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).

NOTA: semi Crambe (cultivar Galactica) sono stati forniti dal Plant Research International, Wageningen, Paesi Bassi. Olio è stato estratto dai semi con il metodo di Appelqvist 13. Sia il pasto crambe e il glutine di frumento sono stati conservati a -18 ° C fino all&#39;utilizzo. 1. Preparazione della pasta <ol><li> setacciatura crambe <ol><li> Setacciare la farina crambe con un giro, a maglia fine in acciaio setaccio da cucina in acciaio (diametro dei pori: ~ 1,5 mm 14 mesh), per rimuovere frazioni fibrose grandi e semi frantumati. Conservare il pasto setacciata a -18 ° C per prevenire l&#39;invecchiamento del materiale. </li></ol></li><li> Fresatura crambe <ol><li> Per ridurre la dimensione delle particelle e rendere il materiale più omogeneo, fresare il pasto crambe setacciato in un mulino a sfere rotante. </li><li> Mill 250 g di farina Crambe ogni volta in un barattolo 7 L con 21-25 mm di diametro sfere in ceramica utilizzando un tasso di rivoluzione barattolo di 53 giri al minuto e un tempo di fresatura di 24 ore. </li></ol></li><li><strong&gt; condizionata <ol><li> Prima ulteriore trattamento, condizionare tutto il pasto crambe e glutine di frumento in polvere palla lavorato in vasetti aperti per un minimo di 48 ore a 23 ° C e un&#39;umidità relativa del 50% in una stanza climatizzata. </li></ol></li><li> Mescolando i componenti <ol><li> Macinare la polvere di urea (memorizzata in un contenitore chiuso in condizioni ambiente) a particelle fini con un mortaio e pestello. </li><li> Miscela di urea e glicerolo (25,5 g di glicerolo e 15 g di urea per 100 g di miscela finale). <ol><li> Riscaldare il glicerolo a 65 ° C in un pallone di vetro in un bagno d&#39;olio e aggiungere la polvere di urea lentamente. </li><li> Mescolare la miscela con un agitatore magnetico a 65 ° C finché la polvere di urea è completamente sciolto. </li></ol></li></ol></li><li> Mescolando il Crambe e glutine di frumento <ol><li> Mescolare il pasto polvere crambe e polvere di glutine di frumento in una macchina di miscelazione cucina per 5 min. Ad esempio, per un 60/40 (w / w) crambe / g di granoRapporto Luten, utilizzare 35,7 g di farina crambe e 23,8 g di glutine di frumento per 100 g di miscela finale. </li></ol></li><li> Mixing glicerolo / urea con crambe / glutine di frumento <ol><li> Aggiungere lentamente la miscela di glicerolo / urea al glutine miscela Crambe / grano nel miscelatore da cucina macchina mescolando il composto. Continuare la miscelazione per circa 2 minuti, fino ad ottenere un impasto omogeneo. Preparare 500 g della miscela ogni volta. </li><li> Per il materiale con 60/40 (w / w) crambe e glutine di frumento, utilizzare i seguenti contenuti relativi dei rispettivi componenti: 35,7 g di farina crambe, 23,8 g di glutine di frumento, 25,5 g di glicerolo, e 15 g di urea ( per 100 g). Per le altre due combinazioni di materiali (per esempio, 70/30 e 80/20), modificare solo le crambe e grano contenuto di glutine. Conservare le glicerolo e urea contenuti uguale nella combinazione 60/40. </li></ol></li></ol> 2. Estrusione Film <ol><li> Profilo a bassa temperatura &lt;ol&gt; <li> Eseguire l&#39;estrusione film in un estrusore bivite. Set zone 1-10 (ogni 80 mm di lunghezza) lungo il condotto di estrusione a profilo bassa temperatura (in seguito chiamato &quot;basso profilo-T&quot;), come segue: 75-75-75-80-80-80-80-85 -85-85 ° C. Ciò impedisce il glutine di frumento dalla reticolazione nella canna. </li><li> Usare uno stampo lamiera piana (45 mm x 0,7 mm) per estrudere film. </li><li> Scegliere una velocità di vite tra il 30 rpm e 200 rpm e registrare la pressofusione. </li><li> Feed l&#39;impasto manualmente attraverso la tramoggia con l&#39;aiuto di uno spintore legno per sostenere il flusso di materiale verso le viti. </li><li> Alla matrice, prendere l&#39;estruso con la gestione di un nastro trasportatore ad una velocità di 2,0 m / min. Posizionare il raffreddamento dell&#39;aria di ventilazione (fan) lungo la fascia. </li><li> Eseguire diverse temperature di stampo (105 ° C- (105 ° C), 110 ° C- (110 ° C), 125 ° C- (115 ° C), 130 ° C- (120 ° C) e 140 ° C- (125 ° C)) per selezionare le condizioni che danno il extruda lisciote con una quantità minima di vuoti. NOTA: I valori tra parentesi corrispondono alla temperatura nella zona 11, accanto allo stampo. Si è regolata per raggiungere la temperatura target nello stampo. </li><li> Dopo l&#39;estrusione, memorizzare gli estrusi in sacchi di polietilene sigillati fino a nuovo trattamento o l&#39;analisi al fine di prevenire l&#39;invecchiamento e atmosferica assorbimento di acqua. </li></ol></li><li> Estrusione di film usando il profilo ad alta temperatura <ol><li> Estrudere film come descritto nella sezione 2.1, ma utilizzare un profilo ad alta temperatura (in seguito denominata &quot;high-T profilo&quot;), come segue: 85-85-85-100-100-100-110-110-120-120-120 ° C per le zone 1 a 11 dell&#39;estrusore. </li><li> Utilizzare temperature morire di 125 ° C e 130 ° C. </li></ol></li><li> Estrusione film dopo pellettizzazione <ol><li> Al fine di ottenere pellet, estrudere il materiale come filamenti continui in un estrusore utilizzando uno stampo a due fili. <ol><li> Utilizzare il profilo basso-T per la exestrusore barile, come descritto sopra, e 60 rpm vite velocità di rotazione. </li><li> Utilizzare pressofuso diversa (zona 11) temperature (130 ° C (125 ° C), 125 ° C (115 ° C), 105 ° C (100 ° C) e 85 ° C (85 ° C) ) per ottenere i fili con superfici più lisce. </li></ol></li><li> pellettizzazione <ol><li> Dopo aver superato il nastro trasportatore (la cinghia situata dopo l&#39;estrusore che aiuta ad alimentare materiale fuori dell&#39;estrusore), alimentare i fili in un pelletizzatore azionato con una velocità di taglio di 7 m / min. </li></ol></li><li> Film di estrusione da pellet <ol><li> Alimentare il pellet manualmente nel estrusore e film estruso con il profilo basso-T all&#39;interno della canna e con un ° C 125 (115 ° C) temperatura del die piatta fogli. Utilizzare una velocità di rotazione della vite di 30 giri al minuto. </li></ol></li></ol></li><li> Estrusione di film con alimentazione volumetrica <ol><li> Per simulare alimentazione automatica (comunemente utilizzati nell&#39;industria), usoi pellets precedenza estruse a 85 ° C (gradini 2.3.1-2.3.2.1). </li><li> Collegare l&#39;alimentatore all&#39;estrusore e scegliere la modalità alimentatore volumetrico della tramoggia. </li><li> Utilizzare un volume alimentazione di 35 kg / h ed tramoggia e vite estrusore velocità di 16 e 120 rpm, rispettivamente. </li><li> Estrudere con il profilo di temperatura bassa della canna e utilizzare una temperatura pressofuso (zona 11) di 125 ° C (115 ° C). </li></ol></li></ol> 3. post-estrusione di processo (Compression Molding) <ol><li> Premendo con il telaio <ol><li> Per la prima configurazione, tagliare due estrusi in pezzi di 4,4 cm x 7,0 cm e 2,6 cm x 7,0 cm. NOTA: Questo è necessario perché il telaio è più ampio rispetto agli estrusi. </li><li> Metterli accanto all&#39;altro in un telaio rettangolare in alluminio (70 x 70 x 0,5 mm 3). </li><li> Sandwich il telaio tra due lastre di alluminio con poli (etilene tereftalato) film (PET) su entrambi i lati per impedire l&#39;adesione, e quindimetterli nella pressa. </li><li> Impostare il manometro sulla pressa a 200 o 400 bar. </li><li> Per ogni pressione di stampaggio, premere i film con una temperatura della piastra di 110, 120, e 130 ° C per 10 e 20 min. </li><li> Come riferimento ai campioni di pre-estrusi, pellicole stampa dal materiale unextruded. Centro 7.2 g di materiale fresco (dal punto 1.6) nel telaio di alluminio. </li><li> Premere con le stesse impostazioni dei parametri, come per i film pre-estrusi di cui sopra (i punti 3.1.4- 3.1.5). </li></ol></li><li> Premendo senza cornice <ol><li> Tagliare e campioni panino rettangolari (4.4 cm x 4.4 cm) tra due lastre di alluminio che utilizzano pellicole in PET su entrambi i lati per impedire l&#39;adesione. </li><li> Metterli nella pressa. Impostare il manometro a 50 bar, 75 bar o 100 bar. </li><li> Per ogni pressione di stampaggio, stampa pellicole per 5 o 10 minuti usando 110 ° C, 120 ° C e 130 ° C la temperatura della piastra. </li></ol></li></ol>

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I metodi ei risultati sono stati precedentemente presentati come un articolo di Rasel et al. 5.

La ragione per pressofusione era così alto è probabilmente dovuto al fatto che il materiale necessaria una certa pressione per evitare la formazione di bolle. Tuttavia, i vari componenti potrebbero fase separata se la pressione è troppo elevata. Quando estrusione ad una temperatura troppo bassa, la coesione era scarsa, forse a causa di un basso grado di reticolazione, mentre una temperatura troppo alta comportato il rilascio di gas (probabilmente umidità insieme con urea e degradazione proteica prodotti). L&#39;estrusione due fasi (cioè dove trefoli erano prima estruso, pellettizzato e quindi estruse nuovo) determinato un estruso più omogeneo a causa della più estesa fusione che la prima fase di estrusione disponibile. La scarsa coesione impasto col diminuire della concentrazione di urea da 15 a 10% in peso è probabilmente dovuto ad una densità di reticolazione inferiore. In analogia con questo, una concentrazione di glicerolo inferiore, e quindi una minore capacitàdissolvere l&#39;urea, provocato film povere meno è stata applicata una pressione stampo superiore. Aumentando la concentrazione pasto crambe, e quindi diminuendo la concentrazione glutine di frumento, determinato un minor grado di formazione aggregazione / rete. Questo abbassa la viscosità del materiale estruso, con conseguente necessità di aumentare la temperatura della matrice di 130 ° C per aumentare la viscosità e generare film omogenei. È difficile, se non impossibile, per estrudere crambe plastificato in film di qualità sufficiente per qualsiasi uso. Noi mostriamo che questo può essere superato miscelando crambe con una proteina più facilmente estrudibile come glutine di frumento. Per la migliore qualità, gli estrusi devono essere stampata a compressione in una fase separata dopo l&#39;estrusione. È indicato qui che l&#39;estrusione funziona su scala minore, e upscaling è probabilmente più esigente. Estrusione, insieme con stampaggio ad iniezione, sono i most metodi commerciali importanti per la produzione di materie plastiche. Per sostituire plastiche convenzionali esistenti, è necessario che il materiale proteico può essere prodotto con le stesse tecniche 14-16. Noi mostriamo che è possibile estrudere crambe farina di oleaginose con l&#39;aiuto di glutine di frumento. Le possibili applicazioni includono l&#39;imballaggio e le applicazioni per i vari profili estrusi (ad esempio, aste e cilindri). Consideriamo la fase più critica durante la preparazione dei campioni per la fase di estrusione. La qualità finale delle pellicole dipende fortemente sui parametri di estrusione e le proprietà del materiale prima dell&#39;estrusione.

Quando si aggiorna un materiale da un valore basso ad un valore superiore, due problemi principali devono essere considerati: il tipo di potenziale prodotto finale (s) e le proprietà richieste. Questo studio analizza l&#39;estrusione di materie plastiche a base di proteine ​​per uso potenziale nella confezione per due motivi. L&#39;attuale varietà di pacchetti è ampia, ma la richiesta di materiale di confezionamento a basso costo rinnovabile e biodegradabile è aumentato rapidamente negli ultimi dieci anni. Questa tendenza sembra continuare, come la maggior parte dei proprietari di marchi ei legislatori sono alla ricerca di opzioni per creare la plastica da petrolio 1. Le proprietà dei materiali necessari per il confezionamento sono, in molti casi, più esigente rispetto ad altri prodotti di plastica. Tuttavia, se si ottiene un materiale di successo, il mercato potenziale è molto grande. Il materiale da imballaggio deve soddisfare una serie di criteri per essere adatto. I criteri esatti variano a seconda del tipo di confezione, di riempimento / sistemi di tenuta, Transport, stoccaggio, contenuti, l&#39;aspetto, la progettazione del prodotto, ecc Tutti questi parametri deve essere considerato da uno sviluppatore confezione, ma non tutto può essere la più alta priorità in una volta quando si inizia lo sviluppo di un materiale nuovo e inesplorato. Le proprietà di attivazione di questo studio erano le prestazioni meccaniche e di barriera. L&#39;estrusione è il metodo di elaborazione di scelta per due motivi: estrusione è un metodo comune ed efficiente per produrre plastica di imballaggio, e generalmente non comporta un solvente, come nella soluzione di colata. Quindi, nessuna fase di essiccazione è necessario al termine del processo 2. Glutine di frumento è anche un materiale corrente laterale proveniente da un prodotto di amido 3. Essa ha mostrato potenziale come una plastica imballaggi in numerosi studi. Nonostante questo, alcune sfide rimangono 4. Crambe abyssinica è una pianta semi oleosi interessante in quanto non è una risorsa di cibo e può essere coltivata in molti diversi agcondizioni ronomic 5,6. Come con glutine di frumento, proteina crambe è un sottoprodotto, in questo caso, dalla produzione di petrolio. Si ottiene come pasto crambe sgrassata, con proteine ​​come il più grande componente. Esso contiene anche una quantità considerevole di estratti privi di azoto, come i carboidrati e fibre 7,8. Il pasto ha relativamente scarse proprietà coesive e deve essere mescolato con un materiale di coesione superiore. In questo studio, glutine di frumento è usato come additivo di sostegno per il pasto crambe. Per migliorare la tenacità / estensibilità del materiale proteico, un plastificante è comunemente usato come additivo pure. In questo studio, glicerolo viene utilizzato, che è un prodotto lato dell&#39;industria dell&#39;olio vegetale (ad esempio, colza combustibili metil estere) ed è facilmente disponibile a basso costo 9. Urea, anche rinnovabili, è usato come denaturante per dare l&#39;estruso il corretto coesione 2,10,11. Esso può anche funzionare come un plastificante. materiali rinnovabili, Specialmente quelli che vengono utilizzati direttamente dalla natura, senza purificazione, modifica o sintesi chimica, sono, nella maggior parte dei casi, non adatto per il trattamento ad alta temperatura. La sfida è quella di trovare parametri di elaborazione adatti e composizioni che si traducono in un estruso con le proprietà che le permettono di competere con i prodotti petroliferi. Questo studio si concentra sulla caratterizzazione delle proprietà meccaniche e di barriera di un nuovo materiale a base biologica prodotta da pasto crambe elaborati con diversi additivi ea differenti condizioni 12. I dettagli completi delle caratteristiche meccaniche e di ossigeno barriera si trovano 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.

I materiali misti (60% in peso dei pasti crambe e il 40% in peso glutine di frumento) ha determinato un impasto duro dopo la procedura di miscelazione iniziale. Il materiale è stato riposato per un paio di minuti prima della prima estrusione. Tuttavia, la pasta aveva un troppo alta viscosità per poter essere alimentata nella tramoggia dell&#39;estrusore in modo regolare. Pertanto, è stato alimentato pezzo per pezzo, direttamente nella vite. Le viti hanno una velocità costante, e l&#39;estruso film risultante era continuo e aveva una superficie liscia visivamente. Un esempio di film estruso è mostrato in Figura 1. La pressofusione e la temperatura sono risultati i due più importanti parametri di elaborazione per controllare per ottenere estrusi film omogeneo e liscio. Una temperatura troppo bassa stampo, tipicamente inferiore a 110 ° C, non ha comportato estrusi film continuo, mentre una temperatura superiore a 130 ° C determinato the formazione di bolle nel materiale. La temperatura della matrice più adatta per ottenere film omogenei e lisce è risultata circa 125 ° C. Per ottenere gli estrusi più omogenee, un processo in due fasi è risultato essere vantaggioso, in cui, nella prima fase, fili vengono estruse ad una temperatura inferiore (tipicamente 85 ° C) e pellettizzato. I pellet sono stati quindi alimentati alla tramoggia per la seconda fase di estrusione. Quando il contenuto di urea è stata ridotta da 15 a 10% in peso 12, la coesione della pasta è diminuita sostanzialmente, risultando in un materiale in polvere simile; nessun film continuo potrebbe essere estruso 12. Quando la concentrazione di glicerolo è stata ridotta (con una trattenuta 15% in peso di urea), l&#39;impasto è risultato essere più fragile, e l&#39;urea non dissolve completamente in glicerolo. Inoltre, un notevolemaggiore pressione dado era necessaria per ottenere i film omogenei. Tuttavia, questi film sono risultati essere liscia e più omogeneo rispetto a quelli con un contenuto di glicerolo superiore. Aumentando la concentrazione pasto polvere crambe e diminuendo la concentrazione glutine di frumento, i film estrusi apparivano più scuro, ma anche più liscia e omogenea 5. Il tasso di alimentazione potrebbe anche essere aumentato 12. Lo svantaggio è che i film sono solo parzialmente continuo e rotture pellicola apparivano pochi metri di distanza. Tuttavia, quando si aumenta la temperatura del die a circa 130 ° C, pellicole continue possono essere preparate, anche se con alcune macchie 12. Lo stampaggio a compressione senza cornice prodotto sottile (spessore: 0,1-0,2 mm) pellicole che erano molto flessibile e trasparente (Figura 2). <p class="jove_content" fo:keep-together.wntro-page = &quot;1&quot;&gt; A seconda di come gli estrusi sono state fatte e che cosa contenevano, la rigidità variava 4,9-5,6 MPa e la forza 0,3-0,7 MPa, mentre l&#39;estensibilità variava dal 7 al 16% 12. I valori corrispondenti per gli estrusi dopo lo stampaggio a compressione sono stati 6,4-15,0 MPa, 0,3-1,1 MPa, e il 8-19% 5. Dettagli delle misurazioni meccaniche sono riportati nel riferimento 12. 64 campioni manubri mm lungo erano trazione-testato secondo ASTM D882-02 a 23 ± 1 ° C e 50 ± 1% RH, con una velocità di traversa di 10 mm / min. La Figura 3 mostra l&#39;importanza di estrusione crambe con l&#39;aggiunta di glutine di frumento. Il punto di forza, e in particolare l&#39;estensibilità, è diminuito con la diminuzione dei contenuti glutine di frumento. La permeabilità all&#39;ossigeno compresi tra 17 e 39 centimetri 3 mm / (giorno m 2 atm), a seconda della composizione e se una fase di stampaggio a compressione (con cornice) è stato utilizzato o meno. Figura 1: materiale estruso. film estruso utilizzando una temperatura stampo di 130 ° C. Contiene 35,7% in peso crambe, 23,8% in peso glutine di frumento, il 25,5% in peso di glicerolo, e il 15% in peso di urea. La larghezza della pellicola è di 44 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="figura 2" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig2.jpg" /> Figura 2: film stampati a compressione. materiale estruso compressione-stampato, senza cornice, in sottili pellicole traslucide utilizzando una temperatura di pressatura 130 ° C a 75 bar per 10 min. Le pellicole piane e raggrinzite sono dello stesso materiale. La larghezza della pellicola di sinistra è ~ 17 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig2large.jpg" target="_blank">Si prega di fare clic</a>qui per vedere una versione più grande di questa figura. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54770/54770fig3.jpg" /> Figura 3: Proprietà meccaniche in funzione del contenuto crambe. sollecitazione massima (cerchi pieni) e la tensione alla massima sollecitazione (cerchi aperti) in funzione del contenuto crambe nella miscela glutine crambe / frumento. Le barre di errore rappresentano le deviazioni standard. sollecitazione massima è stata ottenuta dalla forza massima per iniziale campione sezione trasversale della parte stretta del provino dumbbell (sezione ristretta: lunghezza 16 mm e larghezza di 4 mm). Il profilo a bassa temperatura è stato usato con una temperatura stampo iniziale di 125 ° C e una temperatura di zona 11 di 115 ° C. La velocità della vite era di 30 giri al minuto, e l&#39;estrusione è stata eseguita senza previa pellettizzazione. I dati ottenuti da riferimento 12. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54770/54770fig3large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare il suo</a>e per vedere una versione più grande di questa figura.

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Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

Il flusso laterale dalla produzione di olio vegetale di Crambe abyssinica ha un valore limitato. Lo scopo di questo studio era di trovare metodi per estrusione di materiali a base di questo flusso lato, dimostrando che i prodotti con un valore superiore possono essere prodotti. Gli estrusi sono stati trovati ad avere proprietà promettenti.

Film di Estrusione<em&gt; Abyssinica Crambe</em&gt; / Glutine di frumento Miscele

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 ...

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Research

JoVE Journal

Bioengineering

Film Extrusion of Crambe abyssinica/Wheat Gluten Blends

9.9K Views.  SIG Combibloc.  Il flusso laterale dalla produzione di olio vegetale di Crambe abyssinica ha un valore limitato. Lo scopo di questo studio era di trovare metodi per estrusione di materiali a base di questo flusso lato, dimostrando che i prodotti con un valore superiore possono essere prodotti. Gli estrusi sono stati trovati ad avere proprietà promettenti. 

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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.

High-throughput screening degli enzimi carboidrati di degradazione Utilizzando Novel insolubile Chromogenic Substrate Assay Kit

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

Ricerca

Biochimica

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.

Metodo per la Produzione di Pellet durevoli a basso consumo energetico utilizzando ad alta umidità paglia del mais e amido di mais Binder in un appartamento 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 ...

Ambiente

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.

Composizione e proprietà dei Aquafaba: acqua recuperata da ceci commercialmente in scatola

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.

Un protocollo per la produzione di nanoparticelle gliadina-cianoacrilato per rivestimento idrofilo

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

Chimica

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.

Impenitta di espansione della fibra di Ammonia (AFEX) di biomassa lignocellulosica

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.

Produzione robusta fibra naturale preforme Utilizzando batterica cellulosa come 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 ...

Bioingegneria

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.

Molecolare Entanglement e Electrospinnability di biopolimeri

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.

Processo di estrusione a doppia vite per produrre pannelli in fibra rinnovabile

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

Ingegneria

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.

Progettazione di una stampante 3D Open-Source, a basso costo per l'estrusione di bioink e di fusione alimentare

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

Sfruttare la Gracilaria gracilis: potenziale bioattivo per l'innovazione sostenibile

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.

Autore in primo piano: Esplorare i composti bioattivi delle alghe per innovazioni sostenibili nelle 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.

Valorizzazione dell'alga rossa Gracilaria gracilis attraverso un approccio di bioraffineria

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

Film di Estrusione

Riepilogo

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