w.b.) feedstock moisture content, the bulk density and durability values observed of the dried pellets were &#62;510 kg/m3 and &#62;98%, respectively, and the percent fine particles generated was&#160;reduced to &#60;3%.

In this study, a protocol was developed to produce good quality pellets using a flat die pellet mill at reduced specific energy consumption testing high-moisture corn stover and a starch based binder. The results indicated that adding a corn starch binder improved the pellet durability, reduced percent fines and decreased specific energy consumption.

Verfahren zur Produktion von Durable Pellets bei geringerem Energieverbrauch Mit Feuchtmais Stover und Maisstärke Binder in einer Wohnung Die Pellet Mill

A major challenge in the production of pellets is the high cost associated with drying biomass from 30 to 10% (w.b.) moisture content. At Idaho National ...

Umwelt

Composition and Properties of Aquafaba: Water Recovered from Commercially Canned Chickpeas

Chickpea and other pulses are commonly sold as canned products packed in a thick solution or a brine. This solution has recently been shown to produce stable foams and emulsions, and can act as a thickener. Recently interest in this product has been enhanced through the internet where it is proposed that this solution, now called aquafaba by a growing community, can be used a replacement for egg and milk protein. As aquafaba is both new and being developed by an internet based community little is known of its composition or properties. Aquafaba was recovered from 10 commercial canned chickpea products and correlations among aquafaba composition, density, viscosity and foaming properties were investigated. Proton NMR was used to characterize aquafaba composition before and after ultrafiltration through membranes with different molecular weight cut offs (MWCOs of 3, 10, or 50 kDa). A protocol for electrophoresis, and peptide mass fingerprinting is also presented. Those methods provided valuable information regarding components responsible for aquafaba functional properties. This information will allow the development of practices to produce standard commercial aquafaba products and may help consumers select products of superior or consistent utility.

Aquafaba is a viscous juice from canned chickpea that, when stirred vigorously, produces a relatively stable white froth or foam. The primary research goal is to identify the components of aquafaba that contribute viscosifying/thickening properties using nuclear magnetic resonance (NMR), ultrafiltration, electrophoresis, and peptide mass fingerprinting.

Zusammensetzung und Eigenschaften der Aquafaba: Wasser erholt kommerziell Dosen Kichererbsen

Chickpea and other pulses are commonly sold as canned products packed in a thick solution or a brine. This solution has recently been shown to produce ...

A Protocol for the Production of Gliadin-cyanoacrylate Nanoparticles for Hydrophilic Coating

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic by a simple spray coating. These nanoparticles are produced by the polymerization reaction of alkyl cyanoacrylate on the surface of cereal protein (gliadin) molecules. Alkyl cyanoacrylate is a monomer that instantly polymerizes at RT when it is applied to the surface of materials. Its polymerization reaction is initiated by the trace amounts of weakly basic or nucleophilic species on the surface, including moisture. Once polymerized, the polymerized alkyl cyanoacrylates show a strong affinity with the object materials because nitrile groups are in the backbone of poly (alkyl cyanoacrylate). Proteins also work as initiator for this polymerization because they contain amine groups that can initiate the polymerization of cyanoacrylate. If aggregated protein is used as an initiator, protein aggregate is surrounded by the hydrophobic poly(alkyl cyanoacrylate) chains after the polymerization reaction of alkyl cyanoacrylate. By controlling the experimental condition, particles in the nanometer range are produced. The produced nanoparticles readily adsorb to the surface of most materials including glass, metals, plastics, wood, leather, and fabrics. When the surface of a material is sprayed with the produced nanoparticle suspension and rinsed with water, the micellar structure of nanoparticle changes its conformation, and the hydrophilic proteins are exposed to the air. As a result, the nanoparticle-coated surface changes to hydrophilic.

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic. The produced nanoparticle is an assembly of gliadin-cyanoacrylate diblock copolymers. Spray coating with the produced nanoparticle changes the surface of target material to a hydrophilic surface.

Ein Protokoll zur Herstellung von Gliadin-cyanacrylat Nanopartikel für die hydrophile Beschichtung

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic by a simple spray ...

Chemie

Ammonia Fiber Expansion (AFEX) Pretreatment of Lignocellulosic Biomass

Lignocellulosic materials are plant-derived feedstocks, such as crop residues (e.g., corn stover, rice straw, and sugar cane bagasse) and purpose-grown energy crops (e.g., miscanthus, and switchgrass) that are available in large quantities to produce biofuels, biochemicals, and animal feed. Plant polysaccharides (i.e., cellulose, hemicellulose, and pectin) embedded within cell walls are highly recalcitrant towards conversion into useful products. Ammonia fiber expansion (AFEX) is a thermochemical pretreatment that increases accessibility of polysaccharides to enzymes for hydrolysis into fermentable sugars. These released sugars can be converted into fuels and chemicals in a biorefinery. Here, we describe a laboratory-scale batch AFEX process to produce pretreated biomass on the gram-scale without any ammonia recycling. The laboratory-scale process can be used to identify optimal pretreatment conditions (e.g., ammonia loading, water loading, biomass loading, temperature, pressure, residence time, etc.) and generates sufficient quantities of pretreated samples for detailed physicochemical characterization and enzymatic/microbial analysis. The yield of fermentable sugars from enzymatic hydrolysis of corn stover pretreated using the laboratory-scale AFEX process is comparable to pilot-scale AFEX process under similar pretreatment conditions. This paper is intended to provide a detailed standard operating procedure for the safe and consistent operation of laboratory-scale reactors for performing AFEX pretreatment of lignocellulosic biomass.

Ammonia Fiber Expansion AFEX Pretreatment of Lignocellulosic Biomass

Ammonia fiber expansion (AFEX) is a thermochemical pretreatment technology that can convert lignocellulosic biomass (e.g., corn stover, rice straw, and sugarcane bagasse) into a highly digestible feedstock for both biofuels and animal feed applications. Here, we describe a laboratory-scale method for conducting AFEX pretreatment on lignocellulosic biomass.

Ammoniakfaserausdehnung (AFEX) Vorbehandlung von lignozellulosehaltiger Biomasse

Lignocellulosic materials are plant-derived feedstocks, such as crop residues (e.g., corn stover, rice straw, and sugar cane bagasse) and purpose-grown ...

Manufacturing Of Robust Natural Fiber Preforms Utilizing Bacterial Cellulose as Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose and short sisal fibers are dispersed into a water suspension containing bacterial cellulose. The fiber and nanocellulose suspension is then filtered (using vacuum or gravity) and the wet filter cake pressed to squeeze out any excess water, followed by a drying step. This will result in the hornification of the bacterial cellulose network, holding the loose natural fibers together.
Our method is specially suited for the manufacturing of rigid and robust preforms of hydrophilic fibers. The porous and hydrophilic nature of such fibers results in significant water uptake, drawing in the bacterial cellulose dispersed in the suspension. The bacterial cellulose will then be filtered against the surface of these fibers, forming a bacterial cellulose coating. When the loose fiber-bacterial cellulose suspension is filtered and dried, the adjacent bacterial cellulose forms a network and hornified to hold the otherwise loose fibers together.
The introduction of bacterial cellulose into the preform resulted in a significant increase of the mechanical properties of the fiber preforms. This can be attributed to the high stiffness and strength of the bacterial cellulose network. With this preform, renewable high performance hierarchical composites can also be manufactured by using conventional composite production methods, such as resin film infusion (RFI) or resin transfer molding (RTM). Here, we also describe the manufacturing of renewable hierarchical composites using double bag vacuum assisted resin infusion.

We present a novel method of manufacturing rigid and robust short natural fiber preforms using a papermaking process. Bacterial cellulose acts simultaneously as the binder for the loose fibers and provides rigidity to the fiber preforms. These preforms can be infused with a resin to produce truly green hierarchical composites.

Herstellung von robusten Naturfaser-Preforms Verwendung Bakteriencellulose als Binder

A novel method of manufacturing rigid and robust natural fiber preforms is presented here. This method is based on a papermaking process, whereby loose ...

Biotechnik

Molecular Entanglement and Electrospinnability of Biopolymers

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular entanglement of the constituent polymers in the spinning dope was found to be an essential prerequisite for successful electrospinning. Rheology is a powerful tool to probe the molecular conformation and interaction of biopolymers. In this report, we demonstrate the protocol for utilizing rheology to evaluate the electrospinnability of two biopolymers, starch and pullulan, from their dimethyl sulfoxide (DMSO)/water dispersions. Well-formed starch and pullulan fibers with average diameters in the submicron to micron range were obtained. Electrospinnability was evaluated by visual and microscopic observation of the fibers formed. By correlating the rheological properties of the dispersions to their electrospinnability, we demonstrate that molecular conformation, molecular entanglement, and shear viscosity all affect electrospinning. Rheology is not only useful in solvent system selection and process optimization, but also in understanding the mechanism of fiber formation on a molecular level.

Electrospinning is a fascinating technique used to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. Molecular entanglement of the constituent polymers in the spinning dope is essential for successful electrospinning. We present a protocol for utilizing rheology to evaluate the electrospinnability of two biopolymers, starch and pullulan.

Molekulare Verschränkung und Electrospinnability von Biopolymeren

Electrospinning is a fascinating technique to fabricate micro- to nano-scale fibers from a wide variety of materials. For biopolymers, molecular ...

Twin-Screw Extrusion Process to Produce Renewable Fiberboards

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as source of mechanical reinforcement in fully bio-based fiberboards was developed. Various lignocellulosic crop by-products have already been successfully pre-treated through this process, e.g., cereal straws (especially rice), coriander straw, shives from oleaginous flax straw, and bark of both amaranth and sunflower stems.
The extrusion process results in a marked increase in the average fiber aspect ratio, leading to improved mechanical properties of fiberboards. The twin-screw extruder can also be fitted with a filtration module at the end of the barrel. The continuous extraction of various chemicals (e.g., free sugars, hemicelluloses, volatiles from essential oil fractions, etc.) from the lignocellulosic substrate, and the fiber refining can, therefore, be performed simultaneously.
The extruder can also be used for its mixing ability: a natural binder (e.g., Organosolv lignins, protein-based oilcakes, starch, etc.) can be added to the refined fibers at the end of the screw profile. The obtained premix is ready to be molded through hot pressing, with the natural binder contributing to fiberboard cohesion. Such a combined process in a single extruder pass improves the production time, production cost, and may lead to reduction in plant production size. Because all the operations are performed in a single step, fiber morphology is better preserved, thanks to a reduced residence time of the material inside the extruder, resulting in enhanced material performances. Such one-step extrusion operation may be at the origin of a valuable industrial process intensification.
Compared to commercial wood-based materials, these fully bio-based fiberboards do not emit any formaldehyde, and they could find various applications, e.g., intermediate containers, furniture, domestic flooring, shelving, general construction, etc.

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pretreatment on lignocellulosic biomass was developed, which leads to an increased average fiber aspect ratio. A natural binder can also be added continuously after fiber refining, leading to bio-based fiberboards with improved mechanical properties after hot pressing of the obtained extruded material.

Doppelschnecken-Extrusionsverfahren zur Herstellung erneuerbarer Faserplatten

A versatile twin-screw extrusion process to provide an efficient thermo-mechano-chemical pre-treatment on lignocellulosic biomass before using it as ...

Ingenieurwesen

Design of an Open-Source, Low-Cost Bioink and Food Melt Extrusion 3D Printer

Three-dimensional (3D) printing is an increasingly popular manufacturing technique that allows highly complex objects to be fabricated with no retooling costs. This increasing popularity is partly driven by falling barriers to entry such as system set-up costs and ease of operation. The following protocol presents the design and construction of an Additive Manufacturing Melt Extrusion (ADDME) 3D printer for the fabrication of custom parts and components. ADDME has been designed with a combination of 3D-printed, laser-cut, and online-sourced components. The protocol is arranged into easy-to-follow sections, with detailed diagrams and parts lists under the headings of framing, y-axis and bed, x-axis, extrusion, electronics, and software. The performance of ADDME is evaluated through extrusion testing and 3D printing of complex objects using viscous cream, chocolate, and Pluronic F-127 (a model for bioinks). The results indicate that ADDME is a capable platform for the fabrication of materials and constructs for use in a wide range of industries. The combination of detailed diagrams and video content facilitates access to low-cost, easy-to-operate equipment for individuals interested in 3D printing of complex objects from a wide range of materials.

The aim of this work is to design and construct a reservoir-based melt extrusion three-dimensional printer made from open-source and low-cost components for applications in the biomedical and food printing industries.

Design eines 3D-Druckers für Open-Source- und Low-Cost-Bioink und Lebensmittelschmelzextrusion

Three-dimensional (3D) printing is an increasingly popular manufacturing technique that allows highly complex objects to be fabricated with no retooling ...

Nutzung von Gracilaria gracilis: Bioaktives Potenzial für nachhaltige Innovation

Valorization of the Red Seaweed Gracilaria gracilis Through a Biorefinery Approach

The interest in seaweeds as an abundant feedstock to obtain valuable and multitarget bioactive ingredients is continuously growing. In this work, we explore the potential of Gracilaria gracilis, an edible red seaweed cultivated worldwide for its commercial interest as a source of agar and other ingredients for cosmetic, pharmacological, food, and feed applications.
G. gracilis growth conditions were optimized through vegetative propagation and sporulation while manipulating the physicochemical conditions to achieve a large biomass stock. Green extraction methodologies with ethanol and water were performed over the seaweed biomass. The bioactive potential of extracts was assessed through a set of in vitro assays concerning their cytotoxicity, antioxidant, and antimicrobial properties. Additionally, dried seaweed biomass was incorporated into pasta formulations to increase food&#39;s nutritional value. Pigments extracted from G. gracilis have also been incorporated into yogurt as a natural colorant, and their stability was evaluated. Both products were submitted to the appreciation of a semi-trained sensorial panel aiming to achieve the best final formulation before reaching the market.
Results support the versatility of G. gracilis whether it is applied as a whole biomass, extracts and/or pigments. Through implementing several optimized protocols, this work allows the development of products with the potential to profit the food, cosmetic, and aquaculture markets, promoting environmental sustainability and a blue circular economy.
Moreover, and in line with a biorefinery approach, the residual seaweed biomass will be used as biostimulant for plant growth or converted to carbon materials to be used in water purification of the in-house aquaculture systems of MARE-Polytechnic of Leiria, Portugal.

Autor im Rampenlicht: Erforschung der bioaktiven Verbindungen von Algen für nachhaltige Innovationen in der Industrie 

Here, we describe several protocols aiming at an integrated valorization of Gracilaria gracilis: wild species harvesting, in-house growth, and extraction of bioactive ingredients. The extracts&#39; antioxidant, antimicrobial, and cytotoxic effects are evaluated, along with the nutritional and stability assessment of food enriched with whole seaweed biomass and pigments.

Aufwertung der Rotalge Gracilaria gracilis durch einen Bioraffinerieansatz

The interest in seaweeds as an abundant feedstock to obtain valuable and multitarget bioactive ingredients is continuously growing. In this work, we ...

Folienextrusion von

Zusammenfassung

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